南瑞继保RCS-923A断路器失灵及辅助保护装置技术说明书及调试大纲

RCS-923A断路器失灵及辅助保护装置

1 概述

1.1 应用范围

本装置为由微机实现的数字式断路器失灵起动及辅助保护装置，也可作为母联或分段开关的电流保护。

1.2 保护配置

RCS-923A 是由微机实现的数字式断路器失灵起动及辅助保护装置，也可作为母联或分段开关的电流保护。装置功能包括失灵起动、三相不一致保护、两段相过流保护和两段零序过流保护、充电保护等功能，可经压板和软件控制字分别选择投退。

1.3 性能特征

●装置具有失灵起动功能，其分相判别的相电流元件动作后，输出两组起动接点，与外部保护动作接点串联后在线路、母联或分段断路器失灵时去起动失灵保护。

●装置具有三相不一致保护功能，当断路器某相断开，线路上出现非全相时，可经三相不一致保护回路延时跳开三相，三相不一致保护功能可由控制字选择是否经零序或者负序电流开放。

●装置具有带延时的过流保护功能（两段相过流、两段零序过流）。

●装置具有充电保护功能，当向故障母线（线路）充电时，可及时跳开本断路器。

●装置采用整体面板、全封闭机箱，强弱电严格分开，取消传统背板配线方式，同时在软件设计上也采取相应的抗干扰措施，装置的抗干扰能力大大提高，对外的电磁辐射也满足相关标准。

●完善的事件报文处理，可保存最新128次动作报告，24次故障录波报告。

●友好的人机界面、汉字显示、中文报告打印。

●灵活的后台通信方式，配有RS-485通信接口(可选双绞线、光纤)或以太网。

●支持电力行业标准DL/T667-1999（IEC60870-5-103标准）的通信规约。

●与COMTRADE兼容的故障录波。

2 技术参数

2.1机械及环境参数

机箱结构尺寸：482mm×177mm×291mm；嵌入式安装。

正常工作温度：0--40℃

极限工作温度：-10--50℃

贮存及运输：    -25--70℃

2.2 额定电气参数

直流电源：220V，110V    允许偏差: +15％，-20％

交流电流：5A，1A （额定电流In）

频    率：50Hz/60Hz

过载能力：电流回路：    2倍额定电流，连续工作

                            10倍额定电流，允许10S

40倍额定电流，允许1S

功    耗：交流电流：＜1VA/相（In=5A）

＜0.5VA/相（In=1A）

直    流：    正常时＜35W     

跳闸时＜50W

2.3 主要技术指标

2.3.1 起动元件

电流变化量起动元件，整定范围0.1In～0.5In

零序过流起动元件，整定范围0.1In～0.5In

2.3.2 过流元件

整定范围:                  0.1In ～20In 

    定值误差:                  < 5%

2.3.4 保护动作时间:

时间范围:                 0.01～10S  

2.3.5 电磁兼容

幅射电磁场干扰试验符合国标：GB/T 14598.9的规定；

快速瞬变干扰试验符合国标：GB/T 14598.10的规定；

静电放电试验符合国标：GB/T 14598.14的规定；

脉冲群干扰试验符合国标：GB/T 14598.13的规定；

射频场感应的传导骚扰抗扰度试验符合国标：GB/T 17626.6的规定；

工频磁场抗扰度试验符合国标：GB/T 17626.8的规定；

脉冲磁场抗扰度试验符合国标：GB/T 17626.9的规定；

浪涌（冲击）抗扰度试验符合国标：GB/T 17626.5的规定。

2.3.6 绝缘试验

绝缘试验符合国标：GB/T14598.3-93 6.0的规定；

冲击电压试验符合国标：GB/T14598.3-93 8.0的规定。

2.3.7 输出接点容量

信号接点容量：

允许长期通过电流8A

切断电流0.3A（DC220V，V/R 1ms）

其它辅助继电器接点容量：

允许长期通过电流5A

切断电流0.2A（DC220V，V/R 1ms）

跳闸出口接点容量：

允许长期通过电流8A

切断电流0.3A（DC220V，V/R 1ms），不带电流保持

2.3.8 通信接口

两个RS-485通信接口 (可选光纤或双绞线接口)，或光纤以太网接口，通信规约可选择为电力行业标准DL/T667-1999(idt IEC60870-5-103)规约或LFP（V2.0）规约，通信速率可整定；

一个用于GPS对时的RS-485双绞线接口；

一个打印接口，可选RS-485或RS-232方式，通信速率可整定；

一个用于调试的RS-232接口（前面板）。

3 软件工作原理

3.1 保护程序结构

保护程序结构框图如图3.1.1所示。

图3.1.1 保护程序结构框图

主程序按固定的采样周期接受采样中断进入采样程序，在采样程序中进行模拟量采集与滤波，开关量的采集、装置硬件自检和起动判据的计算，根据是否满足起动条件而进入正常运行程序或故障计算程序。硬件自检内容包括RAM、E2PROM、跳闸出口三极管等。

正常运行程序中进行运行状态检查，运行状态检查包括检查开关位置状态判别等。不正常时发告警信号，信号分两种，一种是运行异常告警，这时不闭锁装置，提醒运行人员进行相应处理；另一种为闭锁告警信号，告警同时将装置闭锁，保护退出。

故障计算程序进行失灵起动、三相不一致保护、过流保护、充电保护以及跳闸逻辑，并进行事件报告、故障报告及波形的整理。

3.2 正常运行程序

3.2.1检查开关位置状态

在充电保护投入情况下，如果跳闸位置接点置“1”时，置“手合标志”，在跳闸位置接点返回后再经400ms，将“手合标置”清“0”；当有手合接点开入时，在其开入上升沿置“手合标志”，经400ms将“手合标置”清“0”。

3.2.2 跳闸位置异常告警

当线路三相TWJ不一致时，如果三相均有电流则经1秒延时报开关位置异常告警，如果三相不均有电流或无流则经10秒延时报开关位置异常告警。

3.2.3 电压、电流回路零点漂移调整

随着温度变化和环境条件的改变，电压、电流的零点可能会发生漂移，装置将自动跟踪零点的漂移。 

3.3起动元件

装置总起动元件与保护起动元件一样，均为电流变化量起动、零序过流元件起动、三相位置不一致起动和相过流起动四种。

3.3.1 电流变化量起动

是相间电流的半波积分的最大值；

为可整定的固定门坎；

为浮动门坎，随着变化量的变化而自动调整，取1.25倍可保证门坎始终略高于不平衡输出。

该元件动作并展宽７秒，去开放出口继电器正电源。

3.3.2 零序过流元件起动

零序过流门坎值可以整定, 零序过流继电器满足条件,起动元件动作并展宽7秒，去开放出口继电器正电源。

3.3.3 三相位置不一致起动

当三相位置不一致保护投入时，如果有三相位置不一致接点输入，总起动元件动作并展宽7秒，去开放出口继电器正电源。

3.3.4 过流起动

当过流保护投入且Ⅰ、Ⅱ段相电流过流元件动作则总起动元件动作并展宽7秒，去开放出口继电器正电源。

3.4 失灵起动 

当保护起动且相电流Ip>ISLQD(失灵起动定值)时，瞬时接通该相失灵起动接点，该接点与外部保护该相跳闸接点串联后起动失灵。失灵起动接点分为分相失灵起动接点与三相失灵起动接点（任一相失灵起动动作即动作）。失灵起动电流元件返回系数为0.95。

失灵起动工作逻辑见图3.9.1。

3.5过流保护

过流保护包括两段相电流过流保护与两段零序过流保护。当最大相电流大于相电流过流Ⅰ、Ⅱ段定值或者零序电流大于零序过流Ⅰ、Ⅱ段定值，并分别经各自延时定值，保护发跳闸命令。过流保护电流元件返回系数为0.95。

过流保护工作逻辑见图3.9.1。

3.6三相不一致保护

三相不一致保护由不一致接点起动，不一致接点的接线方式见图3.7.1。

三相不一致保护可采用零序电流或负序电流作为动作的辅助判据，可分别由控制字选择投退。三相不一致保护辅助判据电流元件返回系数为0.95。

三相不一致保护工作逻辑见图3.9.1。

3.7充电保护

在充电保护投入情况下，在正常程序中有以下条件时形成手合加速标志：

1）任意跳闸位置接点开入，置“手合标志”，在三相跳闸位置接点均返回或线路有流后再经400ms，将“手合标置”清“0”；

2）当有手合接点开入时，在其开入上升沿置“手合标志”，经400ms将“手合标置”清“0”，即手合后400ms内发生的故障，均可启动充电保护。

                   图3.7.1不一致接点及起动充电保护开入接线图

充电保护采用相电流过流，经20ms延时跳闸的方式。充电保护电流元件返回系数为0.95。

充电保护工作逻辑见图3.9.1。跳闸位置与手合接点只要接一个开入即可起动充电保护。

3.8跳闸逻辑

当三个辅助保护中有元件动作时，即发跳闸命令；跳闸令发出40ms后判是否有电流，若无电流则跳闸命令返回。

3.9工作逻辑方框图

RCS-923A工作逻辑见方框图3.9.1所示。图中不一致接点、手合接点与跳闸位置接点的接线方式见图3.7.1。

图3.9.1 RCS-923A工作逻辑图

注：框图中手合接点上升沿指的是手合接点开入由“0”至“1”的跳变。

4 硬件原理说明

4.1 装置整体结构

图4.1.1 装置整体结构

4.2 装置面板布置

图4.2.1是装置的正面面板布置图。

图4.2.1 面板布置图

图4.2.2是装置的背面面板布置图（虚线为可选件）。

图4.2.2 端子布置图（背视）

4.3 装置接线端子

图4.3.1为端子定义图，虚线为可选件。

图4.3.1 端子定义图（背视）

4.4 输出接点

输出接点如图4.4.1所示。

图4.4.1 输出接点图

4.5 结构与安装

装置采用4U标准机箱，用嵌入式安装于屏上。机箱结构和屏面开孔尺寸分别见图4.5.1、图4.5.2。

图4.5.1 机箱结构图及屏面开孔图

图4.5.2 机箱结构图及屏面开孔图

4.6 各插件原理说明

组成装置的插件有：电源插件（DC）、交流插件（AC）、低通滤波器（LPF），CPU插件（CPU）、通信插件（COM）、24V光耦插件（OPT）、信号插件（SIG）、跳闸出口插件OUT、显示面板（LCD）。

具体硬件模块图见图4.6.1。

图4.6.1 硬件模块图

4.6.1 电源插件（DC）

从装置的背面看，第一个插件为电源插件，如图4.6.2(A)所示：

图4.6.2 电源插件原理及输入接线图

保护装置的电源从101端子（直流电源220V/110V＋端）、102端子（直流电源220V/110V－端）经抗干扰盒、背板电源开关至内部DC/DC转换器，输出＋5V、±12V、＋24V（继电器电源）给保护装置其它插件供电；另外经104、105端子输出一组24V光耦电源，其中104为光耦24V＋，105为光耦24V－。

输入电源的额定电压有220V和110V两种，订货时请注明，投运时请检查所提供电源插件的额定输入电压是否与控制电源电压相同，电源输入连接如图4.6.2（B）。

 光耦电源的连接如图4.6.2（C），电源插件输出光耦24V－（105端子），经外部连线直接接至OPT1插件的光耦24V－（615端子）；输出光耦24V＋（104端子）接至屏上开入公共端子；为监视开入24V电源是否正常，需从开入公共端子或104端子经连线接至OPT插件的光耦24V＋（614端子），其它开入的连接详见OPT插件。

4.6.2 交流输入变换插件（AC）

交流输入变换插件（AC）与系统接线图如下：

图4.6.3 交流输入变换插件与系统接线图

、、分别为三相电流输入，电流变换器的线性工作范围为30。

215端子为装置的接地点，应将该端子接至接地铜排。

交流插件中三相电流按额定电流可分为1A、5A两种，订货时请注明，投运前注意检查。

4.6.3 低通滤波插件（LPF）

本插件无外部连线，其主要作用是：（1）滤除高频信号，（2）电平调整，（3）为利用本公司的专用试验仪（HELP-90A）测试创造条件。

图4.6.4 低通滤波原理图

      由上图可见，CPU与DSP采样从有源元件开始就完全，因此保证了任一器件损坏不致于引起保护误动。试验输入由装置前面板的DB15插座引入。

4.6.4 CPU插件（CPU）

该插件是装置核心部分，由单片机（CPU）和数字信号处理器（DSP）组成， CPU完成装置的总起动元件和人机界面及后台通信功能，DSP完成所有的保护算法和逻辑功能。装置采样率为每周波24点，在每个采样点对所有保护算法和逻辑进行并行实时计算，使得装置具有很高的固有可靠性及安全性。

起动CPU内设总起动元件，起动后开放出口继电器的正电源，同时完成事件记录及打印、保护部分的后台通信及与面板通信；另外还具有完整的故障录波功能，录波格式与COMTRADE格式兼容，录波数据可单独从串口输出或打印输出。

4.6.5 通信插件（COM）

通信插件的功能是完成与监控计算机或RTU的连接，有三种型号可选：

	A	B	物理层	规约
5A	RS485	RS485	双绞线	IEC60870 -5-103
5B	RS485	RS485	光纤
5C	以太网		10/100M光纤

5A、5B插件设置了两个用于向监控计算机或RTU传送报告的RS485接口，5C插件通过以太网上送报告。三种插件的背板端子及外部接线图如图4.6.5。

所有型号的插件均设置了一个用于对时的RS485接口，该接口只接收GPS发送的对时脉冲信号，不向外发送任何信号。

所有型号的插件还设置了一个用于打印的RS485或RS232接口，通过整定控制字选择接口方式，如选用RS232方式，控制字“网络打印方式”设为“0”，同时将该插件上相应的端子短接于232位置；如选用RS485方式，控制字“网络打印方式”设为“1”，同时将该插件上相应的端子短接于485位置。与打印机通信的波特率应与打印机整定为一致。

图4.6.5 通信插件背板端子及外部接线图

4.6.6 24V光耦插件（OPT）

图4.6.6 光耦插件背板端子及外部接线图

电源插件输出的光耦24V电源，其正端（104端子）应接至屏上开入公共端，其负端（105端子）应与本板的24V光耦负（615端子）直接相连；另外光耦24V正应与本板的24V光耦正（614端子）相连，以便让保护监视光耦开入电源是否正常。

601端子是对时输入，用于接收GPS或其它对时装置发来的对时脉冲接点或光耦信号，输入的信号必须是无源的，如下图所示，开入导通时的电流约3～5mA，推荐使用RS-485总线对时方式（参见通信插件说明），这两种对时方式实际使用时只能选用一种，若用总线对时方式，该输入不接。

图4.6.7 对时输入接点示意图

602端子是打印输入，用于手动起动打印最新一次动作报告，一般在屏上装设打印按钮。装置通过整定控制字选择自动打印或手动打印，当设定为自动打印时，保护一有动作报告即向打印机输出，当设定为手动打印时，则需按屏上的打印按钮打印。

603端子是投检修态输入，他的设置是为了防止在保护装置进行试验时，有关报告经IEC60870-5-103规约接口向监控系统发送相关信息，而干扰调度系统的正常运行，一般在屏上设置一投检修态压板，在装置检修时，将该压板投上，在此期间进行试验的动作报告不会通过通信口上送，但本地的显示、打印不受影响；运行时应将该压板退出。

604端子是信号复归输入，用于复归装置的磁保持信号继电器和液晶的报告显示，一般在屏上装设信号复归按钮。信号复归也可以通过通信进行远方复归。

608、609端子为起动充电保护方式选择开入。

610端子是不一致接点开入，其意义是：当开关的跳闸位置TWJ与合闸位置HWJ同时出现时置位。

4.6.7 信号继电器插件（SIG）

本插件无外部连线，该板主要是将5V的动作信号经三极管转换为24V信号，从而驱动继电器。正常运行时，装置会对所有三极管的出口进行检查，若有错则告警并闭锁保护。

本板设置了总起动继电器，当CPU满足起动条件，则该继电器动作，接点闭合，开放出口继电器的正电源。

4.6.8 继电器出口插件（OUT）

本插件提供输出空接点，如下图所示：

图4.6.8 OUT插件接点输出图

BSJ为装置故障告警继电器，其输出接点BSJ-1、BSJ-2、BSJ-3均为常闭接点，装置退出运行如装置失电、内部故障时均闭合。

BJJ为装置异常告警继电器，其输出接点BJJ-1、BJJ-2为常开接点，装置异常如不一致异常等，仍有保护在运行时，发告警信号，BJJ继电器动作，接点闭合。

XTJ、XSL分别为跳闸和失灵起动信号磁保持继电器，保护跳闸时XTJ继电器动作并保持，失灵起动时XSL继电器动作并保持，需按信号复归按钮或由通信口发远方信号复归命令才返回。

TJ继电器为保护跳闸时动作，保护动作返回时，该继电器也返回。

SLA、SLB、SLC分别为A、B、C分相失灵起动输出接点；SL2为三相失灵起动输出接点，即任一相失灵起动动作，则SL2继电器动作。失灵起动返回时失灵起动继电器也返回，其接点与保护装置的跳闸接点串联起来去起动失灵保护。

4.7 显示面板（LCD）

显示面板单设一个单片机，负责汉字液晶显示、键盘处理，通过串口与CPU交换数据。

显示面板还提供一个与PC机或HELP-90A通信的接口（9芯），一个调试用模拟量输入端子（15芯）。

5 定值内容及整定说明

装置定值包括装置参数和保护定值。

5.1 装置参数及整定说明

序号	定 值 名 称	定 值 范 围	整 定 值
1	定值区号	0～29
2	通信地址	0～254
3	串口1波特率	4800,9600,19200,38400
4	串口2波特率	4800,9600,19200,38400
5	打印波特率	4800,9600,19200,38400
6	调试波特率	4800，9600
7	系统频率	50，60Hz
8	电压一次额定值	127～655kV
9	电压二次额定值	57.73V
10	电流一次额定值	100～65535A
11	电流二次额定值	1,5A
12	厂站名称
13	网络打印	0,1
14	自动打印	0,1
15	规约类型	0,1
16	分脉冲对时	0,1
17	可远方修改定值	0,1

1.定值区号：保护定值有30套可供切换，装置参数不分区，只有一套定值；

2.通信地址：指后台通信管理机与本装置通信的地址；

3.串口1波特率、串口2波特率、打印波特率、调试波特率：只可在所列波特率数值中选其一数值整定；

4.系统频率：为一次系统频率，请整定为50Hz；

5.电压一次额定值：为一次系统中电压互感器原边的额定电压值；

6.电压二次额定值：为一次系统中电压互感器副边的额定电压值；

7.电流一次额定值：为一次系统中电流互感器原边的额定电流值；

8.电流二次额定值：为一次系统中电流互感器副边的额定电流值；

9.厂站名称：可整定汉字区位码（12位），或ASCII码（后6位），装置将自动识别，此定值仅用于报文打印。

10.自动打印：保护动作后需要自动打印动作报告时置为“1”，否则置为“0”；

11.网络打印：需要使用共享打印机时置为“1”，否则置为“0”。使用共享打印机指的是多套保护装置共用一台打印机打印输出，这时打印口应设置为RS-485方式（参见4.6.5通信插件说明）,经专用的打印控制器接入打印机；而使用本地打印机时，应设置为RS-232方式，直接接至打印机的串口。

12.规约类型：当采用IEC60870-5-103规约置为“0”，采用LFP规约置为“1”。

13.分脉冲对时：当采用分脉冲对时置为“1”，秒脉冲对时置为“0”。

14.可远方修改定值：允许后台修改装置的定值时置为“1”，否则置为“0”。

5.2 保护定值及整定说明

5.2.1 RCS-923A保护定值如表

保护的所有定值均按二次值整定，定值范围中In为1或5，分别对应于二次额定电流为1A或5A。

序号	定 值 名 称	定 值 范 围		整 定 值
1	电流变化量起动值	0.1～0.5A ×In
2	零序起动电流	0.1～0.5A ×In
3	失灵起动电流	0.1～20A ×In
4	过流Ⅰ段	0.1～20A ×In
5	过流Ⅰ段时间	0～10S
6	过流Ⅱ段	0.1～20A ×In
7	过流Ⅱ段时间	0.01～10S
8	零序过流Ⅰ段	0.1～20A ×In
9	零序Ⅰ段时间	0～10S
10	零序过流Ⅱ段	0.1～20A ×In
11	零序Ⅱ段时间	0.01～10S
12	不一致零序电流	0.1～20A ×In
13	不一致负序电流	0.1～20A ×In
14	不一致动作时间	0.01～10S
15	充电过流定值	0.1～20A ×In
16	线路编号	0～65535
RCS-923A运行方式控制字SW(n)  整定 “1”表示投入，“0”表示退出
1	投失灵起动	0，1
2	投过流Ⅰ段	0，1

3	投过流Ⅱ段	0，1
4	投零序过流Ⅰ段	0，1
5	投零序过流Ⅱ段	0，1
6	投不一致保护	0，1
7	不一致经零序	0，1
8	不一致经负序	0，1
9	投充电保护	0，1

5.2.2 RCS-923A保护定值及运行方式控制字整定说明

1.电流变化量起动值：按躲过正常负荷电流波动最大值整定，一般整定为0.2In，定值范围为0.1In～0.5In。

2.零序起动电流：按躲过最大零序不平衡电流整定，定值范围为0.1In～0.5In。

3.线路编号：按实际线路编号整定，打印报告时用。

5.3 压板定值

装置设有软压板功能，压板可通过定值投退（远方或就地）

序号	定 值 名 称	定 值 范 围	整 定 值
a)	投充电保护	0，1
b)	投不一致保护	0，1
c)	投过流保护	0，1

1.“投充电保护”、“投不一致保护”和“投过流保护”这三个控制字和屏上硬压板为“与”的关系，当需要利用软压板功能时，必须投上硬压板，当不需软压板功能时，必须将这三个控制字整定为“1”。

5.4  IP地址