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1、.GZB-ARM-9110型嵌入式综合保护器使用说明书江苏常州市武进矿用设备厂东南自动化研究所GZB-ARM-9110型嵌入式综合保护器使用说明书一、概述GZB-ARM-9110型嵌入式智能型高压综合保护器，适用于电压等级为10KV和6KV，额定频率为50HZ，三相交流中性点不直接接地的供电系统，是专用的高级智能型综合保护器，可对下属电网及设备实施有效保护。是电力监控系统及煤矿企业管理与控制信息化综合系统的重要组成部分。本保护器主要功能有：电参量采集与测量、过流、短路、监视、漏电、过压、欠压等保护，以及遥测、遥信、遥控功能。适用于10KV、6KV电网中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的供电及变
2、电系统，广泛用于煤矿地面和井下变电所高压开关柜的电力监控与保护。在有爆炸性气体的采区变电所应用时，应放置在防爆柜内。该产品采用32位ARM嵌入式处理器以及专用的电参量检测芯片和先进的铁电存储技术，性价比高，抗干扰性能强，工作稳定可靠，测量精度高，保护跳闸灵敏，人机界面全人性化操作，汉字液晶显示，远程参量整定，使用维护方便。二、技术参数与主要功能2.1技术参数1电源电压：交流（85250）V。2.采集容量：Uab、Ia、Ucb、Ic、Uo、Io共6路模拟量输入，8路开关量输入。3测量三相电量参数：有功电度、无功电度、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、线电压、电流；4测量准确度：U、I
3、：0.2级，P、Q、COS：0.5级，f：0.01Hz。5线性范围：测量：（0.71.2）UN(UN=100V)。（0.051.2）IN(IN=5A)。过流保护：（0.21.6）IN。短路保护：（1.010）IN。其中：UN为电压互感器额定电压（V）；IN为电流互感器额定电流（A）。6传输接口与速率:CAN20Kbps。7传输距离不小于1.2km（指GZB-ARM-9110综保器与监控系统分站的传输距离）。2.2主要功能2.2.1保护功能1.短路保护：高压开关柜负载侧出现超过整定短路倍数的电流，实施小于0.1s的速断跳闸保护。2.过载保护：高压开关柜负载侧出现超过设定的过载倍数电流，按照反时限
4、特性进行限时保护，保护原理见4.3.2。3.漏电保护：(1)对于中性点不接地系统，可选择电流型和功率方向型实施保护：对于电流型保护，当漏电电流超过设定值，将实施跳闸保护；对于功率方向型保护，当漏电电压超过预定值，漏电电流超过漏电电流整定值，按功率方向型进行选择性检漏保护。(2)对于中性点经消弧线圈接地的系统，采用设定的保护策略实施保护。过载和漏电保护动作时间可通过参数整定来设置。4.监视保护：对负载侧的带监视线的橡胶电缆进行绝缘电阻监视保护，当监视线与地线之间绝缘电阻RD5.5K时，可靠不动作，RD3K时可靠动作；当监视线与地线之间回路电阻RK1.5K时可靠动作；绝缘监视保护动作时间小于100
5、ms。5.过压保护：当电网进线电压Uac120%额定电压时，过压保护动作，动作时间小于100ms，精度为5%。6.欠压保护：当电网进线电压Uac65%额定电压时，实施按照预定的动作时间（0-300秒可选）实施保护。2.2.2远动功能将嵌入式综合保护器监测的Uab、Ucb、Ia、Ic、P、Q、COS、f、真空开关状态实时传送到地面主机，实现遥测、遥信。主机发遥控命令，可对任一个高压开关柜中嵌入式综合保护器发出合/分闸命令，合/分闸是否成功的信息再实时回传给上位机。2.2.3就地查询和整定通过综合保护开关面板上的按键可以查询高压开关柜中的嵌入式综合保护器各种电参量，设置各保护整定参数值。2.2.4
6、远程整定功能上位机可对任何一个高压开关柜中的嵌入式综合保护器发送整定参数命令，整定参数的效果与就地输入完全一样。2.2.5闭锁功能任一个嵌入式综合保护器检修时，要求暂时脱离主机的远动操作，只需按动一下高爆开关门上“闭锁”按钮即可。嵌入式综合保护器与电力监控系统或煤矿企业管理与控制信息化综合系统的上行通信数据中就包含有闭锁信号，上位机一旦收到闭锁信号，就将此台综合保护器的下行远动命令全部封锁，只发送下行获取闭锁信息帧。如果该数字综合保护器没有解锁，则响应帧就是闭锁状态信息帧。直到再次按动闭锁键，实施解锁，主机收到解锁信息帧后，才恢复对该数字综保器的远动帧通信。2.2.6整定参数永久保存功能不论是
7、就地整定的还是远方整定的保护参数值，包括就地设定的地址码、整定参数、电流变比、电压变比、以及故障性质信息均永久存放在先进的铁电存储器中而不丢失，可长期保护，任何保存的信息除非重新整定除或设置，否则不会自动清除，故障信息可通过清除命令加以清除。2.2.7故障跳闸事件顺序记录功能嵌入式综合保护器能记录故障跳闸时刻的时间值，分辨率最小为10ms，并将此时间值及时传送到主机。由于本系统中主机同期性发布校时广播命令，各数字综保器的时间基准是统一的，故根据记录的不同开关柜故障跳闸的时间差异，就可分析跳闸顺序事件，有助于快速查找故障点。2.2.8人性化操作功能本保护器采用汉字液晶（LCD）显示，便于参数的整
8、定等操作，克服了普通LED显示及繁琐的键盘操作和看不懂字符的麻烦，真正做到人性化操作。另外汉字LCD显示屏采用节能和延长寿命的方式，即在没有键盘、没有故障出现，也没有上位机命令的情况下，三分种后LCD显示屏将启动屏幕保护程序，一旦上述任何情况发生，将自动打开LCD显示屏，显示相关状态。2.3环境条件：环境温度：-20+70。平均相对湿度：不大于95%（+25）。大气压力：80-106Kpa。无显著振动和冲击的地方。无爆炸性混合物及无破坏绝缘的腐蚀性气体的场合。三、主要结构特征3.1结构外壳由2mm钢板焊接而成，外部采用喷塑工艺，结构形式与尺寸如图1所示。尺寸355mmx170mmx62mm,在
9、前门面板中间开了一个方型的液晶显示及状态指示窗口。图1结构形式与外形尺寸图3.2印刷板组成GZB-ARM-9110型嵌入式综合保护器内部共有3块印刷线路板，采用目前国际上流行的接插方式，电源、信号采集板与开入和开出部分集成在底板上，还有ARM主板以及ARM处理器板，如图2所示。由图可见，ARM处理器板插到ARM主板上，然后再插到底板上，这样更换方便，检修直观。(a)ARM处理器板(b)ARM主板图2ARM处理器及主板图图3系统底板图3.3结构参数外形尺寸：355mmx170mmx62mm。重量：2.63kg。四、工作原理4.1工作原理及框图嵌入式综合保护器主要由ARM主控制模块、交流采样模块、
10、CAN通信模块和I/O模块以及人机接口等组成，工作原理框图如图4所示。键盘基于ARM的嵌入式微控制器程序存储器数据存储器故障报警液晶显示屏交流模拟量采集开关量输入采集人机接口CAN通信接口嵌入式控制中心状态指示通信接口继电器分合闸单元执行机构红外接口红外遥控器接口图4工作原理图ARM主控模块由32位嵌入式ARM处理器及外围器件构成，是整个保护器的核心；交流数据采样模块采用基于DSP的专用电参量测量的模块，负责电参量的测量；CAN通过模块负责向基于CAN总线的上位机传输测量的参数及接收整定命令和合、分闸命令，实现三遥功能；I/O模块负责开入量、开出量以及分合闸的处理，所有开关量全部采用光电耦合器
11、隔离。人机接口包括可进行汉字显示的LCD显示屏、键盘、状态指示、故障指示等。ARM嵌入式控制系统对交流采样模块送来的交流信号进行数据采集和处理，采用均方根方法测出高压开关柜的Uab、Ucb、Ia、Ic、Uo、Io、f（工频频率）、监视电阻、温度等参量。利用电参量数学模型算法计算出P（三相有功功率）、Q（三相无功功率）、COS（功率因数），利用反时限算法得到Id（短路）和Ig（过流），利用键盘或主机整定的过流、短路、漏电保护参数作为判据，把测量的电参量进行保护算法的处理与比较，一旦发现超限，实现过流、短路、漏电、绝缘监视、过压或欠压等保护跳闸。除漏电保护外，其它所有保护均可设置为启用和禁用。嵌入
12、式综合保护器把监测的模拟量与开关量及保护跳闸的性质等信息通过CAN总线传给上位机，再用协议转换器将CAN总线协议转换成Ethernet以太网TCP/IP协议，通过以太网实现遥测、遥信功能。主机还通过传输线把真空开关分/合闸的命令传送给嵌入式综合保护器，实现遥控。测量结果除通过上位机传送以外，还通过汉字显示的液晶屏显示出来。4.2电参量测量原理利用全波傅里叶级数算法DFT：对一个周期的交流电压U（t）信号采样32点：U（0）U（31），则基波15次奇次谐波的实部Ykm与虚部Zkm的幅值计算公式为：其中，Ku是与测量互感器及A/D转换器有关的变换系数。U(t)的数字化总幅值为：对于三相三线制工频供
13、电系统的有功功率，是用二瓦特计法算法进行计算，则次谐波的幅值为：公式：P=UabIacos(Uab，Ia)+UcbIccos(Ucb，Ic)；Q=UabIasin(Uab，Ia)+UcbIccos(Ucb，Ic)。对一个周期的Uab，Ia，Ucb，Ic，同时采样32点，计算出Uab，Ia，Ucb，Ic的实、虚部幅值，代入离数化的P和Q公式，就可计算出P和Q。4.3嵌入式保护原理4.3.1速断保护测量出的短路电流，超过设定的短路倍数电流值，或母线电压高于120%，或RD1.5K时保护可靠动作，则立即执行跳闸命令，实行速断保护，动作时间小于0.1秒。4.3.2反时限保护共有四种模式（定时限、一般反
14、时限、非常反时限、极端反时限）可选择。反时限过流则有三种模式供选择。当输入相电流中任何一相的幅值大于反时限电流启动值时，装置按选定的反时限曲线动作，本保护器采用非常反时限算法，反时限曲线方程为：,对应的同，曲线如图5所示。各式中：Ip为反时限启动电流；I为故障电流；为时间常数定出常数值tp和Ip之后，根据所设定的过载电流阀值，用反时限公式，即可得到保护时的延时时间，一旦发现超过上限，则根据该时间执行跳闸命令，实现反时限保护。图5反时限曲线4.3.3漏电保护1.对于中性点不直接接地，且没有消弧线圈接地的情况下，可通过设置选择两种保护策略：(1)电流型保护这种保护的条件是当零序电流超过预定值，则根
15、据所设置的漏电保护时间进行漏电保护。(2)功率方向型这种保护的条件是当零序电压Uo、零序电流Io有效值均超过设定的值并（Uo，Io）之间的相位值达到一定范围时，根据所预设的时间实施漏电保护。理论值应该为90，但由于实际情况受到多种因素的干扰和限制,一般不可能正好是90,因此采用的角度范围是60902.对于中性点经消弧线圈接地的系统，采用零序有功法实施漏电保护。五、使用方法5.1开关柜上键盘的基本操作开关柜面板上有8个按钮组成，面板上的排列顺序如图6所示。图6调试按键布置图高爆开关前门上的8个按键，合闸按钮是电动合闸按钮，分闸按钮是扣脱失电分闸按钮。4个按键是(图5中的前四个)用于现场参数整定和设置。选项键可进入参数整定和设置环境。上或下调整或选择参数，再按选项键确定即可。5.2嵌入式综合保护器地址码输入设置地址值由开关号与变电所号两部分，按设置键，进入设置菜单如图7所示：图7设置画面按上或下选择8设定地址，按确定键后
