KT3000箱式变电站智能测控装置

                              技术说明书V1.01      

1KT3000 箱变智能监控系统

 箱式变电站智能监控系统是西安凯源智能电气有限公司着眼于智能箱式变电站的最新发展趋势，广泛吸取了国内外现有的技术和经验，自主研发的新一代产品。为国内外用户的35kV及以下电压等级的箱式变电站、光伏电场箱式变电站、风电场箱式升压变电站等提供可靠、易用、实用、功能完善的自动化、智能化方案。

1.1箱式变电站智能监控系统构成方案

 系列智能箱变测控装置可以安装于箱式变电站单独完成监测和保护功能，也可与KT3000S箱变监控管理系统软件构成智能箱变监测系统。主要有三种典型结构：总线型网络、以太网、光纤环网。 

1.1.1总线型及以太网系统结构图

                         图1 总线型及以太网系统配置方案

1.1.2光纤环网系统结构图

 图2光纤环网系统配置方案.

1.2装置特点

KT3000系列产品全面采用国际、国内微机保护和变电站自动化的主流设计思想和先进技术。产品结构采用背插式整面板设计，适合安装于箱式变电站等环境条件较为恶劣的现场运行。机箱面板采用先进的工业美学设计，功能分区合理，使用方便。具有如下特点：

高可靠的硬件结构

●工业级高品质保证的元器件选用 

●优异的抗干扰性能，各项电磁兼容等级达到级，高于国家标准要求

●防尘、抗振动的机箱设计

●完善的自诊断功能

智能化的保护软件

●人机接口功能强大，全汉化液晶显示、菜单式操作

●软件采用数字滤波技术和经典保护算法，使得抗干扰性能大大提高

●灵活的通信组网方案，适用于各种场合需求

1.3产品功能配置

1.3.1KT3000系列产品命名说明

该表可以帮助使用者根据实际需求，选取相应的保护测控装置，构建满足用户要求的变电站自动化系统。

1.3.3.1额定参数

◆额定直流电源 

a)220V或110V（订货注明）

b)允许偏差-20%～+10% ，纹波系数不大于5％

c)频率50Hz

◆额定交流数据

a)电压   100V/400V/690V（订货注明）

b)交流电流   或1A（订货注明）

c)额定频率      50Hz

◆功率消耗

a)交流电流回路： 当In=5A时，  每相不大于0.3VA；

 当In=1A时，  每相不大于0.1VA；

b)交流电压回路： 当Un＝100V时，  每相不大于0.3VA；

     当Un >100V时，  每相不大于0.6VA；

c)直流电源回路： 正常工作时，  不大于15W或30W；

 保护动作时，   不大于30W或50W。

◆过载能力

a)交流电流回路： 倍额定电流连续工作；

  倍额定电流10s；

  倍额定电流1s；

b)交流电压回路： 倍额定电压连续工作；

1.4倍额定电压10s；

c)直流电源回路： ～110%直流电源额定电压连续工作。

◆状态量电平

a)各CPU及通信接口模件的输入状态量电平      24V

b)各CPU输出状态量（光耦输出）允许电平      24V 

驱动能力     150mA

◆接点容量

a)信号回路接点： 载流5A  断弧0.3A（时间常数L／R为5±0.75ms）

b)出口回路接点： 载流10A 断弧0.5A（时间常数L／R为5±0.75ms）

◆跳合闸电流

a)断路器跳闸电流  ～5A

b)断路器合闸电流  ～5A

1.3.3.2主要技术性能

◆采样回路精确工作范围

a)电压：2V～120V 

b)电流：0.02In～20In

◆模拟量测量精度

a)电流、电压：   级

b)有功、无功：   级

c)频率：       0.02Hz

◆固有动作时间

保护装置固有动作时间： < 40ms；（2倍整定值）

（注：包括继电器固有时间5～10ms）

◆定时限过流保护

a)电流元件整定范围：0.5A～100A，误差不超过±5%；

b)时间元件整定范围：0.1S～50S；

0 S～1S时，误差不超过±20mS；1S以上时，误差不超过±1％；

◆零序电流保护

a)电流元件整定范围：0.1A～5A，误差不超过±5%；

b)时间元件整定范围：0.1S～50S；

0 S～1S时，误差不超过±20mS；1S以上时，误差不超过±1％；

◆过电流反时限保护

a)基准电流整定范围IP：1.0A～10A；

b)时间常数取值范围tP：0.05～1；

c)反时限曲线选择：标准反时限、非常反时限、极端反时限，长反时限；

d)延时误差不超过±5% 或±20mS。

◆过负荷保护

a)电流元件整定范围：0.5A～100A，误差不超过±5%；

b)时间元件整定范围：0.1S～50S；

0 S～1S时，误差不超过±20mS；1S以上时，误差不超过±1％；

◆零电压保护

a)电压元件整定范围：1V～100V，误差不超过±5%；

b)时间元件整定范围：0.1S～50S；

0 S～1S时，误差不超过±20mS；1S以上时，误差不超过±1％；

◆非电量保护

a)遥信去抖时间范围：不大于10mS

b)时间元件整定范围：0.1S～50S；

0 S～1S时，误差不超过±20mS；1S以上时，误差不超过±1％；

◆绝缘性能

a)绝缘电阻：

装置的带电部分和非带电部分及外壳之间以及电气上无联系的各电路之间用开路电压500V的兆欧表测量其绝缘电阻值，正常试验大气条件下，各等级的各回路绝缘电阻不小于100MΩ。

b)介质强度：

在正常试验大气条件下，装置能承受频率为50Hz，电压2000V历时1Min的工频耐压试验而无击穿闪络及元件损坏现象。试验过程中，任一被试回路施加电压时其余回路等电位互联接地。

c)冲击电压：

在正常试验大气条件下，装置的电源输入回路、交流输入回路、输出触点回路对地，以及回路之间，能承受1.2/50s的标准雷电波的短时冲击电压试验，开路试验电压5kV。

d)耐湿热性能：

装置能承受GB7261第21章规定的湿热试验。最高试验温度+40℃、最大湿度95％，试验时间为48小时，每一周期历时24h的交变湿热试验，在试验结束前2小时内根据a）的要求，测量各导电电路对外露非带电金属部分及外壳之间、电气上不联系的各回路之间的绝缘电阻不小于1.5MΩ，介质耐压强度不低于b）规定的介质强度试验电压幅值的75％。

◆抗电磁干扰性能

a)脉冲干扰：

装置能承受IEC255-22-1标准规定的III级（试验电源频率为100kHz和1MHz，试验电压为共模2500V，差模1000V的衰减振荡波）干扰试验。

b)静电放电：

装置能承受IEC255-22-2标准规定的IV级（空间放电15KV，接触放电8KV）静电放电试验。

c)辐射电磁场干扰：

装置能承受IEC255-22-3标准规定的III级（试验场强电压为10V/m）辐射电磁场干扰试验。

d)快速瞬变干扰：

装置能承受IEC255-22-4标准规定的A级（4KV±10％）快速瞬变干扰试验。

◆机械性能

a)振动(正弦)

装置能承受IEC 60255-21-1：1988中4.2.2规定的I级振动耐久能力试验。

装置能承受IEC 60255-21-1：1988中4.2.1规定的I级振动响应能力试验。

b)冲击

装置能承受GB/T 14537-1993中4.2.2规定的I级冲击耐久试验。

装置能承受GB/T 14537-1993中4.2.1规定的I级冲击响应试验。

c)碰撞

装置能承受GB/T 14537-1993中4.3规定的I级碰撞试验。

◆环境条件

a)环境温度：工作：–20℃～ 55℃，24小时内平均温度不超过35℃；

 贮存：–25℃～+70℃，在极限值下不施加激励量，装置不出现不可逆的变化,温度恢复后,装置应能正常工作；

b)相对湿度：最湿月的月平均最大相对湿度为90%，同时该月的月平均最低温度为 ℃且表面无凝露。最高温度为+55℃时，平均最大相对湿度不超过50%；

c)大气压力：86～106kPa（相对海拔高度2km以下）。

1.3.4KT3000系列保护装置开孔尺寸图

2KT3000系列箱变智能测控保护装置

2.1装置简介

KT3000系列微机保护装置（以下简称装置）

适用于配有断路器的35kV及以下电压等级的箱

式变电站中,可对终端用户箱变、光伏升压箱变、

风电升压箱变等进行监控与保护。

2.2硬件介绍

本装置在总体设计及各模块设计上均充分考虑了可靠性的要求，通过了国家级电器检测中心的型式试验。基本性能和电磁兼容性能均高于国家行业要求。装置组屏或安装时，不需安装另外的交、直流输入抗干扰模件。

2.2.1机箱结构

装置采用1/3的6U机箱，整面板形式，美观大方。面板上包括汉化液晶显示器、信号指示灯、操作键盘等，方便组屏及开关柜安装。

2.2.2交流插件

 电压输入元件由电压变换器构成，线性范围为0.4V-120V。

 电流输入元件由电流变换器和并联电阻构成，有两种种规格：

a)In=5A电流：线性范围为0.02In-20In；

b)In=1A电流：线性范围为100mA-20A；

2.2.3CPU插件

2.2.3.1CPU系统

CPU系统由高性能的微处理器+高速DSP构成，具有极强的数据处理及记录能力，可以实现各种复杂的故障处理方案和保护定值等运行配置信息存储，并记录大量的故障数据。可记录故障信息32条，告警信息32条。这些信息在装置掉电后均不会丢失。

2.2.3.2数据采集系统

保护系统采用的数据采集系统由高可靠性的高精度的片上A/D转换器、多路开关及滤波回路组成，具有转换速度快、采样偏差小、超小功耗及稳定性好等特点，故本装置的采样回路无可调整元件，也不需要在现场作调整，具备高度的可靠性。

2.2.3.3开关量输入及输出部分

本装置CPU插件内共设置了20路开入量，可接入无源开入接点和有源接点；

开出共12路，分为两类，一类是用于驱动跳合闸出口继电器的（共6路）；另一类用于驱动告警、呼唤及信号复归等继电器（共6路）

装置检测到系统或装置本身异常状况时产生告警信号，异常状况消失时自动复归；保护动作时保护动作信号接点闭合，故障排除后，需要手动或远方复归。

2.2.3.4通信部分

装置对外通信接口共3个，工业级以太网RJ-45接口1个、RS-485 总线接口1个，RS-232 通信接口1个，组网经济、方便，可直接与微机监控联网通信；

2.2.4电源插件

本插件将直流220V或110V电压输入经抗干扰滤波回路后，利用逆变原理输出本装置需要的三组直流电压，即+24V、+5V（1）和+5V（2），三组电压均不共地，且采用浮地方式，同外壳不相连。

2.2.5人机对话（HMI）插件

人机对话（HMI）插件CPU控制，显示窗口采用四行，每行十二个汉字的液晶显示器，配置以KT2000系列保护装置通用的键盘操作方式，使得人机对话操作方便、简单。

2.3保护原理

2.3.1电流保护元件

  装置实时计算并进行三段过电流判别，保护原理如图2-1所示。

                     图2-1电流保护元件原理框图

2.3.2过负荷元件

过负荷元件监视三相保护电流，过负荷报警与跳闸的选择由软压板选定。保护原理如图2-2所示。

                          图2-2 过负荷保护元件原理框图

2.3.3反时限元件

反时限保护元件是动作时限与被保护线路中电流大小自然配合的保护元件，通过平移动作曲线，可以非常方便地实现全线的配合。常见的反时限特性解析式大约分为四类，即标准反时限、非常反时限、极端反时限，长反时限，本装置中反时限特性由整定值中反时限指数整定。各反时限特性公式如下表所示：

表2-1  反时限曲线表

曲线

          Ip为电流基准值；范围是（1.0～10.0）；

         I为故障电流；

          t为跳闸时间；

2.3.4零序过电流元件

零序过电流元件的实现方式基本与电流保护元件相同。可选择作用于跳闸或告警。

零序电流保护原理如图2-3所示。

        图2-3电流保护元件原理框图

2.3.5过电压保护

装置配置有过电压保护，过电压保护原理如图2-4所示。

                     图2-4  过电压保护原理框图

2.3.6低电压保护

装置配置有低电压保护，保护原理如图2-5所示。

图2-5  欠压保护原理框图    

2.3.7非电量元件

装置设有6路非电量保护功能，由软压板投退，保护原理如图2-5所示。

图2-6  非电量保护原理框图

2.3.8 TV断线检测

装置配置有TV断线检测功能，装置检测到TV断线延时发出告警信号，在电压恢复正常（线电压大于80V）后，保护返回。TV断线检测原理如图2-6所示。

图2-6  TV断线原理框图

2.3.9装置故障告警

保护装置的硬件发生故障，装置液晶可以显示故障信息，并驱动异常继电器发告警信号，同时闭锁保护。

2.3.10遥信、遥控及遥测功能

a. 遥信：各种保护动作信号及断路器位置等开入量信号；

b. 遥控：远方控制跳合闸、调（修改）定值等；

c. 遥测：高低压侧电流、电压、频率、有功、无功等。

2.3.11数据记录

本装置除记录系统扰动数据外，还记录装置的操作事件、状态输入量变位事件、更改定值事件及装置告警事件等，保护事件32个，告警事件32个。

2.3.12通信规约

通信规约采用ModleBus通信规约或根据用户要求另行定制。

2.4保护信息一览表

2.4.1定值

3KT3000S电力自动化监控管理系统软件

3.1系统概述

监控软件应是具有实时多任务、接口开放、使用灵活、功能多样、运行可靠的软件系统，由若干个功能模块组成，模块之间的通信以及模块与数据库之间的通信均通过共享内存数据库和ODBC完成。实时数据库是SCADA系统的核心，实现机器内各应用程序的实时数据交换，通过网络通讯程序将实时数据扩展到整个网络。

监控软件系统的组成形式是一个集成软件平台，由若干程序组件构成，由以下几部分组成：

1）图形界面开发程序：它是自动化工程设计师为实施其控制方案，在图形编辑工具的支持下进行图形系统生成工作所依赖的开发环境。通过建立一系列工程画面文件生成图形目标应用系统。

2）图形界面运行程序：在系统运行环境下，图形目标应用系统被图形界面运行程序载入内存并投入实时运行。

3）实时数据库功能模块：它主要完成实时数据库的建立、维护、访问以及历史数据生成等功能，它是整个系统的基础和核心。实时数据库描述了电力自动化系统监控、管理　数据点的集合。配网子站软件系统中的许多功能诸如规约转换、曲线、报警、数据浏览等都是基于实时数据库展开的。网络环境下的运行系统在每个节点上均有一个的、但是每个点又是可以在全网络环境下唯一标识的实时数据库的实例。网络管理程序实时地更新每个节点上的实时数据库，以保持实时数据库全网络的一致性。

4）网络通信模块：网络通信模块是监控软件系统中的实时网络通信内核，担负网络系统计算机之间实时数据的传输任务，保证系统各节点实时数据的一致性。

5）前置通信模块：前置通信模块完成与终端采集设备或通信设备如各种保护测控装置、通信管理器的通信任务。

6）数据报表模块：数据报表模块以图表的方式向用户提供系统运行的历史数据信息，并提供报表的打印输出功能。实现报表模块的技术路线有两种：自己开发报表软件或基于已有软件之上做二次开发。第一种方法中程序的功能容易控制，但实现有一定难度，开发时间相对较长；第二种方法所需时间较短，但程序功能控件制比较困难。

7）历史数据库：历史数据库存储系统运行的历史数据信息。数据一般是由实时数据库模块以一定的采样周期将其数据信息向历史数据库转存而来的。因为实时数据库是在内存中，而且数据随着时间在不断的更新，所以只有通过历史数据库才有可能对系统在一段时间内的运行状态做出评估。在本系统中历史数据库使用Microsoft SQL Sever。

8）其它模块：如历史数据的查询模块、报警处理模块、故障录波模块。

监控软件系统通过前置通信模块从现场设备获取实时数据，对数据进行必要的加工后，一方面以图形的方式直观地显示在计算机屏幕上，另一方面按照系统的要求和操作人员的指令将控制数据传送给现场设备，对执行机构实施控制或调整控制参数。当发生报警事件时及时将报警以声音、图象的方式通知给操作人员，并记录报警历史信息。其中实时数据库是软件的核心引擎，组态编辑模块、组态运行模块、前置通信模块、报表模块、历史数据的存储与检索、报警处理模块等都是构建于它之上的，各功能模块间通过实时数据库共享数据。

该软件设计适用于110KV及110KV以下的各类变电站的站内后台监控，可安装在一台计算机运行，也可以分布在多台计算机进行分布式运行。

3.2功能

本监控系统具有以下几个基本功能：

1）模拟量实时显示：包括电压、电流、有功、无功、功率因素、档位、频率、温度等电力系统常用的模拟量；

2）状态量实时显示：断路器、隔离开关及各种双态状态量；

累加量显示：电度量；

3）在线计算：根据采集的各种量，依据一定的计算关系或权重进行的计算，如功率总加等；

4）遥控：可对下属装置发出遥控命令，对相应的断路器或电动隔离开关进行遥控操作；

5）遥调：可对下属装置发出遥调命令，对变压器的档位等对象实现远方遥调操作；

6）保护定值：可通过保护装置召唤和设置保护定值；

7）告警：告警类型越限告警、遥信变位告警、事故告警，告警形式包括音响告警、画面告警、语音告警等；

8）公式管理：包括各类常用数学公式的编辑和对象的绑定；

9）曲线分析：用曲线、棒图、等形式显示各种数据；

10）开放的图元管理：完备的图元库，图形编辑简单快捷；

11）画面能分层显示，进行线路动态着色；

12）报表（日报、月报、年报）管理，报表可召唤打印；

13）具有完整的规约库，可与多种下属装置通讯。

14）综合查询，故障录波分析显示等；

3.3性能

3.3.1时间特性 

1) 遥信变位传送时间≤1sec

2) 遥控遥调命令传送时间≤2sec

3) 画面调用响应时间:实时画面≤1sec;非实时画面≤2sec

4) 画面实时数据刷新时间:2sec

5) 双机故障切换时间≤2sec;

6) 打印报表输出周期:按需整定;

7) 事件顺序记录(SOE)分辨率≤2ms;

8) 事故时断路器变位到整幅画面推出的时间:从收到RTU信息到画面推出＜1sec

9)遥控(调)正确率:100%

10)事故追忆(PDR)：

    事故前3分钟

    事故后5分钟

11)系统可用率不小于99.9%

12)平均无故障时间:不少于27000小时

3.3.2灵活性 

1)运行方式的灵活性：本系统可以单机方式运行也可以多机分布方式运行；本系统考虑了冗余设计，具备主备功能，能够自动的进行主备切换。

2)应用的灵活性：用户能够根据自身的需要，选择不同的功能进行设置。

◆自行设计图形界面、管理报表和分析曲线，并与系统中相关的设备及其参数绑定，可实现系统完全组态。

◆前置机采用规约库，易于扩充规约，目前支持电力系统常用规约如：部颁CDT-92、MODBUS、IEC60870-5-101:2002等。

◆可以编辑基于多种数学函数组合公式表达式，满足各种计算量的实时显示。

3.3.3安全性

为了系统能够安全稳定地运行,整个系统具有如下安全保护措施：

1）所有的系统操作员能根据其需要被赋于某些特性,这些特性规定各个操作员对系统及各自业务活动的使用范围，如用户名、口令字、操作权及操作范围等特性。

2）、操作员只有输入正确的密码,才能进入系统,即保证系统的安全性。进入系统后,通过划分不同层次的操作,来满足各种操作员的使用需要,从最低级的只可调出画面,到最高级的可以修改、访问、维护数据库并进行各项操作。

3）操作保护。对每个上岗操作员都有口令字控制，以限定各个不同操作员的操作权限和操作范围。在执行遥控操作时进行口令字校检，以确保无关人员绝对不能进行遥控操作。

4）运行日志。对于操作员的重要操作,系统都应能按时间顺序在运行日志上给予记录,存入运行日志文件中,并随时可打印输出。

3.4特点

1）功能强大的图形编辑、报表编辑和动态图形分析工具，完全的组态化设计，使得系统的灵活性和自适应性强

2）系统提供系列针对电力系统的组态工具，包括图形界面组态编辑工具、类EXCEL报表组态编辑工具、图形分析组态工具，配备用户可灵活设置的系统参数配置工具，用户可自行设计图形界面、管理报表和分析曲线，并与系统中相关的设备及其参数绑定，可实现系统完全组态。图形编辑工具可提供各种图素、对象图元库的编辑，提供图形和FLASH动画的导入，图形画面可任意缩放和漫游，图元对象库对用户完全开放，同时可实现开关联锁防误、线路动态着色和模拟功能。报表工具除了具备EXCEL报表工具的编辑功能以外，还可自定义公式、应用服务实现栏目的在线计算。

3）采用目前流行应用服务器中间件技术，使得系统的可扩展性和可维护性好

应用服务层是系统的核心模块，也是整个系统的中间层，它集中了系统的业务逻辑处理功能和客户端模块对数据库中数据的存取功能于一身，所有的客户端模块的数据库的访问和业务逻辑的处理均有数据库完成，使得系统的健壮性、灵活性、可重用性、可扩展性和可维护性大大增强。

4）采用规约总线技术,系统提供多种标准规约便于第三方设备的接入

采用规约总线技术，易于扩充规约，不同类型的规约以动态链接库的形式挂接在通信模块的规约总线上，用户可通过在数据库中修改通信参数动态配置不同的规约于通信串口或以太网口，所有的规约可选择是数据的接入还是向上转发。

5）功能完善的实时监控功能，能满足用户的各种实时监控要求

实时监控模块和通信管理模块提供强大的实时监控功能，画面实现了遥测量、遥信量的动态实时刷新(1秒),线路的动态着色，置位操作，检修、试验、接地、停运标志牌的挂接，遥信变位、遥测越限的实时多模式告警（闪烁、实时打印、事故推画面、语音），历史数据、告警数据和事件记录的存储等功能。

3.5硬件要求

内存  128M以上，硬盘 8G以上，网卡  10/100M以上，处理器  866MHz以上 ，显示器、打印机，声卡，音箱等。

3.6支持软件

操作系统：Window2000 、Windows 2000 Server、Windows Xp；

数据库系统: MS SQL server 7.0。

3.7软件的安装

该监控软件安装简洁、方便，从数据库的生成到ODBC的配置，由程序自动完成；以下是该程序的安装步骤：

1） 安装Sql7.0;

① Install  SQL  Server  7.0  Components   选项3

    ② Database  Server – Desktop   选项2

    ③ Select  Install  Method      选第1项

④ Next

⑤ Yes→Next

⑥ Setup  Type     Typical

Destinatiao  D:\\MSSQL7  (program  Files)

D:\\MSSQL7  (Data  Files)

⑦ Services  Accounts    选第1项 Auto Stant  SQL Server Services

       Service  settings→use  the  local  system  account

2） 运行Sql7.0的服务管理器(Service Manager) ；

3） 运行UserRegister.exe,注册本机类型（单机运行选择主机），索要注册码；

4） 运行CreateDb.exe创建数据库；

5） 运行Start.exe启动程序。下载本文