PCS-221A 電子式互感器合并單元

1、ZL_DLYH0103.0610 PCS-221A電子式互感器合并單元技術(shù)和使用說明書 南瑞繼保電氣有限公司版權(quán)所有本說明書和產(chǎn)品今后可能會(huì)有小的改動(dòng),請(qǐng)注意核對(duì)實(shí)際產(chǎn)品與說明書的版本是否相符。更多產(chǎn)品信息,請(qǐng)?jiān)L問互聯(lián)網(wǎng):http:/www.nari-目錄1概述 (11.1應(yīng)用范圍 (11.2合并單元配置連接 (12技術(shù)參數(shù) (32.1機(jī)械及環(huán)境參數(shù) (32.2額定電氣參數(shù) (32.3主要技術(shù)指標(biāo) (33軟件工作原理 (53.1保護(hù)電流冗余配置 (53.2數(shù)字濾波 (53.3重采樣 (53.4通用數(shù)據(jù)幀 (53.5出錯(cuò)處理 (64硬件原理說明 (84.1裝置整體結(jié)構(gòu) (84.2裝置面板布置 (

2、94.3裝置接線端子 (94.4結(jié)構(gòu)與安裝 (104.5各插件原理說明 (115使用說明 (155.1指示燈說明 (155.2裝置運(yùn)行說明 (151概述目前在電力系統(tǒng)獲得廣泛應(yīng)用的是電磁式電流、電壓互感器。隨著電力系統(tǒng)向大容量,高電壓等級(jí)方向發(fā)展,傳統(tǒng)的電磁式互感器逐漸暴露出許多缺點(diǎn)。主要有:1.絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)高,尺寸大,支撐結(jié)構(gòu)復(fù)雜;2.測(cè)量精度低;3.存在鐵磁共振和磁飽和等問題;4.存在二次線圈開路而產(chǎn)生高壓的危險(xiǎn);5.設(shè)備安裝和檢修不方便。近年來,隨著電子技術(shù)和光纖通訊的快速發(fā)展,有源電子式互感器在技術(shù)上也獲得長足進(jìn)步,并有部分產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。與傳統(tǒng)互感器相比,電子式互感器具有如下諸

3、多優(yōu)點(diǎn):1.高低壓側(cè)隔離,絕緣簡單,性價(jià)比高;2.不含鐵芯,消除鐵磁諧振和磁飽和等問題;3.抗電磁干擾性能好,無二次線圈開路高壓危險(xiǎn);4.測(cè)量精度高,動(dòng)態(tài)范圍大,頻率響應(yīng)范圍寬;5.沒有充油而潛在的易燃、易爆等危險(xiǎn);6.體積小,重量輕,方便運(yùn)輸和安裝。1.1應(yīng)用范圍本裝置為適用于變電站220kV電子式互感器的數(shù)據(jù)合并單元。本裝置合并發(fā)送1條線路ABC三相測(cè)量和保護(hù)電流、電壓的數(shù)據(jù)。通用數(shù)據(jù)幀包括保護(hù)和測(cè)量兩種數(shù)據(jù)并通過光纖發(fā)送。發(fā)送協(xié)議遵循IEC60044-8所定義的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)。裝置設(shè)計(jì)靈活通用,能夠支持多個(gè)廠家和多種電子式互感器接口,包括GIS電子式互感器、光供電電子式互感器和常

4、規(guī)CT等;輸出通道數(shù)可以根據(jù)需要靈活增加。并能適應(yīng)220kV、500kV及以上等級(jí)變電站各種電子式互感器配置的需要。1.2合并單元配置連接220kV線路間隔中,本合并單元與現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)端模塊NR1450A及控制保護(hù)之間的連接關(guān)系如下圖所示。一臺(tái)合并單元完成一個(gè)線路間隔的全部模擬量的采集。一個(gè)線路間隔的所有模擬量采集可以通過合并單元靈活擴(kuò)展給多個(gè)保護(hù)和測(cè)控裝置提供數(shù)據(jù)。通過兩臺(tái)合并單元?jiǎng)t可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)雙重化的線路間隔模擬量采集系統(tǒng)。一個(gè)遠(yuǎn)端模塊同時(shí)分別與一路Rogowski線圈和一路電容環(huán)分壓輸出連接。1 2圖 1.2.1遠(yuǎn)端模塊、合并單元、保護(hù)測(cè)控裝置連接圖2技術(shù)參數(shù)2.1機(jī)械及環(huán)境參數(shù)機(jī)箱結(jié)構(gòu)尺寸:

5、482mm×177mm×291mm;嵌入式安裝正常工作溫度:040極限工作溫度:-1050貯存及運(yùn)輸:-25702.2額定電氣參數(shù)直流電源:220V、110V 兼容直流輸出:+5V/10A 2.3主要技術(shù)指標(biāo)2.3.1數(shù)字量輸出數(shù)據(jù)采樣率:4kHz額定延遲時(shí)間:3s T (s T 為數(shù)據(jù)速率的倒數(shù)計(jì)量精度:0.2保護(hù)精度:5P額定測(cè)量電流:2D41H 額定保護(hù)電流:01CFH 額定電壓:2D41H 2.3.2電磁兼容幅射電磁場(chǎng)干擾試驗(yàn)符合國標(biāo):GB/T 14598.9的規(guī)定;快速瞬變干擾試驗(yàn)符合國標(biāo):GB/T 14598.10的規(guī)定;靜電放電試驗(yàn)符合國標(biāo):GB/T 1459

6、8.14的規(guī)定;脈沖群干擾試驗(yàn)符合國標(biāo):GB/T 14598.13的規(guī)定;射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗(yàn)符合國標(biāo):GB/T 17626.6的規(guī)定;工頻磁場(chǎng)抗擾度試驗(yàn)符合國標(biāo):GB/T 17626.8的規(guī)定;脈沖磁場(chǎng)抗擾度試驗(yàn)符合國標(biāo):GB/T 17626.9的規(guī)定;浪涌(沖擊抗擾度試驗(yàn)符合國標(biāo):GB/T 17626.5的規(guī)定。2.3.3絕緣實(shí)驗(yàn)絕緣試驗(yàn)符合國標(biāo):GB/T14598.3-93 6.0的規(guī)定;沖擊電壓試驗(yàn)符合國標(biāo):GB/T14598.3-938.0的規(guī)定。2.3.4通訊接口裝置提供了兩個(gè)10Base-T/100Base-TX以太網(wǎng)接口,采用IEC60870-5-103南瑞網(wǎng)絡(luò)版規(guī)約

7、與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)相連?？梢韵蜃冸娬咀詣?dòng)化系統(tǒng)提供裝置的狀態(tài)、報(bào)警和各個(gè)遠(yuǎn)端模塊的狀態(tài)。一個(gè)用于GPS對(duì)時(shí)的RS-485(IRIG-B輸入接口;兩個(gè)RS-485接口,用于和后臺(tái)通訊;一個(gè)打印接口,可選或RS-232方式,通信速率可整定;一個(gè)用于調(diào)試的RS-232接口(前面板。2.3.5光纖接口合并單元與遠(yuǎn)端模塊和二次設(shè)備均通過多模光纖連結(jié),光纖接口位于NR1131A和NR1131B板卡的背面,光接頭采用ST型式。光纖類型:多模,62.5/125um;光波長:850nm;傳輸距離:200m;接收靈敏度:-30dBm;3軟件工作原理3.1保護(hù)電流冗余配置一個(gè)遠(yuǎn)端模塊的兩路模擬通道同時(shí)與一個(gè)Rogo

8、wski線圈相連,兩路模擬通道具有相同的增益,相互獨(dú)立的運(yùn)放、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和電壓基準(zhǔn)等元件。兩路模擬信號(hào)經(jīng)AD采樣后通過高壓光纖送給合并單元,合并單元實(shí)時(shí)比較兩路保護(hù)電流的瞬時(shí)采樣值,若兩路電流差的絕對(duì)值小于某個(gè)設(shè)定值,則表示遠(yuǎn)端模塊工作正常,反之,表示遠(yuǎn)端模塊保護(hù)電流采樣異常,置當(dāng)前采樣值無效標(biāo)志。若兩路保護(hù)電流差的絕對(duì)值連續(xù)多次越限,則置遠(yuǎn)端模塊工作異常標(biāo)志,提示運(yùn)行人員更換遠(yuǎn)端模塊。通過兩路保護(hù)電流采樣值的相互監(jiān)視,使得保護(hù)裝置實(shí)時(shí)獲得可靠數(shù)據(jù),避免保護(hù)裝置誤動(dòng)。每個(gè)遠(yuǎn)端模塊同時(shí)還采集一路測(cè)量電流和一路測(cè)量電壓信號(hào),四個(gè)通道的實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)通過一根光纖送到合并單元的光纖接口板NR1131A。

9、3.2數(shù)字濾波相移上考慮到與Rogowski線圈配合,遠(yuǎn)端模塊模擬濾波的截止頻率選的相對(duì)較高。另外,合并單元與每個(gè)遠(yuǎn)端模塊僅僅通過一根光纖連接,因此為了保證多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的同步采樣,合并單元需要對(duì)各通道采樣值進(jìn)行同步重采樣處理。在數(shù)據(jù)重采樣前,先要對(duì)采樣值進(jìn)行抗混疊數(shù)字濾波處理。為了得到較好的幅頻和相頻特性,采用了高階FIR數(shù)字濾波器,此濾波算法經(jīng)過軟件仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證,表明濾波算法完全滿足實(shí)際設(shè)計(jì)需求。3.3重采樣基于南瑞自主研發(fā)的UAPC平臺(tái)的合并單元,其軟件設(shè)計(jì)面向?qū)ο?。每個(gè)軟件功能模塊都以元件實(shí)現(xiàn),具有清晰、完整的輸入、輸出接口。重采樣元件的輸入接口定義了重采樣的輸入、輸出頻率,因此采樣

10、數(shù)據(jù)經(jīng)重采樣元件處理后能方便地得到所需采樣率的數(shù)據(jù)采樣值。為了保證重采樣元件數(shù)據(jù)的處理精度,軟件采用兩階拉格朗日內(nèi)插算法。此算法的數(shù)據(jù)處理精度得到軟件仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。3.4通用數(shù)據(jù)幀合并單元以南瑞自定義通用數(shù)據(jù)幀給保護(hù)和測(cè)控裝置發(fā)送數(shù)據(jù),通用數(shù)據(jù)幀包括保護(hù)和測(cè)量兩種數(shù)據(jù),通用數(shù)據(jù)幀的定義如表 3.4.1所示。合并單元到二次設(shè)備也采用光纖聯(lián)接,并采用曼徹斯特編碼發(fā)送數(shù)據(jù)。根據(jù)需要,傳輸速度可以設(shè)為10Mbit/s、5Mbit/s 和2.5Mbit/s。遠(yuǎn)端模塊采集三相線路保護(hù)電流、測(cè)量電流和測(cè)量電壓。線路零序電流和零序電壓通過分別計(jì)算三相保護(hù)電流和測(cè)量電壓得到。表 3.4.1通用數(shù)據(jù)幀定義通

11、道號(hào)信號(hào)源參考值比例因子DataChannel#1線路I保護(hù)電流A額定相電流01CFHDataChannel#2線路I保護(hù)電流B額定相電流01CFHDataChannel#3線路I保護(hù)電流C額定相電流01CFHDataChannel#4線路I零序電流額定中性點(diǎn)電流2D41HDataChannel#5線路I測(cè)量電流A額定相電流2D41HDataChannel#6線路I測(cè)量電流B額定相電流2D41HDataChannel#7線路I測(cè)量電流C額定相電流2D41HDataChannel#8線路I測(cè)量電壓A額定相電壓2D41HDataChannel#9線路I測(cè)量電壓B額定相電壓2D41HDataChan

12、nel#10線路I測(cè)量電壓C額定相電壓2D41HDataChannel#11線路I零序電壓額定相電壓2D41HDataChannel#12空額定相電壓2D41H3.5出錯(cuò)處理為了保證合并單元和遠(yuǎn)端模塊能夠長期安全、可靠的運(yùn)行,在電子式互感器的整體方案設(shè)計(jì)中,采取了多種硬件和軟件措施,這些完備的抗出錯(cuò)措施在后續(xù)的硬件和軟件開發(fā)設(shè)計(jì)中得到進(jìn)一步完善,以便在遠(yuǎn)端模塊和合并單元發(fā)生硬件、軟件故障時(shí),能及時(shí)被發(fā)現(xiàn),并按預(yù)定的方案對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行正確處理,使得保護(hù)和測(cè)控裝置能始終獲得正確數(shù)據(jù)而正確動(dòng)作。若是硬件不可恢復(fù)故障,合并單元將詳細(xì)的故障信息上送或本地顯示,提示運(yùn)行人員更換相應(yīng)的出錯(cuò)裝置。3.5.1遠(yuǎn)

13、端模塊出錯(cuò)一個(gè)遠(yuǎn)端模塊有四個(gè)采樣通道,包括兩路保護(hù)電流、一路測(cè)量電流和一路測(cè)量電壓。為了能從遠(yuǎn)端模塊實(shí)時(shí)獲得正確數(shù)據(jù),與遠(yuǎn)端模塊相連的光纖接口板NR1131A實(shí)時(shí)提取接收到的數(shù)據(jù)幀。根據(jù)每幀數(shù)據(jù)中的多個(gè)狀態(tài)位信息,NR1131A能全面監(jiān)視遠(yuǎn)端模塊的當(dāng)前工作狀態(tài),并根據(jù)具體出錯(cuò)信息,采取相應(yīng)的軟件處理方法,以保證得到正確的采樣數(shù)據(jù)。狀態(tài)信息包括遠(yuǎn)端模塊工作電源、AD轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)是否正常,是否丟幀、奇偶校驗(yàn)是否出錯(cuò)等,另外通過比較兩路保護(hù)電流采樣值,監(jiān)視兩路獨(dú)立模擬通道。通過以上各種防錯(cuò)措施,若遠(yuǎn)端模塊某個(gè)元器件故障以至于影響通道正常數(shù)據(jù)采樣,光纖接口板NR1131A能夠馬上作出相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理,并將出

14、錯(cuò)信息上送或就地顯示,提示運(yùn)行人員更換硬件裝置。3.5.2光纖接口板STALL監(jiān)視若光纖接口板DSP偶爾死機(jī)(STALL,而軟件又沒有其它監(jiān)視措施,則保護(hù)和測(cè)控裝置就會(huì)短時(shí)接收到錯(cuò)誤數(shù)據(jù),以至于可能造成保護(hù)裝置誤動(dòng)。為了避免以上故障,合并單元其它板卡實(shí)時(shí)監(jiān)視光纖接口板NR1131A的狀態(tài)。當(dāng)NR1131A的DSP發(fā)生死機(jī),則保護(hù)和測(cè)控裝置接收到的數(shù)據(jù)相應(yīng)置無效狀態(tài),從而避免保護(hù)裝置誤動(dòng)。同時(shí)將STALL 狀態(tài)上送并告警。3.5.3光纖通道光強(qiáng)監(jiān)視光纖通訊誤碼率與光纖通道光強(qiáng)密切相關(guān)?，F(xiàn)場(chǎng)光纖通訊誤碼率高很重要的原因就是光纖衰減太大造成的。因此實(shí)時(shí)監(jiān)視光纖通道接收到的光信號(hào)的強(qiáng)度,并根據(jù)檢測(cè)到的

15、光強(qiáng)度信息,提前預(yù)警,對(duì)提高裝置運(yùn)行的可靠性尤為重要。針對(duì)以上原因,南瑞繼保在開發(fā)電子式互感器光纖通訊時(shí),特別增加了此項(xiàng)功能,提升裝置的性能。4硬件原理說明4.1裝置整體結(jié)構(gòu) 123456789A B C D ENR 1301ANR1101ANR1131BNR1131BNR1131A直流電源中央處理單元光纖接口板光纖接口板光纖接口板圖 4.1.1PCS-221裝置整體結(jié)構(gòu)4.2裝置面板布置圖 4.2.1是裝置的正面面板布置圖。 圖 4.2.1面板布置圖圖 4.2.2是裝置的背面面板布置圖。 圖 4.2.2端子布置圖(背視4.3裝置接線端子圖 4.3.1為端子定義圖。 圖 4.3.1PCS-22

16、1端子定義圖4.4結(jié)構(gòu)與安裝裝置采用4U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱,用嵌入式安裝于屏上。機(jī)箱結(jié)構(gòu)和屏面開孔尺寸分別見圖4.4.1和圖 4.4.2。 圖 4.4.1機(jī)箱結(jié)構(gòu)圖及屏面開孔圖 圖 4.4.2機(jī)箱結(jié)構(gòu)圖及屏面開孔圖4.5各插件原理說明組成裝置的插件有:電源插件(NR1301A、CPU插件(NR1101A、光纖接口板插件A(NR1131A,光纖接口板插件B(NR1131B、顯示面板(LCD。具體硬件模塊圖見圖 4.5.1。 圖 4.5.1硬件模塊圖4.5.1電源插件(NR1301A4.5.2所示:從裝置的背面看,第一個(gè)插件為電源插件,如圖 NARI-RELAYS PCS-221A電子式互感器合并單元技術(shù)和

17、使用說明書 +220V/+110V -220V/- 110V 10 11 合 并 單 元 10 DC/DC 11 7 8 12 扼 流 圈 至裝置 +5V 內(nèi)部其 它插件 光耦24V 12 接地銅排 ( A 圖 4.5.3 電源插件原理及輸入接線圖 ( B 合并單元的電源從 10 端子 (直流電源 220V/110V+端11 端子 , (直流電源 220V/110V -端經(jīng)背板電源開關(guān),扼流圈至內(nèi)部 DC/DC 轉(zhuǎn)換器,輸出+5V 給合并單元裝置其它插 件供電;另外經(jīng) 7,8 端子輸出一組 24V 光耦電源,其中端子 7 為光耦 24V+,端子 8 為光耦 24VGND. 輸入電源的額定電壓同

18、時(shí)兼容 220V 和 110V 兩種,電源輸入連接如圖 4.5.3(A. 電源插件面板四個(gè)指示燈定義如下: "5V"燈為綠色,裝置+5V 正常供電點(diǎn)亮; "BJ"燈為黃色,裝置+5V 供電異常點(diǎn)亮; "BJJ"燈為紅色,裝置報(bào)警點(diǎn)亮; "BSJ"燈為紅色,裝置閉鎖點(diǎn)亮. 電源插件分別輸出一對(duì)裝置報(bào)警和裝置閉鎖空節(jié)點(diǎn)信號(hào),邏輯節(jié)點(diǎn)輸出如圖 4.5.4 所示. 合 并 單 元 1 2 3 4 5 6 公共節(jié)點(diǎn)1 端子1,2為閉鎖常閉節(jié)點(diǎn)信號(hào) 端子1,3為報(bào)警常開節(jié)點(diǎn)信號(hào) 公共節(jié)點(diǎn)2 端子4,5為閉鎖常閉節(jié)點(diǎn)信號(hào) 端子4

19、,6為報(bào)警常開節(jié)點(diǎn)信號(hào) 圖 4.5.4 裝置報(bào)警,閉鎖空節(jié)點(diǎn)信號(hào) 4.5.2 CPU 插件(NR1101A 該插件由高性能嵌入式 POWERPC 處理器,現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA,PCI 以太網(wǎng) 控制器及其他外設(shè)組成.實(shí)現(xiàn)裝置管理,通訊,錄波等功能. 此插件通過我公司自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 HTM 高速串行總線與裝置內(nèi)其他插件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同 步和高速數(shù)據(jù)交換,通過 CAN 總線與裝置內(nèi)其他插件實(shí)現(xiàn)一般數(shù)據(jù)交換,通過 RS-485 總線實(shí)現(xiàn)顯示和調(diào)試數(shù)據(jù)通信.此插件具有多路 RS-485 外部通信接口,差分對(duì)時(shí)接口 13 NARI-RELAYS PCS-221A電子式互感器合并單元技術(shù)和使用說明書 和 R

20、S-232 打印機(jī)接口,由 POWERPC 處理器內(nèi)嵌的以太網(wǎng)控制器和外掛 PCI 以太網(wǎng)控制 器實(shí)現(xiàn)雙以太網(wǎng)通信接口.同時(shí)插件具有大容量非易失性存儲(chǔ)器,可以存儲(chǔ)大量錄波數(shù) 據(jù). 4.5.3 光纖接口板插件 A(NR1131A 一塊光纖接口板 NR1131A 通過光纖最多可以連接四個(gè)遠(yuǎn)端模塊,采集四組交流量, 每組交流量包括一個(gè)保護(hù)電流,一個(gè)測(cè)量電流和一個(gè)測(cè)量電壓.合并單元設(shè)計(jì)靈活,在 多節(jié)點(diǎn)密集采集時(shí),光纖接口板 NR1131A 可以靈活擴(kuò)展.GIS 電子式互感器每個(gè)遠(yuǎn)端模 塊與光纖接口板僅需一根光纖連接,這在節(jié)約成本的同時(shí),也簡化了設(shè)備安裝.合并單 元光纖接口板 NR1131A 的 RX1,RX2,RX3 默認(rèn)定義為線路的 A 相,B 相和 C 相