四方CSC-150 数字式母线保护装置 说 明 书
第一篇 装置性能介绍 1 概述
1.1 适用范围
CSC-150 数字式成套母线保护装置（以下简称装置或产品）适用于750kV 及以下各种电压 等级的母线系统，包括单母线、单母分段、双母线、双母分段及一个半断路器接线等多种接线型
式。最大接入单元为24 个（包括线路、元件、母联及分段开关）。
2.6 热性能（过载能力）
装置的热性能（过载能力）符合DL/T 478-2001 的以下规定：
a) 交流电流回路：在2 倍额定电流下连续工作，20 倍额定电流下允许10s，40 倍额定电流 下允许2s；
b) 交流电压回路：Un =100/ 3 V 在2 倍额定电压下连续工作，180V 电压下允许2 分钟； Un =100V 在1.4 倍额定电压下连续工作，180V 电压下允许2 分钟。
2.7 功率消耗
装置的功率消耗符合DL/T 478-2001 的以下规定：
a) 直流电源回路：当正常工作时，不大于50W；当保护动作时，不大于80W；
b) 交流电流回路：当额定电流为5A 时，每相不大于0.3VA；额定电流为1A 时，每相不大 于0.1VA；
c) 交流电压回路：在额定电压下每相不大于0.3VA。
2.8 输出触点容量
a) 跳闸触点容量：在电压不大于250V、电流不大于1A、时间常数L/R 为（5±0.75）ms 的 直流有感负荷回路中，触点断开容量为50W，长期允许通过电流不大于5A； CSC-150 数字式母线保护装置 说明书
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b) 其它触点容量：在电压不大于250V、电流不大于0.5A、时间常数L/R 为（5±0.75）ms 的直流有感负荷回路中，触点断开容量为30W，长期允许通过电流不大于3A。
2.9 装置主要功能
装置具有以下功能：
a) 快速虚拟比相式电流突变量保护； b) 常规比率制动式电流差动保护； c) 断路器失灵保护； d) 母联充电保护；
e) 母联失灵及死区保护；
f) 母联过流保护。
另外根据用户需要可配置母联非全相保护。
2.10 装置主要技术参数
2.10.1 额定参数
a) 直流电压：220V 或110V（按订货要求）； b) 交流电压：相电压100/ 3 V； c) 交流电流：5A 或1A（按订货要求）； d) 频率：50Hz。
2.10.2 差动电流元件整定范围
a) 差动电流门槛整定范围：0.2In～10In； b) 比率制动斜率整定范围：0.3～1； c) 低电压（相电压）整定范围：0～Un； d) 负序电压整定范围：0～Un；
e) 零序电压整定范围：0～Un。
其中In 为二次额定电流，Un 为二次额定电压。 2.10.3 动作值误差
a) 电流动作值误差不超过±5%（或0.01In）； b) 电压动作值误差不超过±3%（或0.01Un）； c) 时间动作值误差不超过20ms。 2.10.4 交流回路精确工作范围
a) 交_________流电压：Un =100/ 3 V 时0.25V～70V，Un =100V 时0.4V～120V； CSC-150 数字式母线保护装置 说明书
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b) 交流电流：0.08In～30In。
2.10.5 整组动作时间
差动保护整组动作时间：<15ms（动作条件：大于2 倍的动作电流，低于0.5 倍的低电压）。
3 装置硬件
3.1 装置结构
装置采用符合IEC60297-3 的标准19 英寸机箱，整体面板，包括一个8U 高度的保护箱和一 个4U 高度的辅助箱。装置内部的功能组件具有锁紧机构，前插拔方式。装置的安装方式为嵌入式，接线为后接线方式，安装开孔尺寸见图3-1 和图3-2。
3.2 装置功能组件概述
装置包括一个8U 高度的保护机箱（CSC-150/1）和一个4U 辅助机箱（CSC-150/2）。针对母 线系统的不同接线型式，如无特殊需求供货屏数及每面屏所含机箱可参照表3-1 所示原则选配。
8U 保护机箱共配置17 个插件和1 个CAN 网接口，包括8 个交流插件、CPU1 插件、CPU2 插件、
开入插件1、管理板、开出插件1（主板加副板）、开出插件2（主板）、开出插件3（主板加副板）
及电源插件。4U 辅助机箱共配置7 个插件和1 个CAN 网接口，插件包括开入连接板1、开入
插
件2、开入插件3、开入插件4、开入插件5、开入插件6、开入连接板2；此外对于双母线系统 辅助机箱还配置了模拟盘显示功能，除直观显示主接线型式外，还提供强分/强合控制开关供用户
强行干预不对应的隔离刀闸辅助触点状态。装置内部插件可根据需要配置以满足用户的需求。交 流插件、开出插件、开入插件和电源插件为“直通式”，即插件连接器直接与机箱端子相连，增
加了接线的可靠性。插件布置见图3-3 和图3-4。 表3-1
母线接线型式 供货屏数（面） 每面屏选配机箱 单母线接线（无断路器失灵保护） 1 1 套8U 机箱
单母线接线（有断路器失灵保护） 1 1 套8U 机箱、1 套4U 机箱 单母分段接线（无断路器失灵保护） 1 1套8U 机箱
单母分段接线（有断路器失灵保护） 1 1套8U 机箱、1 套4U 机箱 一个半接线 2 1 套8U 机箱
双母线接线（包括带旁路方式） 1 1 套8U 机箱、1 套4U 机箱 双母单分段接线（包括带旁路方式） 1 1套8U 机箱、1 套4U 机箱 双母双分段接线（包括带旁路方式） 2 1套8U 机箱、1 套4U 机箱 CSC-150 数字式母线保护装置 说明书
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3.3 交流插件（AC）
本插件共有8 块交流插件，包括电压变换器和电流变换器两部分。电压变换器相电压额定值 为3 100 V；电流变换器根据供货要求提供额定输入电流5A 或额定输入电流1A。
3.4 保护CPU 插件（CPU）
CPU 插件是装置的核心插件，本装置共有2 块CPU 插件，硬件完全相同，完成保护功能、 A/D 变换、软硬件自检等。一个CPU 完成所有保护功能，另一个CPU 完成启动和电压闭锁，各
CPU 具有独立的供电电源。
开入连接板1开入插件2开入插件3开入插件4开入插件5开入连接板2图3-4 4U 辅助机(CSC-150/2)
插件布置图开入插件6交流插件1交流插件2交流插件3交流插件4交流插件5交流插件6交流件7
交流插件8CPU1插件CPU2插件开入插件1管理插件电源插件开出插件1（主+副）开出插件2（主）开出插件3（主+副）图3-3 8U 保护机箱(CSC-150/1)插件布置图电源插
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3.5 通信管理插件（MASTER）
本插件是装置的管理和通信插件，其功能为：
a) 接收和储存CPU 板的事故和事件报告，将信息输送至打印机打印并通过Lon 网口、以太 网口或RS485 口输送至监控后台和工程师站；
b) 输出报告至液晶显示和通过面板键盘操作装置。
连接面板上的标准RS-232 串口与外接PC 机通信，完成调试软件CSPC 的功能。
3.6 开入插件（DI）
开入插件用来接入各保护压板、隔离刀闸辅助触点位置、断路器失灵开入等开关量输入信号。 开入插件对各路开入回路进行实时自检。 装置设置了6 个开入插件，同时还留有若干个开入插件的备用位置。开入插件1 为主开入插 件，主要为保护功能压板（24V）及保护信号开入（220V 或110V）。开入插件2、开入插件6 为
隔离开关辅助触点位置，开入插件3、开入插件4、开入插件5 为断路器失灵开入，开入插件2
至开入插件6 均为220V 或110V。
3.7 开出插件（DO）
装置共设置了五块开出插件，主要输出跳闸及信号接点。
3.8 电源插件（POW）
装置采用了双直流逆变电源插件，输入直流为220V 或110V（订货时请注明），输出+24V、 ±12V、+5V。
注：所有的开入、开出实际上是可以灵活、方便地进行配置，其含义可以随不同的工程而改变以
适应于各种不同的应用场合。
4 装置软件
4.1 保护程序整体结构
保护CPU 软件包括主程序、采样中断程序和故障处理中断程序。主程序完成装置的硬件自 检、投切压板、固化定值、上送报告等功能。每隔一个采样间隔时间执行一次采样中断程序，进
行电气量的采集、录波、突变量启动判别等。故障处理中断也是每隔固定时间执行一次，完成保
护功能的逻辑和TV、TA 异常判别等。如果有异常，则发出相应的告警信号和报文。对于危及保
护安全性和可靠性的严重告警，发出信号的同时闭锁保护出口，对于普通告警，发出信号提示运
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行人员注意检查处理。发生故障时，在故障处理中断中完成故障判别、出口跳闸等功能。 基本功能分为主保护和辅助保护两部分。
4.2 主保护
装置的主保护采用分相式快速虚拟比相式电流突变量保护和比率制动式电流差动保护原理。 快速虚拟比相式电流突变量保护仅在故障开始时投入，然后改用比率制动式电流差动保护。两种
原理保护均设有大差启动元件、小差选择元件和电压闭锁元件。大差启动元件和小差选择元件中
有反映任意一相电流突变或电压突变的启动量，它和差动动作判据一起在每个采样中断中实时进
行判断，以确保内部故障时电流保护正确动作，在同时满足电压闭锁开放条件时跳开故障母线上
所有断路器。其出口逻辑如图4-1 所示。
比率制动式电流差动保护基于电流采样值构建，采取持续多点满足动作条件才开放母线保护 电流元件方式实现。下面的原理分析对于每一个采样时刻均成立，因此在部分公式中省去了采样
时刻标识。
4.2.1 比率制动式电流差动保护原理
装置的稳态判据采用常规比率制动原理。母线在正常工作或其保护范围外部故障时所有流入 及流出母线的电流之和为零（差动电流为零），而在内部故障情况下所有流入及流出母线的电流
之和不再为零（差动电流不为零）。基于这种前提，差动保护可以正确地区分母线内部和外部故 障。
比率制动式电流差动保护的基本判据为：
I i i i n 0 2 1 ≥ + + + Λ （4.1.1）
I 母电压闭锁开放 I 母小差选择元件动作 大差启动元件动作 II 母小差选择元件动作 II 母电压闭锁开放
& 跳I 母 & 跳II 母
图4-1 双母线方式的保护出口逻辑图
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( ) i i i K i i i
n n
+ + + ? ≥ + + + Λ Λ 2 1 2 1 （4.1.2）
式中i1 、i2 、?、in 为支路电流， K 为制动系数， I 0 为差动电流门坎值。
（4.1.1）式的动作条件是由不平衡差动电流决定的，而（4.1.2）式的动作条件是由母线所有
元件的差动电流和制动电流的比率决定的。在外部故障短路电流很大时，不平衡差动电流较大，
（4.1.1）式易于满足，但不平衡差动电流占制动电流的比率很小，因而（4.1.2）式不会满足，装
置的动作条件由上述两判据“与”门输出，提高了差动保护的可靠性，所以当外部故障短路电流
较大时，由于（4.1.2）式使得保护不误动，而内部故障时，（4.1.2）式易于满足，只要同时满足
（4.1.1）式提供的差动电流动作门槛，保护就能正确动作，这样提高了差动保护的可靠性。比率
制动式电流差动保护动作曲线如图4-2 所示。图中i i i i n d + + + = Λ 2 1 为差动电流， i i i i n f + + + = Λ 2 1 为制动电流， K 为制动系数。
4.2.2 虚拟比相式电流突变量保护原理