NS 941说明书.docx
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NS941说明书
NS941电动机综合保护测控装置
说明书
V1.10
南京电力自动化设备总厂
南京南自科技发展有限公司
2005年6月
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南自科技电网事业部监制
第一部分
技术说明书
目录
1装置概述…………………………………………………………………………………………1
2装置特点…………………………………………………………………………………………1
3主要功能…………………………………………………………………………………………2
3.1保护功能配置………………………………………………………………………………2
3.2数据采集功能………………………………………………………………………………2
3.3事件记录……………………………………………………………………………………2
3.4控制功能………………………………………………………………………………………2
3.5操作箱功能……………………………………………………………………………………3
3.6通信功能……………………………………………………………………………………3
3.7故障记录功能………………………………………………………………………………3
4主要技术条件……………………………………………………………………………………4
4.1额定参数……………………………………………………………………………………4
4.2保护参数……………………………………………………………………………………4
4.3测量精度……………………………………………………………………………………5
4.4绝缘性能……………………………………………………………………………………5
4.5机械性能……………………………………………………………………………………5
4.6气候条件………………………………………………………………………………………6
4.7电磁兼容……………………………………………………………………………………6
5硬件说明…………………………………………………………………………………………7
5.1机箱结构………………………………………………………………………………………7
5.2交流模件……………………………………………………………………………………7
5.3CPU模件……………………………………………………………………………………7
5.4信号出口模件…………………………………………………………………………………7
5.5电源模件……………………………………………………………………………………7
5.6显示面板……………………………………………………………………………………8
6保护功能…………………………………………………………………………………………9
6.1速断保护………………………………………………………………………………………9
6.2正序过流保护………………………………………………………………………………9
6.3负序电流保护………………………………………………………………………………9
6.4零序过流保护（出口方式可选报警或跳闸）………………………………………………10
6.5过热保护（包括过热报警和过热跳闸）……………………………………………………10
6.6启动时间过长保护…………………………………………………………………………11
6.7低电压保护………………………………………………………………………………11
6.8过负荷保护……………………………………………………………………………………11
6.9遥信开入跳闸功能…………………………………………………………………………11
6.10PT断线检测………………………………………………………………………………11
7测量、控制以及事件记录功能………………………………………………………………12
7.1测量功能……………………………………………………………………………………12
7.2控制功能……………………………………………………………………………………12
7.3事件记录功能………………………………………………………………………………12
7.4故障录波……………………………………………………………………………………13
7.5打印设置……………………………………………………………………………………13
1装置概述
NS941型数字式电动机综合保护测控装置是在消化吸收国内外同类产品先进经验的基础上研制的基于DSP（数字信号处理器）技术的新一代保护测控产品。
装置适用于大型及中型三相异步电动机的保护、测量及控制。
既可以分散在开关柜就地安装，也可以集中组屏安装。
完善、周到的软硬件设计使装置在恶劣环境下可以长期、可靠运行；现场总线技术以及标准通信传输规约的使用，提高了自动化系统通讯的可靠性、快速性和通用性；人性化的界面设计，完善的自诊断功能，使得操作更方便、维护更简单。
2装置特点
◆双处理器结构及高速的保护计算处理器
采用双处理器结构，分担保护测控和人机界面功能。
采用32位高性能DSP芯片（硬件乘法器、大容量快速闪存、并行结构及多级流水线技术），提供了高速的数据处理能力，保证了实时高性能算法的实现，提高了装置的可靠性和整体性能。
◆快速、高精度采样
采用新型的高精度采样芯片，并采用频率自动跟踪技术，保证了很高的采样精度和保护测量计算精度。
◆电能质量监测功能
采用FFT等算法，实时计算分析电流、电压的2～15次谐波。
◆强大的通讯功能
传输速率可达1Mb/s，系统响应速度快，标准的通讯规约满足自动化系统的需要。
◆完整的操作箱功能
断路器跳、合闸电流自适应。
◆高可靠的电磁兼容设计
标准背插式工业机箱，电路板采用表面贴装技术以及多层板工艺，选用快速瞬变电压抑制器件，使装置具有很强的电磁兼容能力。
3主要功能
3.1保护功能配置
⏹电流速断保护
⏹正序过流保护
⏹负序过流保护
⏹过负荷保护
⏹零序过流保护
⏹过热保护
⏹启动时间过长保护
⏹低电压保护
3.2数据采集功能
⏹实时采集电流、电压、有功、无功、功率因数、频率
⏹16路遥信量
⏹谐波测量
⏹故障录波
⏹电度采集
3.3事件记录
⏹保护事件
⏹告警事件
⏹遥信变位事件
⏹操作记录事件
3.4控制功能
⏹就地/远方分闸、合闸控制
⏹远方定值修改
⏹远方保护投/退
3.5操作箱功能
⏹跳位、合位指示
⏹可靠的自保持及防跳设计
⏹跳、合闸电流自动适应
⏹控制回路断线告警
3.6通信功能
⏹CAN总线
⏹RS485总线
3.7故障记录功能
4主要技术条件
4.1额定参数
4.1.1直流电源
额定电压：
220V或110V（订货说明）
允许偏差：
－20％～15％
纹波系数：
＜5％
功耗：
＜15W
4.1.2交流参数
交流电压：
100V
交流电流：
5A或1A（订货说明）
频率：
50HZ
交流电流功耗：
＜0.5VA/相（额定电流5A）
＜0.1VA/相（额定电流1A）
交流电压功耗：
＜0.1VA/相
交流电流过载能力：
2倍额定电流连续工作
20倍额定电流连续工作10秒
40倍额定电流连续工作1秒
交流电压过载能力：
1.2倍额定电压连续工作
4.2保护参数
4.2.1电流元件
动作电流：
0.1～20In
级差：
0.01A
误差：
＜3％
4.2.2电压元件
动作电压：
0.5～120V
级差：
0.1V
误差：
＜3％
4.2.3零序电流
动作电流：
0.1～20In（或0.01～1.2In）
级差：
0.01A
误差：
＜3％
4.2.4整组动作时间（包括继电器固有时间）
1.2倍整定值：
40ms
4.3测量精度
电流、电压：
0.2级
有功、无功：
0.5级
4.4绝缘性能
4.4.1绝缘电阻
装置的带电部分和非带电部分及外壳之间，以及电气上无联系的各电路之间，用开路电压500V的兆欧表测量其绝缘电阻值，均大于100MΩ。
4.4.2介质强度
在正常试验大气条件下，装置能承受频率为50Hz，历时1min的工频耐压试验而无击穿闪络及元器件损坏现象，试验电压2kV。
4.4.3冲击电压
在正常试验大气条件下，装置的直流电源输入回路、交流输入回路、输出触点回路对地以及回路之间，应能承受1.2/50μs的标准雷电波的短时冲击电压试验，开路试验电压5KV，装置应无绝缘损坏。
4.5机械性能
4.5.1振动
技术条件：
装置能承受GB7621中16.3规定的严酷等级为Ⅰ级的振动耐久能力试验。
4.5.2冲击
技术条件：
装置能承受GB7621中17.5规定的严酷等级为Ⅰ级的冲击耐久能力试验。
4.5.3碰撞
技术条件：
装置能承受GB7621第18章规定的严酷等级为Ⅰ级的冲击耐久能力试验。
4.6气候条件
4.6.1环境温度
工作温度：
－20℃～＋55℃
存储温度：
－25℃～＋70℃
4.6.2相对湿度：
≤95％，无凝露
4.6.3大气压力：
70～106KPa
4.7电磁兼容
4.7.1静电放电抗干扰度
通过GB/T14598.14－1998标准、静电放电抗干扰4级试验。
4.7.2电快速瞬变脉冲群抗扰度
通过GB/T14598.10－1996标准、电快速瞬变脉冲群抗扰度3级试验。
4.7.3浪涌（冲击）抗扰度
通过GB/T17626.5－1999标准、浪涌（冲击）抗扰度3级试验。
4.7.4脉冲群抗扰度
通过GB/T14598.13－1998标准、脉冲群抗扰度3级试验。
5硬件说明
5.1机箱结构
装置采用标准6U机箱结构，由交流模件、CPU模件、信号出口模件、电源模件、显示面板组成。
5.2交流模件
交流模件包括电流输入回路和电压输入回路。
电流输入回路由电流互感器和滤波电路组成，电压输入回路由电压互感器和滤波回路组成。
交流模件将系统二次侧的电流和电压变换为装置可以使用的模拟量，提供给CPU模件。
同时交流输入回路还具有很强的屏蔽和滤波功能，可以隔离和抑制系统中可能出现的干扰信号。
5.3CPU模件
CPU模件是装置的核心部分，模件内包括两个独立的CPU，分别完成人机界面管理和保护测控功能。
其中保护测控功能是以高速DSP芯片为核心，配合高速存储器、大规模逻辑电路和高精度采样芯片，保证了装置的可靠性和先进性。
插件采用多层印制板及表面贴装工艺，提高了装置的稳定性及抗电磁干扰能力。
5.4信号出口模件
信号出口模件由信号继电器、出口继电器及断路器操作回路组成，对外提供信号空接点、跳闸空接点，以及断路器的防跳回路和位置信号。
其中操作回路采用分合闸电流自适应设计，简化了设计和调试工作，进一步提高了装置可靠性。
5.5电源模件
电源模件提供装置的工作电源。
为提高数字信号处理回路的可靠性，装置通讯回路工作电源由单独的带隔离的DC/DC模块供给。
此外该模件还包括八路遥信量回路，为提高遥信回路的抗干扰能力，遥信采用强电输入（220V或110V），完善、周到的设计可防止直流接地引起的遥信状态变位。
5.6显示面板
显示面板包括液晶屏、键盘以及压板和操作把手。
其中液晶显示为全中文菜单，空闲状态时显示屏背光可以自动关闭。
面板上提供有跳闸压板和合闸压板，远方/就地位置切换开关以及分合闸把手，操作方便可靠。
跳闸压板和合闸压板是保护动作和遥控操作出口回路的压板，正常运行时必须在投入的位置，否则保护动作跳闸、遥控操作时不能正确出口。
此压板与手动操作回路没有关系，不管压板在“投入”还是“退出”位置，都可以进行手动分合闸操作。
“远方/就地”切换开关是就地操作和远方遥控操作的选择开关，在就地位时只能就地分合闸操作，在远方时可以进行遥控分合闸操作，同时切断就地操作回路；“远方/就地”切换开关不影响后台对装置上装和下载定值等其它操作。
6保护功能
6.1速断保护
速断保护作为电动机绕组及引出线发生相间短路时的主保护。
为了提高电流速断保护在正常运行状态下的灵敏度，本装置速断保护设置了两个整定值：
电动机启动状态下的定值和正常运行状态下的定值。
考虑到电动机启动时以及外部短路会产生较大的瞬态电流，建议速断保护带一短延时，对于中小型电动机该延时可取0.10～0.15秒，对于大型电动机可取0.15～0.20秒。
6.2正序过流保护
本装置的正序过流保护对电动机在启动结束后的堵转及对称过负荷提供快速保护。
若在电动机启动过程中发生堵转，启动时间过长保护会动作，虽然动作时间可能大于允许的堵转时间，但考虑到堵转前电动机处于冷却状态，允许适当延长跳闸时间。
6.3负序电流保护
负序电流保护用于反应电动机的不对称故障、断相、反相、匝间短路、不对称过负荷。
本装置反时限特性是一条设置了最小时限的反时限曲线。
设置最小定时限是为了防止电动机外部两相短路时的误动作，或电动机出口采用FC回路时防止负序保护先于熔丝熔断前动作。
动作判据：
1.t=
当1<
<2时；
2.t=T当
2时
其中，I2：
电动机的负序电流
I2dz：
负序电流动作值
T：
负序动作时间常数
6.4零序过流保护（出口方式可选报警或跳闸）
本装置采用零序互感器获取电动机的零序电流，作为电动机的单相接地保护。
为防止在电动机较大的启动电流下，由于不平衡电流引起的误动作，装置采用最大相电流作为制动量。
动作判据：
1.I0
I0dz当Imax<1.05In时；
2.I0
当Imax>1.05In时
其中，I0：
电动机的零序电流
I0dz：
零序电流动作值
In：
电动机额定电流
Imax：
最大相电流值
6.5过热保护（包括过热报警和过热跳闸）
考虑正、负序电流的综合发热效应，本装置采用以下发热模型实现电动机的过热保护。
其中，τ：
发热时间常数；
In：
电动机的额定电流；
I1：
正序电流；
I2：
负序电流；
K1：
正序电流发热系数，电动机启动中K1=0.5,启动结束K1=1；
K2：
负序电流的发热系数，K2=3～10，一般取K2=6；
过热保护启动后，装置显示电动机的热积累程度，当热积累值达到热积累告警定值时发热告警信号；当热积累值达到热积累定值时发跳闸命令切除电动机。
电动机过热保护跳闸后，积累的热量即按指数规律衰减，当电动机仍处于过热状态时，禁止电动机再次起动。
在需要紧急起动时，通过装置面板的“热复归”按钮强行将热模型恢复到冷态，方可紧急起动。
6.6启动时间过长保护
电动机启动时间过长会造成转子过热，当装置实际测量的启动时间超过整定的允许启动时间时，保护动作于跳闸。
装置对与电动机启动的判据是：
保护检测到电流在100ms内由零上升到2In即认为电机开始启动。
装置对与电动机启动结束的判据是：
在整定的启动时间内电流下降到1.1In以下，或到达整定的启动时间。
6.7低电压保护
为防止电动机在低电压状态下运行时，负荷电流增加而烧坏设备，以及保障重要电机的自启动，本装置设置了低电压保护。
低电压保护除针对常规运行状态下的低电压保护外，另设了针对正常运行方式下工作母线突然失压后，动作于跳闸的失压保护功能。
为防止电动机停运时低电压保护动作，装置只有首先检测到有压及开关在合闸位置后才会投入本保护。
6.8过负荷保护
过负荷保护出口方式可选择报警或跳闸。
过负荷元件监视三相电流，当有一相电流值大于定值时动作。
本保护在检测到电机启动结束时才投入过负荷保护。
6.9遥信开入跳闸功能
考虑到大型电动机多是用于发电厂常用系统、厂矿企业等，在现场往往根据生产工艺的要求需要装置通过开入量（生产过程中的某种信号）来跳闸。
装置的开入5，开入6，开入7均可通过软压板设置为跳闸遥信
6.10PT断线检测
母线PT断线采用以下判据：
1）三个线电压均小于30V，且有一相电流大于0.1A，延时10秒后报“母线PT断线”。
2）最大线电压与最小线电压之差（Ux.max－Ux.min）大于18V，延时10秒后报“母线PT断线”。
7测量、控制以及事件记录功能
7.1测量功能
7.1.1模拟量
装置可实时采集电压、电流、有功功率、无功功率、频率及功率因数。
另外装置还可以测量显示装置内部的数字、模拟回路的±5V电源电压。
7.1.2开关量
装置设有八路外部开关量接口，用于刀闸手车位置等开关量的采集；装置还设有八路内部状态量的采集，用于操作回路如开关跳合位、手分、手合、远方/就地等信号的采集。
7.2控制功能
装置可接收遥控命令实行开关的远方分、合控制。
还可通过面板上设置的专用按钮对开关进行手动分合操作。
保护定值的修改、保护功能的投退均可由远方控制。
7.3事件记录功能
装置“历史记录”可记录保护动作事件、告警事件、遥信变位事件以及操作记录。
保护动作事件记录保护动作时间，作用于跳闸的保护类型（过流、低频减载等）、以及故障时的短路电流、电压值。
告警事件记录PT断线、CT断线、过负荷等系统告警以及装置自检出错告警如定值出错、ROM出错、RAM出错等。
遥信变位记录遥信量的变位。
操作记录用于对定值的修改、遥控命令以及面板上进行的分、合闸操作等进行记录，操作记录不可删除。
7.4故障录波
本装置故障录波功能，记录的模拟量为Ia、Ib、Ic、3I0、Ua、Ub、Uc，记录的状态量为开关位置、保护跳闸命令。
7.5打印设置
本装置对外提供一个打印接口RS485（403、404），用于打印事件记录或保护定值。
在使用打印机时必须将控制字中电度表功能退出，同时还另需一个485/232转换器接入打印机端口。
下面举例说明在使用LQ300K打印机的配置：
序号
设置项目
设置
1
字符表
PC437
2
连续纸页长
根据实际使用的纸张定
3
跳过页缝
有效或无效
4
切纸自动归位
有效或无效
5
图形打印方向
双方向
6
自动换行
无效
7
接口
自动切换（切换时间10S）
8
波特率
4800bps
9
奇偶校验
无
10
数据位长
8比特位
11
ETX/ACK方式
无效
12
状态应答
无效
第二部分
使用说明书
目录
1装置面板说明……………………………………………………………………………………1
1.1指示灯………………………………………………………………………………………1
1.2键盘…………………………………………………………………………………………1
2菜单操作说明……………………………………………………………………………………2
2.1菜单使用说明………………………………………………………………………………2
2.2保护信息……………………………………………………………………………………3
2.3测量信息……………………………………………………………………………………3
2.4历史记录……………………………………………………………………………………3
2.5系统设置……………………………………………………………………………………4
3事件信息一览表………………………………………………………………………………7
3.1保护动作事件一览表…………………………………………………………………………7
3.2保护告警事件一览表……………………………………………………………………7
3.3数值型定值一览表…………………………………………………………………………8
3.5遥测量信息一览表…………………………………………………………………………9
3.6遥信量信息一览表…………………………………………………………………………9
4定值整定说明………………………………………………………………………………11
4.1电流速断保护………………………………………………………………………………11
4.2正序过流定值………………………………………………………………………………12
4.3负序过流定值………………………………………………………………………………12
4.4零序电流保护定值…………………………………………………………………………12
4.5过热保护……………………………………………………………………………………13
4.6低电压保护………………………………………………………………………………14
4.7起动时间过长保护…………………………………………………………………………15
5接线说明……………………………………………………………………………………16
5.1电源插件X1、X2…………………………………………………………………………16
5.2交流插件X3………………………………………………………………………………17
5.3CPU插件X4………………………………………………………………………………17
5.4出口插件X5、X6…………………………………………………………………………18
6附图…………………………………………………………………………………………19
6.1面板示意图………………………………………………………………………………19
6.3背板示意图………………………………………………………………………………21
6.4逻辑方框图………………………………………………………………………………22
6.5典型工程图………………………………………………………………………………25
1装置面板说明
1.1指示灯
装置面板上有指示灯，其中“运行”和“跳位”灯为绿色，其它为红色，它们的具体意义见表2.1所示。
指示灯
意义
运行
正常运行时，每秒闪烁一次
告警
事故总告警信号
动作
保护动作及合闸信号
故障
装置故障
跳位
断路器跳位（绿灯）
合位
断路器合位（红灯）
表2.1面板指示灯意义
1.2键盘
装置面板上键盘按键的具体意义见表2.2所示。
键盘
意义
↑
方向键，上移一行（或一屏）
↓
方向键，下移一行（或一屏）
←
方向键，左移一列（或一屏）
→
方向键，右移一列（或一屏）
确认（
）
确认当前操作
取消（Q）
取消当前操作并返回上一级菜单
复归
信号复归
＋
加1（或选择控制型定值）
－
减1（或选择控制型定值）
表2.2面板键盘意义
2菜单操作说明
2.1菜单使用说明
本保护装置采用树状中文菜单，通过对树状菜单的访问可以完成电量显示、参数设定、信息读取等。
菜单结构如图2.1所示。
图2.1菜单结构
2.2保护信息
图2.2保护信息
第一行显示的是装置的型号及版本号；
第二行显示的是
升级会员 