RCS-921A型断路器失灵保护及自动重合闸装置技术说明书(ZL_FZBH0101.0509)

ZL_FZBH0101.0509

RCS-921A型

断路器失灵保护及自动重合闸装置

技术说明书

南瑞继保电气有限公司版权所有

本说明书和产品今后可能会有小的改动，请注意核对实际产品与说明书的版本是否相符。

更多产品信息，请访问互联网：http://www.77cn.com.cn

目 录

1．概述 ................................................................................................................................................................... 1 1.1 应用范围 ...................................................................................................................................................... 1 1.2 保护配置 ...................................................................................................................................................... 1 1.3 保护配置性能特征 ...................................................................................................................................... 1 2．技术参数 ........................................................................................................................................................... 2 2.1机械及环境参数 ........................................................................................................................................... 2 2.2 额定电气参数 .............................................................................................................................................. 2 2.3 主要技术指标 .............................................................................................................................................. 2 3．软件工作原理 ................................................................................................................................................... 4 3.1 保护程序结构 .............................................................................................................................................. 4 3.2 正常运行程序 .............................................................................................................................................. 4 3.3 起动元件 ...................................................................................................................................................... 5 3.4 断路器失灵保护 .......................................................................................................................................... 6 3.5 死区保护回路 .............................................................................................................................................. 6 3.6 瞬时跟跳回路 .............................................................................................................................................. 7 3.7 断路器三相不一致保护 .............................................................................................................................. 7 3.8 充电保护 ...................................................................................................................................................... 7 3.9 自动重合闸 .................................................................................................................................................. 7 3.10保护与重合闸逻辑方框图 ....................................................................................................................... 10 4．硬件原理说明 ................................................................................................................................................. 16 4.1 装置整体结构 ............................................................................................................................................ 16 4.2 装置面板布置 ............................................................................................................................................ 17 4.3 装置接线端子 ............................................................................................................................................ 17 4.4 输出接点 .................................................................................................................................................... 18 4.5 结构与安装 ................................................................................................................................................ 19 4.6 各插件原理说明 ........................................................................................................................................ 19 5．定值内容及整定说明 ..................................................................................................................................... 29 5.1 装置参数及整定说明 ................................................................................................................................ 29 5.2 保护定值及整定说明 ................................................................................................................................ 30 5.3 压板定值 .................................................................................................................................................... 32 5.4 IP地址 ...................................................................................................................................................... 32

1． 概述

1.1 应用范围

本装置适用于220KV及以上各种电压等级的1结线与角形结线的断路器。 2

1.2 保护配置

RCS-921A 是由微机实现的数字式断路器保护与自动重合闸装置, 装置功能包括断路器失灵保护、三相不一致保护、死区保护、充电保护和自动重合闸。

1.3 保护配置性能特征

装置具有失灵保护功能，分为故障相失灵、非故障相失灵和发、变三跳起动失灵三

种情况。

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。

装置具有死区保护功能，某些接线方式下（如断路器在TA与线路之间）TA与断路

器之间发生故障时，虽然故障线路保护能快速动作，但在本断路器跳开后，故障并不能切除。此时死区保护将以较短时限动作。死区保护出口回路与失灵保护一致，动作后跳相邻断路器。

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。 装置具有一次自动重合闸功能。能实现综合重合闸方式、单相重合闸方式、三相重

合闸方式及停用方式。重合闸起动方式有两种，一是由线路保护跳闸起动重合闸；二是由跳闸位置起动重合闸。 12

后合侧延迟时间可整定，先重合开关合于故障时，后合重合闸装置立即闭锁并发三跳命令。当先合重合闸因故检修或者退出运行时，后合重合闸将以重合闸整定时限动作，而不经过后合侧延迟时间。

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％ 交流电压：3V（额定电压Un）

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

电压回路：1.5倍额定电压，连续工作 功 耗： 交流电流： ＜1VA/相（In=5A）

＜0.5VA/相（In=1A）

交流电压： ＜0.5VA/相

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%

2.3.3 低功率因素辅助判据

定值范围: 450 0 ～ 90 定值误差: < ±30

2.3.4 失灵、死区、不一致保护动作时间: 0.01 ～ 10S

2.3.5 检同期角度

定值范围: 00 ～ 900 定值误差: < ±30 2.3.6 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。

2.3.7 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。

2.3.8 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 2.3.9 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、交流电压断线和起动判据的计算，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采样值自动零漂调整及运行状态检查，运行状态检查包括交流电压断线、同期电压断线、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保护、死区保护、三相不一致保护、充电保护、自动重合闸以及跳闸逻辑，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 交流电压断线

三相电压向量和大于12伏，保护不起动，延时1.25秒发TV断线异常信号；

TV断线时，将低功率因素元件退出，装置的其它功能正常。三相线路电压恢复正常后，经10秒延时后全部恢复正常运行。

满足以下条件时可不接三相交流电压（与门条件）： 1) 低功率因素元件不投;

2) 重合闸退出或者重合闸投入时检同期和检无压元件均退出；

3) 如果重合闸投入，必须整定为先合重合闸，如果为后合重合闸，则“后合检线路有压”控制字必须为“0”； 4) 本侧为非电厂侧。

当满足以上条件时装置也不进行TV断线判别。

3.2.2 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。

3.2.3 跳闸位置异常告警

当线路有电流且TWJ动作，或三相TWJ不一致，经10秒延时报TWJ异常。跳闸位置异常报警在正常运行程序与故障处理程序中始终进行计算。

3.2.4 同期电压断线

当重合闸投入且处于三重或综重方式，如果装置整定为重合闸检同期或检无压方式，开关在合闸位置时输入的同期电压小于40伏经10秒延时报同期电压异常。如重合闸不投，或重合闸投入时重合方式为不检重合，则该路电压可以不接入本装置，装置也不进行同期电压断线判别。

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、位置不对应及外部跳闸起动四种。

3.3.1 电流变化量起动

I MAX 1.25 IT IZD

I MAX是相间电流的半波积分的最大值； IZD为可整定的固定门坎；

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 IT为浮动门坎，

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。

注：跟跳本开关与沟通三跳只能由电流变化量起动元件与零序过流起动元件开放。

3.3.3跳闸位置起动

这一部分的起动由用户选择投入，条件满足总起动元件动作并展宽15秒，去开放出口继电器正电源。

3.3.4外部跳闸起动

当有外部跳闸输入且无外部跳闸告警时,起动元件动作并展宽7秒，去开放出口继电器正电源。

3.4 断路器失灵保护

断路器失灵保护按照如下几种情况来考虑，即故障相失灵、非故障相失灵和发、变三跳起动失灵，另外，充电保护动作时也起动失灵保护。失灵保护工作逻辑见图3.10.1；。

1）故障相失灵 按相对应的线路保护跳闸接点和失灵过流高定值都动作后，先经“失灵跳本开关时间”延时发三相跳闸命令跳本断路器，再经“失灵动作时间”延时跳开相邻断路器。

2）非故障相失灵 由三相跳闸输入接点保持失灵过流高定值动作元件，并且失灵过流低定值动作元件连续动作，此时输出的动作逻辑先经“失灵跳本开关时间”延时发三相跳闸命令跳本断路器，再经“失灵动作时间”延时跳开相邻断路器。

3）发、变三跳起动失灵 由发、变三跳起动的失灵保护可分别经低功率因素、负序过流和零序过流三个辅助判据开放。三个辅助判据均可由整定控制字投退。输出的动作逻辑先经“失灵跳本开关时间”延时发三相跳闸命令跳本断路器，再经“失灵动作时间”延时跳开相邻断路器。

注： 低功率因素元件动作原理

装置采用比相器算法构成低功率因素元件,其动作条件: |cos | cos ZD

式中: 为一相电压与电流的相角差测量值

ZD为装置低功率因素角整定值, 整定值范围为450~900。 实际计算中，当装置整定为 ZD时, 低功率因素元件动作范围是 ZD 180 ZD， 180 ZD 360 ZD。

任一相电压低于0.3*UN（UN为额定相电压）时，退出该相低功率因素判断。 4）充电保护起动失灵 当充电保护动作时，如果失灵保护投入，则经“失灵动作时间”延时跳开相邻断路器，其工作逻辑见图3.10.1。

3.5 死区保护回路

某些接线方式下（如断路器在TA与线路之间）TA与断路器之间发生故障时，虽然故障线路保护能快速动作，但在本断路器跳开后，故障并不能切除。此时需要失灵保护动作跳开有关断路器。

考虑到这种站内故障，故障电流大，对系统影响较大。而失灵保护动作一般要经较长的延时，所以RCS-921A中考虑了动作时间比失灵保护快的死区保护。

死区保护的动作逻辑为：当装置收到三跳信号如线路三跳、发变三跳 , 或A、B 、C三相跳闸同时动作, 这时如果死区过流元件动作，对应断路器跳开，装置收到三相TWJ，受死区保护投入控制经整定的时间延时起动死区保护。出口回路与失灵保护一致，动作后跳相邻断路器。其工作逻辑见图3.10.2。

3.6 瞬时跟跳回路

该回路由用户设定，分为单相跟跳、两相跳闸联跳三相以及三相跟跳。工作逻辑见图3.10.3所示。

3.6.1 单相跟跳回路

当收到A, B, C单相跳闸信号时,而且该相高定值电流元件动作, 经跟跳投入控制字瞬时起动分相跳闸回路。

3.6.2 两相跳闸联跳三相

当收到而且仅收到二相跳闸信号且高定值电流动作时, 经15ms延时联切三相。联跳三相回路中A, B, C相跳闸均保持信号，两两相与后分别为AB, BC,CA二相的跳闸保持信号, 如有二相跳闸, 这时三相又不动作且线路任一相高定值电流动作, 则短延时15ms后发三相跳闸。

3.6.3 三相跟跳

当收到三相跳闸信号时，而且任一相高定值电流元件动作，经跟跳投入控制字瞬时起动三相跳闸回路。

3.7 断路器三相不一致保护

当不一致保护投入，任一相TWJ动作, 且无电流时, 确认为该相开关在跳闸位置, 当任一相在跳闸位置而三相不全在跳闸位置，则确认为不一致。不一致可经零序电流或负序电流开放，由软件控制字控制其投退。经可整定的动作时间满足不一致动作条件时，出口跳开本断路器。

其工作逻辑见图3.10.4。

3.8 充电保护

充电保护用两段电流和时间定值均可设置的带延时的过流保护实现。电流取自本断路器TA，与断路器失灵保护共用。充电保护可经充电保护投入压板及整定值中相应段充电保护投入控制字投退。充电保护动作后，起动失灵保护，失灵保护经失灵延时出口。充电保护工作逻辑见图3.10.5。

失灵保护、死区保护、不一致保护、充电保护动作均闭锁重合闸。 3.9 自动重合闸

重合闸由二种方式起动，一是由线路保护跳闸起动重合闸；二是由跳闸位置起动重合闸。跳闸位置起动重合分为跳闸位置起动单重与跳闸位置起动三重，可由控制字分别控制投退。

自动重合闸工作逻辑见图3.10.9。

3.9.1“先合重合闸”与“后合重合闸”

本重合闸用于1断路器, 所以对应每条线路有二个断路器。 2

当“先合投入”压板投入时设定该断路器先合闸。先合重合闸经较短延时（重合闸整定时间），发出一次合闸脉冲时间120ms；当先合重合闸起动时发出“闭锁先合”信号；如果先合重合闸起动返回，并且未发出重合脉冲，则“闭锁先合”接点瞬时返回；如果先合重合闸已发出重合脉冲，则装置起动返回后该接点才返回。先合重合闸与后合重合闸配合使用时，先合重合闸的“闭锁先合”输出接点接至后合重合闸的“闭锁先合”输入接点。

当“先合投入”压板退出时设定该断路器为后合重合闸。后合重合闸经较长延时（重合闸整定时间+后合重合延时）发合闸脉冲。

当先合重合闸因故检修或退出时，先合重合闸将不发出闭锁先合信号，此时后合重合闸将以重合闸整定时限动作，避免后合重合闸作出不必要的延时，以尽量保证系统的稳定性。

由于LFP-921(A、B、C)无闭锁先合输出接点，为了使RCS-921A能和LFP-921(A、B、C)配合使用，在RCS-921A中设有“后合固定” 控制字，当“后合固定”控制字整定为“1”时，该重合闸固定为后合重合闸，当先合重合闸因故检修或退出时，该重合闸仍以后合重合闸整定时限动作，不受先合重合闸“闭锁先合”输入接点的影响。

3.9.2重合闸方式的选择

本装置可实现：

1） 单相重合闸方式：单相跳闸单合，多相跳闸不合； 2） 三相重合闸方式：任何故障三跳三合；

3） 综合重合闸方式：单相故障单跳单合, 多相故障三跳三合。 重合闸方式由外部切换把手及内部软压板决定，其功能表如下：

当系统选择单相重合闸或综合重合闸方式时, 即重合方式1为“0”时,在单相故障时开放单相重合闸。当仅单相跳开，即装置收到单相跳闸接点并当该接点返回时或者当单相TWJ动作且满足TWJ起动单重条件时，起动单重时间。若线路三跳或三相TWJ动作，则不起动单重。

当选择三重或综重方式时，重合方式1与重合方式2两个控制字中有一个且仅一个为“1”。三相重合时，可选用检线路无压重合闸、检同期重合闸，也可选用不检而直接重合闸方式。

检无压：检查线路电压或同期电压小于30伏时，检无压条件满足；

检同期：检查线路电压和同期电压大于40伏且线路电压和同期电压间的相位在整定范围内时，检同期条件满足。

正常运行时，保护检测线路A相电压与同期电压的相角差，设为Φ，检同期时，检测线路A相电压与同期电压的相角差是否在（Φ－定值）至（Φ＋定值）范围内，因此不管同期电压用的是哪一相电压还是哪一相间电压，保护能够自动识别。

重合闸投入指当重合闸方式把手置于运行位置（单重、三重或综重）且定值中重合闸投入控制字置“1”时，本装置重合闸投入。

重合闸退出指重合闸方式把手置于停用位置，或定值中重合闸投入控制字置“0”，则重合闸退出。

当本装置用于发电厂侧时，如果“发电厂侧”控制字投入，则重合闸为单重方式时也要判该线路是否有压，也即对侧先合上后本侧才合上。当线路三相电压均大于40V时线路有压条件满足。

3.9.3重合闸的充放电

为了避免多次重合, 必须在“充电”准备完成后才能起动合闸回路。 重合闸放电条件为（或门条件）:

1）重合闸起动前压力不足，经延时400ms后“放电”；

2）重合闸方式在退出位置，即重合方式1与重合方式2同时为“1”或者重合闸投入控制字置“0”时“放电”；

3) 单重位置，即重合方式1与重合方式2同时为“0”，如果三相跳闸位置均动作或收到三跳命令或本保护装置三跳，则重合闸“放电”； 4) 收到外部闭锁重合闸信号时立即“放电”； 5) 合闸脉冲发出的同时“放电”；

6) 失灵保护、死区保护、不一致保护、充电保护动作时立即“放电”； 7) 收到外部发变三跳信号时立即“放电”。

8) 对于后合重合闸，当单重或三重时间已到，但后合重合延时未到，这之间如再收到线路保护的跳闸信号，立即放电不重合。这可以确保先合断路器合于故障时，后合断路器不再重合。

重合闸充电条件为（与门条件）:

1） 跳闸位置继电器TWJ不动作或线路有流； 2） 保护未起动；

3） 不满足重合闸放电条件。

重合闸充电完后充电灯亮。重合闸充放电逻辑见图3.10.8。 3.9.4 沟三接点

沟三接点闭合的条件为（或门条件）：

1) 当重合闸在未充好电状态且未充电沟通三跳控制字投入，将沟三接点（GST）闭合。

2) 重合闸为三重方式时，将沟三接点（GST）闭合。

3) 重合闸装置故障或直流电源消失，将沟三接点（GST）闭合。 沟三接点为常闭接点，沟三接点动作逻辑见图3.10.9。沟三接点是为了使断路器具备三跳的条件。

3.9.5 沟通三跳

当线路有流且装置收到任一跳闸接点的同时满足以下任一条件时保护发沟通三跳命令跳本断路器：

1） 重合闸在未充好电状态且未充电沟通三跳控制字投入。

2） 重合闸为三重方式。

沟通三跳动作逻辑见图3.10.6。

3.9.6 后合跳闸

当后合重合闸定值中“后合检线路有压”控制字投入，如果先合重合闸未合, 线路三相电压不能恢复，则检线路有压后合的断路器不再合闸，若线路有流则经后合跳闸延时定值后跳本断路器。后合跳闸动作逻辑见图3.10.9。

3.9.7 重合闸加速

本装置考虑到国外有些线路保护仍依赖重合闸给出的合闸加速保护跳闸信号, 因此, 本装置在合闸脉冲发出的同时给出合闸加速信号400ms。由于目前大量应用的微机线路保护本身具备加速判别能力，所以建议实际应用中，此功能不用。合闸加速逻辑见图3.10.9。

3.10保护与重合闸逻辑方框图

图中TWJA、TWJB、TWJC分别表示A、B、C三相的跳闸位置继电器的接点输入。A、B、C三相电流中相电流>0.06In时判为该相有流，其返回系数为0.9。当任一相有流时线路有流成立。

3.10.1断路器失灵保护逻辑方框图

发、变三跳起动失灵的低功率辅助判据必须同时满足过流及低功率因素两个条件，其过流值及低功率因素值见定值表。

图中A相电流高定值动作表示A相电流IA>失灵电流高定值，B相，C相与此类似；电流高定值动作表示A、B、C三相任一相失灵电流高定值动作；死区电流动作表示A、B、C三相电流中的最大相电流大于死区电流定值；负序电流满足表示负序电流大于负序电流定值；零序电流满足表示零序电流大于失灵零序电流定值。

失灵动作时以第一时限跳开本侧开关，以第二时限跳开相邻开关。

NARI-RELAYS

RCS-921A断路器失灵保护及自动重合闸

图3.10.1 断路器失灵保护

3.10.2断路器死区保护逻辑方框图

图3.10.2 断路器死区保护

图3.10.3 联跳回路

注：电流量起动包含电流变化量起动元件与零序电流起动元件。

3.10.4断路器三相不一致保护逻辑方框图

图3.10.4 断路器三相不一致保护

不一致零序过流表示零序电流大于不一致零序电流定值，不一致负序过流表示负序电流大于不一致负序电流定值，两者为不一致保护的辅助判据，由“不一致经零负序电流”控制字控制其投退。

Icd1: 充电Ⅰ段过流定值 Icd2: 充电Ⅱ段过流定值Imax: A、B、C

三相电流中的最大相电流值

图3.10.5 充电保护逻辑

3.10.6 沟通三跳逻辑方框图

电流量起动：电流变化量起动或零序电流起动

图3.10.6 沟通三跳动作逻辑

3.10.7 跳闸逻辑方框图

失灵保护与死区保护动作时有共同的出口，其余保护动作均跳本侧断路器。

A相跳闸出口(TA)B相跳闸出口(TB)C相跳闸出口(TC)

失灵出口

图3.10.7 跳闸逻辑图

3.10.8 重合闸充放电及工作逻辑方框图

图3.10.8 重合闸充放电逻辑

辑

逻闸合重 9.01.3图

4． 硬件原理说明

4.1 装置整体结构

PC机

图4.1.1 装置整体结构

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4eri.html