GZB-ARM-9110综合保护器说明(090724)书.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流GZB-ARM-9110综合保护器说明(090724)书.精品文档.GZB-ARM-9110型嵌入式综合保护器使用说明书江苏常州市武进矿用设备厂东南自动化研究所GZB-ARM-9110型嵌入式综合保护器使用说明书一、概述GZB-ARM-9110型嵌入式智能型高压综合保护器，适用于电压等级为10KV和6KV，额定频率为50HZ，三相交流中性点不直接接地的供电系统，是专用的高级智能型综合保护器，可对下属电网及设备实施有效保护。是电力监控系统及煤矿企业管理与控制信息化综合系统的重要组成部分。本保护器主要功能有：电参量采集与测量、过流、短路、监视、漏电、过压、欠压等保护，以及遥测、遥信、遥控功能。适用于10KV、6KV电网中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的供电及变电系统，广泛用于煤矿地面和井下变电所高压开关柜的电力监控与保护。在有爆炸性气体的采区变电所应用时，应放置在防爆柜内。该产品采用32位ARM嵌入式处理器以及专用的电参量检测芯片和先进的铁电存储技术，性价比高，抗干扰性能强，工作稳定可靠，测量精度高，保护跳闸灵敏，人机界面全人性化操作，汉字液晶显示，远程参量整定，使用维护方便。二、技术参数与主要功能2.1 技术参数1电源电压：交流（85250）V。2. 采集容量： Uab、Ia、Ucb、Ic、Uo、Io共6路模拟量输入，8路开关量输入。3测量三相电量参数：有功电度、无功电度、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、线电压、电流； 4 测量准确度：U、I：0.2级，P、Q、COS：0.5级，f：±0.01Hz。5 线性范围：测量：（0.71.2）UN(UN =100V)。 （0.051.2）IN(IN =5A)。 过流保护：（0.21.6）IN。 短路保护：（1.010）IN。其中：UN为电压互感器额定电压（V）；IN为电流互感器额定电流（A）。6 传输接口与速率:CAN 20K bps。7 传输距离不小于1.2km （指GZB-ARM-9110综保器与监控系统分站的传输距离）。2.2 主要功能2.2.1保护功能1.短路保护：高压开关柜负载侧出现超过整定短路倍数的电流，实施小于0.1s的速断跳闸保护。2.过载保护：高压开关柜负载侧出现超过设定的过载倍数电流，按照反时限特性进行限时保护，保护原理见4.3.2。3.漏电保护：(1)对于中性点不接地系统，可选择电流型和功率方向型实施保护：对于电流型保护，当漏电电流超过设定值，将实施跳闸保护；对于功率方向型保护，当漏电电压超过预定值，漏电电流超过漏电电流整定值，按功率方向型进行选择性检漏保护。(2)对于中性点经消弧线圈接地的系统，采用设定的保护策略实施保护。过载和漏电保护动作时间可通过参数整定来设置。4.监视保护：对负载侧的带监视线的橡胶电缆进行绝缘电阻监视保护，当监视线与地线之间绝缘电阻RD>5.5K时，可靠不动作，RD<3K时可靠动作；当监视线与地线之间回路电阻RK<0.8k时，可靠不动作，RK>1.5K时可靠动作；绝缘监视保护动作时间小于100ms。5.过压保护：当电网进线电压Uac>120%额定电压时，过压保护动作，动作时间小于100ms，精度为±5%。6.欠压保护：当电网进线电压Uac<65%额定电压时，实施按照预定的动作时间（0-300秒可选）实施保护。2.2.2 远动功能将嵌入式综合保护器监测的Uab、Ucb、Ia、Ic、P、Q、COS、f、真空开关状态实时传送到地面主机，实现遥测、遥信。主机发遥控命令，可对任一个高压开关柜中嵌入式综合保护器发出合/分闸命令，合/分闸是否成功的信息再实时回传给上位机。2.2.3就地查询和整定通过综合保护开关面板上的按键可以查询高压开关柜中的嵌入式综合保护器各种电参量，设置各保护整定参数值。2.2.4 远程整定功能上位机可对任何一个高压开关柜中的嵌入式综合保护器发送整定参数命令，整定参数的效果与就地输入完全一样。2.2.5 闭锁功能任一个嵌入式综合保护器检修时，要求暂时脱离主机的远动操作，只需按动一下高爆开关门上“闭锁”按钮即可。嵌入式综合保护器与电力监控系统或煤矿企业管理与控制信息化综合系统的上行通信数据中就包含有闭锁信号，上位机一旦收到闭锁信号，就将此台综合保护器的下行远动命令全部封锁，只发送下行获取闭锁信息帧。如果该数字综合保护器没有解锁，则响应帧就是闭锁状态信息帧。直到再次按动闭锁键，实施解锁，主机收到解锁信息帧后，才恢复对该数字综保器的远动帧通信。2.2.6 整定参数永久保存功能不论是就地整定的还是远方整定的保护参数值，包括就地设定的地址码、整定参数、电流变比、电压变比、以及故障性质信息均永久存放在先进的铁电存储器中而不丢失，可长期保护，任何保存的信息除非重新整定除或设置，否则不会自动清除，故障信息可通过清除命令加以清除。2.2.7 故障跳闸事件顺序记录功能嵌入式综合保护器能记录故障跳闸时刻的时间值，分辨率最小为10ms，并将此时间值及时传送到主机。由于本系统中主机同期性发布校时广播命令，各数字综保器的时间基准是统一的，故根据记录的不同开关柜故障跳闸的时间差异，就可分析跳闸顺序事件，有助于快速查找故障点。2.2.8 人性化操作功能本保护器采用汉字液晶（LCD）显示，便于参数的整定等操作，克服了普通LED显示及繁琐的键盘操作和看不懂字符的麻烦，真正做到人性化操作。另外汉字LCD显示屏采用节能和延长寿命的方式，即在没有键盘、没有故障出现，也没有上位机命令的情况下，三分种后LCD显示屏将启动屏幕保护程序，一旦上述任何情况发生，将自动打开LCD显示屏，显示相关状态。2.3 环境条件：环境温度：-20+70。平均相对湿度：不大于95%（+25）。大气压力：80-106Kpa。无显著振动和冲击的地方。无爆炸性混合物及无破坏绝缘的腐蚀性气体的场合。三、主要结构特征3.1 结构外壳由2mm钢板焊接而成，外部采用喷塑工艺，结构形式与尺寸如图1所示。尺寸355mmx170mmx62mm,在前门面板中间开了一个方型的液晶显示及状态指示窗口。 图1 结构形式与外形尺寸图3.2 印刷板组成GZB-ARM-9110型嵌入式综合保护器内部共有3块印刷线路板，采用目前国际上流行的接插方式，电源、信号采集板与开入和开出部分集成在底板上，还有ARM主板以及ARM处理器板，如图2所示。由图可见，ARM处理器板插到ARM主板上，然后再插到底板上，这样更换方便，检修直观。(a)ARM处理器板 (b)ARM主板图2 ARM处理器及主板图图3 系统底板图3.3结构参数外形尺寸：355mmx170mmx62mm。重量：2.63kg。四、工作原理4.1 工作原理及框图嵌入式综合保护器主要由ARM主控制模块、交流采样模块、CAN通信模块和I/O模块以及人机接口等组成，工作原理框图如图4所示。键盘基于ARM的嵌入式微控制器程序存储器数据存储器故障报警液晶显示屏交流模拟量采集开关量输入采集人机接口CAN通信接口嵌入式控制中心状态指示通信接口继电器分合闸单元执行机构红外接口红外遥控器接口图4 工作原理图ARM主控模块由32位嵌入式ARM处理器及外围器件构成，是整个保护器的核心；交流数据采样模块采用基于DSP的专用电参量测量的模块，负责电参量的测量；CAN通过模块负责向基于CAN总线的上位机传输测量的参数及接收整定命令和合、分闸命令，实现三遥功能；I/O模块负责开入量、开出量以及分合闸的处理，所有开关量全部采用光电耦合器隔离。人机接口包括可进行汉字显示的LCD显示屏、键盘、状态指示、故障指示等。ARM嵌入式控制系统对交流采样模块送来的交流信号进行数据采集和处理，采用均方根方法测出高压开关柜的Uab、Ucb、Ia、Ic、Uo、Io、f（工频频率）、监视电阻、温度等参量。利用电参量数学模型算法计算出P（三相有功功率）、Q（三相无功功率）、COS（功率因数），利用反时限算法得到Id（短路）和Ig（过流），利用键盘或主机整定的过流、短路、漏电保护参数作为判据，把测量的电参量进行保护算法的处理与比较，一旦发现超限，实现过流、短路、漏电、绝缘监视、过压或欠压等保护跳闸。除漏电保护外，其它所有保护均可设置为启用和禁用。嵌入式综合保护器把监测的模拟量与开关量及保护跳闸的性质等信息通过CAN总线传给上位机，再用协议转换器将CAN总线协议转换成Ethernet以太网TCP/IP协议，通过以太网实现遥测、遥信功能。主机还通过传输线把真空开关分/合闸的命令传送给嵌入式综合保护器，实现遥控。测量结果除通过上位机传送以外，还通过汉字显示的液晶屏显示出来。4.2电参量测量原理利用全波傅里叶级数算法DFT：对一个周期的交流电压U（t）信号采样32点：U（0）U（31），则基波15次奇次谐波的实部Ykm与虚部Zkm的幅值计算公式为：其中，Ku是与测量互感器及A/D转换器有关的变换系数。U(t)的数字化总幅值为： 对于三相三线制工频供电系统的有功功率，是用二瓦特计法算法进行计算，则次谐波的幅值为： 公式：P=Uab´Ia´cos(Uab，Ia)+Ucb´Ic´cos(Ucb，Ic)；Q=Uab´Ia´sin(Uab，Ia)+Ucb´Ic´cos(Ucb，Ic)。对一个周期的Uab，Ia，Ucb，Ic，同时采样32点，计算出Uab，Ia，Ucb，Ic的实、虚部幅值，代入离数化的P和Q公式，就可计算出P和Q。4.3 嵌入式保护原理4.3.1速断保护测量出的短路电流，超过设定的短路倍数电流值，或母线电压高于120%，或RD<3K、RK>1.5 K时保护可靠动作，则立即执行跳闸命令，实行速断保护，动作时间小于0.1秒。4.3.2反时限保护共有四种模式（定时限、一般反时限、非常反时限、极端反时限）可选择。反时限过流则有三种模式供选择。当输入相电流中任何一相的幅值大于反时限电流启动值时，装置按选定的反时限曲线动作，本保护器采用非常反时限算法，反时限曲线方程为： ,对应的同，曲线如图5所示。各式中：Ip为反时限启动电流；I为故障电流；为时间常数定出常数值tp和Ip之后，根据所设定的过载电流阀值，用反时限公式，即可得到保护时的延时时间，一旦发现超过上限，则根据该时间执行跳闸命令，实现反时限保护。图5 反时限曲线4.3.3漏电保护1.对于中性点不直接接地，且没有消弧线圈接地的情况下，可通过设置选择两种保护策略：(1) 电流型保护这种保护的条件是当零序电流超过预定值，则根据所设置的漏电保护时间进行漏电保护。(2)功率方向型这种保护的条件是当零序电压Uo、零序电流Io有效值均超过设定的值并（Uo，Io）之间的相位值达到一定范围时，根据所预设的时间实施漏电保护。理论值应该为90°，但由于实际情况受到多种因素的干扰和限制,一般不可能正好是90°,因此采用的角度范围是60°90°2.对于中性点经消弧线圈接地的系统，采用零序有功法实施漏电保护。五、使用方法5.1开关柜上键盘的基本操作开关柜面板上有8个按钮组成，面板上的排列顺序如图6所示。图6调试按键布置图高爆开关前门上的8个按键，合闸按钮是电动合闸按钮，分闸按钮是扣脱失电分闸按钮。4个按键是(图5中的前四个)用于现场参数整定和设置。选项键可进入参数整定和设置环境。上或下调整或选择参数，再按选项键确定即可。5.2 嵌入式综合保护器地址码输入设置地址值由开关号与变电所号两部分，按设置键，进入设置菜单如图7所示：图7 设置画面按上或下选择8设定地址，按确定键后，如果密码是打开的，则要求输入密码，输入正确的密码后进入地址设定画面如图8所示。图 设置地址画面每一位参数都要用上或下键选择输入，然后按确定键确认后进入下一位。设置完开关号，再用同样方法设置变电所号。注意：不同的嵌入式综合保护器在一个变电所内，其类型码相同，但3位地址码应不同，否则通信出故障！ 5.3参数的整定5.3.1 主要整定的参数1. 额定工作电流额定工作电流，共9项，分别为630A、600A、500A、400A、300A、200A、150A、100A、75A、50A和5A。其中5A选项专门用于调试之用。2. 额定工作电压额定工作电压，共3项，分别为10KV、6KV和100V。其中100V选项专门用于调试之用。3. 短路保护电流值短路保护电流值为额定工作电流的倍数，共8项，分别为1、2、3、4、5、6、8和10倍。4. 过载保护电流值短路保护电流值为额定工作电流的倍数，共8项，分别为0.2、0.3、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2和1.6倍。5. 过载延时常数过载延时常数分为8档(1-8)，过载动作时间与超过整定电流值的电流强度成反时限特性。保护原理见4.3.2。可用表1表示离散值参考值。表过载延时常数与过载电流倍数的离散关系延时时间（秒）过载延时档位12345678过载整档位0.22.5253550701001402000.31.6716.723.333.346.766.793.3133.30.41.2512.517.525.035.050.070.0100.00.60.838.311.716.723.333.346.766.70.80.636.38.812.517.525.035.050.01.00.505.07.010.014.020.028.040.01.20.424.25.88.311.716.723.333.31.60.363.65.07.110.014.320.028.66. 漏电零序电流值漏电零序电流值有8项，分别为0.5A、1.0A、20.A、3.0A、4.0A、5.0A、6.0A和8.0A。7. 漏电零序电压值漏电零序电压值有6项，分别为3V、5V、10V、15V、20V和25V。8. 漏电延时时间漏电延时时间共有8项，分别为0.1秒、0.3秒、0.7秒、1.0秒、1.5秒、2.0秒、120秒和300秒。5.3.2 参数的整定方法和步骤参数的整定有两种方法，第一种方法是通过电力监控系统的主机进行的远程整定，第二种方法是就地利用开关柜上的键盘进行整定。1.键盘就地整定方法（1）进入设置状态按选键进入如图9所示的设置画面图 设置初始画面（2）选择整定参数选项按选项键确定选择1整定参量此时，如果密码已经打开则要求输入密码进入如图10所示的输入密码画面。图10 密码输入画面共四位密码，每一位密码的输入需要上或下选择数字（0-9），每输入完一位，都要按选项键确定，并进入下一位，直到最后一位输入完毕，再按选项键结束密码输入，方可进入参量整定设置状态。如图11所示。图11 参数整定画面(3) 选中要整定的参量按上或下键选择所要整定的参数，按选项键进入该参数的选择状态。此时被选择的参数名称右端出现被选择的标志(向右的三角箭头)图12 整定参数被选中的画面(4) 调整选择的参数按上或下键调整所选择的参数，按选项键确定并退出该选项。(5) 退出选择环境，保存设置值按上或下键选择主菜单中的退出命令退出并保存设置值。5.3.3 模拟故障试验开关前门上的“监视”、“漏电”等键都是分别模拟绝缘监视故障，漏电故障的试验按钮。通过试验按钮可以模拟实际信号，可达到检验绝缘监视保护，漏电保护的作用。按“监视”键，使绝缘电阻为零。主板监测到绝缘电阻<3k，立即控制跳闸继电器，实施跳闸保护，并在LCD上显示监视”保护，并显示出监视电阻的值。按“漏电”键，保护器检测到选择性漏电保护所需要的零序电压、零序电流、以及相位角度，超过了设定的保护门槛值，控制跳闸继电器动作，在LCD上显示漏电保护，并显示保护时零序电压、零序电流的值及其相位角。有些模拟实验可在菜单中选择操作，按设置菜单进入初始选项画面后，按上或下键选择“模拟试验”，有跳闸试验和不跳闸试验两种选择。每种有分为“监视”、“过载”和“短路”三种试验可供选择。操作方法是进入相应试验后按确定键即可，最后按“复位”键清除故障。5.3.4“复位”键的使用发生故障跳闸或按动模拟故障试验键，均使LCD显示屏显示相应的故障，该故障存放在铁电存储器中，只要故障不排除，则综合保护器不允许合闸（实际上即使排除故障，但发现故障性质标志位未清除，又立即控制跳闸继电器动作）。按“复位”键，才能使LCD显示的故障信息清除，允许重合闸。5.3.5“闭锁”按键的使用上电正常工作时，不按闭锁按钮，对系统无影响，如果按一次闭锁键，LCD显示器立即显示“ 综保闭锁！ / 封锁远程控制 ”，表示综保装置进入闭锁状态，并在主机巡检到该保护器时，将此闭锁信息传送给主机，请求主机封锁对该保护器的远动操作，尤其是遥控操作。闭锁按键主要用于高爆开关的例行检修期间，暂时脱离系统上位机的远动操作，防止上位机误遥控。解锁时，再按动一次闭锁键，LCD显示屏变为“ 综保已解锁！/允许远程控制 ”数秒后变为正常的显示屏状态，综保将解锁状态传给主机，主机从此解除对该数字保护器闭锁，恢复正常的远动操作。5.3.6 “合闸” 与 “分闸“按钮的使用保护器菜单设有“合闸”、 “分闸”选项，可分别控制合闸电动机构和脱扣电动分闸机构，（合闸时间可调），合闸状态或分闸状态由保护器开入口采集，合分闸状态显示在LCD显示屏上。主机遥控命令的合闸或分闸命令传送到嵌入式综合保护器，执行合闸或分闸指令的功能与手动按“合闸”按钮或“分闸”按钮是一样的。5.4 综合保护器的状态指示嵌入式综合保护器面板上（开关门上）除LCD显示屏外，还共有2位LED显示器，左边一个（红色）指示故障，有故障时点亮，故障清除后熄灭；右边一个为充电指示灯（绿色），充电完成后点亮。其它工作状态全部显示在液晶屏上。六、维护说明及注意事项6.1 LCD显示器不亮LCD在没有任何操作和故障的前提下，为了节约电能并延长LCD的使用寿命，在分钟后自动熄灭。当按下任何键，LCD将自动点亮，表示系统正常工作，没有问题。如果按键后LCD也不亮，请按复位键试验，此时如果LCD仍不亮，表明系统有问题。请检查各电源是否正常。系统有多种电源：一是有电源模块直接提供的+5V(由发光管L5指示)、±12V（分别由发光管L12和L_12指示）,二是由+5V通过DC-DC模块隔离转换得到的+5V（L5V指示）,+5VC（L5C指示）和+24（L24指示）。通过观察各指示灯是否正常发光，可判断电源是否正常，必须时用万用表测量其电压值是否正确。如果电源模块输出电压不对，则断电后更换相应电源模块。6.2 CAN通讯不正常当上位机有命令时正常情况下LCD左下方应有“通信正常”字样显示，如果没有说明通讯不正常，检查主板的CAN跳线是否正确，主板上的MJ10和MJ11应答短接到右边两位，正确后再看收发指示灯（MD3和MD4）是否每隔10秒左右闪烁一次，如果正常闪烁，则说明保护器收发器正常，查CAN接线是否正确；如果CAN指示灯一直没有闪烁，则检查CAN隔离器的+5VDC电压是否正常，如不正常，检查开关电源是否工作正常。6.3 故障输出后跳闸有故障时不执行脱扣跳闸，有两情况：1. LCD显示屏没有故障信息显示而不执行跳闸操作如果LCD显示屏没有显示故障信息，但的确有故障发生，说明保护选项设置有问题。从菜单中选择“保护选项”中的相关保护是否已经打开，保护选项的开或关包括：过压保护、欠压保护、短路保护、过载保护、漏电保护、缺相保护、监视保护、瓦斯闭锁等，其相应保护必须打开，除非有意关闭。2. LCD显示屏有故障信息显示而不执行跳闸操作如果LCD显示屏显示了故障信息，说明保护已经打开，系统已确认了故障（如是漏电保护应检查保护选项是否在拉闸选项），这时如果不执行跳闸命令，首先应检查保护器JPOUT(6,7)控制接点是否有输出，如没问题，再检查高压开关脱扣线圈、执行机构是否有问题。6.4常见问题说明1为什么在测量值微调时，各项都无法进入？答：为防止对测量值错误的设置，只有在输入信号正常接入的情况下才可以对测量值进行调整，即当测量值不为零时才能微调测量值，否则无法修改。2出厂时或恢复初始密码后的初始密码为多少？答：初始密码为0000，当需要设置新密码时可以进入密码设定选项进行设定。3如果忘记密码怎么办？答：可以使用管理员密码进入密码设定选项，关掉密码开关，或恢复初始值，恢复密码初始值后密码为0000，可用该密码进入密码设定选项设定新的密码。注意：本保护器断电后，须过3秒后方可再上电工作。应尽量在本保护器运行后接入负载，使下属电网时刻被监护。保护器有问题时，请更换，切勿带故障运行。GZB-ARM-9110型综合保护器使用说明书 2006年10月第一版常州市武进矿用设备厂（常州市利安矿用设备厂）常州市戚墅堰南印墅村312国道旁邮编：213011电话：0519-8386399 0519-8776130传真：0519-8386399