7um62说明书.docx
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7um62说明书
说明：
1、功能：
SIPROTEC4系列7UM62型保护是针对大、中、小型发电厂而开发的多功能密集型保护。
它具备所有必要保护功能，尤其适用于以下情况：
水轮机和抽水蓄能电机
废能发电厂
利用再生能源（如风和沼气）发电的私人电站
柴油发电机电站
汽轮机电站
工业电站和蒸汽电站
另外它还应用于电机和变压器保护。
大量附加功能协助用户低成本系统管理和可靠电力供应。
测量值显示目前运行状态。
储存记录和故障录波有助于各种故障分析而不只局限于发电机运行扰动。
各单元的结合体现高效概念。
2、统一设计
SIPROTEC4系列设计统一，具有在保护、控制方面代表完整新型品质的多重功能：
现地操作设计符合人类环境改造标准，大屏幕、清晰显示器是主要设计宗旨，DIGSI4操作程序简化规划和设计，节约调试时间。
3、高度可靠
7UM6硬件基于西门子20年数字保护装置经验，采用精湛的工艺和32位微处理器。
产品质检合格。
目前正致力于电磁兼容问题，采用集成电路精简电子模块数量。
软件设计结合最新技术和丰富累积经验。
物体定向和高级语言程序与连续性保险系统紧密结合，最大限度保证软件的可靠性。
4、程序化逻辑
综合程序化逻辑功能充许用户通过图形用户界面实现开关（联锁）自动操作。
用户还可以产生用户自定义信息。
各级不同电站可以根据所需自行调整。
5、保护功能
多数保护功能是电力装置可靠保护不可或缺的功能。
它们的性能和组合取决于多种因素，例如机器型号、运行模式、电厂结构、实用需求、经验和基本原理。
这就决定了应用数字技术领先世界潮流的多功能的必要性。
为了满足不同要求，保护组合可升级（见表一）。
所有保护已划分为五个部分以方便选择。
5、发电机基本保护
集中应用在需要差动保护的中、小型发电机上，也可以作为后备保护或进一步应用于同步电机。
6、发电机标准保护
对于并网的中型发电机（10至100MVA），SIPROTEC4系列7UM62型保护能提供所需全部保护。
除了误励磁保护，它还能作为变压器以及电力系统强大的后备保护。
7UM62保护范围可以达到二段范围。
7、发电机全部保护
所有保护功能全部可用而且主要应用在大型单元（100MVA以上）。
它不仅具备发电机所有必需保护功能，而且还可以作为电力系统内的变压器的后备保护。
带启动转换器的发电机自启动过程保护等附加功能亦包括在内。
它可用于第二段保护，不需要的保护功能可以不选中。
8、异步电机
除了差动保护，这个功能区包括所有大型异步电机（1MVA以上）必需保护。
独立的RTD模块测量定子和轴承温度，测量数据被连续传输至保护单元评估。
9、变压器
这部分保护功能不但包括差动和过流保护而且还有一系列电压和频率压力监视保护功能。
例如功率反向保护可以用作并列变压器的功率恢复监视器。
测量：
基于多年经验，针对发电机特性调整的高效保护运算法则已得到应用。
因此，忽略发电机当时频率，利用11~69HZ范围内取样频率纠正的优势，可以获得高度的测量精度。
过滤器法则抑制高频暂态现象和非周期直流分量。
保护结构：
保护提供两种版本：
1/219-英寸宽的7UM621，和1/119-英寸宽的7UM622。
软件功能和组件分类是相同的。
7UM622具有更多的二进制输入和输出，适合与老式或更复杂的设备配合。
通信：
7UM62保护配有四个系列口：
-前接口用于连接PC机
-服务接口通过MODEM连接一个PC
-系统接口经IEC60870-5-103
PROFIBUS-DP
MODBUSRTU连接至一个控制系统
-附加接口用于特殊功用
-经IRIGB或DCF77用于时间同步的输入口
运行测量值：
为支持系统管理和调试之用，所有相关测量值以一次值和二次值显示保护和被保护设备相关值。
测量值也可以通过系列口传送。
另外，程序化逻辑允许极限值浏览，并且状态指示由此得到。
测量值也可以以能量测量值形式显示供应的有功功率和无功功率和累计表计值。
●运行指示：
SIPROTEC4单元提供强大的数据用于控制、故障分析。
下列所有指示都能防止电源消失。
●故障指示：
保护始终存储最后8个故障录波文件。
新文件将依次覆盖旧文件。
故障指示时间分辨率为1ms，它们提供故障时最详细的情况，缓冲器内存能容纳600个记录。
●运行指示：
所有与故障没有直接关系的指示（例如运行或开关转换）存储在状态缓冲器内。
时间分辨率为1ms，缓冲器内存：
可存储200个指示。
●温度监视：
运用独立的RTD模块通过温度传感器可以监视多至6个温度。
它们通过一个系列接口传送至保护单元，并在那里被加工。
温度评估设定为12个测量点，因此2个温度监视单元可以连接起来。
温度一般以℃和华氏度计量。
PT100，Ni100，Ni120可作为温度传感器。
●测量传感器：
保护单元里有3个测量传感器可用。
如果保护方面不需要，它们可以作为所选模拟信号（±10V，0～20MA）输入端。
因此由压力传感器和振动仪表等送来的信号可以被评估。
阀值及逻辑加工在连续功能表（CFC）里处理。
（见第七页）。
●5～80秒的故障录波：
提供一个瞬时值或RMS值记录器。
硬件允许存放8个故障记录。
触发录波的方法有以下几种：
启动、跳闸、跳闸、二进制输入、DIGSI4操作程序或通过控制系统。
在记录瞬时值时，输入变量（4×V和8×I）和3个传感器值在频率为50HZ的情况下以的间隔记录，而在频率为60HZ的情况下时间间隔为。
时间总长为5s。
如果时间超过了，则任何情况下的最早记录将被覆盖。
如果带有长延时的保护被激活，建议记录RMS值。
相关计算变量（V1,VE,I1,I2,IEE1,IEE2,P,Q,φ，R，X,f-fn）一个周期存储一次。
时间总计为80秒。
●时间同步：
备用电池式时钟是标准元件并且可以经一个同步信号（DCF77；IRIGB经卫星接收器）、二进制输入、系统接口或者SCADA（例SICAM）同步。
每一个记录上都有日期和时间。
●可指定的二进制输入、输出：
二进制输入、继电器输出和LED通过指示指定具有用户特定性并且相互独立。
跳闸矩阵由硬件执行。
简化自身跳闸程序设置。
在跳闸命令功能性闭锁时，硬件支持一次侧测试。
●持续的自监视：
硬件和软件持续处于自检状态，如果检测到异常情况，保护立即发信号。
通过这种方式，保持高度的安全性、可靠性、实用性。
●可靠电池监视：
在电源电压故障时电池缓冲指示和故障记录。
它的功能由微处理器定时检查。
如果电池的容量被发现正在下降，保护将产生一个报警指示。
所有设置参数存放在即使电源消失或电池用尽时数据也不会丢失的Flash-EPROM中。
SIPROTEC4保护包括全部的功能。
●操作：
●用户友好现地操作：
在清晰并且友好用户前面板上你将发现许多优点：
■按键的布局和组合支持正常操作过程。
■大屏幕无反射背景显示。
■用于重要信息的可编程（自由指定）LEDs
■箭头排列按钮在功能菜单中方便导引
■通过数字键或DIGSI4可以轻松输入设定值
■四个常用功能程序键
●现地操作：
可以执行所有操作并且信息显示在综合用户面板上：
●DIGSI4－用于操作保护装置的PC程序：
PC操作程序DIGSI4是用户与SIPROTEC单元之间的媒介。
它具有现代、直观的操作界面。
通过DIGSI4，可以对SIPROTEC4保护进行配置、查询——它是一个应用于供电和制造工业的特制程序。
软件运行于windows（95级或者更高版本，NT也
可以）
图2：
DIGSI4，主菜单
●简单的保护设置：
所需保护功能可以在提供的宽范围保护功能中选择（图3）。
这意味着下一级菜单透明度增强了。
新引进的一次值显示（设定置与被保护设备的额定值相关）可以使设定值标准化。
按下一个按钮可以转换到二次值并且输入保护单元。
图3：
DIGSI4，部分保护功能
●DIGSI4矩阵：
DIGSI4矩阵可以让用户扫视保护配置全局。
例如，你可以显示所有带二进制输入的LEDS或者显示任何引至保护的信息。
点击一下可以转换连接。
利用优化过滤器功能，只有指定信息可视。
另外，视图模式是可改变的。
在二进制输出视图模式（输出继电器），跳闸矩阵清楚显示。
图4：
DIGSI4，矩阵排列
●CFC：
减少程序化逻辑时间、设计
有了CFC（连续功能图）的帮助，你可以通过拖动逻辑顺序很容易地配置联锁和转换次序，；不需要特定的软件知识。
逻辑元件，比如AND、OR和时间元素、测量极限值等可用。
●调试：
调试是一个令人关注的环节。
所有二进制输入和输出可以直接读取和设置。
这样大大简化用户查线过程。
对于一次侧测试，可以激活一个传送闭锁功能以避免通过接口传送任何信息至中央控制室。
另一方面，可以有意传送信息作测试之用。
图5：
具有模块库的CFC
●SIGRA4：
故障录波评估通用程序
存储在保护系统中的故障录波显示直观并且以明白的表格形式评估。
可以方便地计算谐波，查看点测量值，显示相量和当时曲线图等。
大众化故障录波格式可以分析任何需要分析的故障记录。
在通讯方面，值得一提的是高度的灵活性、数据完整性和电力自动化通用标准的应用。
通讯模块的设计一方面满足交换性要求，另一方面为以后规范提供开放空间（例如，工业以太网）。
图6：
故障录波
●现地PC接口：
保护前面板上的PC接口容许快速访问所有参数和故障事件数据。
特殊优势在于调试时DIGSI4操作程序的运用。
●后置接口：
保护背后有一个固定接口和两个通信模块。
这两个模块包括有可选设备元件，易改进。
它们
满足不同通信接口及协议（IEC60870,PROFIBUS，DIGSI）的需求。
●接口具有以下功能：
●服务接口（固定）：
对于RS485版本，运用DIGSI4可以集中操作数个保护单元。
连接一个MODEM，能实现远方控制。
这点对故障清除提供了便利，尤其对于无人值守电站更是如此。
图7：
IEC60870-5-103星形RS232铜线连接或光纤连接
●系统接口：
这个接口用于与一个控制系统或保护和控制系统和支持（取决于连接的模块，各种通讯协议和接口类型）通信。
●附加接口：
通过这个接口可以与RTD模块通信。
IEC60870-5-103：
IEC60870-5-103是一个国际化标准协议，有效解决协议领域各种通讯难题。
IEC60870-5-103得到许多保护制造厂商支持，并在全世界得到推广。
发电机保护功能存储在协议的专用区（已出版）。
图8：
PROFIBUS：
光双环回路
PROFIBUS－DP：
PROFIBUS是一个国际化标准通讯系统（EN50170）致力于通讯疑难问题的解决。
PROFIBUS得到世界上数百家厂商支持，已注册使用产品在全世界已经超过1,000,000台。
通过PROFIBUS－DP，保护可以直接与SIMATICS5/S7连接。
传输数据有故障数据、测量值、逻辑单元（CFC）输入、输出数据。
图9：
PROFIBUS：
RS485铜导线
MODBUSRTU：
MODBUS也是一个广泛应用的通讯规约，在众多自动化方案中得到应用。
安全总线结构：
■RS485总线：
运用RS485总线数据传输通过铜导线时的电磁故障影响可通过双绞线的应用大量消除。
如果有一个单元故障，其余的系统正常运行不受故障影响。
■光纤双环电路：
光纤－光学双线回路不受电磁干扰影响。
如果两个单元中间的某个区域故障，通讯系统不间断继续工作。
系统方案：
SIPROTEC4针对基于SIMATIC的自动化系统应用。
通过PROFIBUS-DP，指令（采集和跳闸）和所有相关运行测量数据由保护单元传送出来。
通过MODEM和服务接口，保护工程师随时可以访问保护装置，方便远方维护和故障分析（周期测试）。
另外，也可以现地通讯，例如，在一段重要监控期间。
图10：
通讯模块，光图11：
通讯模块，光，双环
图12：
通讯模块RS232，RS485图13：
模拟输出模块0至20MA，2通道
模拟量输出（0～20mamA）：
通过选择系列接口，在7UM62上可以安装1或2个模拟量输出模块（4通道）。
数个测量值（I1,I2,V,P,Q,f,PF（COSφ）可以被选择，并通过0～20mA接口传输。
图14：
系统方案：
通讯
电流差动保护：
（ANSI87G,87M,87T）
图15：
电流差动保护制动特性
这个保护功能为发电机、变压器、电机提供瞬时短路保护，保护原理基于差动
保护原理（基尔霍夫电流定律）。
差动电流和制动（稳定性）电流由相电流计算而来。
优化数字过滤器可靠削弱非周期分量和谐波之类的干扰量。
测量量的高分辨力可检测到小差流（10%IN）从而提
高灵敏度。
一个可调整制动特性充许对被保护设备的状态进行适当调整。
利用软件纠正电流互感器的可能误差和相位角经过变压器后的偏移（相量组）。
差动电流具有谐波分析，可以很灵敏检测到涌流（二次谐波）和过激磁（五次谐波）并且屏蔽差动保护不需要的选项。
内部短路电流由快速测量段（IDiff＞＞）可靠检测，这个快速测量段通过两个互助互补的测量程序运行。
伴有互感器饱的外部短路由一个饱和探测器通过时间和状态监视器检测。
当差动电流（IDiff）越过附加制动区后它就很灵敏。
如果作为电机保护，监视制动电流检测这些电流并且制动特性明显增长。
这点防止电流互感器的不平衡电流引起误跳闸。
图15显示制动特性和差动区域。
接地电流差流保护：
（ANSI87GN,87TN）
接地差电流保护对单相接地故障灵敏度较高。
零序电流被比较。
一方面，零序电流由相电流计算得来，另一方面接地电流直接由星形接线中性点上的电流互感器得来。
差动量和制动量生成并且符合制动特性。
（图16）
利用特定过滤器直流分量得到大量抑制。
许多监视流程在外部短路时避免了不需要的操作。
对于灵敏设定值，多重测量值保证了必要的可靠性。
但是要说明的是灵敏度极限取决于电流互感器。
该保护功能只适用于中性点通过低阻抗接地的发电机，当用于变压器时，应接在中性点侧而且中性点必需低阻抗接地或者直接接地。
图16：
接地电流差动保护的制动特性
定时限过流保护：
I＞I＞＞（ANSI50,51,67）
该保护功能包含发电机短路保护也可以作为上级装置例如变压器的后备保护或者作为电力系统保护。
当故障期间的电流降至阀值以下时I＞段的一个欠压段维持启动。
如果发电机机端电压下降，静态励磁系统就得不到充分供给。
这也是短路电流下降的一个原因。
I＞＞段可以作为高值瞬动跳闸段。
具有完整的方向功能，它也可作为变压器高压侧的后备保护。
利用方向元件的信息，可以通过CFC控制阻抗保护。
反时限过流保护（ANSI51V）：
这个功能也包括短路和后备保护，并利用电流独立保护装置作为电力系统保护。
可以选择IEC或ANSI特性（表2）
电流功能可以通过评估发电机机端电压来控制。
“控制”方式：
释放灵敏电流段
“抑制”方式：
电流启动值随下降电压线性降低。
熔丝熔断监视防止不必要的操作。
定子过载保护（ANSI49）：
过载保护的任务是保护发电机和电机的定子绕组使之免于持续高值过载电流。
所有负载变量通过数学模块估算。
Rms电流值的热效应组成运算的基本部分。
这一点与IEC60255-8一致。
取决于电流冷却时间常数自动延长。
如果周围温度或者冷却液温度通过一个传感器（TD2）或PROFIBUS-DP引入，模块自动调整至周围温度；否则采用一个稳定的环境温度。
图17：
负序保护的特性
负序保护（ANSI46）：
由于产生负序场，发电机三相不对称电流负载引起转子温度升高。
该保护检测发电机三相不对称负载。
它在对称分量的基础上工作并且计算三相电流的负序分量。
热处理程序被计入运算法则并且建立反特性。
另外，负序由一个独立段（报警和跳闸）计算。
这个段配有延时元件。
（见图17）
应用于电机时，该保护功能也可以用来监视断相。
低励磁保护：
（失磁保护）
（ANSI40）
由发电机机端的电压和电流计算出综合导纳，并传送给发电机图表，这种图表与每个单元相对应。
该保护防止由于欠励导致的异步产生的损害。
保护提供三种特性用来监控静态和动态稳定性。
通过一个传感器，可以引入励磁电压（见图25）并且在故障时保护可以通过计时转换器迅速反应。
直线特性充许对发电机图表作适当的保护变动。
（见图18）图表以单元刻度显示，方便直接读出设定值。
采用正序电流和电压计算导纳，确保即使在不对称网络情况下保护也能动作正确。
当一个电压偏离额定电压时，导纳计算值具有保护特性和发电机特性曲线移动方向相同这样一个优势。
表2：
反时限特性（IP-启动值；TP，D-时间盘）
逆功率保护：
（ANSI32R）
进相保护监视实时功率方向并且在机械能量故障时启动。
这个功能可以用来操作停机（连续跳闸）也可以防止对汽轮机的损害。
进相保护由正序系统电流和电压计算得来。
因此不对称电源系统故障时不会降低测量值的精确度。
紧急跳闸开关的位置作为二进制信息被引入，并且用来在两个跳闸命令延时之间转换。
当用于电机保护时，实时功率的方向（＋/－）可以通过参数反向。
正序功率保护：
（ANSI32F）
监视发电机产生的动态功率在开机和停机时很有用处。
一个段监视器超越限值的情况，另一个段监视器却监视降至另一个限值以下的情况。
功率由正序分量电压和电流计算得来。
这个功能可以用来关闭空转电机。
阻抗保护：
（ANSI21）
这个快速短路保护保护发电机、变压器单元并且作为电力系统的后备保护。
这个保护有两个可设置的阻抗段；另外，第一段可以通过二进制输入来转换。
当断路器在“断开”位置时（见图19）阻抗测量范围可以延长。
欠压闭锁过流启动元件保证可靠启动，回路选择逻辑确保故障回路的可靠检测。
有了这个逻辑通过传送器单元执行正确测量是可行的。
图18：
欠励磁保护特性
欠压保护：
（ANSI27）
欠压保护计算电压的正序分量并且与阀值比较。
有两段可用。
欠压保护用作异步电机和抽水蓄能电站，防止这类装置在电压方面的不稳定性。
图19：
阻抗保护分段
这个功能也可以用作监视之用。
过压保护：
（ANSI59）
该保护防止由于电压太高而引起的绝缘故障。
无论是线电压最大值或是相对地电压（对低电压发电机）都可以被计算。
接地故障引起的中性点偏移对线电压测量值没有影响。
该保护有二段动作区。
频率保护：
（ANSI81）
该频率保护防止欠频或者过频情况下设备（例如涡轮机）应力过大。
它也可以作为监视和控制元件。
该保护有四段；这些段可以作为欠频或者过频保护。
每一个段可以单独设置延时。
即使在电压失真的情况下，频率测量运算法则可靠辨别基波，并且非常精确地测定频率。
频率测量可以由欠压段闭锁。
过励磁保护：
电压/频率（ANSI24）
过励磁保护用来检测发电机或变压器里的不允许的高值感应（与V/F成比例），高值感应会导致热过载。
在开机、满负荷停机，弱馈系统或独立运行时会产生这种现象。
负序特性可以通过机械数据的8个点设置。
另外，有一个定时限报警段和一个瞬动段可用。
计算V/F比率，要用到频率和三相线电压最高值。
可以监控的频率范围为11至69HZ。
90%定子接地保护，不带方向，方向：
（ANSI，64G，67G）
绝缘系统中的发电机发生接地故障的标志是电压偏移的产生。
如果是单元接线，偏移电压是保护足够、可选择的判据。
如果发电机和母线直接连接，对于选择性接地故障检测，还必须评估接地故障电流方向。
保护继电器测量变压器中性点处压变的偏移电压,或压变开口三角形侧的偏移电压。
作为一个选项，可以由相对地电压计算电压零序分量。
与负载电阻的选择有关，发电机定子绕组的90%至95%可以得到保护。
灵敏电流输入端可用于接地电流测量。
这个输入必须接至铁芯平衡电流互感器。
由偏移电压和接地电流推算出故障方向。
方向特性（直线特性）方便调整至系统状态。
直接与总线连接的发电机因此可以得到有效保护。
开机期间，通过一个外部接入信号，可以从方向性转换至偏移电压测量。
与保护设置有关，该保护功能可以贯彻不同接地故障保护理念。
（见图23至26）。
灵敏接地保护：
（ANSI50/51GN，64R）
灵敏接地电流输入也可以作为单独接地故障保护。
它由两段组成。
大于或等于2mA的二次接地电流可以被可靠地处理。
这个输入也可以选作转子接地故障保护。
具有额定频率（50或60HZ）的电压通过接口单元7XR61接至转子回路。
如果一个高值接地电流流动，则转子接地故障已经产生。
测量回路监视就是这个作用。
（见图29）
具有三次谐波的100%定子接地保护：
（ANSI59TN，27TN（3rdH））
由于发电机设计方面原因，发电机产生一种三次谐波。
这种谐波组成一个零序系统。
开口三角形侧绕组保护或中性点互感器上的保护可以检测到这种零序。
电压振幅的幅度取决于发电机和它的运行状况。
当中性点侧发生接地故障时，三次谐波电压的振幅会有一些变化（中性点电压降低并且机端电压升高）。
与连接方式有关，保护必须设置为欠压保护方式或者过压保护方式。
保护还可以设置延时。
为了防止保护误动，有功功率和正序电压作为开放条件。
最终保护设置只能通过发电机一次侧测试来完成。
断路器失灵保护：
（ANSI50BF）
在定期检修期间或发电机故障期间，如果断路器发生故障并足以承受实质损坏，发电机可以保持合闸状态。
断路器失灵保护评估最小电流和断路器辅助接点。
它可以通过内部保护跳闸启动或通过外部二进制输入启动。
两通道触发方式防止保护误动（见图20）
图20：
断路器失灵保护逻辑图
突然供电保护：
（ANSI50,27）
在断路器突然合闸时，不管发电机是静态或是无励磁旋转还是同步旋转，保护具有防止发电机损坏的作用。
如果与电力系统电压相连，发电机作为一个大滑差异步机械装置起动，最终导致转子中产生非常大的电流。
逻辑回路由各相灵敏电流测量、测量值检测器、时间控制和最小电压闭锁组成，跳闸命令能快速产生。
如果熔丝熔断监视器动作，保护将无效。
转子接地保护：
（ANSI64R）
这个保护功能7UM62可以用三种方式实现。
最简单的形式是转子电流测量原理（见灵敏接地电流测量）。
系统频率电压的电阻测量：
第二种形式是带工频电压的转子接地电阻测量。
（见图29典型应用）。
保护测量引入电压和转子实时接地电流。
计入耦合装置（7XR61）综合阻抗，通过精确模式计算出转子接地电阻。
通过这个方式，转子接地电容的干扰影响被消除，并且增加了灵敏度。
，如果励磁电压没有中断，接地电阻测量值可以达到30KΩ。
因此，可以实现一个两段保护功能，该保护功能的特性是具有报警段和跳闸段。
附加欠流段，监视转子回路开路并报警。
带有1至3HZ方波电压的电阻测量：
大型发电机需要较高灵敏度。
一方面，必须更有效地消除转子接地电容干扰影响，另一方面，励磁装置的谐波（例如六次谐波）干扰比率必须增长。
转子回路接入一个低频率方波电压后效果良好。
（见图30典型应用）
通过控制单元7XT71接入的方波电压用来给转子接地电容永欠充电。
通过控制回路中的分路，流动的接地电流被测量出来，并传输给保护单元（测量输入）。
在故障缺省（RE≈∞）时，转子接地电流在接地电容放电后接近于零。
在接地故障时，接地电阻包括耦合电阻（7XR6004）和引入电压，限制固定电流。
方波电压和频率通过第二
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