MPR392F数字式风机保护控制装置.docx
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MPR392F数字式风机保护控制装置
MPR392F数字式矿用风机保护控制装置
说明书
南京弘毅电气自动化有限公司
欢迎使用弘毅产品！
安装、使用产品前请认真阅读说明书，并妥善保存以备将来参考!
产品执行Q/3200HYDQ012-2011标准
*本说明书适用于MPR392FV1.20及以上版本程序
*本说明书和产品今后可能会修改或修正，请注意核实产品与说明书的版本
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*未经许可，请勿翻印、复印
*第1版，第1次印刷，2011年09月于南京
联系方法:
公司名称：
南京弘毅电气自动化有限公司
公司地址：
南京市雨花台区大江路10号
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025-、
传真：
025-
重要的使用信息和安全警示：
Ø应在规定的工作条件下正确安装使用本产品！
警示：
不正确的接线和安装方法可能导致产品损坏。
本产品允许的工作条件参见1.3和2.1，产品的接线和结构参见第7章。
Ø正常使用时，产品外壳及工作接地端子应可靠接地。
警示：
可靠的接地有益于提高产品的抗干扰性能，保证产品的工作安全和性能。
本产品的部分保护功能（见5.8、5.9、7.3）依赖于可靠的接地，使用环境应具备符合规范要求的接地系统。
Ø禁止带电插拔接线端子。
警示：
无论在正常使用、维修或调试期间，本产品的接线端子禁止带电插拔，以保证人身和设备安全。
Ø产品投入使用前，应正确设置保护定值参数。
错误的定值设置可能导致保护装置不正确动作。
定值整定范围参见第6章，操作方法见第8章，整定菜单说明见第9章。
Ø安装本产品的设备，在联网状态下进行设备维修时，应将远方就地工作模式设置为“就地”。
警示：
本产品在联网状态下可实现远方分合闸操作，设置为“就地”模式后，将闭锁远方操作，保证维修工作安全，参见9.9.3。
Ø强烈建议安装本产品的设备采用正相序电源接线。
本产品的某些保护功能（见5.1.2.2、5.4.1、5.12）与电源相序相关，使用本产品并应用与相序相关的保护功能时，应采用正相序电源接线，如不能满足要求，应退出“相敏保护”、电动机“堵转保护”和“TV断线告警”功能。
Ø产品使用和维护时，不允许更改本质安全型电路及关联设备的元器件型号、规格和电路参数。
警示：
本产品及配套产品的设计符合GB3836《爆炸性环境》的相关要求，并通过国家防爆检验机构的防爆检验认证，随意更改本质安全型电路及关联设备的元器件型号、规格和电路参数将影响产品的防爆性能，造成防爆电气设备失爆。
1概述
1.1适用范围
MPR392F数字式矿用风机保护控制装置（以下简称装置），是专门为煤矿井下环境设计的集风机控制、继电保护、综合测控、数据通信功能于一体的矿用综合保护控制装置。
本装置采用了先进的32位数字信号处理（DSP）技术，吸收并借鉴了地面电站综合自动化装置成熟的软硬件技术，是实现煤矿井下电力自动化监控最理想的终端设备。
MPR392F数字式风机保护控制装置，适用于煤矿井下隔爆型四回路双电源风机启动器开关，也可用于单风机系统。
本装置具有短路保护、反时限过载保护、过、欠压保护、相不平衡保护、漏电闭锁等保护功能，可实现旋风机中前后风机的各种保护功能，可实现四回路双电源和双对旋式通风机控制，是矿用隔爆型启动器开关综合保护器理想的更新换代产品。
MPR392F数字式矿用综合装置，是我公司KJ38煤矿供电监控系统的组成部分。
本装置可以独立作为矿用隔爆型低压馈电开关综合保护器，也可以和KJ38-F隔爆兼本安型电力监控分站和DPS301M监控主站一起组成矿用电站自动化系统。
1.2产品特点
Ø先进的硬件平台：
采用32位150MHz主频的浮点数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）芯片，具有强大的数据处理能力，使装置具有高速度、高集成度和高系统性能。
Ø优异的软件平台：
采用模块化设计理念，基于嵌入式实时多任务操作系统的软件平台，可根据现场需求增减功能模块，配置灵活，满足用户的不同需求；
Ø高采样精度：
配置12.5MSPS的A/D，采用高速采样、平滑滤波采样的方式，每周波24点的采样密度以及频率跟踪技术，使装置的采样精度高、测量数据准确和保护功能可靠；
Ø优异的抗干扰性能：
硬件设计充分考虑装置的抗干扰能力，所有接口均经过隔离，装置的所有电磁兼容指标均达到国家标准规定的最高等级，可广泛应用于各种运行工况恶劣的场合；
Ø可靠风机切换功能：
多种风机切换模式可选择，考虑各种运行工况，保证运行风机在系统故障或开关内元件故障时均能可靠切换至备用风机，保障了煤矿井下的安全性；
Ø完善的保护功能：
保护功能配置齐全，定值设置灵活方便；前后风机保护可独立整定；
Ø可靠的工作电源：
集成高性能开关电源模块，宽电压工作范围；可选配备用储能电源供电方式，保证故障时装置可靠动作；
Ø高速的网络通信：
配置独立的两路CAN总线通信接口，用于传输保护和测控信息，通信的快速性和可靠性，为构建可靠的矿井电站自动化系统提供了保障；
Ø强大录波功能：
录波文件采用标准的Comtrade格式，与故障录波器格式完全兼容；单份记录时间可以长达10s；录波文件记录丰富的数字通道，记录各个保护动作的状态和相关的辅助判据以及开入量状态，通过丰富的数字通道的记录，使得装置“透明化”，大大方便了事故分析。
Ø完善的自检及互检功能：
装置内部各模块智能化设计，实现了装置各模块的全面实时自检；完备的硬件自检以及硬件故障自动闭锁保护功能，确保装置能够一直处于正常的工作状态，提高保护性能；可实时显示装置机箱内温度、网络状态等检测信息。
Ø便捷的调试手段：
尽心的电气设计体现了免调试理念，装置内部无调节回路，实现模拟通道“自动校准”功能，使装置调试更方便、现场使用更可靠；提供保护整组传动及综合自动化系统调试功能，可以对装置进行全面、完善的测试。
Ø实用的辅助功能：
提供在线谐波分析功能，实时监测系统的谐波含量；高可靠、大容量、掉电保持的高速存储器，用于保存装置的动作和操作事件，方便事故追忆；
Ø友好的人机界面：
装置采用了192*64大屏幕液晶显示，操作方便快捷，可采用本安键盘、面板按钮和红外遥控器等多种方式进行操作；全部汉化的显示，使得装置的操作简单、维护方便，可以完全脱离使用手册；
Ø紧凑的外形结构：
设计紧凑的外形结构，方便了安装，可适用于各种矿用隔爆型低压配电装置的改造和新装。
1.3环境条件
环境温度：
工作温度：
-20℃～+55℃；
相对湿度：
5%～95%（最大绝对湿度28g/m3）；
大气压力：
80kPa～106kPa；
工作条件：
必须安装在隔爆型低压风机开关或启动器中，适用于含爆炸性气体（甲烷混合物）的矿井环境。
1.4执行标准
产品执行Q/HYDQ.JS0006-2009标准。
1.5产品型式
MPR392F数字式矿用综合装置防爆型式为“[Exib]Ⅰ”。
1.6产品型号
2技术参数
2.1额定参数
2.1.1工作电源
主供电源输入工作电压范围：
65V～265VAC；
2.1.2交流额定参数
交流额定输入电压（Un）：
4～20V（与开关内互感器配合）；
交流额定输入电流（In）：
5A或电压输入（订货时应注明）；
额定频率：
50Hz。
2.1.3功率消耗
交流电源回路：
整机不大于10W；
交流电压回路：
每相不大于0.5VA；
2.1.4接点容量
出口继电器触点容量：
AC：
8A/250V，DC：
8A/30V。
2.2技术性能
2.2.1采样回路工作范围及误差
电压：
测量范围0～1.5Un（二次），测量误差<±2.5%；
电流：
测量范围0～20In（二次），测量误差<±2.5%。
2.2.2过载能力
交流电流回路（电流型）：
2倍额定电流，连续工作，10倍额定电流，允许10秒。
交流电压回路：
1.5倍的额定电压，连续工作，2倍额定电压，允许10秒。
2.2.3元件定值误差
电流元件定值误差：
＜±2.5%；
电压元件定值误差：
＜±2.5%；
时间元件：
＜±20ms；
方向元件角度误差：
＜±3度。
2.2.4整组动作时间
保护速动段的固有动作时间（包括继电器固有时间）：
1.2倍整定值时，不大于30ms。
2.2.5开关量输入
输入特性：
采用光耦隔离加数字滤波器，滤波参数可调；
分辨率：
1ms；
输入形式：
无源接点；
动作特性：
输入大于70％额定电压时可靠动作，输入小于50％额定电压时可靠不动作。
2.2.6通讯接口
接口类型：
CANBus（也可选择RS485）、本安信号输出；
通信速率：
最大1Mbps（40m）；
通信距离：
1km（通信速率低于5Kbps）。
本安参数：
U0=4.6V（峰值）；I0=10mA；C0=1uF；L0=10mH。
2.2.7通信电缆
屏蔽双绞线，主要参数：
单根导体直流电阻：
≤9.50Ω/100m；
工作电容：
≤5.6nF/100m；
绝缘电阻≥5000MΩ.km（导体-屏蔽）；
介电强度：
2.5kv/1min（导体-屏蔽）。
2.2.8绝缘性能
2.2.8.1绝缘电阻
保护器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，在正常试验大气条件下，用500V的兆欧表测量其绝缘电阻值，各回路绝缘电阻不小于20M。
2.2.8.2介质强度
在正常试验大气条件下，保护器可以承受频率为50Hz、电压2000V历时1分钟的工频耐压试验而无击穿闪络及元件损坏现象，试验过程中任一被试回路施加电压时其余回路等电位互联接地。
2.2.8.3冲击电压
在正常试验大气条件下，保护器的电源输入回路、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。
2.2.8.4耐湿热性能
保护器能承受GB/T2423.9规定的恒定湿热试验。
2.2.9抗电磁干扰性能
2.2.9.1快速瞬变干扰
保护装置能承受GB/T14598.10-2007标准规定的A级快速瞬变干扰试验。
2.2.9.2静电放电
保护装置能承受GB/T14598.14-2010标准规定的4级静电放电干扰试验。
2.2.9.3浪涌
保护装置能承受GB/T17626.5-2008标准规定的3级浪涌冲击抗扰度试验。
2.2.9.4脉冲干扰
保护装置能承受GB/T14598.13-2008标准规定的3级脉冲群干扰试验。
2.2.9.5辐射电磁场干扰
保护装置能承受GB/T14598.9-2010标准规定的3级辐射电磁场干扰试验。
2.2.10机械性能
2.2.10.1振动
保护装置能承受GB/T7261-2008《继电保护和安全自动装置基本试验方法》中11.1规定的严酷等级为1级的振动响应试验；保护装置能承受GB/T7261-2008中11.1规定的严酷等级为1级的振动耐久试验。
2.2.10.2冲击
保护装置能承受GB/T7261-2008中11.2规定的严酷等级为1级的冲击响应试验；保护装置能承受GB/T7261-2008中11.2规定的严酷等级为1级的冲击耐久试验。
2.2.10.3碰撞
保护装置能承受GB/T7261-2008中11.2规定的严酷等级为1级的冲击碰撞试验。
2.3红外遥控器
电池：
标称电压3.6V锂电池（CR2032）一节；
最大开路电压：
3.4V；
最大短路电流：
0.6A；
工作电流：
≤10mA；
遥控距离：
0～1m；
遥控角度：
0～30°。
3
硬件组成
3.1CPU模块
保护器CPU采用32位DSP数字信号处理器，其相关构成及性能指标如下：
Ø150MHz主频/300兆次浮点运算能力；
Ø配置FlashROM芯片，用来存储定值、参数、告警、报告、操作记录、录波数据等；
Ø配置FPGA芯片，作为开入扫描、复位告警、显示电路的接口；
Ø出口回路经过适当的控制逻辑，驱动8个继电器输出，实现各种控制；
Ø利用芯片本身具有的两路增强型CAN，完成装置的双CAN通信功能；
Ø配置高精度时钟芯片；
Ø数据采集系统由交流电压、电流变换器、低通滤波器、信号调理电路、DSP芯片内嵌的A/D转换器等构成。
交流变换器输出信号经由信号调理电路转换成满足DSP内嵌A/D接口要求的电压信号，DSP内嵌A/D具有12.5MSPS的转换速率，可接入16通道模拟量，采用多次过采样技术，提高A/D采样精度。
ØCPU模块采用了多层印制板及表面封装工艺，外观小巧、结构紧凑、提高了可靠性及抗电磁干扰能力。
3.2显示模块
显示模块用于与装置的人机交互、红外遥控接收和信息显示等功能。
显示窗口采用4行×12汉字的液晶显示器，人机界面清晰易懂，同时配置了丰富的灯光指示信息，使本装置的运行信息更为直观。
显示模块采用高速串行总线接口与主板连接。
显示模块使用192*64点阵的宽温液晶显示器，其背光灯为节电设计，面板指示灯采用高亮度LED发光二极管。
显示模块可采用本安键盘、按钮和红外遥控器进行操作，操作安全、方便、可靠。
3.3主板模块
交流回路包括电压输入和电流输入两个部分，装置所有交流输入均采用互感器隔离输入模式，极大提高了装置的抗干扰性能。
继电器回路包括合闸控制出口、保护动作出口、装置试验接点及风电闭锁出口等。
3.4电源模块
电源模块采用带有失压延时功能的高可靠性开关电源，宽电压输入的供电方式，正常工作电源由控制变压器引入。
装置可选配储能电源模块，为装置提供备用工作电源。
装置正常工作时由控制变压器提供的电压源供电，当电网发生短路故障，电压降低不足以维持其正常工作时，则装置转由储能电源供电，维持失电后3秒左右的电源输出，保证装置可靠动作，并记录故障信息。
4
原理与功能
4.1工作原理
装置的原理框图如下图所示。
装置采集供电系统的电压、电流信号和开关、非电量保护等开入量信号，经信号变换、隔离、滤波、信号处理、AD转换等电路处理后，进入数字信号处理器（DSP），DSP的软件系统对各种采样信号进行数字滤波、傅里叶变换、数学运算和逻辑运算后，输出显示信息，提供各种保护功能，将测控信息通过CAN总线输出或输入。
装置的所有输入和输出信号及电源均经过磁、光或继电器隔离处理。
4.2风机控制功能
装置预制了“主机优先”或“主备轮动”或“主备对等”工作模式，满足现场要求。
Ø每台装置可带一个对旋风机的两个电机（前风机和后风机）；
Ø两台装置组成双对旋风机，互为备用；
Ø上电后必须手动启动主机或辅机的前风机，后风机启动由保护器完成；
Ø其中一台故障后，另台不需人工干预，可自动实现切换；
Ø两装置必须设置为一“主机”一“辅机”；
Ø无论哪台开关处于工作状态，另台均实时检测对方状态；
Ø装置可配置为单风机运行模式。
4.3保护功能
装置具备以下保护功能：
Ø速断保护：
根据设定的瞬时过电流定值故障时跳闸；
Ø过流保护：
根据设定的过电流定值和时限故障时跳闸；
Ø过负荷保护：
根据设定的过负荷电流定值和时限故障时告警或跳闸；
Ø堵转保护：
电动机正序定时限过电流保护；
Ø过载保护：
采用反时限保护元件，反时限曲线可根据实际的负荷特性选择；
Ø相不平衡保护：
断相及不平衡保护，根据整定的电流不平衡系数，超限时跳闸；
Ø过电压保护：
根据过电压定值及时限，在系统过电压时给出告警或直接跳闸；
Ø低电压保护：
根据低电压定值及时限，在系统低电压时给出告警或直接跳闸；
Ø风电闭锁：
监测风机运行状态，当风机故障时输出接点，接点模式可选择；
Ø漏电闭锁：
监测主回路对地绝缘电阻，超范围时闭锁合闸操作；
Ø辅助保护：
实现跳位异常告警功能。
4.4测控功能
综合装置具备以下测量、控制功能：
ØUsy、前后风机Ia、Ib、Ic、f、绝缘电阻等基本测量值；
Ø开关量的状态测量、防抖动处理、事件顺序记录功能；
Ø各种保护动作报告作为事件进行记录；
Ø保护定值、参数等数据的存储与管理；
Ø通过本地显示功能进行故障模拟试验；
Ø故障录波功能；
Ø在线谐波分析功能；
Ø网络对时功能，保证全系统的时间一致。
4.5通信功能
通过CAN总线联网，与KJ38-F隔爆兼本安型电力监控分站和DPS301M监控主站配合，可以组成KJ38煤矿供电监控系统，实现遥测、遥信、遥控和遥调功能、网络对时功能、远程保护信息管理等功能。
5
装置原理
5.1风机控制功能
双风机为“一用一备”工作方式，任何时刻只能一台风机运行，另一台风机备用。
保护装置设置为一“主机”一“备机”，当双风机开关上电时，必须手动启动主机或备机的前风机，后风机由装置自动启动，当运行风机故障停机时，备机能自动启动运行，不需要人工干预，自动启动间隔时间可设置，主辅延时启动时间为连续可调。
双风机开关的两台综合保护装置之间具备通信功能，可相互检测对方工作状态。
综合保护装置对每台风机的前后两台电机具有独立的保护和设置功能，并能顺序控制前后电机的启动，顺序启动时间可设置，前后电机延时启动时间连续可调。
双风机开关可独立对其中一路开关进行检修，当其中一台开关处于检修状态时（把开关内的转换开关打到“检修”状态），不影响另一台开关的正常运行，此时禁止风机切换。
装置预制了多种工作模式：
a）主备对等：
主机和备机为对等关系，直到运行风机发生故障时才会切换到另一台风机；
b）主机优先：
主机一直处于工作状态，直到发生故障才切换到备机，当主机恢复正常时，备机切换回主机工作；
c）主备轮动：
主机和备机对等，正常情况两台风机按照设定的时间轮流运行，双机之间的切换自动完成；
d）单电机使用：
主、备风机单电机使用，前电机启动后，后电机不跟随启动，主备风机能自动切换。
在以上各种工作模式下，主供风机发生故障时均能切换至备用风机工作。
5.2两段式电流保护
5.2.1概述
装置设置为电流速断、过电流两段式电流保护，电流速断保护原理可选择鉴幅原理或相敏原理。
前、后风机的定值及保护延时可以独立整定，若电机模式整定为“双电机”模式时任意保护动作前后风机均跳，整定为“单电机”模式时保护动作跳前风机，前后风机保护原理相同（下同）。
5.2.2保护原理
当
时，相电流元件动作，式中Idz为电流定值，电流速断延时定值整定为0s时，装置动作出口时间（包括继电器固有时间）小于30ms。
5.2.3保护逻辑框图
5.3过载保护
5.3.1原理概述
过载保护使用反时限保护元件。
反时限保护元件是动作时限与被保护对象中电流大小自然配合的保护元件，可以非常方便的实现全线路的配合。
本装置提供一般、特殊、极端三种反时限曲线，可以通过整定控制字选择其中一种，构成反时限过流保护。
5.3.2保护原理
反时限保护元件动作曲线方程如下：
1）一般反时限曲线：
2）特殊反时限曲线：
3）极端反时限曲线：
式中，Ip为启动电流，I为最大相电流，tp为时间常数，t为理论动作时间。
反时限过流保护采用能量积累及释放方式，不受电流波动影响，当电流大于启动电流，并且能量积累时间大于理论动作时间时保护动作。
例：
装置采用特殊反时限曲线，tp时间常数整定为3.7，Ip整定为1.15In时反时限曲线如下表，动作时间符合GB/T14048标准要求。
过载倍数
动作时间
标准要求
1.05Ie
∞
2小时不动作
1.2Ie
1148.9s
0.2-1小时
1.5Ie
164.1s
90s-180s
2Ie
67.6s
45s-90s
4Ie
20.2s
14s-45s
6Ie
11.8s
8s-14s
5.4过负荷保护
5.4.1原理概述
过负荷保护作为系统预警信号，反映系统的非正常运行状态，过负荷保护出口方式可以选择为告警或跳闸。
若选择为“告警”，则动作后发告警信息，否则驱动跳闸出口继电器。
5.4.2保护逻辑框图
5.5堵转保护
5.5.1保护原理
当电动机转子处于停滞状态时（滑差S=1），电流将急剧增大而造成电动机的烧毁事故。
保护由正序电流（I1）构成，可作为电动机短路保护的后备保护。
该保护在电动机起动时自动退出，起动结束后自动投入。
5.5.2保护逻辑框图
5.6相不平衡保护
5.6.1原理概述
三相不平衡保护是在
时才投入判别，式中Idz为不平衡保护启动电流。
不平衡判别系数为最大相电流减最小相电流再除以最大相电流后所得。
5.6.2保护逻辑框图
5.7过电压保护
5.7.1原理概述
为防止系统过电压造成设备损坏，设置过电压保护。
当系统电压大于过电压保护定值时，保护动作。
过电压保护出口方式可以选择为告警、跳闸。
若选择为“告警”则动作后发告警信息，否则驱动跳闸出口继电器。
5.7.2保护逻辑框图
5.8低电压保护
5.8.1原理概述
当系统电压低于低电压保护定值时，保护动作。
低电压保护出口方式可以选择为告警、跳闸。
若选择为“告警”则动作后发告警信息，否则驱动跳闸出口继电器。
5.8.2保护逻辑框图
5.9漏电闭锁保护
5.9.1原理概述
开关合闸前对供电线路对地绝缘状况进行检测，当供电线路绝缘电阻低于定值时保护动作，并闭锁合闸操作。
当主电路绝缘阻值上升到闭锁电阻定值的1.5倍时，自动解除漏电闭锁保护。
漏电闭锁保护在开关处于分闸状态时投入，开关合闸后自动退出。
5.9.2漏电闭锁电阻定值
漏电闭锁电阻定值应按下表整定：
电压等级
380V
660V
1140V
闭锁阻值
7kΩ+20%
22kΩ+20%
40kΩ+20%
5.10位置异常
，且开关处于分位，延时10s告警。
6
定值表
定值可按照额定电流倍数显示，也可按照二次实际电流值显示。
序号
继电器
定值名称
整定范围
步长
01
额定参数
额定电压
1V～15V
1V
TV原边
100V～4000V
1V
前机额定电流
5A～3000A
1A
后机额定电流
5A～3000A
1A
本机设为
‘主机’或‘备机’
工作模式
‘主机优先’或‘主备轮动’或‘主备对等’
电机模式
‘双电机’或‘单电机’
切换方式
‘允许切换’或‘禁止切换’
主辅切换延时
1.0s～999.9s
0.1s
后机启动延时
1.0s～999.9s
0.1s
轮动延时
1～65534Min
1Min
风电闭锁输出模式
‘故障闭合’或‘故障打开’
风电闭锁输出延时
0.00s～300.00s
0.01s
合闸返回延时
0.00s～10.00s
0.01s
前机电阻系数
0.50～2.00
0.01
后机电阻系数
0.50～2.00
0.01
02
两段式电流保护
前机电流速断压板
‘投入’或‘退出’
前机过电流压板
‘投入’或‘退出’
后机电流速断压板
‘投入’或‘退出’
后机过电流压板
‘投入’或‘退出’
前机电流速断电流定值
0.10In～15.00In
0.01In
前机电流速断延时定值
0.00s～10.00s
0.01s
前机过电流电流定值
0.10In～15.00In
0.01In
前机过电流延时定值
0.10s～60.00s
0.01s
后机电流速断电流定值
0.10In～15
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