RCS991过负荷联切装置.docx
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RCS991过负荷联切装置
1．概述
1.1研发背景
近年来，变压器的事故次数逐年上升。
由于220kV的变压器的中压侧为并列运行方式，因此当某一台220kV变压器因内部故障或者其它原因被切除，则两台变的负荷将全部转移到另外一台变压器上。
此时，这台变压器可能会出现接近2倍或者2倍以上的严重过负荷。
因此需研制出一套微机型安全自动装置，实现220kV变压器过负荷联切。
在不同的过负荷倍数下，允许的运行时间不相同，因此需要将动作电流分级。
传统微机型过负荷联切装置只能根据事先设定好的各级出口，或出口压板的投入情况来决定切除负荷线路的数目，这就存在过切或欠切的可能。
为了把装置联切负荷的数目控制到最精确，需要在每一级过负荷元件动作后分轮出口切除负荷线路，直至变压器过负荷状况解除。
【1】
对于3台供电变压器接线的变电站，同样会出现上述过负荷的问题，本装置亦需考虑。
1.2应用范围
RCS -991A 型稳定控制装置为微机实现的数字式安全稳定控制装置，本装置在RCS -991A 型稳定控制装置的硬件平台基础上，开发了相应的软件，实现3台变压器的过负荷联切功能。
1.3主要性能
✧ 在充分保证变压器安全运行的前提下，为了将负荷损失控制到最小的范围，将过负荷联切的动作分为5级，总共驱动8轮出口继电器。
任一级过负荷联切动作后都可以顺序从第1轮到第8轮驱动出口继电器，直至本级电流返回，这样能够保证切除的负荷量最少。
✧ 装置共14组跳闸出口，其中8组中每组具有4付接点；其它6组中每组具有2付接点。
一般配置能满足一个厂站的切负荷要求。
若加配本公司生产的专用重动继电器模块，还可扩展出口以切除更多线路。
✧ 本装置具备软件和硬件GPS脉冲对时功能。
1.4主要特点
✧ 装置的14组跳闸出口可通过软件灵活地设定到各个控制元件的相应轮次。
✧ 装置采用整体面板、全封闭机箱，装置采用双CPU结构，强弱电严格分离，舍弃传统的背板配线方式；同时在软件设计上采取了有效的抗干扰措施。
因此装置具有很强的抗干扰和抗电磁辐射的能力。
✧ 完善的事件记录报文处理，可保存最新128次动作报告，24次故障录波报告。
✧ 友好的人机界面、汉字显示、中文报告打印。
✧ 灵活的通信方式，配置有RS-485通信接口（可选双绞线、光纤引出）或以太网接口。
✧ 对厂站监控系统通信支持电力行业标准DL/T667-1999（IEC60870-5-103标准）的通信规约。
✧ 模块化结构，硬件、软件扩充灵活。
2．技术参数
2.1机械及环境参数
机箱结构尺寸：
482mm × 177mm × 291mm ；嵌入式安装
正常工作温度：
0～40℃
极限工作温度：
-10～50℃
贮存及运输：
-30～70℃
2.2额定电气参数
交流额定电压：
100／ V，100V
交流额定电流：
1A 或 5A
额定频率：
50Hz
2.3过载能力
电流回路：
2倍额定电流，连续工作
10倍额定电流，允许10S
40倍额定电流，允许1S
电压回路：
1.5倍额定电压，连续工作
功耗：
交流电流：
＜1VA/相（In=5A）
＜0.5VA/相（In=1A）
交流电压：
＜0.5VA/相
直流：
正常时＜35W
跳闸时＜50W
2.4主要技术指标
2.4.1 电气量测量精度
电压测量误差≤0.5%（0.2～1.2UN）
电流测量误差≤1%（0.1～2IN）
频率测量误差≤0.01Hz（45～55Hz）
有功功率测量误差≤1%（0.2～1.2UN、0.1～2IN、45～55Hz）
2.4.2 电磁兼容
辐射电磁场干扰试验符合国标：
GB/T14598.9的规定；
快速瞬变干扰试验符合国标：
GB/T14598.10的规定；
静电放电试验符合国标：
GB/T14598.14的规定；
脉冲群干扰试验符合国标：
GB/T14598.13的规定；
射频场感应的传导骚扰抗扰度试验符合国标：
GB/T17626.6的规定；
工频磁场抗扰度试验符合国标：
GB/T17626.8的规定；
脉冲磁场抗扰度试验符合国标：
GB/T17626.9的规定；
浪涌（冲击）抗扰度试验符合国标：
GB/T17626.5的规定。
2.4.3 绝缘试验
绝缘试验符合国标：
GB/T14598.3-936.0的规定；
冲击电压试验符合国标：
GB/T14598.3-938.0的规定。
2.4.4 输出接点容量
信号接点容量：
允许长期通过电流 8A
切断电流 0.3A （DC220V，V/R1ms）
跳闸出口接点容量：
允许长期通过电流 5A
允许切断电流 0.2A （DC220V，V/R1ms），不带电流保持
2.4.5 通信接口
两个RS-485通信接口（可选光纤或双绞线连接），或光纤以太网接口，通信规约可选择为电力行业标准DL/T667-1999（idtIEC60870-5-103）规约或LFP规约，通信速率可整定；
一个用于GPS对时的RS-485双绞线接口；
一个打印接口，可选RS-485或RS-232方式，通信速率可整定；
一个用于调试的RS-232接口（前面板）。
3．装置工作原理
3.1电气量的测量方法
装置对输入的交流电压、电流进行采样，采样周期为0.833ms，即一个工频周期采样24点。
装置分别采用以下算法计算出电压有效值、电流有效值、三相有功功率值、频率值。
（1）电压、电流有效值采用全波付氏算法
（2）三相有功功率的算法为
MW
装置测量计算出的三相有功功率为一次值（单位：
MW）。
（3）频率值采用软件算法，分别对两组正序电压进行计算。
3.2原理逻辑框图
图3.1过负荷联切装置原理逻辑框图
3.3起动元件
针对3台变压器，装置设计了3个独立的起动元件:
Imaxi≥Iqdzdi
Pi≥Pzdi
t≥50ms
对于每个起动元件，同时满足以上3式则起动元件动作。
上式中，i取1、2、3。
Imaxi为每台变压器A、C相电流中的最大值，Iqdzdi为起动电流值，取5级过载电流整定值中的最小值的0.97倍。
Pi为实时有功功率，Pzdi为功率起动整定值。
t为时间计数器。
3.4过载报警工作原理
装置设计了3个独立的过载报警元件：
Imaxi≥Ibjzdi
t≥Tbjzdi
对于每个报警元件，同时满足以上2式则元件动作。
上式中，i取1、2、3。
Imaxi为每台变压器A、C相电流中的最大值，Ibjzdi为过载报警电流整定值。
t为时间计数器。
电流低于整定值后，报警元件延时Tbjzdi自动返回。
若不需要过载报警功能，则可将电流整定值整定至最大值（ 30000A ）。
3.5过载联切工作原理
在充分保证变压器安全运行的前提下，为了将负荷损失控制到最小的范围，将过负荷联切的动作分为5级，总共驱动8轮出口继电器。
任一级过负荷联切动作后都可以顺序从第1轮到第8轮驱动出口继电器，直至本级电流返回，这样能够保证切除的负荷量最少。
各轮之间的间隔时间可以灵活整定。
3台主变的5级过载联切元件的动作电流和动作延时可灵活整定。
动作延时最长可整定为3000分（50小时）。
装置设计了3台主变的过载联切投退压板开入，每台主变的各级过载联切元件也可通过整定控制字分别投退。
3.6TV断线判别
当正序电压＜0.15Un或负序电压＞0.15Un，则判为TV回路断线，延时5秒发TV断线异常告警信号。
异常消失后，延时5秒自动返回。
3.7TA断线判别
由于本装置接入两相电流，因此TA断线的判据只能判别两相电流的不平衡。
设两相电流的大值为Imax，小值为Imin，若Imax＞ 0.2In 且Imax＞2Imin，则判为TA回路断线，延时5秒发TA断线异常告警信号。
异常消失后，延时5秒自动返回。
3.8电压、电流回路零点漂移调整
随着温度变化和环境条件的改变，电压、电流的零点可能会发生漂移，装置将自动跟踪零点的漂移。
4．硬件原理说明
4.1面板布置图
图4.1是装置的正面面板布置图。
图4.1面板布置图
图4.2是RCS -991A 的背面面板布置图。
图4.2RCS -991A 端子布置图（背视）
“运行”灯为绿色，装置正常运行时点亮；
“TV断线”灯为黄色，当发生电压回路断线时点亮；
“TA断线”灯为黄色，当发生电流回路断线时点亮；
“装置异常”灯为黄色，当装置异常时点亮；
“跳闸”灯为红色，当装置动作出口点亮，在“信号复归”后熄灭。
4.2装置接线端子
图4.3为端子定义图。
图4.3端子定义图（背视）
4.3输出接点
输出接点共14组，45付空接点，如图4.4所示。
图4.4输出接点图
说明：
跳闸出口13的第3付接点TJ13-3可用于重动，以扩展更多输出接点。
4.4结构与安装
装置采用4U标准机箱，用嵌入式安装于屏上。
机箱结构和屏面开孔尺寸分别见图4.5、图4.6。
图4.5机箱结构图及屏面开孔图
图4.6机箱结构图及屏面开孔图
4.5各插件原理说明
组成装置的插件有：
电源插件（DC）、交流插件（AC）、低通滤波器（LPF）、CPU插件、通信插件（COM）、光耦插件（OPT）、信号输出插件（SIG）、3个跳闸出口插件（OUT、OUT、OUT1）、显示面板（LCD）。
具体硬件模块图见图4.7。
图4.7硬件模块图
4.5.1 电源插件（DC）
从装置的背面看，第一个插件为电源插件，如图4.8（A）所示：
图4.8电源插件原理及输入接线图
装置的电源从101端子（直流电源220V/110V＋端）、102端子（直流电源220V/110V－端）经抗干扰盒、背板电源开关至内部DC/DC转换器，输出＋5V、±12V、＋24V（继电器电源）给保护装置其它插件供电。
输入电源的额定电压有220V和110V两种，订货时请注明，投运时请检查所提供电源插件的额定输入电压是否与控制电源电压相同，电源输入连接如图4.8（B）。
4.5.2 交流输入变换插件（AC）
、 、 分别为1段母线三相电压输入，二次额定电压为 V。
、 、 分别为2段母线三相电压输入，二次额定电压为 V。
、 ，分别为主变1两相电流输入。
、 ，分别为主变2两相电流输入。
、 ，分别为主变3两相电流输入。
注意：
电流以高压侧母线流向变压器为正方向。
以Ia1为例，电流正方向为：
201端子流进，202端子流出。
交流插件的电流，按额定电流可分为 1A 、 5A 两种，订货时请注明，投运前注意检查。
4.5.3 低通滤波插件（LPF）
本插件无外部连线，其主要作用是：
（1）滤除高频信号，
（2）电平调整，（3）为利用本公司的专用试验仪（HELP-90B）测试创造条件。
图4.9低通滤波原理图
由上图可见，CPU与DSP采样从有源元件开始就完全独立，因此保证了任一器件损坏不致于引起保护误动。
试验输入由装置面板的DB15插座引入。
4.5.4 CPU插件（CPU）
该插件是装置核心部分，由单片机（CPU）和数字信号处理器（DSP）组成，CPU完成装置的总起动元件和人机界面及后台通信功能，DSP完成所有的数字算法和逻辑功能。
装置采样率为每周波24点，在每个采样点对所有数字算法和逻辑进行并行实时计算，使得装置具有很高的固有可靠性及安全性。
起动CPU内设总起动元件，起动后开放出口继电器的正电源，同时完成事件记录及打印、保护部分的后台通信及与面板通信；另外还具有完整的故障录波功能，录波格式与COMTRADE格式兼容，录波数据可单独串口输出或打印输出。
4.5.5 通信插件（COM）
通信插件的功能是完成与监控计算机或RTU的连接，有三种型号可选：
A
B
物理层
规约
8A
RS485
RS485
双绞线
IEC60870
-5-103
8B
RS485
RS485
光纤
8C
以太网
10/ 100M 光纤
8A 、8B插件设置了两个用于向监控计算机或RTU传送报告的RS485接口， 8C 插件通过以太网上送报告。
三种插件的背板端子及外部接线图如图4.10。
所有型号的插件均设置了一个用于对时的RS485接口，该接口只接收GPS发送的秒脉冲信号，不向外发送任何信号。
所有型号的插件还设置了一个用于打印的RS485或RS232接口，通过整定控制字选择接口方式。
如选用RS232方式，控制字“网络打印方式”设为“0”，同时将该插件上相应的端子短接于232位置；如选用RS485方式，控制字“网络打印方式”设为“1”，同时将该插件上相应的端子短接于485位置。
与打印机通信的波特率应和打印机整定为一致。
图4.10通信插件背板端子及外部接线图
4.5.624V光耦插件（OPT1）
图4.11光耦插件背板端子及外部接线图
电源插件输出的光耦24V电源，其正端（104端子）应接至屏上开入公共端，其负端（105端子）应与本板的24V光耦负（915端子）直接相连；另外24V光耦正应与本板的24V光耦正（914端子）相连，以便让装置监视光耦开入电源是否正常。
901端子是对时输入，用于接收GPS或其它对时装置发来的秒脉冲接点或光耦信号，输入的信号必须是无源的，如下图所示，开入导通时的电流约3～5mA，推荐使用RS-485总线对时方式（参见通信插件说明），这两种对时方式实际使用时只能选用一种，若用总线对时方式，该输入不接。
图4.12对时输入接点示意图
902端子是打印输入，用于手动起动打印最新一次动作报告，一般在屏上装设打印按钮。
装置通过整定控制字选择自动打印或手动打印，当设定为自动打印时，保护一有动作报告即向打印机输出，当设定为手动打印时，则需按屏上的打印按钮打印。
903端子是投检修态输入，此设置是为了防止在保护装置进行试验时，有关报告经IEC60870-5-103规约接口向监控系统发送相关信息，而干扰调度系统的正常运行，一般在屏上设置一“投检修态”压板，在装置检修时，将该压板投上，在此期间进行试验的动作报告不会通过通信口上送，但本地的显示、打印不受影响；运行时应将该压板退出。
904端子是信号复归输入，用于复归装置的磁保持信号继电器和液晶的报告显示，一般在屏上装设信号复归按钮。
信号复归也可以通过通信进行远方复归。
905端子是#1过载联切投入压板开入。
906端子是#2过载联切投入压板开入。
907端子是#3过载联切投入压板开入。
908－911端子为开入备用。
4.5.7 信号输出插件（SIG）
本插件提供输出信号空接点，如下图所示：
图4.13信号输出插件背板及接点图
BSJ为装置故障告警继电器，其输出接点远动BSJ和中央BSJ均为常闭接点，装置退出运行如装置失电、定值校验出错、装置内部故障时均闭合。
BJJ为装置异常告警继电器，其输出接点远动BJJ和中央BJJ为常开接点，装置异常如定值校验出错、装置内部故障、TV断线、TA断线、频率异常、过载报警、光耦电源异常等情况下，发告警信号，BJJ继电器动作，接点闭合。
中央TJ为跳闸信号磁保持继电器，装置跳闸时中央TJ继电器动作并保持，需按信号复归按钮或由通信口发远方信号复归命令才返回。
4.5.8 继电器出口插件（OUT、OUT、OUT1）
输出插件共3块，共提供输出接点14组，45付空接点，如下图4.14
（1）、
（2）、（3）所示。
其中B、C两插件相同。
图4.14继电器出口插件
4.5.9显示面板（LCD）
显示面板单设一个单片机，负责汉字液晶显示、键盘处理，通过串口与CPU交换数据。
显示面板还提供一个与PC机通信的接口（9芯），一个调试用模拟量输入端子（15芯）。
5．定值内容及整定说明
装置定值包括装置参数、保护定值和出口组态。
5.1装置参数及整定说明
序号
定值名称
定值范围
备注
1
定值区号
0～29
2
装置地址
0～254
3
串口1波特率
4800，9600，19200，38400
4
串口2波特率
4800，9600，19200，38400
5
打印波特率
4800，9600，19200，38400
6
调试波特率
4800，9600
7
1段线电压一次额定值
110、220、330、500等
单位：
KV
8
2段线电压一次额定值
单位：
KV
9
主变1电流一次额定值
单位：
A
10
主变2电流一次额定值
单位：
A
11
主变3电流一次额定值
单位：
A
12
厂站名称
13
网络打印方式
0,1
14
自动打印
0,1
15
规约类型
0,1
16
分脉冲对时
0,1
17
远方修改定值
0,1
18
103规约有INF
1
1.定值区号：
保护定值有30套可供切换，装置参数不分区，只有一套。
2.装置地址：
指后台通信管理机与本装置通信的地址。
3.RS485串口波特率、打印波特率、调试波特率：
只可在所列波特率数值中选其一数值整定。
4．线电压一次额定值、电流一次额定值为实际系统电压互感器参数。
5.厂站名称：
可整定汉字区位码（12位），或ASCII码（后6位），装置将自动识别，此定值仅用于报文打印。
6.自动打印：
保护动作后需要自动打印动作报告时置为“ 1” ，否则置为“ 0” 。
7.网络打印：
需要使用共享打印机时置为“ 1” ，否则置为“ 0” 。
使用共享打印机指的是多套保护装置共用一台打印机打印输出，这时打印口应设置为RS-485方式（参见 4.5.5 通信插件说明）,经专用的打印控制器接入打印机；而使用本地打印机时，应设置为RS-232方式，直接接至打印机的串口。
8.规约类型：
当采用IEC60870-5-103规约置为“ 0” ，采用LFP规约置为“ 1” 。
9.分脉冲对时：
当采用分脉冲对时置为“ 1” ，秒脉冲对时置为“ 0” 。
10.远方修改定值：
允许远方修改定值时置为“ 1” ，否则置为“ 0” 。
11．103规约有INF：
103规约有信息号，该定值必须整定为“ 1” 。
5.2定值及整定说明
序号
定值名称
符号
整定范围
整定步长
推荐值
1
8轮出口时间级差
Tjc
0.2～2.00S
0.01S
0.3S
2
过载起动功率定值1
Pzd1
0～3000.0MW
0.1MW
3
过载报警电流定值1
Ibjzd1
0～ 30000A
1A
4
过载联切1级电流定值1
Itz1zd1
0～ 30000A
1A
5
过载联切2级电流定值1
Itz2zd1
0～ 30000A
1A
6
过载联切3级电流定值1
Itz3zd1
0～ 30000A
1A
7
过载联切4级电流定值1
Itz4zd1
0～ 30000A
1A
8
过载联切5级电流定值1
Itz5zd1
0～ 30000A
1A
9
过载报警时间定值1
Tbjzd1
0～25.00S
0.01S
10
过载联切1级时间定值1
Ttz1zd1
0～3000.0分
0.1分
11
过载联切2级时间定值1
Ttz2zd1
0～3000.0分
0.1分
12
过载联切3级时间定值1
Ttz3zd1
0～3000.0分
0.1分
13
过载联切4级时间定值1
Ttz4zd1
0～3000.0分
0.1分
14
过载联切5级时间定值1
Ttz5zd1
0～3000.0分
0.1分
15
过载起动功率定值2
Pzd2
0～3000.0MW
0.1MW
16
过载报警电流定值2
Ibjzd2
0～ 30000A
1A
17
过载联切1级电流定值2
Itz1zd2
0～ 30000A
1A
18
过载联切2级电流定值2
Itz2zd2
0～ 30000A
1A
19
过载联切3级电流定值2
Itz3zd2
0～ 30000A
1A
20
过载联切4级电流定值2
Itz4zd2
0～ 30000A
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