PCS222C智能操作箱说明书.docx
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PCS222C智能操作箱说明书
PCS-222C智能操作箱
技术和使用说明书
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1概述
1.1应用范围
PCS-222C智能操作箱是用于110kV及以下电压等级数字化变电站一次开关设备操作的智能终端。
它支持实时GOOSE通信，通过与保护和测控等装置相配合能够实现对断路器、刀闸的分合操作，同时能够就地采集断路器、刀闸等一次设备的开关量信号。
装置经过严格的高低温和电磁兼容试验，可以在户外运行。
专门为装置户外运行而设计的屏柜，其防湿热、防尘、防水、防辐射等各项技术指标都能满足户外安装的要求。
1.2功能配置
装置能够把保护和测控装置通过GOOSE网下发的分、合闸命令转换成硬接点，通过自带的操作回路插件可实现断路器的操作，同时能够就地采集断路器、刀闸等一次设备的开关量信息并通过GOOSE网络上送给保护和测控装置。
装置的主要功能如下：
1）断路器跳合闸
装置具有一组TJQ跳闸出口、TJR跳闸出口以及重合闸出口，其中TJQ是不闭锁重合闸的跳闸出口，TJR是闭锁重合闸的跳闸出口。
装置接收保护发来的各种GOOSE命令，包括TJQ跳闸、TJR跳闸和重合闸命令，然后驱动相应的出口继电器动作，把GOOSE命令转换成硬接点输出。
PCS-222C带有一块操作回路插件，具有跳、合闸自保持回路，能够直接动作于断路器。
2）遥控输出
装置具有33路开出，除了断路器跳、合闸出口外，还具有4把隔刀、4把地刀的遥控分、合及闭锁控制共24付出口接点，另外还有1付冗余出口。
装置接收测控发来的各种GOOSE命令，包括断路器分合闸、隔刀和地刀的分合闸及闭锁控制命令，然后驱动相应的出口继电器动作，把GOOSE命令转换成硬接点输出。
3）遥信输入
装置具有36路开入，能够就地采集断路器位置、刀闸位置、断路器和主变本体信号等开关量，并通过GOOSE网上送给相应的保护和测控装置。
1.3装置特点
1）PCS-222C智能操作箱是新一代全面支持数字化变电站的智能终端。
装置采用南瑞继保最新研制的UAPC平台，支持实时GOOSE通讯。
2）UAPC平台按照具有长达10-15年的生命周期设计，装置插件根据需要可以在保持与平台兼容的情况下平滑升级，从而为用户的设备投资提供了长期稳定的保障。
3）装置采用了高性能DSP、内部高速总线、智能I/O，硬件和软件均采用模块化设计，灵活可配置，具有插件、软件模块通用，易于扩展、易于维护的特点，将为用户带来备品备件种类少替换方便的优点。
4）能够接收保护跳合闸、测控的手合、手分及闸刀、地刀控制的GOOSE命令，输出相应动作接点；能够采集并上送断路器、闸刀及地刀位置、断路器本体信号等。
5）出口动作速度快，从收到GOOSE报文到出口继电器动作＜8ms，并且基本不受GOOSE网络风暴的影响。
6）出口继电器经启动DSP闭锁，可以有效保证装置动作的可靠性。
7）装置采用全密封、高阻抗、小功耗的进口继电器，减少装置的功耗和发热，以提高装置的安全性。
8）具有灵活的通讯方式，配有2个独立的GOOSE接口和1个RS-232调试口。
支持新一代变电站通讯标准IEC61850。
9）支持光纤IRIG-B码对时，可记录本地最新256次动作报告。
10）具有环境温度和湿度的测量功能。
11）装置采用整体面板、全封闭机箱，强弱电严格分开，抗干扰能力大大提高，达到了电磁兼容各项标准的最高等级。
12）装置经过了严酷的高低温试验，可以在户外恶劣的环境中运行，为装置专门设计的户外柜柜，其防湿热、防水、防尘、防辐射等各项技术指标都能满足户外安装的要求。
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：
-25～70℃
极限工作温度：
-40～85℃
贮存及运输：
-25～70℃
2.2额定电气参数
直流电源：
220V，110V允许偏差:
+15％，-20％
直流功耗：
正常时＜35W
跳闸时＜50W
2.3主要技术指标
2.3.1出口时间
从收到GOOSE报文到出口继电器动作的时间＜8ms
2.3.2电磁兼容
电压渐变抗扰度：
IEC61000-4-29+20%-20%
电压暂降和短时中断抗扰度：
IEC61000-4-2950%0.2s100%0.05s
浪涌（冲击）抗扰度：
IEC61000-4-5（GB/T17626.5）4级
电快速瞬变脉冲群抗扰度：
IEC61000-4-4（GB/T17626.4）4级
振荡波抗扰度：
IEC61000-4-12（GB/T17626.12）3级
静电放电抗扰度：
IEC61000-4-2（GB/T17626.2）4级
工频磁场抗扰度：
IEC61000-4-8（GB/T17626.8）5级
脉冲磁场抗扰度：
IEC61000-4-9（GB/T17626.9）5级
阻尼振荡磁场抗扰度：
IEC61000-4-10（GB/T17626.10）5级
射频电磁辐射抗扰度：
IEC61000-4-3（GB/T17626.3）3级
无线电干扰水平：
在160kV下无线电干扰电压小于2500uV
2.3.3绝缘试验
绝缘试验：
满足GB/T14598.3-936.0的规定；
冲击电压试验：
满足GB/T14598.3-938.0的规定。
2.3.4输出接点容量
跳闸保持继电器接点容量：
允许长期通过电流8A
切断电流0.3A（DC220V，L/R40ms），不带电流保持
其它出口继电器接点容量：
允许长期通过电流5A
切断电流0.2A（DC220V，L/R40ms）
2.3.5遥信输入
遥信输入为110V/220V，无源接点输入，经光耦隔离。
2.3.6通信接口
2个独立的光纤GOOSE接口，支持基于新一代变电站通讯标准IEC61850的实时GOOSE通信，SC或ST型接头可选。
一个用于调试的RS-232接口（前面板）。
2.3.７对时接口
1个光纤IRIG-B时间码输入接口，常有光工作方式，ST型接头。
3装置构成
3.1装置硬件结构
PCS-222C智能操作箱采用4U标准机箱，由电源插件、DSP插件、智能开入插件、智能开出插件和操作回路插件组成。
DSP插件负责GOOSE通信和装置运行管理；智能开入插件能够采集断路器、刀闸等一次设备的开关量信息，然后通过DSP插件发送给保护和测控装置；智能开出插件能根据保护和测控装置通过GOOSE网送来的分、合闸命令驱动相应的出口继电器动作，并且出口继电器经DSP启动控制，保证其动作的可靠性；智能开出插件的跳、合闸出口接点连接至操作回路插件，由操作回路插件完成跳、合闸电流自保持功能，从而动作于断路器。
装置通用硬件框图如图3.1所示。
图3.1装置通用硬件框图
3.2面板布置图
图3.2是装置的正面面板布置图。
图3.2面板布置图
3.3背板布置图
图3.3是通用的装置背面面板布置图。
图3.3通用的装置背板布置图
3.4输入输出端子定义
图3.4.1为通用装置端子定义图。
图3.4.1通用装置端子定义图
3.5各插件简要说明
本装置基于本公司最新的软硬件平台而研制，新平台的主要特点是：
高可靠性、高抗干扰能力、智能化、网络化。
3.5.1电源插件（NR1301）
电源插件具有很宽的输入范围，为88VDC～264VDC。
两级高频DC/DC变换，采用BOOST+FORWARD电路，提高电源的稳定性。
输出采用同步整流，提高效率，两级总效率>81%。
具有优良的抗干扰性能。
电源插件的端子布置如图3.5.1所示。
电源插件的001-003端子为装置输出的闭锁和报警空接点，001端子为公共端，闭锁为常闭接点，报警为常开接点。
电源插件的004-006端子为另外一组闭锁和报警空接点。
电源插件的007、008端子为24V电源输出端子。
电源插件的010、011端子为电源输入端子，其中010为DC+，011为DC-。
输入电源的额定电压为220V和110V自适应，其它电压等级需要特别订货，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。
电源插件提供012端子和接地柱用于装置接地。
应将012端子接至接地柱然后通过专用接地线接至屏柜的接地铜排。
良好接地是装置抗电磁干扰最重要的措施，因此装置投入使用前一定要确保装置良好接地。
图3.5.1电源插件接线端子图
3.5.2GOOSE插件（NR1126）
DSP插件也即装置的GOOSE插件，由高性能嵌入式DSP处理器、现场可编程门阵列（FPGA）、以太网控制器及其他外设组成。
主要实现装置管理、跳合闸逻辑、GOOSE通讯、事件记录等功能。
DSP插件通过CAN总线与装置内其他插件实现数据交换，通过RS-232总线实现显示和调试数据通信。
此插件设计有两组光纤以太网接口，可以实现双网的实时GOOSE通信，负责与保护和测控装置进行数据交换，一方面接收保护和测控装置的GOOSE动作命令并进行解析处理，另一方面将开入插件采集到的一次设备状态量信号通过GOOSE报文传送给保护测控装置。
如图3.5.2所示，最上方的6个LED指示灯用于显示GOOSE通信状态。
指示灯下方是两组光纤GOOSE网络接口，“TX”是发送端，“RX”是接收端，接头型号可选SC或ST型。
GOOSE网口下方有一个开口，开口内侧有一个温湿度传感器，能够测量环境温度和湿度。
最下方是一个光纤IRIG-B对时接口，采用常有光工作方式，ST型接头。
图3.5.2GOOSE插件图
3.5.3智能开入插件1（NR1504）
装置有两块智能开入插件，用于采集包括断路器位置、刀闸位置以及断路器本体信号（含重合闸压力低）在内的一次设备的状态量信号，然后通过内部CAN总线送给DSP插件。
通过智能开入插件，可以把间隔内所有的开关量信号进行就地集中采集，然后通过GOOSE网上送给保护和测控装置，这样能够省去大量长距离的电缆。
每块插件可提供18路开入，工作电压均为直流110V/220V，由于采用了A/D采样的方式来检测开入电压，因此当开入电压＜额定工作电压的60%时，开入保证为0，当开入电压＞额定工作电压的70%时，开入保证为1。
4号插件是智能开入插件1，其端子定义如图3.5.3。
光耦电源为装置电源，用作正常运行开关量的供电电源，其正端接外部无源开入接点的一端，同时电源正需直接接入本板401端子以便让装置监视其是否正常，电源负应与422端子直接相连。
401端子定义为光耦电源监视开入，状态为“1”，表示装置光耦电源正常，状态为“0”，表示装置光耦电源异常。
402端子是投检修输入，一般在屏上装设“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带有检修标志；运行时应将该压板退出。
智能操作箱的检修开入同时具有一个很重要的作用，在检修时可以根据需要禁止或允许出口动作，说明如下：
（1）正常运行时，保护和智能操作箱的检修压板都不投，双方的检修状态相同，此时智能操作箱的出口是允许的；
（2）当单独检修保护或智能操作箱时，双方的检修状态是不同的，此时智能操作箱的出口是禁止的，以免导致一次设备误动；
（3）当保护和智能操作箱一起做传动试验时，双方的检修压板均投入，此时双方的检修状态相同，智能操作箱的出口也是允许的。
总之，只有在保护和智能操作箱的检修状态相同时，智能操作箱的出口才允许动作。
图3.5.3智能开入插件1背板端子及外部接线图
403端子是信号复归输入，用于复归装置面板的跳、合闸LED指示灯，一般在屏上装设信号复归按钮。
404端子是KKJ输入，取自于操作回路插件输出的合后KK位置信号，送给保护装置。
405和406端子是跳位和合位监视输入，分别取自于操作回路插件输出的TWJ和HWJ信号，送给保护装置。
409和410端子是跳闸压力低和合闸压力低输入，分别取自于操作回路插件输出的TYJ和HYJ信号，送给保护装置。
411和412端子是取自断路器辅助触点的分位和合位监视输入，送给测控装置作事件记录。
413～414端子分别是取自第1把隔离刀闸辅助触点的分位和合位监视输入，送给母线保护或测控装置。
416～417端子分别是取自第2把隔离刀闸辅助触点的分位和合位监视输入，送给母线保护或测控装置。
418～419端子分别是取自第3把隔离刀闸辅助触点的分位和合位监视输入，送给母线保护或测控装置。
420～421端子分别是取自第4把隔离刀闸辅助触点的分位和合位监视输入，送给母线保护或测控装置。
3.5.4智能开入插件2（NR1504）
5号插件是智能开入插件2，也是直流110V/220V强电开入，其接线方法同4号插件。
如图3.4.1所示，该插件用于采集3把接地刀闸的位置状态，另外还提供了12路冗余开入，可以采集断路器或主变本体的其它信号。
3.5.5智能开出插件（NR1521）
7～9号插件是智能开出插件，提供33路无源空接点开出。
它们通过内部CAN总线接收DSP插件送来的动作命令，然后驱动相应的出口继电器动作，并且出口继电器的正电源经DSP启动闭锁。
如图3.4.1所示，输出信号包括：
端子701-702、703-704是不闭锁重合闸的保护三跳：
TJQ1、TJQ2；
端子705-706、707-708是闭锁重合闸但启动失灵的保护三跳：
TJR1、TJR2；
端子709-710、711-712是保护重合闸：
重合闸1、重合闸2；
以上每种类型的断路器跳、合闸出口均给出了完全相同的两付接点，它们在装置内部是由同一个信号驱动的，其中一付接点接至操作回路插件以驱动相应的跳、合闸回路，另一付接点可引至本装置的开入端，用作返校接点，即把它当作开入量采集，并通过GOOSE上送给测控装置和后台，以便运行人员检查智能操作箱的出口是否正确动作。
余下的端子均为遥控输出接点，包括断路器的遥控分、合闸，以及4把隔离刀闸、3把接地刀闸的遥控分、合和闭锁出口接点，另外还有4付冗余出口。
3.5.6操作回路插件（NR1531）
12号插件是断路器操作回路插件，具有跳合闸电流自保持功能，跳合位监视功能，跳合闸压力闭锁功能，以及防跳功能。
装置开入部分直接由操作回路引入合后位置KK、跳合闸位置、合闸压力HYJ和跳闸压力TYJ。
图中KKJ为磁保持继电器，合闸时该继电器动作并磁保持，仅手跳该继电器才复归，保护动作或开关偷跳该继电器不复归，因此其输出接点为合后KK位置接点。
用本装置的操作回路，就不需要从KK把手取合后KK位置。
也适应了无控制屏的无人值守变电站的要求。
断路器操作回路中跳合闸直流电流保持回路，可根据现场断路器跳合闸电流大小选择相应的并联电阻（R1’，R2’，跳合电流小于等于4A时可不并）。
NR1531操作回路插件原理及输出接点如图3.5.6所示：
图3.5.6NR1531插件原理及接点输出图
3.5.7显示面板
LED板为一块相对独立的板卡，由LED指示灯和ARM7处理器组成，它通过内部总线接收DSP插件的数据完成LED指示灯的显示控制，同时提供一个RS-232调试接口，便于调试人员通过PC机下载程序和查看装置运行状态。
3.6机械结构与安装
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3.6.1、图3.6.2。
图3.6.1机箱结构图
图3.6.2屏面开孔图
4使用说明
4.1指示灯说明
Ø“运行”灯为绿色，装置正常运行时点亮。
Ø“报警”灯为黄色，当发生装置自检异常时点亮。
Ø“检修”灯为黄色，当装置检修投入时点亮；
Ø“GOOSE异常”灯为黄色，当检测到GOOSE通讯异常时闪烁；
Ø“配置错误”灯为黄色，当通信双方的GOOSE配置内容不一致时点亮。
Ø“保护跳闸”、“重合闸”灯为红色，当装置收到保护跳、合闸命令而动作时点亮并保持，在“信号复归”后熄灭。
Ø“遥控分闸”、“遥控合闸”灯为红色，当装置收到测控分、合闸命令而动作时点亮。
Ø“断路器跳位”灯为绿色，“断路器合位”灯为红色，指示当前断路器位置。
Ø“隔刀1合位”、“隔刀2合位”、“隔刀3合位”、“隔刀4合位”、“地刀1合位”、“地刀2合位”、“地刀3合位”、“地刀4合位”灯为红色，指示当前4把隔刀、3把地刀的位置。
4.2报警说明
当发生下列异常情况时，装置的“报警”会点亮，电源插件上的报警接点闭合：
1．任一NR1504开入插件上的光耦电源监视失电；
2．控制回路断线，即4号插件上的TWJ和HWJ开入均为“0”；
3．跳闸或合闸压力低，即4号插件上的跳压低或合压低开入为“1”；
4．GOOSE网络异常，包括GOOSE断链、配置错误、网络风暴等；
5．总线启动信号异常，指启动信号控制电路异常，是装置内部硬件错误；
6．GOOSE输入命令长期有效，指装置接收到的GOOSE跳合闸命令长期动作，可能是保护长期动作或者GOOSE信号接收异常。
当出现异常时，可以通过装置前面板的串口，使用我们的液晶面板仿真软件进行查看。
4.3安装注意事项
1.智能终端柜本身必须可靠接地，柜内设有接地铜排，须将其可靠连接到电站的接地网上。
2.可能的情况下应采用屏蔽电缆，屏蔽层在开关场与控制室同时接地。
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