RCS-9643B 南瑞电动机保护测控装置 V1.00
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RCS-9643B 电动机保护测控装置
1. 基本配置及功能
1.1 基本配置
RCS-9643B为用于3-10KV电压等级中高压大型电动机保护测控装置，可在开关柜就地安装。
保护方面的主要功能有：
1）电流纵差保护／磁平衡差动保护；2）短路保护和启动时间过长及堵转保护：二段定时限过流保护；3）不平衡保护（包括断相和反相）：二段定时限负序过流保护，一段负序过负荷报警，其中负序过流Ⅱ段与负序过负荷报警段可选择使用反时限特性；4）过负荷保护；5）过热保护：分为过热报警与过热跳闸，具有热记忆及禁止再启动功能，实时显示电动机的热积累情况；6）接地保护：零序过流保护；7）低电压保护；8）过电压保护；9）低周保护；10）失步保护；11）低功率保护；12）两路非电量保护；13）独立的操作回路及故障录波。
测控方面的主要功能有：1）3路遥信开入采集、装置遥信变位、事故遥信；2）正常断路器遥控分合；3）P、Q、IA、IC、COSф等模拟量的遥测；4）开关事故分合次数统计及事件SOE等；5）4路脉冲输入。
保护信息方面的主要功能：1）装置描述的远方查看；2）装置参数的远方查看；3）保护定值、区号的远方查看、修改功能；4）保护功能软压板状态的远方查看、投退；5）装置保护开入状态的远方查看；6）装置运行状态（包括保护动作元件的状态和装置的自检信息）的远方查看；7）远方对装置实现信号复归；8）故障录波（包括波形数据上送）功能。
1.2 技术数据
1.2.1 额定数据
直流电源： 220V， 110V 允许偏差+15％， -20％
交流电压： 100/3V，100V
交流电流： 5A，1A
频 率： 50Hz
1.2.2 功耗
交流电压： < 0.5VA/相
交流电流： < 1VA/相 (In =5A)
< 0.5VA/相 (In =1A)
直 流： 正常 < 15W
跳闸 < 25W
1.2.3 主要技术指标
1.2.3.1差动保护
① 整组动作时间
差动速断 < 25ms(1.5倍整定值)
比率差动 < 45ms(2倍整定值)
② 起动元件
差动电流起动元件，整定范围为0.3In～0.5In，级差0.01A
③ 差动速断保护整定范围为3Ie～8Ie。
④ CT断线可通过整定控制字选择闭锁比率差动保护出口或仅发报警信号。
⑤ 电流定值误差 < 5%
⑥ 比率差动制动系数0.3～0.5可调 1.3.3.2 电流电压保护
电流定值： 0.1In～20In
零序电流定值： 0.02A～15A
低电压定值 ： 10～100V
过电压定值 ： 100～120V
电流电压保护时间定值： 0～100S
电流电压定值误差： ＜ 5％
时间定值误差： ＜ 0.1%整定值+35ms
1.3.3.3 远动功能
遥测量计量等级： 电流 0.2级
其他： 0.5级
遥信分辨率： ＜ 1ms
信号输入方式： 无源接点
2 装置原理
2.1硬件配置及逻辑框图见附图RCS-9643B
2.2模拟量输入
外部电流及电压输入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，形成各种保护继电器，并计算各种遥测量。Ia1、Ib1、Ic1为机端保护CT输入，Ia2、Ib2、Ic2为中性点侧保护CT输入。IA、IC为专用测量CT输入。Ios零序电流输入可用作零序过流保护用（报警或跳闸），零序电流的接入最好用套管零序电流互感器接入，若无套管零序电流互感器，在保证零序电流能满足接地保护精度要求前提下用三相电流之和即CT的中性线电流。UAB、UBC、UCA输入在本装置中既作为低电压保护、高电压保护和低周保护的电压输入，同时也与IA、IC一起计算形成本线路的P、Q、COSф、Kwh、Kvarh。
2.3软件说明
2.3.1 纵差保护
电动机纵差保护是电动机相间短路和匝间短路的主保护。
2.3.1.1 差动速断保护
保护设有一速断段，在电动机内部严重故障时快速动作。任一相差动电流大于差动速断整定值Isdzd时瞬时动作于出口继电器。
2.3.1.2 比率差动保护
图2.3.1 纵差保护动作曲线
上图中Id为差动电流|IT+IN|，Ir为制动电流|IT-IN|/2
任一相比率差动保护动作即出口跳闸。 速动区动作区制动区KblIcdqdIsdzdIrIdIe装置采用常规比率差动原理，其动作方程为
|IT+IN| > Icdqd 当|IT-IN|/2 ≤Ie时
|IT+IN|-Icdqd > Kbl·{|IT-IN|/2-Ie} 当|IT-IN|/2 ＞Ie时
式中IT为电动机机端电流，IN为中性点电流，Kbl为比率制动系数，Icdqd为差动电流起动定值。比率差动保护能保证外部短路不动作，内部故障时有较高灵敏度。
装置的比率差动由传统比率差动和高值比率差动构成，两者任一满足均出口跳闸。
本装置中比率差动有传统比率差动和高值比率差动构成，两者任一满足均出口跳闸。传统比率差动算法由上式构成，通过整定选择比率制动斜率，另外固定含有两个辅助判据：
1） 正常运行时，固定投入15%二次谐波制动判据和20%三次谐波制动；
2） 比率差动单相动作延时100ms出口；
高值比率差动定值门槛固定为1.2Ie，斜率固定为1.0，不需整定。任一相高值比率差动动作延时40ms出口；
2.3.1.3 CT断线判别
装置设有延时CT断线闭锁或报警功能，其动作原理如下。
2.3.1.3.1 延时CT断线报警在保护每个采样周期内进行。当任一相差流大于0.08In的时间超过10秒时发出CT断线报警信号，此时不闭锁比率差动保护。这也兼作保护装置交流采样回路的自检功能。
2.3.1.3.2 瞬时CT断线报警或闭锁功能在比率差动元件动作后进行判别。为防止瞬时CT断线的误闭锁，满足下述任一条件不进行瞬时CT断线判别：
1）起动前各侧最大相电流小于0.08In；
2）起动后最大相电流大于过负荷保护定值Igfh；
3）起动后电流比起动前增加。
机端、中性点的两侧六路电流同时满足下列条件认为是CT断线：
1）一侧CT的一相或两相电流减小至差动保护起动；
2）其余各路电流不变。
通过控制字CTDXBS选择瞬时CT断线发报警信号的同时是否闭锁比率差动保护。
如果装置中的比率差动保护退出运行，则瞬时CT断线的报警和闭锁功能自动取消。
2.3.1.4 磁平衡差动保护
磁平衡差动保护，俗称“小差动保护”。当电动机安装磁平衡式电流互感器时，控制字CPHCD投入，CDSD、BLCD、CTDXBS退出，此时磁平衡差动保护投入，差动速断保护、比率差动保护、CT断线判别功能退出。
磁平衡差动保护的电流从装置中性点侧电流回路（第二组保护CT）输入，过流定值取自Icdqd。
若未装设磁平衡式电流互感器，但装置所引入的电流已经是差动电流，其接线和整定原则同磁平衡差动保护。
2.3.2 定时限过流保护
本装置设两段定时限过流保护。Ⅰ段相当于速断段，电流按躲过启动电流整定，时限可整定为速断或带极短的时限，该段主要对电动机短路提供保护；Ⅱ段是定时限过流段，在电动机启动完毕后自动投入，该段电流也可根据启动电流或堵转电流整定，主要对电动机启动时间过长和运行中堵转提供保护。
2.3.3 不平衡保护
2.3.3.1 负序过流保护
当电动机三相电流有较大不对称，出现较大的负序电流，而负序电流将在转子中产生2倍工频的电流，使转子附加发热大大增加，危及电动机的安全运行。 装置设置两段定时限负序过流保护，分别对电动机反相断相，匝间短路以及较严重的电压不对称等异常运行工况提供保护。其中负序过流Ⅱ段作为灵敏的不平衡电流保护，可通过控制字FGLFSX选择采用定时限还是反时限。
根据国际电工委员会标准（IEC255-4）和英国标准规范（BS142.1966）的规定，本装置采用其标准反时限特性方程中的极端反时限特性方程(extreme IDMT.)：
tIItpp8012()
上式中，Ip为电流基准值，取负序过流Ⅱ段定值I2zd2；tp为时间常数，取负序过流Ⅱ段时间定值T2zd2，范围为0～1S。
2.3.3.2负序过负荷报警
装置的负序过流Ⅱ段未投入时，自动作为负序过负荷报警功能投入，可通过定值控制字FGLFSX选择采用定时限还是反时限，若采用定时限，其定值可按大于电动机长期允许的负序电流整定。若采用反时限，其特性方程仍然采用2.3.3.1中的极端反时限特性方程，式中，Ip，取负序过负荷报警定值I2gfh；tp取负序过负荷报警时间定值T2gfh，范围为0～1S。
由于负序电流的计算方法与电流互感器有关，故对于只装A、C相电流互感器的情况，控制字CT2必须整定为“1”。
2.3.4 过负荷保护
过负荷保护反应定子电流的大小，装置设置了一段定时限段，可通过控制字选择投报警或跳闸。
2.3.5 过热保护
过热保护主要为了防止电动机过热，因此在装置中设置一个模拟电动机发热的模型，综合计及电动机正序电流和负序电流的热效应，引入了等值发热电流Ieq，其表达式为：
Ieq2 = K1*I12+K2*I22
式中 K1 = 0.5，防止电动机正常启动中保护误动；
K1 = 1.0，在整定的启动时间Tqd以后，I12 值不再故意减小；
K2 = 3～10，模拟I22的增强发热效应，一般可取为6。
保护动作方程：[(Ieq/Ie)2-(1.05)2]*t ≥ τ
式中 τ：电动机热积累定值，即发热时间常数HEAT
当热积累值达到HEAT ╳ GRBJ（过热报警水平）时发报警信号；
当热积累值达到HEAT时发跳闸信号。
电动机被过热保护动作跳闸后，不能立即再次启动，要等到电动机散热到允许启动的温度时，才能再启动。在需要紧急启动的情况下，通过装置引出的热复归接点强制将热模型恢复到“冷态”。
2.3.6 零序过流保护
反应电动机定子接地的零序过流保护，根据不同场合可通过控制字选择投报警或跳闸。
