PA140微机综合保护装置概论

1、PA140微机综合保护概论PA140系列综合微机保护测控装置(以下简称装置是南京因泰莱电器股份有限公司(INT针对对中国10KV以下电力系统进行广泛的调研,在总结具有丰富运行经验的PA100、PA100+、PA200系列产品基础上,采用国内外先进技术,独立研发的又一代全新产品,它是多方面技术的完美结合。本系列装置采用计算机技术、电力自动化技术、通讯技术等多种高新技术,集保护、测量、控制、监测、通讯、事件记录、故障录波上传等多种功能于一体。可就地安装在开关柜上或集中组屏,是构成变电站、发电厂厂用电综合自动化系统的理想智能终端装置。PA140系列保护装置型号和主要应用范围如下:¾PA14

2、0-F1:10KV以下各种接地方式的馈线保护,可以根据要求采用单相、两相或三相过流保护和接地故障保护。¾PA140-F2:10KV以下进线、馈出线分支的短路、接地、低电压及非电量保护等,同时也适用于厂用电等设备的保护。¾PA140-C:10KV以下各种运行方式的电力电容器保护。¾PA140-M:10KV以下各种运行方式的电动机保护。¾PA140-V:10KV以下PT运行状况的监控。一、PA140系列综合数字继电器的特点1.1、PA140系列综合数字继电器不仅拥有继电保护完整的保护功能,而且对所有测量量进行数字化的处理和计算,保证了继电保护的可靠性和安全性

3、。它彻底抛弃了旧式继电保护装置的体积大、二次接线繁琐的缺点,同时它还具有测量、电力系统自动化远方终端的功能。1.2、友好的人机界面,大屏幕图形LCD显示器,全中文显示,信息量大,各种数据、参数、波形一览无遗。1.3、具有高可靠性。所有元件采用工业级CMOS芯片,在机箱设计、电源设计、电路设计上总体考虑了电磁兼容性,具有极强的抗干扰能力。1.4、事件顺序记录,直接使用汉字显示事件及保护动作信息,且掉电不丢失,累加记录。1.5、故障录波上传功能,提供了分析事故的第一手资料。1.6、全中文显示保护整定菜单及图形化的保护压板投退,使操作一目了然。1.7、完善的自检体系,包括对RAM、ROM、定值、继电

4、器、AD通道、及测量通道系数的正常值的检测。1.8、完美的外观布局、超小型设计和插件式组合结构让操作和安装变得异常简单。1.9、保护和监控所需的信号由各自独立的交流输入变换器提供,既满足了监控精度,又保证了保护装置的独立性和抗饱和性。1.10、通过通讯接口与上位机连接,可实现遥信、遥调、遥控、遥测功能;二、主要功能2.1、保护功能:PA140可实现多种保护功能,如:三段式电流保护(其中II段可设四种反时限,零序过电流保护(其中II段可设四种反时限,零序过压,低电压,过电压保护,电动机启动保护,电动机堵转保护,负序电流,接地,非电量保护,控制回路断线等。针对不同的设备和要求,现PA140系列分为

5、5种标准装置(前面已作过介绍,各自配置了不同的保护类型,用户可在其中选取。如用户另有特殊需要,可在定货时特殊说明。2.2、控制功能:可以在本地或通过上位机遥控操作各类可控开关设备,如断路器的分合闸操作等。2.3、测量功能:全部电量的测量采用交流采样获得,采样元件采用精密电压电流传感器,体积小,重量轻,精度高,可以测量回路的相电压(Ua、Ub、Uc,线电压(Uab、Ubc、Uca,保护电流(IA、IB、IC,零序电流(I0,零序电压(U0,功率因数(COS,频率(f,有功功率(P,无功功率(Q,有功电度(APh、无功电度(AQh。可以根据需要整定CT、PT变比,直接显示一次、二次实际值。2.4、

6、开入量检测功能:PA140系列具有6个开入量输入端,并将其状态量上传。其中IN1固定设为断路器位置, IN6用于闭锁保护和远程复归,其余均可根据用户需要设定(可以用作非电量保护。各装置开入量定义详见各装置说明。2.5、远方装置管理功能:通过上位机可实现遥控,遥信、遥调、遥测、远方改变定值、保护远方投退、故障录波上传等功能。2.6、通讯功能:PA140采用RS485/RS422通讯接口(也可外接光纤通信接口,支持国家电力标准103规约。各功能装置可与主控计算机(或通信管理机进行通讯,从而实现信息的远方传送和交换。通过主控计算机(或通信管理机还可实现对保护装置定值的远方查询、整定功能以及对装置的远

7、方控制功能。2.7、事件追忆功能:PA140具有64个事件追忆功能,可自动记录事件的发生时间、类型及动作值。其事件记录的分辩率小于2毫秒,并且具有掉电不丢失功能。2.8、保护事件自动推画面功能:PA140具有保护事件自动推画面功能,在保护动作时,显示屏点亮并自动推出事件记录,使一切显示更加直观快捷。2.9、故障录波上传功能:PA140具有故障录波上传功能,能记录故障时的电流电压波形并上传给PC机显示。这就为监视系统运行,分析事故原因提供了详细的资料。2.10、时钟功能:PA140具有时钟显示功能,与上位机连接可实现自动对时功能。2.11、各个保护的告警和跳闸出口可以在4对继电器中任意定义,让功

8、能显得异常灵活。三、技术参数3.1、电源类型 电压 允许偏差 波形 频率 功耗纹波 波形失真直流 220V -10%+20% 直流 <20W<5% 交流 220V +15%20% 交流 50±5Hz <20W <5%3.2、正常工作环境指标名称 单位 指标 备注海拔高度 m <2000 GB6162环境温度 10 55 GB6162相对湿度 % 50 95 GB6162大气压 kPa 86 106 GB61623.3、绝缘电阻对象 条件 绝缘电阻5M (500V兆欧表 信号回路 正常:1530温度45%75%相对湿度其他回路 86106kPa大气压 5M

9、 (1000V兆欧表信号回路 其他回路 湿热:40±2温度90%95%相对湿度86106kPa大气压1M (500V兆欧表1M (1000V兆欧表3.4、绝缘强度对象 频率 时间 试验电压有效值 信号回路 50Hz 1min 2000V交流回路 50Hz 1min 2000V电源回路 50Hz 1min 1000V3.5、抗干扰能力测试试验项目 测量部位 指标参数 快速瞬变试验 交流回路、电源回路 2kV、3 kV抗电浪涌试验 交流回路、电源回路 2 kV、3 kV 电源跌落 电源回路 跌落到50%>500ms、0%>100ms 抗静电放电 机壳前面板、后面板 6 kV接

10、触、8 kV非接触串摸干扰 交流回路、电源回路 1.0 kV、1MHz共摸干扰 交流回路、电源回路 2.5 kV、1MHz3.6、计量精度内容 条件 精度05A <±2%电流(保护 5100A <±1%电压 20%120%Un <±0.2% 有功功率 <±2%无功功率 <±2%3.7、实时性内容 开关动作分辨率数据采集通讯画面刷新调画面时间接口报警时间上位机到下位机命令参数 <2ms模拟量1s波特率12009000(默认48001s1s 1s 1s3.8、保护性能参数内容 参数 内容 参数 段过流动作值误差&

11、lt;±3% 段过流动作时间误差<±15ms 段过流动作值误差<±3% 段过流动作时间误差<±15ms 段过流动作值误差<±3% 段过流动作时间误差<±15ms反时限过流动作值误差<±3% 反时限过流动作时间误差<±15ms零序电流动作值误差<±3% 零序电流动作时间误差<±15ms零序过压动作值误差<±3% 零序过压动作时间误差<±15ms过压欠压动作值误差 <±3% 过压欠压动作时间误差 &

12、lt;±15ms电机启动动作值误差<±3% 电机启动动作时间误差<±15ms电机堵转动作值误差<±3% 电机堵转动作时间误差<±15ms负序电流动作值误差<±3% 负序动作时间误差<±15ms非电量保护动作时间误差<±15ms3.9、出口继电器参数内容 型号 触点容量 分、合闸出口继电器 ST2DC12V 380VAC 8A信号继电器 DSP2aDC12V 250VAC 5A四、 综合自动化监控功能本产品是在顺应综合自动化的发展趋势下研制开发的,它不仅可实现保护、故障录波上

13、传、计量等功能,还可做为综合自动化、配电自动化、负荷控制等自动化系统的远方终端(DA-RTU。4.1、具有常规RTU的“四遥”功能:具有常规的调度自动化RTU的遥测、遥信、遥控、遥调功能。可测量正常负荷状态下的电流、电压、有功、无功、功率因数、有功电度、无功电度、频率,并把实时数据发送主站。可进行就地、远方分合闸操作以及信号的远方控制。具有本地预置参数功能和远程调整参数功能。4.2、故障信息采集处理功能:本装置能够采集和处理故障数据及信息,如故障电流、电压值,故障发生的时间及故障类型的判断。4.3、自动保护控制功能:本装置可实现三段式电流保护等自动保护控制功能,用户可方便地在当地操作面板和控制

14、主站上设定定值及投退保护压板。五、产品硬件、软件说明5.1、硬件说明5.1.1、装置硬件结构示意图(图1.1: 5.1.2、结构说明 :保护装置由主控板、人机界面板、总线板、电源板、电流互感器板、继电器板、接口通讯板及外壳和接线端子组成。采用后插件式结构,安装方便,散热好,抗干扰能力强。 主控板由16位单片机(80C196、程序存储器、光电隔离输入输出接口、数据存储器、定值存储器、跳合闸逻辑电路、多路开关、低通滤波器、高精度运算放大器、精密电位器、电流限幅保护、模拟通道接口、硬件看门狗、光电隔离通信接口等组成。 电源板采用小型开关电源,交直流两用,工作电压范围大、效率高。 互感器板采用高精密度

15、互感器,让测量更加精确。继电器板由分、合继电器,保持继电器,信号继电器组成。液晶模块全汉化显示,可显示测量数据、保护信息、事件记录等。采用液晶低功耗运行方式和自动休眠功能,延长了LCD 使用寿命。人机界面板结合人体工学和美学的综合设计,美观大方,简洁明了便于操作;信号灯采用LED 发光器件,使用寿命长,并且每个LED 各表示一个工作状况,用户一目了然。主控板通讯接口板通讯端子、开关量输入电源板 跳合 闸、 信号 继电 器板内部 量输 出端 子电流电压变换器板外部量输入端子LCD 显示器、LED 指示灯、按键、拨盘等人机界面板5.1.3、工作原理示意框图(1.2:5.1.4、工作原理简述:从电网

16、一次设备CT 及PT 采样来的电压电流信号经精密电压电流变换器采样,经低通滤波后再经多路开关、高精度运算放大器放大、限幅保护,变换成一定幅度的交流电压信号,经A/D 转换产生的数字量通过单片机来运算、处理,CPU 同时还接受经光电隔离的脉冲信号和遥控输入信号量以及通过键盘查询、整定定值等操作产生的输入信号量。所有这些经A/D 转换的数字量以及外部输入的信号量经CPU 综合运算、处理,当满足动作条件时便发出相应的跳、合闸信号和告警信号到驱动接口电路,接着驱动接口电路将这些信号送到出口继电器板,出口继电器板上的跳、合闸继电器触点接通断路器的跳、合闸回路,告警信号继电器接通告警回路。同时,CPU 发

17、出相应的位置、状态信号。所有信号测量、保护动作值、跳合闸变位记录、整定过程、查询过程、故障类型、遥信量、电网频率、时间跳合闸 信号继电器驱动接口CPU80C196显示控制器 看门狗电路开关量输入脉冲量输入串行通讯接口A/D 转换采样电压电流电路保护CTPT状态信号 位置信号大屏幕LCD 显示器等均能在LCD上显示。本产品有一个经光电隔离的串行通信RS485/RS422接口,利用它可以与远方调度中心进行通信,实现遥控、遥信、遥调、遥测等功能。本产品具有定值的远方查询及整定(前面板“拨动开关”分别在“设置”和“遥控”位置、远方保护压板投退等远方控制功能。5.2、软件说明5.2.1、程序框图说明:要

18、实现对保护装置的电参数的测量与监视,就必须实时地收集与处理电量,开关量状态等参数。由于装置对测量的精确性,保护动作的可靠性、迅速性、安全性都有很高的要求,为了测量达到一定精度,就必须在测量点数上保证一定密度;为了使保护动作安全可靠,就要求保护的算法必须做到完整可靠,这样又会减慢装置的响应速度。因此,在单片机上实现多种功能,软件的设计必须对实现功能占用CPU时间的分配上,作到有主有次,既要保证功能的完整性,又要保证实时性.本装置采用实时多任务的调度方法,完成采样、A/D转换、显示、保护等功能。对实时性要求很高的任务,采用中断方式实现,对一般任务用任务调度实现.软件的整体结构如下:初始化:初始化各种变量,常量,中断等。任务调度:进行任务的调度算法和任务的调度。通讯中断:进行通讯的发送和接收。采样中断:进行A/D转换和有效值,基波值的计算。定时中断:时钟定时累加。保护任务:最高级任务,完成电流保护,电压保护的判断,保护定时的累加。显示任务:最低级任务,完成LCD的显示和LED的显示。测量任务:完成测量计算的功能。5.2.2、交直流原理图(见装置技术说明书:5.2.3、输入输出开关量原理图(见装置技术说明书:5.2.4、主程序流程图初始化