PXS3013智能电源监控装置

1．装置概述

PXS3013智能电源监控装置适用于分段和各侧不需同时合闸的变压器备自投。既可以分散在开关柜就地安装，也可以集中组屏安装。并提供通信接口，可以和其它保护、自动化设备一起,通过通信接口组成自动化系统。

保护功能：

l  分段备自投

l  进线备自投

l  进线自复

l  分段自复

l  母联相间过流保护

l  零序过流保护

l  过负荷保护

l  过电压

l  低电压

测控功能：

l  42路遥信开入采集

l  开关遥控跳、合闸

l  遥测量：三相电压、电流、P、Q、功率因数

l  故障录波

通讯功能：

l  以太网

l  串口RS485

2．引用标准

NGS8000系列保护控制自动化系统设备均按下列标准和规定进行设计、制造、检验和安装，所用标准均为最新版IEC和中国GB标准及国际单位SI制。

 IEC255-5             《绝缘电压、冲击耐压测试》

 IEC255-6             《高频干扰电压测试》

 IEC529                 《防护等级》

 IEC255-22-2        《静电放电试验》

 IEC255-22-4        《快速瞬变干扰试验》

 GB/T14537-93     《量度继电器和保护装置》

 GB6162                《静态继电器和保护装置的电气干扰试验》

 GB14285-93         《继电保护和安全自动装置技术条件》

 GB50171-92         《电气装置安装工作盘、柜及二次回路施工及验收规范》

 GB/T13729-92      《远动终端通用技术条件》

 GB2423.1　           《电工电子产品基本环境试验规程A低温试验》

 GB2423.1　           《电工电子产品基本环境试验规程A高温试验》

 GB2423.1　           《电工电子产品基本环境试验规程A温热试验方法》

 NDGJ8-89             《火力发电厂、变电所二次接线技术规定》

 电安生[1994]191    《电力系统继电保护及安全自动装置及事故措施要点》

 DL/T587-1996       《微机继电器保护装置运行管理规程》

 DL5002-91            《地区电网电力调度自动化设计技术规程》

 DL5003-91            《电力系统调度自动化设计规程》

 DL516-93              《电网调度自动化运行管理规程》

 DL/T634-1997       《运动设备及系统  第五部分  传输规约  第101篇  基本远动任务配套标准》

 DL/T578-1995       《计算机监控系统基本技术条件》

 DL/T478-1995       《静态继电保护及安全自动装置通用技术条件》

 GB50062-1992      《电力装置的继电器及继电保护和自动装置规范》

 SD276-88              《静态比率差动保护装置技术条件》

 GB/T13730—92    《地区电网数据采集与监控系统通用 技术条件》

 GB-2889-98          《计算机站场地技术条件》

 IEC255-21-1         《振动试验标准》

 IEC255-21-2         《冲击和碰撞试验标准》

 DL/451－91　       《循环式远动规约》

3．装置特点

l  高标准硬件设计：采用STM32（32位）单片机技术，配备高精度的差分A/D转换器，精度高、响应快、系统稳定性好；

l  人机界面友好：液晶中文显示，实时更新，操作简单方便，菜单简洁明了；

l  可靠的自检功能：完善的装置自我诊断功能，使维护简便，提高了安全运行可靠性；

l  高标准的电磁兼容性能：PXS3000系列智能电源监控对提高产品的整体电磁兼容性能给予了前所未有的重视。装置设计不再局限于某些部分满足抗干扰标准，而是从装置的交流输入、直流电源、开关量输入、开关量输出以及通信等各个环节进行电磁兼容设计；

l  完整的事件记录功能，所有记录掉电保持；

l  完善的软硬件看门狗，保证装置可靠运行；

l  高等级、高品质保证的元器件选用，采用多层板技术和SMT工艺；

l  配备高速以太网通信接口，并集成IEC-103规约；

l  出口采用多重组合逻辑，增加出口故障检查，保证出口操作的准确性和安全性；

l  具有完整的断路器操作回路

4．装置结构

4.1 结构：

采用4U 、19/2英寸机箱，整面板、背插式结构，后接线安装方式，强弱电隔离，大大加强了产品的电气性能。

4.2 交流插件：

外部电流经隔离互感器隔离变换后，由低通滤波器输入至模数变换器，CPU经采样数字处理后，构成各种数字式保护继电器，并实时计算各种测量值。

4.3 CPU插件：

CPU插件主要由以下几部分构成：

     1）  CPU系统

CPU系统由微处理器CPU、RAM、ROM、Flash Memory等构成。高性能的32位微处理器CPU，大容量的ROM、RAM及Flash Memory，使得该CPU模件具有极强的数据处理及记录能力，可以实现各种复杂的故障处理方案和记录大量的故障数据。Flash Memory中可记录的录波报告不少于10次，可记录的事件数不少于2000次。保护定值等运行配置信息也存入该存储器中，这些信息在装置掉电后均不会丢失。

    2) 数据采集系统

数据采集系统由高精度的差分A/D转换器组成，转换芯片内部包含了采样保持及同步电路，具有转换速度快、采样偏差小、超小功耗及稳定性好等特点，故本装置的采样回路无可调整元件，也不需要在现场作调整，具备高度的可靠性，并且每周波20点采样点保证测量的高精度。

    3）开关量输入及输出部分

开入量采用DC24V开入，外部开入采用两级光耦，实现DC220V直接输入电平。

开出分为两类，一类是用于驱动出口的继电器， 此种继电器电源经闭锁控制；另一种用于驱动信号继电器，此种继电器电源不经闭锁控制。

    4) 通信部分

本插件内含2个10M以太网接口及2个RS485接口，以太网接口为本装置接入系统的主要通信接口。

    5) 时钟回路

插件内设置了硬件时钟回路,采用的时钟芯片精度高,并配有电池以掉电保持。

另外，CPU插件采用了多层印制板及表面封装工艺，外观小巧，结构紧凑，大大提高了装置的可靠性及抗电磁干扰能力。

    6) GPS对时

GPS对时采用IRIG-B硬接点对时方式。

4.4 电源及信号插件：

本插件由三个部分组成：直流逆变电源、外部开入回路、信号继电器。

直流逆变电源：直流220V或110V电压输入经抗干扰滤波回路后,利用逆变原理输出本装置需要的三组直流电压,即5V、24V,24V与5V不共地,且采用浮地方式,同外壳不相连。

a) 5V 为用于CPU及A/D转换回路的工作电源

b) 24V为用于驱动继电器及外部开入的电源

外部开入回路：均采用DC24V开入方式，装置软件采取了防抖措施，避免了误发信。

信号继电器包括：保护动作信号继电器、保护告警信号继电器等。

4.5 人机对话插件（MMI）：

人机对话（MMI）插件主要功能是显示保护CPU输出的信息，本插件上的显示窗口采用八行，每行八个汉字的液晶显示器，人机界面清晰易懂，配置PXS3000系列通用的键盘操作方式，使得人机对话操作方便、简单。本插件上还配置了灯光指示信息，使本装置的运行信息更为直观。

5．技术指标

5.1 技术参数

1）  额定直流电压               DC220V 、DC110V 或 AC220V  (订货注明)

2）  额定技术数据

           a) 交流电流：               5A或1A            (订货注明)；

           b) 相电压：                  或100V  (订货注明)；

           c) 线路抽取电压：          100V或；

           d) 频率：                       50Hz或60Hz （订货注明）；

           e) 跳合闸电流：             0.5A～4A（自适应方式）；

3）  功率消耗

            直流工作电源：             正常工作时,不大于10W；

            保护动作时,不大于15W。

            交流电流回路：             < 1VA/相   (IN =5A)；

                                                < 0.5VA/相 (IN =1A)；

            交流电压回路：             < 0.5VA/相；

4）  精确工作范围：

            电流：                      0.04In～20In

            电压：                      0.4V～120V

            频率：                      0.9Fn～1.1Fn

            df/dt：                     0.3Hz/s～10Hz/s

            时间：                      0～100s

5）  保护部分精度：

            a) 定值精度：                ≤±5%；

            b) 时间精度：                <±1％ 整定时间+35ms

            c) 整组动作时间：            ≤35ms；

            d) 频率精度：                ≤0.01Hz；

            e) 滑差精度：                ≤±5%；

6）  测控部分精度：

            a) 交流量精度：                 ≤±0.2%；

            b) 有功无功：                   ≤±0.5%；

            c) 频率分辨率：                 ≤0.01Hz；

 7）  开关量输入：

            输入类型：                      无源

            光电隔离输入数量：              25

            工作电压：                      AC、DC220V或DC110V

 8）  开出接点容量：

 a).     出口继电器

u  直流操作回路:

            触点额定载流容量：  600VA

            输出继电器动作寿命： 100000次

            输出类型:          有源

            u  交流操作回路:

            触点额定载流容量：            1000VA

            输出继电器动作寿命：         100000次

            输出类型:                            无源(空接点)

            b).     信号继电器：

            触点额定载流容量：       600VA

            输出继电器动作寿命：    100000次

            输出类型:                       无源(空接点)

  9）  通信接口

            数目：                                4

            电气特性：                          以太网（2个），RS485（2个）

            通信协议：                      IEC870-5-103 / MODBUS

            地址：                             2～254

5.2 环境参数

5.2.1 电气环境

a)   直流电源

电压波动范围：额定电压80%～115%，

纹波系数：不大于5%

b)   绝缘电阻

在正常试验大气条件下,装置的带电电路部分和非带电金属及外壳之间,以及电气无联系的各电路之间,用开路电压500V的兆欧表测量绝缘电阻值；正常试验大气条件下,各回路绝缘电阻应不小于100 MΩ。

c)   介质强度

在正常试验大气条件下,装置能承受试验电压值为2000V，频率为50Hz,历时1min的工频耐压试验而无击穿闪络及元器件损坏现象。

d)   冲击电压

在正常试验大气条件下,装置的直流输入回路、交流输入回路、信号输出触点诸回路对地以及回路之间，能承受(1.2/50)μs的标准雷电波的短时冲击电压试验，开路试验电压5kV，无绝缘损坏。

e)   脉冲群干扰

装置能承受GB/T14598.13-1998( idt IEC60255-22-1:1988)规定的1MHz和100kHz脉冲群干扰试验。试验严酷等级为Ⅲ级, 试验电压共模2.5Kv, 差模1kV。

f)   辐射电磁场干扰

装置能承受GB/T14598.9-1995( idt IEC60255-22-3:1989)中规定的严酷等级为Ⅲ级的辐射电磁场干扰试验,即试验场强为10V/m。

g)   静电放电干扰

装置能承受GB/T14598.14-1998( idt IEC60255-22-2:1996)中规定的严酷等级为IV级,即接触放电试验电压为8kV、允许偏差±5%,空气放电试验电压为15kV、允许偏差±5%的静电放电干扰试验。

h)   快速瞬变干扰

装置能按GB/T14598.10-1996( idt IEC60255-22-4:1992)中规定的严酷等级为IV级快速瞬变干扰试验,即试验电压为4kV,允许偏差±10%。

6.2.2 自然环境

a) 环境温度：工作：-25℃～+70℃,24小时内平均温度不超过35℃。

贮存：-25℃～+70℃,在极限值下不施加激励量,装置不出现不可逆化,温度恢复后,装置应能正常工作。

b) 相对湿度：5%～95%（不凝露）

c) 大气压力： 80kPa～110kPa。

6.2.3 机械环境

a) 工作条件：能承受严酷等级为Ⅰ级的振动响应、冲击响应；

b) 运输条件：能承受严酷等级为Ⅰ级的振动耐久、冲击耐久、碰撞。

6．使用说明

PXS3000系列微机保护测控装置使用3.5寸彩色液晶显示器，液晶在正常运行时压板、测量值、保护值、开入值等滚动显示，按“取消”键熄灭背光灯，按其它任意键打开背光灯。任何时刻约1分钟内，如果没有按键盘按键，背景光会自动消失并返回运行页面。

当有事件发生（如保护动作、保护告警、装置异常等）时背景灯自动点亮，并显示报告。

6.1 键盘

“确认”键：用于操作确认或保存数据或进入下一级菜单。

“取消”键：用于取消错误操作或返回上一级菜单。

“◄”键：表示光标左移键。

“►”键：表示光标右移键。

“▲”键：表示光标上移键。

“▼”键：表示光标下移键。

“＋”键：增加数值键。

“－”键：减小数值键。

“复归”键：用于对灯和保护动作信号的复归

对装置的大部分操作如：初始化设置以及在运行中查阅定值、故障报文、装置自检等操作都通过键盘来完成。因此用户在使用NGS8000系列装置之前应着重了解上述装置键盘的含义和使用。

6.2信号灯

“运行”灯：装置正常运行时，该灯闪烁；灯长亮或长灭表示装置不能正常工作。压板投入时运行灯闪烁快，压板全部退出时运行灯闪烁慢。

“告警”灯：装置正常运行时，该灯熄灭；当发生不需出口跳闸的保护功能动作时该灯点亮；故障消除后，该灯自动熄灭。

“动作”灯：装置正常运行时，该灯熄灭；当发生需出口跳闸的保护功能动作时该灯点亮；只有人工（远方或调度）复归后，灯才灭。

“充电”灯：备自投逻辑已充电指示灯。

6.3菜单

保 护 值：以数字形式显示保护用各模拟量的幅值和相位

矢 量 图：以矢量图形式显示保护用各模拟量的幅值和相位

测 量 值：显示测量用各模拟量的幅值

零漂校验：用于校验本装置测量回路的零漂分量

测量校验：用于修正本装置测量回路各模拟量的幅值

功率校验：用于修正本装置功率以及功率因数的幅值

跳闸报告、告警报告、遥信报告、开关变位统计、故障录波：用于查询本装置的各类事件的历史记录

压板显示：用于显示本装置当前各保护的压板信息

压板投退：用于投退本装置的保护压板

定值显示：用于显示本装置当前各保护的定值信息

定值整定：用于整定本装置各保护的定值

定值区切换：用于切换不同的定值区

装置参数：用于设置装置本身的运行参数

时间调整：用于设置本装置的时钟

设备参数：用于设置被保护设备的电气参数

报告清除：清除事件记录

版本信息：用于查询装置的型号和软件版本

开出测试：用于测试本装置保护跳闸、重合闸（备用出口）、遥控跳闸、遥控合闸、保护动作、异常告警等出口接点

开入显示：用于显示本装置采集的开关量实际状态

通讯测试：用于模拟上传动作事件、告警事件、遥测量、遥信量，也可用于测试装置和后台之间的链接

7．功能说明

7.1 备用电源自投基本原则

本装置配置的六种BZT方式均遵循下面所述的各种基本原则。

7.1.1 有压、无压检查

母线有压指母线的三个相电压均大于有压检查定值，母线无压指母线的三个相电压均小于无压检查定值。本装置接入两条线路的线路侧电压，进线有压是指进线电压大于有压检查定值。

工作电源线电压全部小于无压检查定值，称为工作电源无压。备用电源线电压全部大于有压检查定值，称为备用电源有压。

注：本装置进线电压接相电压，说明书中所有涉及母线电压与进线电压判据皆是指的相电压。

7.1.2 BZT起动方式

本装置的启动方式为：母线无压、备用电源有压，经正常动作延时起动备自投.

7.1.3 BZT充放电条件

为保证BZT的一次动作性，本装置设计了充放电过程，BZT只有在充电完成后，才可能动作。各充电条件均满足持续BZT充电时间后，备自投完成充电；任一放电条件满足，BZT即放电：BZT未起动时，只有再次充电后才可能再起动；已起动后，BZT动作过程立即终止。一种BZT方式的各种起动方式，即对于其起动方式控制定值的各种取值，差别在于起动过程，充放电条件都是相同的。

充电条件一般包括以下几条：

l  BZT投入工作（整定控制定值和软压板均投入），且无放电条件；

l  母线电压均正常，即均符合有压条件。

l  工作断路器在合位，备用断路器在跳位。

放电条件一般包括以下几条：

l  备用断路器合上，经200ms延时；

l  异常情况，如断路器位置异常、断路器拒动等；

l  外部闭锁信号；

l  BZT成功发出合备用开关的脉冲，这一条在下面各BZT方式的放电条件中不再提及。

7.2 备自投功能配置及原理

本装置配置的六种典型BZT方式适应的主接线及定义的电气元件、断路器和交流量名称见图1  六种BZT方式定义见表1。

图1 装置典型BZT逻辑适应的主接线

表1 BZT方式定义

注1：BZT5和BZT6两种方式一般只投其中一种，当两种方式同时投入时，且两种方式都已充电的时候，以BZT5方式优先。

7.2.1 装置输入输出

装置按星型接线接入母线的电压Ua、Ub和Uc，Uab、Ubc和Uca由计算得出，用于母线有压无压判断。两条进线接入Uab，用于进线的有压无压判断。接入两条进线的单相电流用于进线电流有流无流判断。还接入母联断路器处的三相保护电流IA、IB和IC，用于母联断路器保护。

7.2.2 分段备自投（方式1、2）

分段或桥断路器BZT包括Ⅱ母暗备用和Ⅰ母暗备用两种方式，它们的充放电条件相同，见表2，动作过程不同，见表3。

表2分段或桥断路器BZT充放电条件

注1：当设备参数中进线是否检有压选择为“判断”时，需判断进线是否有压，当选择为不判断时，则不判断进线是否有压。

表3 分段或桥断路器BZT动作过程

注2：备自投动作过程，当设备参数中“进线是否检有压”选择为“判断”时，需判断备用进线是否有压，当选择为不判断时，则不需要判断备用进线是否有压。

7.2.3 进线BZT（方式3、4）

进线BZT充放电条件见表4，动作过程见表5。

表4 进线BZT充放电条件

注3：当设备参数中进线是否检有压选择为“判断”时，需判断进线是否有压，当选择为不判断时，则不判断进线是否有压。

表5 进线BZT动作过程

注4：备自投动作过程，当设备参数中“进线是否检有压”为“判断”时，需判断备用进线是否有压，当选择为不判断时，则不需要判断备用进线是否有压。

7.2.4 进线及分段自复（方式5、6）

进线自复为备自投方式5(BZT5)充放电条件见表6。分段自复为备自投方式6(BZT6)充放电条件见表7。两种自复动作过程见表8。

表6 进线自复充放电条件

表7 分段自复充放电条件

表8 进线BZT动作过程

7.3 母联相间过流保护

装置接入分段断路器（3DL）的三相电流，配置相间过流保护。各段的投退控制定值可独立控制各段的使用情况。投退控制定值取值含义为：

0:退出, 1～2:投入--1:告警, 2:跳闸

其动作判据为：

                              I_max≥I_set

                              t≥t_set

式中，Iset：相间过流保护电流动作值（A）

          t_set：相间过流保护动作时间（s）

相间跳闸保护设有软压板，只有软压板和投退控制定值均为投入时，相应的跳闸保护才投入。

相间过流跳闸动作时，闭锁备自投。

7.4 母联零序过流保护

本装置设置零序过流告警和跳闸保护。零序电流由装置软件计算得出。可以通过投退控制定值整定为告警和跳闸。投退控制定值取值含义为：

0:退出, 1～2:投入--1:告警, 2:跳闸

零序过流跳闸保护设有软压板，只有软压板和投退控制定值均为投入时，相应的跳闸保护才投入。

零序过流跳闸动作时，闭锁备自投。

7.5 过负荷保护

过负荷保护投退控制定值的取值含义为：

0:退出, 1～2:投入--1:告警, 2:跳闸

其动作判据为：

                              I_max≥I_gfh

                              t≥t_gfh

式中，I_gfh：过负荷保护电流动作值（A）

          t_gfh：过负荷保护动作时间（s）

过负荷跳闸动作时，闭锁备自投。

7.6 过电压告警

装置设有过电压保护，电压取自母排电压，过电压保护设有投退控制定值，取值含义如下：

0：退出，1：报警。

当min(UA、UB、UC)大于整定值，过电压保护经整定延时动作。

过电压告警设有软压板，只有软压板和投退控制定值均为投入时，相应的告警功能才投入。

7.7 低电压保护

低电压保护投退控制定值的取值含义如下：

0： 退出 ，1：低电压告警，2：低压+失压告警

低电压告警的条件是:

1:三个max(UA、UB、UC)电压均小于低电压保护定值且大于30V。

低压+失压告警的条件是:

1:三个max(UA、UB、UC)电压均小于低电压保护定值。

低电压告警设有软压板，只有软压板和投退控制定值均为投入时，相应的告警功能才投入。

7.8 电压缺相告警功能

任意两个母线线电压差值大于30V，装置经延时发电压缺相报警信号。

7.9 备自投放电告警功能

在任一种备自投已充电的情况下：

1、1DL，2DL，3DL开关拒动；

2、有外部闭锁信号：闭锁备自投、弹簧未储能、1#或2#进线保护跳闸信号

3、母联相间过流保护、零序过流保护、过负荷保护。

注：以上放电条件返回后，备自投放电告警信号仍需手动复归，且必须手动复归后才能再次充电。

8.压板清单

9.定值清单

9.1 定值

注：定值中有压、无压定值指相电压。

9.2 装置参数

9.3 设备参数

10.1 PXS3013装置背板图

 10.2 PXS3013装置开孔尺寸图