GCC100电容器保护说明书.docx
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GCC100电容器保护说明书
1装置概述
GCC-100数字式电容器保护及测控装置适用于35kV及以下电压等级的各种接线形式的电容器(组),可集中组屏也可在开关柜就地安装。
装置适用于普通单星形接线、双星形接线以及三角形接线的电容器组。
装置适用于每相为两组电容器串联组成的星形接线的电容器组。
装置适用于每相可以接成四个平衡桥路的星形接线的电容器组。
1.1主要特点
1.1.1保护测控功能
a)保护功能精确可靠并可灵活配置
b)精确测量两相电流、三相电压、三相功率、遥脉电度(或实时测量电度)、频率
c)2~13次谐波量分析(可选)
d)具有“四遥”功能
e)完善的故障录波功能
1.1.2人机交互
a)大屏幕LCD显示屏
b)良好的中文界面使得菜单操作一目了然
c)九键键盘更方便操作
d)8只LED指示灯表明装置的实时运行状态
1.1.3运行
a)实时显示电流、电压、功率、频率的测量值
b)故障信息显示清楚
c)可就地或通过RS485或CAN网络远程存取测量值、整定值、运行报告等信息
d)可用于综合自动化系统或非综合自动化系统
e)结构紧凑,防水、防潮、防尘性能优良,可适应比较恶劣的运行环境
1.1.4安装
a)可集中组屏
b)可就地安在开关柜中
c)抗干扰性能、绝缘性能良好
1.1.5通讯
a)RS232维护口
b)串行RS485接口或CANBUS网
c)可提供两个可扩展的以太网接口
1.2功能配置
表1-1功能配置
序号
功能名称
GCC-100
GCC-102
GCC-104
保
护
功
能
1
三段定时限相过流保护
√
√
√
2
二段零序电流保护
√
√
√
3
小电流接地保护
√
√
√
4
低电压保护
√
√
√
5
过电压保护
√
√
√
6
过负荷保护
√
√
√
7
不平衡电压保护
√
8
不平衡电流保护
√
9
桥差电压保护
√
10
桥差电流保护
√
11
PT断线检测
√
√
√
测
控
功
能
1
16路遥信开入采集、装置遥信变位、事故遥信
2
正常断路器遥控分合、小电流接地试跳遥控分、合
3
P、Q、Ia、Ic、Uab、Ubc、Uca、f等模拟量的遥测
4
2路脉冲输入
2.技术参数
2.1额定参数
2.1.1额定直流电压
220V或110V,允许偏差﹣20%~﹢20%
2.1.2额定交流数据
a)交流电压:
100V
b)交流电流:
5A或1A
c)额定频率:
50Hz
2.1.3功率损耗
a)直流回路:
正常工作时不大于20W,装置动作时不大于25W
b)交流电压回路:
每相不大于0.5VA
c)交流电流回路:
额定电流为5A时每相不大于1.0VA;额定电流为1A时每相不大于0.5VA。
2.1.4开关量、遥信及GPS
a)开关量输入电平为220V或110V(依订货号而定)
b)遥脉及GPS输入为24V,可有源也可无源输入
2.2主要技术性能
2.2.1保护交流回路过载能力
交流电流回路:
2倍额定电流,长期运行
10倍额定电流,允许10s
40倍额定电流,允许1s
交流电压回路:
1.2倍额定电压,长期运行
2.2.2接点容量
出口跳闸触点:
允许长期通过8A,切断电流0.3A
(DC220V,时间常数L/R为5ms±0.75的感性负载)
出口合闸触点:
允许长期通过8A,切断电流0.3A
(DC220V,时间常数L/R为5ms±0.75的感性负载)
2.2.3操作回路跳合闸电流(可选)
跳闸电流:
0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、3.5A、4A
合闸电流:
0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、3.5A、4A
2.2.4定值误差
电流元件:
<±3%
电压元件:
<±3%
时间元件:
<30ms
方向元件角度:
<±2°
2.2.5整组动作时间及误差
速动段的固有动作时间:
1.2倍整定值时,误差不大于30ms。
2.2.6测量系统及遥信精度
1)各模拟量的测量误差不超过额定值的±0.2%
2)功率测量误差不超过额定值的±0.5%
3)开关量分辨率不大于2ms
4)脉冲量输入电压24V,脉冲宽度不小于10ms
5)频率测量精度不大于±0.01Hz
2.3抗干扰性能
2.3.1脉冲干扰
能承受GB/T14598.13-1998规定的频率为1MHz衰减振荡波(第一半波电压幅值共模为2.5kV,差模为1kV)脉冲群干扰试验。
2.3.2快速瞬变干扰
能承受GB/T14598.10-1996规定的IV级4kV的快速瞬变干扰试验。
2.3.3辐射电磁场干扰
能承受GB/T14598.9-2002规定的IV级的10V/m的辐射电磁场干扰试验。
2.3.4静电放电
能承受GB/T14598.14-1998规定的严酷等级为IV级的静电放电试验。
2.4绝缘性能
2.4.1绝缘电阻
各带电的导电回路分别对地(即外壳或外露的非带电金属零件)之间,交流回路和直流回路之间,交流电流回路和交流电压回路之间,用开路电压为500V的测试仪器测试其绝缘电阻值不应小于100MΩ。
2.4.2介质强度
装置通信回路和24V等弱电输入输出端子对地能承受50Hz、500V(有效值)的交流电压,历时1min的检验无击穿或闪络现象,其余各带电的导电回路分别对地(即外壳或外露的非带电金属零件)之间,交流回路和直流回路之间,交流电流回路和交流电压回路之间,能承受50Hz、2kV(有效值)的交流电压,历时1min的检验无击穿或闪络现象。
2.4.3冲击电压
装置通信回路和24V等弱电输入输出端子对地,能承受1kV(峰值)的标准雷电波冲击检验;其它各带电的导电回路分别对地,交流回路和直流回路之间,交流电流回路和交流电压回路之间,能承受5kV(峰值)的标准雷电波冲击检验。
2.5机械性能:
2.5.1振动响应
装置能承受GB/T11287-2000中4.2.1规定的严酷等级为I级振动响应检验。
2.5.2冲击响应
装置能承受GB/T11287-2000中4.2.1规定的严酷等级为I级冲击响应检验。
2.5.3振动耐久
装置能承受GB/T11287-2000中4.2.2规定的严酷等级为I级振动耐久检验。
2.5.4冲击耐久
装置能承受GB/T11287-2000中4.2.2规定的严酷等级为I级冲击耐久检验。
2.5.5碰撞
装置能承受GB/T11287-2000中4.3规定的严酷等级为I级碰撞检验。
2.6环境条件
2.6.1环境温度
工作:
-25℃~+55℃
储存:
-40℃~+70℃,相对湿度不大于80%,周围空气中不含有酸性、碱性或其它腐蚀性及爆炸性气体的防雨、防雪的室内;在极限值下不施加激励量,装置不出现不可逆转的变化,温度恢复后,装置应能正常工作。
2.6.2相对湿度
最湿月的月平均最大相对湿度为90%,同时该月的月平均最低温度为25℃(表面不凝露)。
最高温度为+40℃时,平均最大湿度不超过50%。
2.6.3大气压力
80kPa~110kPa(相对海拔高度2km以下)。
3.装置硬件
3.1机箱结构
装置为铝合金外壳,1/3宽6U机箱。
包括汉化液晶显示器MMI插件,其它插件由后面拔插,依次是交流插件、CPU插件、继电器出口及操作箱插件、电源插件。
装置整体嵌入式安装,采用后接线方式。
3.2主要插件
3.2.1电源插件
输入交流或直流220V/110V(订货时请注明),采用直流逆变电源,经抗干扰滤波回路后,利用逆变原理输出本装置需要的四组直流电压+5V、±15V、两组+24V电压。
四组电压均不共地,采用浮地方式。
a)+5V用于CPU
b)±15V用于数据采集系统
c)+24V1用于驱动开出继电器及内部开入量
d)+24V2用于外部开入电源(如遥脉或GPS)
3.2.2继电器出口及操作箱插件
继电器插件包括保护动作信号继电器及出口继电器。
主要包括启动继电器、闭锁继电器、复归继电器、跳闸继电器、遥跳继电器、遥合继电器、防跳继电器、跳闸保持继电器、合闸保持继电器、合后继电器。
反映断路器位置的跳闸位置继电器、合闸位置继电器。
信号部分有跳闸信号继电器、告警继电器。
此外还有两个备用继电器。
操作回路的跳、合闸电流可以通过板上的跳线加以选择,通过跳线,可以有0.5A、1.0A、1.5A、2.0A、2.5A、3.0A、3.5A、4.0A等八种跳、合闸额定电流。
插件内有一个启动继电器,其常开接点用来闭锁跳闸及合闸出口的电源回路。
表3-1操作回路跳合电流跳线方式
短接线(跳闸回路)
适用电流范围(A)
短接线(合闸回路)
S4
S5
S6
S1
S2
S3
断
断
断
0.5
断
断
断
连
断
断
1
连
断
断
断
连
断
1.5
断
连
断
连
连
断
2
连
连
断
断
断
连
2.5
断
断
连
连
断
连
3
连
断
连
断
连
连
3.5
断
连
连
连
连
连
4
连
连
连
注:
跳合闸电流的选择宜采用向下靠的方式选择。
如给定的跳闸电流为1.3A则跳闸回路应选用1A档的回路参数而不是1.5A档的回路参数,这样才能保证跳闸过程及防跳的可靠性。
合闸回路的参数选择也遵循此原则。
3.2.3CPU插件
保护CPU为32位DSP芯片,可以实现每秒120兆次浮点运算,34K×32位片内RAM存贮器;128K×8位EPROM存贮器,存贮固化程序;512K×8位掉电保持NVRAM;8K×8位串行EEPROM,存储定值安全可靠。
a)本插件上设有4路带光电隔离的异步通信接口:
1路RS485串行接口(CAN网)用于与外界联系;2路RS232串口,可供主机连接调试;1路RS422串口,用于与人机界面通信。
b)大容量NVRAM用来保存系统故障信息、事件报文等重要数据,掉电不丢失,提高了运行的可靠性。
c)开关量输入电路最多可输入20路开关量信号,开关量输出电路可输出16路开关量信号,开出和开入均经光耦隔离,具有极高的抗干扰性能。
d)14位A/D转换电路可同时对16路模拟量进行模数转换,每一路输入模拟量在进行模数转换之前都要经过整形和滤波,抗干扰能力强,采样精度高。
e)自适应采样硬件测频电路,装置中采用硬件测量频率的方法,同时监视频率变化情况,根据频率值修正采样频率,频率测量误差不超过0.01Hz。
为减少误差,保护启动后不再进行变频操作,以免影响基于工频量的保护的动作行为。
f)硬时钟电路,为保护装置计时准确,在CPU插件上设计了一个独立的硬时钟电路,并可通过网络进行对时,也可GPS秒脉冲对时。
g)CPU插件采用了多层印制板及表贴工艺,外观小巧、结构紧凑,大大提高装置的可靠性及抗电磁干扰能力。
3.2.4交流插件
本插件将系统电压互感器、电流互感器二次侧强电信号变换成保护装置所需的弱电信号。
供保护插件转换,并起强弱电隔离作用。
本插件包括电流回路TA:
有7路,包括测量两相(Ia、Ic)、保护三相(Ia、Ib、Ic)、零序电流3Io、不平衡电流Ibph。
电压回路TV:
有5路包括三相电压(Ua、Ub、Uc)、零序电压3Uo、不平衡电压Ubph。
3.2.5MMI插件
MMI插件是装置与外界进行信息交互的主要部件,是基于ARM7CPU开发的人机界面,用于装置的人机交互及通讯。
它提供128×128的宽温、黄绿底液晶,也可选彩色蓝底液晶;支持8个LED显示灯;它采用大屏幕LCD显示屏,全中文界面,信息显示清晰简洁,再配以多个按键,使得人机交互操作方便简单,可以轻松完成所有人机交互的工作。
a)装置在正常运行时,显示屏循环显示当前的信息,在运行异常或保护动作时显示屏会主动显示事件报文,并且点亮指示灯。
b)设置系统信息,如修改当前时间、修改密码、投切压板。
c)查看运行值,如有效值、开入量。
d)查看历史报告记录,如事故报告、运行报告。
e)切换定值区,查看或整定定值。
f)对装置进行调试,如开出传动等。
g)查询一些帮助信息,如软件的版本信息、操作说明。
h)面板上还设有串行通讯RS232接口,用于和PC机通讯。
4.保护原理及定值单
4.1三段定时限相过流保护
每段过流保护均带一个时限,可以分别投退。
图中:
Tgln-n段过流保护时限(n=1,2,3)
图4-1逻辑图
4.1.1定值单
定值名称
整定范围
过流I段电流
0.1-20In
过流I段延时
0-99.99S
过流II段电流
0.1-20In
过流II段延时
0-99.99S
过流III段电流
0.1-20In
过流III段延时
0-99.99S
注:
电流基准值In为系统中的相CT二次额定值。
4.2两段零序过流保护
针对小电阻接地系统,装置设立了两段零序过流保护,各段保护判别逻辑一致,各段时间定值均可独立整定,可以单独投退。
动作条件:
(1)3Io>Idn,Idn为n段零序电流定值,3Io为零序电流。
(2)T>Tdn,Tdn为n段延时值。
零序电流保护用软压板投退。
图4-2逻辑图
4.2.1定值单
定值名称
整定范围
零序I段电流启动值
0.2-1.2I0n
零序I段延时
0-99.99S
零序II段电流启动值
0.2-1.2I0n
零序II段延时
0-99.99S
注:
电流基准值I0n为系统中的零序CT二次额定值。
4.3小电流接地保护
小电流接地选线功能适用于中性点不接地系统或中性点经消弧线圈接地系统。
判据如下:
(1)取零序电压作为启动量,经指定的零压启动延时确认;
(2)零序电流大于整定值;
(3)零序电流相角滞后零序电压为0-180°。
图4-3逻辑图
为提高接地选线准确度,本装置配备了高精度零序电流互感器(原边电流大于0.5安时,变比误差小于2%,角度误差小于1度)。
本装置也可通过网络与后台共同构成小电流接地选线系统,并提供小电流接地选线试跳功能。
小电流接地选线功能用软压板投退。
注:
装置使用的零序电流变换器额定值是1A,使用时请勿长时间输入大电流以免损坏变换器。
4.3.1定值单
定值
定值范围
步长
零序电压启动值
0.05-1.00Un
0.01Un
零序电压启动延时(t1)
0-99.99s(建议取为1s)
0.01s
灵敏接地保护零序电流启动值
0.2-1.2Ion
0.01Ion
灵敏接地保护延时(t2)
0-99.99s
0.01s
注:
电流基准值Ion为系统中的零序CT二次额定值,为1A;电压基准值Un为100V。
4.4低电压保护
当电容器组所接母线突然失压时,电容器的积累电荷尚未释放前,若电压立即恢复而电容器再次充电或电压恢复时变压器与电容器同时投入,可能造成电容器的过电压损坏,就需要装设低电压保护,PT断线时闭锁低电压保护。
低电压保护原理框图如图4-4。
图中:
Tdy为低电压保护延时
图4-4逻辑图
4.4.1定值单
定值名称
整定范围
低电压保护启动值
0.05~0.70Un
低电压保护时限
0-99.99s
4.5过电压保护
电压过高使电容器的功耗和发热增加,影响电容器使用寿命,为此装设过电压保护。
任一相线电压大于过电压保护定值,时间超过整定时间时,过电压保护动作。
过电压保护经HWJ位置闭锁。
过电压保护原理框图如图4-5。
图中:
Tgdy为过电压保护延时
图4-5逻辑图
4.5.1定值单
定值名称
整定范围
过电压I段保护启动值
0.05~1.20Un
过电压I段保护时限
0-99.99s
过电压II段保护启动值
0.05~1.20Un
过电压II段保护时限
0-99.99s
4.6过负荷保护
过负荷元件监视三相电流,最大相电流超过整定电流值时发出告警信号或直接切除负荷。
可以将其设置为:
退出、告警或跳闸。
过负荷元件用软压板投退,用控制字选择过负荷跳闸或不跳闸。
动作条件:
(1)MAX(IΦ)>定值,IΦ为相电流;
(2)T>定值。
过负荷、保护原理框图如下:
图中:
Tfh为过负荷保护延时
图4-6逻辑图
4.6.1定值单
定值名称
整定范围
过负荷保护启动值
0.1-20In
过负荷时限
0-99.99S
4.7不平衡电压保护
本装置设有一段不平衡电压保护,以切除电容器组内部的故障。
不平衡电压保护的逻辑框图如图4-7所示。
图4-7逻辑图
4.7.1定值单
定值名称
整定范围
不平衡电压保护启动值
0.05~0.7Un
不平衡电压保护延时
0-99.99s
4.8不平衡电流保护
本装置设有一段不平衡电流保护,以切除电容器组内部的故障。
不平衡电流保护的逻辑框图如图4-8所示。
4-8逻辑图
4.8.1定值单
定值名称
整定范围
不平衡电流保护启动值
0.05~1.2In
不平衡电流保护延时
0-99.99s
4.9桥差电压保护
对于每相为两组电容器串联组成的星形接线的电容器组,常用桥差电压保护。
桥差电压保护的逻辑框图如图4-9所示。
图4-9逻辑图
4.9.1定值单
定值名称
整定范围
桥差电压保护启动值
0.05~0.7Un
桥差电压保护延时
0-99.99S
4.10桥差电流保护
对于每相可以接成四个平衡臂桥路的星形接线的电容器组,常用桥差电流保护。
桥差电流保护的逻辑框图如图4-10所示。
图4-10逻辑图
4.10.1定值单
定值名称
整定范围
桥差电流保护启动值
0.05~1.2In
桥差电流保护时限
0-99.99s
5.测控功能
5.1测量
自适应硬件测频,精确测量:
a)电压Ua、Ub、Uc、Uab、Ubc、Uca、3Uo、Ubph
b)电流Ia、Ib、Ic、Ima、Imc、3Io、Ibph
c)三相有功功率和无功功率、功率因数
d)脉冲电度或积分电度
e)频率
5.2远方及本地操控
可通过RS485(CAN网)网络对断路器进行遥控跳合闸操作以及小电流接地选线试跳操作,也可操作保护屏上的手柄直接对断路器进行手动分合操作。
当开入量“远方操作闭锁”有高电平输入时闭锁远方操控功能。
5.3四遥
a)遥控:
遥控功能主要有遥控切换定值区、遥控整定定值、遥控投切软压板、正常遥控跳闸操作、正常遥控合闸操作、小电流接地选线遥控试跳。
b)遥测:
远方读取电流、电压、功率、频率测量值及故障数据。
c)遥信:
遥信量有事件顺序记录、软压板状态、16路开入量状态、告警遥信、装置变位遥信及事故遥信。
d)遥脉:
两路脉冲输入。
5.4GPS对时
装置通过与变电站自动化主站通信,得到年月日时分秒的信息,并配置一个GPS对时开入,连接到站内GPS接收器的秒脉冲输出,实现毫秒的对时,对时精度小于1ms。
5.5网络打印
装置通过RS232维护口与PC机通信实现定值及动作报告、自检报告、开入量变化等信息的硬拷贝。
方便及时保护装置的操作。
通过PC机打印,装置不必配置打印功能。
5.6网络通信
可直接与微机监控或保护管理机通信,通信接口为RS-485,完成对全系统不同厂家一次设备和总控制单元的互联,规约采用电力行业标准DL/T667-1999(IEC60870-5-103)。
远方调度站
网络口o
监测
控制
单元
智能
单元
#N
智能
单元
#3
智能
单元
#2
智能
单元
#1
电缆
RS-485
MODEM
或红外
RS-232
通讯管理机
便携机
打印机
6.其它保护功能
6.1自诊断
当CPU自检出装置本身硬件故障时,异常灯点亮,告警继电器触点闭合,并闭锁保护,同时信息远传,硬件故障包括:
内部RAM故障、外部NVRAM故障、EPROM出错、EEPROM定值出错、采样异常等。
6.2PT断线检测
在下面三个条件之一满足时,面板显示屏报出“PT断线”的信息并点亮告警指示灯,待电压恢复正常,事故告警信号出口及告警灯自动复归:
a)三相电压均小于16V,某相电流大于0.2A,判为三相断线。
b)三相电压和大于8V,最小线电压小于16V,判为两相PT断线。
c)三相电压和大于8V,最大线电压与最小线电压差大于16V,判为单相PT断线。
PT断线检测功能用控制字投退。
装置在检测到PT断线后,可根据控制字选择闭锁相应的保护。
PT断线检测延时为10s。
6.3控制回路断线监测
根据合闸位置继电器和跳闸位置的接点位置,反映控制回路的完好性。
当监测到控制回路断线时,主动显示“控制回路断线”的信息,点亮面板告警指示灯,同时发出告警中央信号。
控制回路断线监测延时可以通过系统参数中的遥信参数整定,整定范围是1~32000ms。
6.4弹簧未储能监测
当开入“弹簧未储能”有高电平输入,并经过延时确定后,装置主动显示“弹簧未储能”的信息,点亮面板告警II指示灯,同时发出告警中央信号。
弹簧未储能监测延时可以通过系统参数中的遥信参数整定,整定范围是1~32000ms。
6.5事件记录
装置配有大容量NVRAM芯片,可保存相关操作记录及事故报告信息,便于事故分析。
NVRAM中的数据掉电不丢失。
7.系统信息说明
7.1定值整定信息
装置可存储4套定值,对应的定值区号为1、2、3、4。
整定时,未使用的保护功能应退出压板,使用的保护功能投入压板,并对相关的控制字、电流、电压及时限定值进行整定。
保护定值范围见表7-1,系统参数定值范围见表7-2。
表7-1保护定值范围表
控制字1定义KG1
置”1”含义
置”0”含义
D0
经消弧线圈接地
不经消弧线圈接地
D1
过负荷跳闸
过负荷不跳闸
D2
过电压保护开关位闭锁
过电压保护开关位不闭锁
D3
低电压保护开关位闭锁
低电压保护开关位不闭锁
D12
经小电阻接地
不经小电阻接地
控制字2定义KG2
置”1”含义
置”0”含义
D11
PT断线退出低压
PT断线退出本段
D12
小电流接地跳闸
小电流接地告警
保护定值
定值名称
整定范围
过流I段电流启动值
0.1-20In
过流I段延时值
0-99.99S
过流II段电流启动值
0.1-20In
过流II段延时值
0-99.99S
过流III段电流启动值
0.1-20In
过流III段延时值
0-99.99S
过负荷保护启动值
0.1-20In
过负荷延时值
0-99.99S
零序I段电流启动值
0.2-1.2I0n
零序I段延时值
0-99.99S
零序II段电流启动值
0.2-1.2I0n
零序II段延时值
0-99.99S
低电压保护启动值
0
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