MM200AII电动机保护技术说明书.docx
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MM200AII电动机保护技术说明书
MM200AII电动机保护装置
技术说明书
目录
第一章概述………………………………………………………………1
第二章技术参数…………………………………………………………2
第三章装置结构…………………………………………………………4
第四章系统功能及配置…………………………………………………7
第五章人机界面操作说明………………………………………………15
第六章安装说明………………………………………………………30
第七章用户调试………………………………………………………31
附录定值一览表
第一章概述
一、装置简介
MM200AII型电动机保护管理装置是针对电动机设计开发的保护测控一体化装置,能完成电动机的保护、测量、控制、谐波分析、故障录波和联网通信远动功能。
具备最优的性能价格比,结构简单、实用、功能强,运行安全可靠。
既可集中组屏,也可分散安装在开关柜上,适用于10KV及以下电压等级、容量2000KVA以下的电动机。
二、总体特点
(1)独特的多CPU系统:
高速32位浮点DSP芯片负责保护算法,高性能32位定点ARM芯片负责各种人机接口,16位MCU负责扩展功能。
(2)人性化的人机接口:
160×128的大屏幕点阵液晶显示图形化菜单界面,配备旋转开关及多功能按钮,LED灯报警指示。
(3)支持ISP功能,所有程序(保护算法,显示界面等)均可现场下载,整个系统具有极大的扩展性,兼容性和开放性。
(4)维护更换方便简洁:
采用模块化设计+背插式结构,各个模块可以很方便抽出。
(5)可靠性高:
装置的主要器件(开关电源、IC、液晶、TVS管等)均为工业级器件,PCB板通过了计算机铜孔测试,采用了先进的电磁兼容性(EMC)设计技术、新型抗电磁和尖脉冲干扰器件、μPC器件,结构和工艺上均优先保证可靠性和抗干扰能力,软件上采用了冗余、容错、数字滤波等技术,从而保证了产品的高可靠性,能在强干扰和恶劣环境下(-20℃~65℃)长期稳定工作。
(6)精度高,免校检:
装置内无任何可调元件,精度均由软件调整,并带自校验,全数字化处理,从根本上消除了零点漂移、量程变化、线性变化等因素,使装置每年精度漂移小于0.1%。
因此精度不需定期校验(十年校核一次即可)。
(7)智能化程度高,自适应能力强:
通过面板或软件可设置和修改PT、CT变比、量程、接线方式、保护定值等参数,所有保护功能均设有软压板,可根据现场需要投退。
出口继电器均为可编程输出,所有设置及参数掉电后可保存十年。
高智能化使装置能通过现场设置修改适应现场要求,且便于互换,可最大限度地减少现场装置种类和备件数量。
(8)开放性好:
产品具有良好的通讯接口(标准RS232调试口,2路RS485口,1路以太网端口),接口均向用户和其他厂家开放,因此,产品可方便地接入其他系统。
第二章技术参数
一、额定参数
●装置电源:
100~250VDC或85~276VAC
●输入电流:
5A或1A(订货注明)
●输入电压:
100V
●额定频率:
50Hz
二、主要技术性能
1、功耗:
●交流电压回路:
不大于0.5VA/相
●交流电流回路:
不大于1VA/相(In=5A时)
不大于0.5VA/相(In=1A时)
2、采样回路精确工作范围:
●电压:
1~120V(相电压)
●保护电流:
0.1~20In
●测量电流:
0.01~1.2In
3、出口继电器接点容量:
●DO0~DO3:
250V10A(闭合);250VDC、0.3A或250VAC、3A(断开)
●DO4~DO7:
250V5A(闭合);250VDC、0.15A或250VAC、1.5A(断开)
5、精度:
●保护精度:
不超过±3%
●测量精度
电流、电压:
0.2级
功率:
0.5级
频率:
不超过±0.02Hz
积分电度:
1.0级
三、绝缘性能
●绝缘电阻:
参照IEC255-5,4级标准
●介质强度:
参照IEC255-5&ANSI/IEEEC37.90,CT输入、PT输入、电源、开关量输入、继电器输出对地安全接地系统,4级标准
●湿热性能:
参照IEC60068-2-30,4级标准
四、抗电磁干扰性能
●群脉冲干扰:
参照IEC255-22-1,4级标准
●快速瞬变干扰:
参照IEC255-22-4,4级标准
●静电放电:
参照IEC255-22-2,4级标准
●电磁场辐射:
参照IEC255-22-3,4级标准
五、机械性能
●振动:
装置能承受IEC规定的严酷等级为I级的振动耐久能力试验
●冲击:
装置能承受IEC规定的严酷等级为I级的冲击耐久能力试验
●碰撞:
装置能承受IEC规定的严酷等级为I级的碰撞耐久能力试验
六、环境条件
●环境温度:
工作温度:
-20℃~+65℃,24小时内平均温度不超过35℃
贮存温度:
-35℃~+70℃,在极限值下不施加激励量,装置不出现不可逆
变化,温度恢复后,装置能正常工作。
●相对湿度:
最湿月的月平均最大相对湿度为95%,同时该月的月平均最低
温度为25℃且表面无凝露。
最高温度为40℃时,平均最大相
对湿度不超过50%。
●大气压力:
86~106kPa(海拔高度2000m以下)
第三章装置结构
装置机箱按照全密封、防尘、抗振动的原则设计,以确保安装于条件较为恶劣的环境时仍具备高可靠性。
装置采用整面板形式,面板上包括汉化液晶显示器、操作按键、信号指示灯。
装置内部由CPU模块、交流模块、电源模块、人机对话模块构成。
一、CPU模块
CPU模块原理简图如下:
硬件时钟
人机对话
EPROM
RS485-1
/RS485-2/RS232通信
以太网口
ARM
数据采集
开入量
信号、告警输出
出口
图3—1CPU模块原理示意图
CPU模块主要由以下几部分构成:
1、CPU系统
CPU系统由微处理器CPU、NVRAM、EPROM、串行E2PROM、CPLD等构成,其中事件记录数据存放在非易失性NVRAM中,大容量EPROM用于存放程序代码,各种整定值则存放于串行E2PROM。
大规模复杂可编程逻辑器件CPLD大幅度减少了印制线路板的面积和接插件,缩短连线。
四层板工艺使抗干扰性能大大增强。
2、数据采集系统
数据采集系统由滤波回路、多路模拟开关、A/D转换器组成。
由于A/D转换器件内部包
含了采样保持及同步电路,具有转换速度快、采样偏差小、功耗低及稳定性好等特点,故装置采样回路无可调元件。
数据采集系统原理示意图如下:
CPU
低通滤波2
MUX
......
......
图3—2数据采集系统原理示意图
3、开关量输入及输出
本装置设有供外部输入的12路开关量、4路电度脉冲输入。
除4路电度脉冲输入可选为无源(装置内部提供专用24VDC)或有源的方式,其余均为无源输入。
装置开出量全部可以自由组态,按容量分为两类,DO0~DO3为大容量继电器,建议用于跳闸,DO4~DO7为小容量继电器,建议用于报警。
4、通信部分
装置前面板设有供调试用的RS232通信口,背板提供两个可同时工作的RS485通信接口,两个RS485通信接口的通信地址、波特率、通信协议均可分别设置。
装置提供标准的MODBUS-RTU通信协议。
装置提供1路以太网通信接口(可选)。
5、时钟回路部分
装置模块内设置了硬件实时时钟,采用高精度的时钟芯片,不受装置掉电影响。
二、交流模块
交流模块包括电压输入(测量与保护共用)、零序电压输入、测量电流输入、保护电流输入、和零序电流输入。
电压变换器线性范围为:
1.00~120V(相电压)
保护电流变换器线性范围为:
0.1~20In
零序电流变换器线性范围为:
0.020~1.000A;小电流接地
0.1~20In;非小电流接地
测量电流测量范围为:
0.01~1.2In
交流模块接线原理参见附图。
三、电源模块
装置电源为高频开关电源,100~250VDC或85~276VAC输入。
模块输出三组直流电压,即+5V、±12V、+24V。
1、+5V为CPU等数字电路的工作电源;
2、±12V为AD采样电路工作电源;
3、+24V为DI、DO工作电源。
四、人机对话模块
本模块主要功能是显示CPU系统的输出信息,同时扫描面板上的按键状态并实时传送给CPU系统。
显示模块采用160×128大屏幕液晶,人机界面清晰易懂。
配置按键和旋转飞梭,使得人机对话操作方便、简单。
同时考虑到实际运行情况,在本模块还配置了LED灯指示相关信息,使装置运行更为直观。
第四章系统功能及配置
MM200AII电动机保护管理装置以过流保护、电压保护、零序保护、负序保护以及启动保护等为基本配置,适用于10KV及以下电压等级、容量2000KVA以下的电动机。
一、保护功能及原理
保护采用相电流突变量启动和辅助启动两种方式。
1)相电流突变启动方式
相电流突变采用周/周比较,其特点是不受负荷电流影响且快速灵敏同时具有较强的抗干扰能力,表达式为:
|i(k)-i(k-n)|-|i(k-n)-i(k-2n)|≥ε
其中:
n为每工频周期采样点,k为当前采样点。
当任一相电流突变量大于启动值,保护启动进入故障处理程序进行故障计算判别。
2)稳态量启动方式
保护还采用每相差电流的有效值作为辅助启动判别量,以便在没有明显突变量的情况下保护能可靠启动。
装置的保护功能主要包括:
●电流速断保护(可选运行定值减半)
●过热保护
●反时限过流(一般反时限、强反时限、极端反时限、长反时限)
●过负荷保护(二段)
●负序反时限(一般反时限、强反时限、极端反时限、长反时限)
●负序过电流(二段)
●零序电流保护(可选方向闭锁)
●堵转保护
●过电压/低电压保护
●启动时间过长保护
●频繁启动保护
●启动最小间隔保护
●失压重启保护
●非电量保护
1、电流速断保护
电流速断保护为电动机引出线及定子绕组相间短路的主保护之一。
为保证在电动机满载起动过程中电流速断保护可靠地不动作,要求电流速断保护动作电流必须大于电动机满载起动时的起动电流。
同时为了保证在电动机正常运行时候速断保护的灵敏性,装置设置了运行定值减半软压板,用户可根据具体情况投入软压板。
电流速断动作条件如下:
1)IΦ>ISDZD;IΦ为A、B、C任一相电流
;ISDZD为速断电流定值
2)T>T2SDZD;T2SDZD为延时定值
当A、B、C任一相电流大于速断电流定值,保护延时动作。
注意:
当运行定值减半软压板投入时,上式的ISDZD为设置电流定值的二分之一。
2、过热保护
过热保护作为电动机热过载的主保护及定子绕组或引出线相间短路的后备保护。
其动作模型考虑了电动机正序、负序电流所产生的综合热效应及热累积过程,引入了等值发热电流Ieq,其表达式为:
Ieq2=K1I12+K2I22
保护动作特性如下:
t=80τ/[(Ieq/Ip)2-1.052]
上式中:
I1为电动机电流的正序分量;
I2为电动机电流的负序分量;
Ip为设定的起动电流,一般按照额定电流设置;
Ieq为电动机运行电流的等效电流;
τ为电动机发热时间常数;
K1为正序电流发热系数,在起动过程中一般取0.5,运行过程中固定为1;
K2为负序电流发热系数,一般取6,用于模拟增强负序电流的发热效应。
其中正序电流发热系数一般设置为小于1,主要是防止启动电流过大导致过热保护误动,在电动机起动完成后保护装置自动将正序电流发热系数固定为1而不再人为减小正序电流。
当故障电流大于电机起动电流的1.3倍后启动过热保护,故障电流在起动电流的1.05倍以上时持续进行热量累计,当热量累计满足设定要求时保护出口。
而在故障电流小于起动电流的1.05倍时开始散热过程,散热时间公式为t2=τ2/[(Ieq/Ip)2-1.052],散热系数τ2一般取为1,当热量累计归零时,保护返回。
3、反时限过流保护
反时限曲线可以选用基于BS142.1966和IEC255-4标准的四条反时限曲线,分别为标准反时限、强反时限、极端反时限、长反时限,其通用表达式如下式:
其中:
t:
以秒为单位的动作时间;
Tp:
时间系数(整定值);
I:
实际电流;
:
起动电流整定值。
四条曲线的陡度不同,其陡度由α和β共同决定,如下表所示:
反时限类型
α
β
标准反时限
0.02
0.14
强反时限
1.0
13.5
极强反时限
2.0
80.0
长反时限
1.0
120.0
其中各反时限曲线对应的α、β值在综保出厂时已经固定,如果用户有上述之外的其它要求,请在订货时注明。
4、过负荷保护
MM200AII具有两段过负荷保护功能,当电动机机端电流A、B、C任一相电流超过过负荷电流定值,装置经整定时间延时出口。
需要注意的是,过负荷保护在电动机启动完成后才投入,否则闭锁该保护。
过负荷动作条件如下:
1)电机启动完成;
2)IΦ>IGFHZD;IΦ为电动机机端电流A、B、C任一相
;IGFHZD为过负荷电流定值
3)T>TGFHZD;TGFHZD为过负荷延时时间定值
其中电机启动完成的判断条件为:
当输入电流大于门槛值(厂家定值区,默认为0.3A)并持续到电机启动时间后,如果输入电流小于系统额定电流的1.3倍,则认为电动机启动成功。
5、负序反时限过流保护
当发生电动机断相,反相、定子绕组或引出线不对称相间短路、定子绕组匝间短路时,将产生负序电流,而负序电流将在转子中产生2倍工频的电流,使转子的附加发热大大增加,危及电动机的安全运行。
负序反时限的逻辑同反时限过流保护。
6、负序过电流保护
当发生电动机断相,反相、定子绕组或引出线不对称相间短路、定子绕组匝间短路时,将产生负序电流,而负序电流将在转子中产生2倍工频的电流,使转子的附加发热大大增加,危及电动机的安全运行。
负序过流保护在电机启动后投入,装置提供独立的两段负序过流保护。
负序过流动作条件如下:
1)电机启动成功;
2)I2>I2ZDN;I2为负序电流,I2ZDN为N段负序电流定值
3)T>T2ZDN;T为动作时间,T2ZDN为负序N段延时定值
一般按第一段高定值短延时特性,第二段低定值长延时特性来整定。
7、零序电流保护
电动机中性点直接接地的零序保护带方向闭锁,由用户选择投退。
零序电流可以用零序CT实测值,也可以用自产零序电流,用户可以通过“零序电流选择”软压板选择。
零序功率方向根据零序电流与零序电压的夹角可以确定,动作方程为:
,其中为零序电流与零序电压的夹角,为方向灵敏角。
正方向表示指向电动机,方向灵敏角为,故动作方程为;反方向表示指向系统,方向灵敏角为,故动作方程为。
可得零序功率方向元件的动作方程为:
即为:
,Re表示取向量的实部,动作方向指向系统时,动作方向指向电动机时。
注意:
①保护的零序电流可以选择采用零序CT采集电流或自产零序电流(由零序电流选择软压板选择,当选择自产零序电流时,CT断线闭锁零序电流保护);
②但保护的零序功率方向元件所采用的零序电流为自产零序电流,方向元件所采用的零序电压为自产零序电压;
③零序电流保护要在电机启动完成后才投入;同时零序电流保护也需要满足相电流启动条件,所以如果选择零序电流接入,在做保护测试的时候,三相电流也应该有至少一相电流接入,并且输入电流要大于电流门槛值。
8、堵转保护
在电动机正常运转过程中,假若转子被卡住,电流将急剧增大,导致绕组过热的危险,因此需要配置堵转保护。
延时跳闸是避免转子短时间卡住误跳,该延时时间可整定。
堵转保护动作条件如下:
1)电动机启动完成;
2)IΦ>IDZZD;IΦ为A、B、C任一相电流
;IDZZD为堵转电流定值
3)T>TDZZD;T为动作时间,TDZZD为堵转保护延时定值
9、过电压保护
装置过电压保护取母线线电压作为判别值,UAB、UBC、UCA任一值高于过压定值,延时时间到后跳闸。
过压保护动作条件如下:
1)ULL>UGYZD;ULL为任一线电压UAB、UBC、UCA
;UGYZD为过压保护电压定值
2)T>TGYZD;T为动作时间,TGYZD为过压保护延时定值
10、低电压保护
低压保护取母线线电压,PT断线时闭锁低压保护。
当最小线电压大于电压门槛值,且母线UAB、UBC、UCA任一线电压低于定值,延时时间到后装置跳闸出口。
低压保护动作条件如下:
1)最小线电压大于电压门槛值
2)ULL ;UDYZD为低压保护电压定值 3)无PT断线闭锁; 4)T>TDYZD;T为动作时间,TDYZD为低压保护延时定值 11、启动时间过长保护 电动机开始起动,经过整定的起动时间,其电流值仍大于1.3倍的额定电流值时,认为电动机未能正常起动,并且此种状况下电动机有严重发热的危险,装置将立即跳闸。 若经过整定的起动时间后,电流值小于起动电流值,则表明电动机属正常起动,起动成功。 起动过长保护动作条件如下: 1)T>Te;Te为电动机启动时间过长保护定值 2)IΦ>1.3Ie;IΦ为A、B、C任一相电流, ;Ie为电动机额定电流定值 12、频繁启动保护 实际运行中,电动机若起动不起来,运行人员可能在较短时间内连续操作数次,使电动机频繁起动,或者有些电动机具有特殊的负载,需要频繁的跳开又起动。 由于每次起动都有较大的起动电流,如果多次起动相隔的时间较短,则电动机有严重过热的危险。 为此,装置设置电动机频繁起动保护。 保护装置监测电动机在整定的监测时间内的连续起动次数,若实际起动次数超过整定起动次数,则跳闸出口。 频繁起动保护动作条件为: 在整定的时间内电动机实际起动次数超过整定起动次数。 13、启动最小间隔保护 启动最小间隔保护也是为了防止电动机频繁启动的过热危险,每次电动机完成一次启动之后装置便启动一个计数器,在设定的时间之内不允许电动机再次启动。 14、失压重启保护 装置检测到电动机运行过程中电网晃电导致电动机停止,当电网电压在规定时间内恢复时,装置自动启动电动机。 失压重启条件: 1)无其他故障发生。 2)电机线电压连续低于60V并且电流大于门槛值,则保护装置跳闸; 3)失电后电压恢复时间小于设置失电重启时间t 4)电压恢复必须保持一段时间且U>Usdhf,则电机重启。 15、非电量保护(本体保护) 电动机保护配置四个非电量保护,可用于电动机常见的超、高温等本体保护。 当设定的DI接点闭合时,保护延时出口。 16、PT断线检测 PT的二次侧每相都装有熔断器,在运行中,PT二次侧短路或发生其他故障时,常常导致二次回路的一相、两相甚至三相熔断器熔断,造成二次回路断线。 二次回路断线后,接至保护回路的相电压或线电压都将降低,甚至电压完全消失,表现为,正序电压很小(理想为零),如果是单相断线,由于单相电压为零,则三相电压不对称,出现较大的负序电压,因此判别方法为: ✧正序电压小于30V,且任一相电流大于电流门槛值e ✧负序电压大于10V 满足上面任一条件,并且没有任何保护启动,则延时10s报PT断线告警信号,电压正常后延时0.5S恢复。 PT断线会闭锁低电压保护。 17、CT断线告警 CT断线的判别方法为: ✧自产零序电流大于0.2A,并且自产零序电压小于2V 满足条件后,并且没有任何保护启动,则延时10s报CT断线告警信号,恢复正常后延时0.5S恢复。 当发生CT断线告警时,闭锁自产零序电流保护。 18、装置告警 当装置检测到下列硬件故障时: RAM、EPROM、定值出错、继电器状态不正确时,装置报警出口,并同时闭锁保护出口。 19、信号指示 装置向用户提供8个信号指示灯,均可用用户自由定义。 动作指示灯动作后,需通过装置按键手动复归;也可通过通信口远方复归。 装置默认LED0用于指示通讯,LED1用于指示事故信号,LED2用于指示告警信息,其余由用户自定义,用户也可以选择8个LED灯全部自定义(装置正常放置时从上到下依次为LED0到LED7)。 各定值整定方式及范围见【人机界面】和【定值一览表】。 二、监控功能 1.电气量测量功能 装置可实时测量线路的各种电气量并在当地进行显示,亦可通过通信接口随时将当地测量参数内容上传后台机。 ①实时测量 实时测量参数包括电力参数和谐波失真。 所有测量值都是真有效值。 电力参数包括: ●A、B、C三相电流及其相角 ●A、B、C三相电压及其相角,AB、BC、CA三线电压 ●电压、电流的正序、负序和零序分量 ●三相总有功功率、总无功功率、总视在功率 ●功率因数及频率 以上测量值均为线路高压侧一次实时有效值。 其中各相角均以UA为参考,相角测量未作精度要求,但能显示各输入量的相位关系,可直观地反映现场的接线是否出错。 对于各相的电压输入、测量电流输入,装置按每相基波的百分率计算谐波失真,每个输入都包括下面参数: ●高达31次的总谐波失真(THD) ●各次谐波失真(HD2~HD31) ②电度 电度参数是一个累计值,基本的电度参数包括: ●有功输入电度、有功输出电度 ●无功输入电度、无功输出电度 电度读数是真有效值,所有的电度参数表示三相的总和。 电度读数的最大值为 999,999,999度,分辨率为1度。 超出这个值,读数将自动归零。 1)输入: 输入电度代表了电能的消耗 2)输出: 输出电度表示产生的或反馈回电网的电能 2.脉冲电度累计功能 装置提供PI0~PI3四个脉冲输入接口,可分别对应常用的正有功、正无功、负有功、负无功4路电度脉冲输入,为无源方式。 每路输入都对应一个计数器,计数最大刻度为999,999,999个脉冲,超出此范围计数器将归零并重新开始计数。 PI也可用作DI使用。 3.遥信功能 装置提供用户12路无源开关量输入(DI0~DI11),SOE分辨率<1ms,可通过显示界面查看其位置状态。 4、通信功能 MM200AII提供两个可同时工作的RS485通信接口,两个串口的通信地址、波特率、通信协议均可分别设定。 通信地址: MM200AII在所有与主机相连的设备中被给定的编号,可设定为1~254。 波特率: 与主机的通信速率,可设定为1200、2400、4800、9600、
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