我国3kV66kV配电网大多采用小电流接地方式即中性点非.docx
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我国3kV66kV配电网大多采用小电流接地方式即中性点非
1．概述………………………………………………………2
2．装置用途及特点…………………………………………2
3．装置功能…………………………………………………4
4．装置组成及原理…………………………………………6
5．装置技术指标……………………………………………9
6．装置结构及安装尺寸…………………………………10
7．
订货须知………………………………………………11
1、概述
我国3kV－66kV配电网大多采用小电流接地方式即中性点非有效接地方式，包括中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统。
中性点非有效接地系统的优点在于，发生单相接地时多数情况下能够自动熄弧并恢复绝缘。
但是发生永久性接地故障时，为了防止因非故障相电压升高而导致故障扩大，必须尽快确定故障线路并予以切除，这就提出了单相接地故障选线问题。
随着工控机技术的发展，性能越来越高，应用日益广泛。
我所结合市场需求，应用工控机的新技术，开发了工控机型小电流接地选线装置。
该装置相对普通型小电流接地选线装置功能和性能上有了很大提高，过去普通型小电流接地选线装置的不足主要表现：
1）硬件性能低
当时的微机选线装置均采用8位单片机或16位单片机，数据处理速度低、程序存贮器、数据存贮器容量小，因此只能采用一些简单算法。
2）软件算法简单
由于硬件性能低，一些先进的算法和判据无法应用，只能采用一些简单的算法。
有些产品虽然采用了多种判据，但只是对判据机械罗列，并未综合运用，而每种判据都存在有局限性。
3）变电站运行方式发生变化时，装置不能适应运行方式的改变。
针对普通型小电流接地选线装置存在的上述问题，我所联合著名工控机制造厂家共同开发研制出TLXG-6工控机型小电流接地选线装置。
整个装置外型美观、结构合理，功能齐全、性能稳定，调试简单、维护方便。
2、装置用途及特点
2.1用途
本装置适用于3kV－66kV中性点不接地或中性点经电阻、消弧线圈接地系统的单相接地选线，可广泛用于发电厂、变电所及大型厂矿企业的供电系统作为线路和母线单相接地故障报警或用于单相接地保护跳闸。
2.2特点
本装置与国内其它厂家产品相比，具有如下特点：
1）采用改进型的工控计算机作为装置的运算平台，开放性好，兼容性好，吸收了PC机的全部功能，可直接运行PC机的各种应用软件。
2）机箱是符合“EIA”标准的全钢化工业机箱，内部板卡垂直地面安装，有利于散热降温，增强了抗冲击、抗振动、抗电磁干扰能力。
3）机箱内部结构作了优化设计，表现在：
一是内部板间连接全部采用PCI局部总线技术，提高了数据传输速率；二是抛弃IPC中的PCI总线金手指式互连方式，因为采用“金手指 ”拔插，现场长期使用容易造成印制板边缘插头近处铜箔腐蚀、断裂或总线接触不良。
改用2mm密度的针孔连接器，具有气密性、防腐性，进一步提高了可靠性，并增加了负载能力；三是抛弃IPC传统机械结构，改用经过20多年实践检验了的高可靠欧式卡结构，电路插板从后方插入机箱，输入输出连线全部由后面接入，方便配线。
安装或维护时无需打开机箱上盖，方便现场使用，同时也改善了散热条件、提高了抗振动冲击能力、符合电磁兼容性要求。
4）采用无源底板，其上扩展的多个PCI总线插槽，该板为四层板结构，中间两层分别为地层和电源层，可以减弱板上逻辑信号的相互干扰和降低电源阻抗。
底板可插接各种专用PCI板卡。
5）采用PCI总线结构和模块化设计技术。
CPU板及各功能模块均使用插板式结构，并带有锁定螺钉，固定牢靠，维护方便。
各功能模块均采用四层电路板设计。
6）配有高度可靠的工业电源，并有过压、过流保护功能，保证装置能够长期稳定运行。
7）数据采集方面使用高性能ARM微处理器，结合录波技术完成现场电压电流数据的采集和保存。
数据采集完全硬件化，利用同步采样技术，保证了原始数据的精准。
8）采用6.4英寸彩色液晶屏显示用户界面，清晰美观，人机对话操作方便。
9）具有自诊断功能。
10）选线灵敏度高，装置零序电流输入最小可达1mA，保证在接地电流很小时（如高阻接地）能准确选线。
3、装置功能
TLXG-6工控机型小电流接地选线装置适用于中性点不接地、经固定消弧线圈接地、经自动调谐式消弧线圈接地和经高阻接地等接地方式；适用于母线加装消弧装置的系统。
装置具有如下功能：
3.1接地选线
可完成3KV－66KV中性点不接地或中性点经高阻、消弧线圈接地系统的单相接地选线，根据需要可以判别接地相。
装置能准确识别直接接地、经高阻接地、经弧光接地、间歇性弧光接地等复杂的故障类型和不同线路两点同相接地故障类型下的故障线路。
3.2故障报警
当发生线路或母线单相接地故障、装置失电时产生报警信号。
3.2保护跳闸
装置具有控制输出功能，可与断路器跳闸回路相连，实现选线后的故障切除，也可与自动重合闸结合，实现选线后的自动消弧和进一步确认（可选功能）。
当发生线路单相接地故障后，经延时产生跳闸信号，切除故障线路。
此项功能可由用户通过键盘设置，延时时间可由用户通过键盘整定。
3.4系统显示功能
以彩色图形用户界面显示实时时钟、装置运行状态、系统配置参数、接地故障的母线或线路序号，故障起止时间等。
3.5故障录波功能
装置具有故障录波功能，可以提供故障后一次判断的波形，包括故障发生前的5个周期的暂态波形和故障发生后20个周期的稳态波形。
可保存现场故障录波数据和选线结果200次。
3.6信号波形显示功能
强大的信号波形显示功能，可以显示故障发生前后母线零序电压及各线路的零序电流的波形。
3.7设置功能
可以设置或修改装置工作需要的各种参数，包括母线参数、线路参数、系统有无消弧线圈、系统有无保护跳闸、通信方式等。
3.8通讯功能
选线装置具有与远动装置的接口，拥有完善的通信功能，RS－232、RS－485通讯接口和通信速率可通过菜单选择，无需硬件跳线。
3.9故障追忆功能
可追忆查询最近200次接地故障和原始数据。
3.10装置在线自检功能
装置具有自检功能，死机自动恢复功能。
并能监视接地故障情况下各线路出口处一次接地零序电流和系统零序电压。
本装置在正常工作下可在线自检，发现装置故障后及时报警并显示故障类型。
4、装置组成及原理
4.1装置组成
装置的硬件框图如图1所示
图1装置组成原理框图
4.1.1系统硬件
该装置以工控机为处理运算平台，主板选用台湾研华高性能低功耗的工控机主板。
通过载板从CPU主板扩展出PCI总线，经过PCI桥驱动芯片，在无源底板上扩展出系统需要的多个PCI插座。
PCI插座采用120针和96针欧式插座，信号引脚分配参照PCI规范自行定义。
装置主机配置2GB的高速电子盘，用于安装操作系统、驱动程序和应用软件，实时保存采集数据。
装置前面板安装有6.4英寸高分辨率彩色液晶显示器，显示能够800×600的画面。
系统配有超薄型标准键盘和触摸板，方便操作。
装置内配有各种功能插板，能检测4段母线42条出线，并具有42条出线的接地保护跳闸功能。
必要时可以扩展成检测84条出线的系统。
一般配置下装置内部除安装计算机主板和电源板外，最多可以扩展有3块数据采集板、3块保护跳闸板。
1）数据采集
小电流接地系统的母线零序电压信号和各条线路的零序电流信号经过现场的PT和CT变换后输入到高精度的PT/CT，转换成低电压信号，再经低通滤波器滤波后变换为平滑的电压信号送至ADC芯片转换为数字信号，进入到计算机系统。
采集板上使用高精度的互感器。
互感器与AD转换板设计为一体，即互感器与滤波部分和AD转换部分做在一块电路板上。
ADC采用分辨率为12位以上的AD芯片，在采样保持电路和模拟开关的配合下能够同步采集16路信号。
AD转换速度最快为1Msps，支持
1－16路的波形信号的采集。
采集结果数据暂存于板上的双口RAM中，通过PCI总线接口芯片上传给CPU主板，适合WINDOWS系统的应用。
数据采集板的设计满足中高速信号、波形采集及记录等应用。
2）保护跳闸
跳闸输出板用于控制与输入信号对应的线路跳闸操作，可以作为报警或跳闸操作使用。
每块跳闸板有14对节点输出，装置中标准配置为3块相同的跳闸板。
跳闸板与计算机之间为PCI总线接口方式，由计算机（CPU板）控制与各条线路对应的继电器节点动作，产生报警或跳闸操作。
3）抗干扰措施
该装置模拟量输入、开关量输出及通信全部采用了光电隔离，抗现场干扰能力强，运行稳定可靠。
该装置采用了高性能的硬件滤波电路。
当接地电流很小时，信噪比很低，有时信号被噪声淹灭，因此设计一个高性能的硬件滤波电路用于滤除干扰和噪声，对提高选线准确性十分重要。
该装置采用了瞬态抑制电路，提高抗雷击等强干扰能力。
4.1.2系统软件
系统软件优选微软公司的操作系统WindowsXP，根据系统的硬件配置进行了优化裁减，既保留了其强大的基本功能，又保证其占用空间小巧，具有运行速度高的特点。
整个系统实时性强，稳定可靠。
应用软件运行于操作系统WindowsXP环境下，通过各种驱动软件从硬件资源（包括信号采集板和跳闸输出板）获得原始数据，实现各种数据运算和处理操作。
装置应用软件要完成的主要功能是从各信号采集卡读取电力系统的母线零序电压和各条线路的零序电流，将结果按照规定的格式保存到计算机硬盘（DOM），然后按照原理判据公式进行数据处理和计算，结合多种判据得出可能出现的接地故障线路或母线的结论。
装置应用软件实现了下列的功能：
1）原始数据获得就是从各信号采集卡中读取各段母线零序电压相应的数据。
条件是数据的读取是在外部信号的同步下进行的，同步信号以中断的方式通知计算机读取数据。
读取数据要按照母线和线路对应的编号，以时间节拍顺序进行。
2）数据处理与保存对从信号采集卡读回的数据进行格式整理，并严格按照对应信号通道编号和时间的先后顺序实时存储，存储数据之间保持同步的时间关系。
每个采样点数据保存成16位（占2个字节）。
3）数据计算由于有多种判据，需要按照不同的判据对应的不同算法对获得的原始数据进行各种计算，包括多种数学变换、信号幅度计算、相位计算、功率计算、频谱计算等。
4）故障判断根据上面的计算结果，按照不同的判据进行故障判断，得出系统故障的结论。
必要时按照多种判据综合进行故障判断。
5）结论输出包括在应用界面上推出报警画面，以通信形式输出给上位机，以报警继电器节点输出报警信号、以跳闸继电器动作形式作用于故障线路保护。
4.2选线原理
本装置采用多种方法进行故障选线，每种方法都针对信号的具体特点，不同方法之间具有互补性。
4.2.1智能型比幅比相法
对于中性点不接地系统，比较母线的零序电压和所有线路零序电流的幅值和相位，故障线路零序电流相位应滞后零序电压90°并与正常线路零序电流反相，若所有线路零序电流同相，则为母线接地。
传统比幅比相方法在信号处理、抗干扰和有效域方面存在一定的缺陷，智能型的比幅比相方法采用高性能数字滤波器，对信号进行有效的数字滤波处理，提取出了更可靠的信号成分，提高了选线正确性。
4.2.2谐波比幅比相法
对于中性点经消弧线圈接地系统，对谐波分量来说消弧线圈处于欠补偿状态，如果线路零序电流中含有丰富的谐波成分，则比较所有线路零序电流谐波分量的幅值与相位，故障线路零序电流幅值较大且相位应与正常线路零序电流反相，若所有线路零序电流同相，则为母线接地。
谐波选线方法采用有效的数字滤波手段，提取出能量最高的谐波频带范围，避免了提取单一谐波频率而导致的误差。
4.2.3暂态信号法
单相接地故障产生的暂态电流和谐波电流可作为选线判断的依据。
小电流接地电网单相接地故障等值电路是一个容性通路，故障的突然作用在电路中产生的暂态电流通常很大。
特别是发生弧光接地故障或间歇性接地故障情况下，暂态电流含量更丰富
，持续时间更长。
利用在特定频段（SFB）范围0～ω′内，零序电流存在下述分布规律：
①故障线路零序电流幅值最大；②所有健全线路零序电流极性相同，而故障线路与之相反。
对于中性点不接地系统，可利用零序电流上述分布规律进行选线。
一般配电网络其ω′远远大于工频，因此SFB既包含部分暂态分量，也包含工频分量和部分谐波分量，但暂态分量将占主要成分。
对于消弧线圈接地系统，在SFB频带内，消弧线圈的影响可以忽略。
即故障线路与健全线路零序电流的幅值和极性分布规律①和②仍然成立。
因此，可与中性点不接地系统使用相同的检测方法。
暂态电流满足在故障线路上的数值等于在非故障线路上数值之和且方向相反的关系，可以用来选线。
4.2.4首半波法
小电流接地电网单相接地故障产生的暂态电流虽然很复杂，但是发生故障的最初半个周波内，一定满足故障线路零序电流与正常线路零序电流极性相反的特点，因此可以通过比较首半波的零序电流极性进行故障选线，该方法对中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的电网都适用。
4.2.5有功分量法、能量法
这两种方法的原理相同，对于中性点经消弧线圈接地系统，消弧线圈智能补偿零序电流的无功分量，不能补偿零序电流的有功分量，因此故障线路的零序电流的有功分量与正常线路极性相反，可以用这个特点进行选线。
由于有功分量的含量较小，所以装置采用零序电流与零序电压的乘积，即零序能量来度量零序电流的有功分量，实际上是把有功分量进行了累加，零序能量最大的线路就是故障线路。
4.2.6有效域技术
很明显，对于不同的故障信号特征，各种选线方法都有一定的适用条件。
当适用条件满足时，该选线方法选线结果一定正确，否则，选线结果可能出现错误。
我们称选线方法能够可靠选线的适用条件为该方法的有效条件，满足有效条件的故障区域，称为该选线方法的有效域。
我们对每一种选线方法都界定了有效域，当一个故障落在某方法的有效域内时，该方法对该故障的选线结果一定是正确的，否则给这种方法的选线结果乘以一个系数n（0再把这些信息组合起来，使最终选线结果反映了各种方法共同的支持点，选线结果非常可靠。
4.2.7连续选线技术
连续判断技术是针对小电流接地系统单相接地故障中故障信号微弱、容易受干扰的特点而采取的技术措施。
该技术不完全依赖于一次判断的结果，而是综合考虑全过程的情况。
装置在故障没有消失的情况下每隔1秒钟重复进行选线计算，直至故障消失，这样可以有效地排除少数几次误判。
5、装置技术指标
5.1适用电压等级：
1～2个；
母线段数：
1～4段。
5.2适用检测回路数：
TLXG-6／1A（B）型：
14路；
TLXG-6／2A（B）型：
28路；
TLXG-6／3A（B）型：
42路；
TLXG-6／4A型：
56路；
TLXG-6／5A型：
70路；
TLXG-6／6A型：
84路；
5.3检测输入量
1、零序电压Uo
由电压互感器（PT）开口三角绕组接入，输入范围：
0～120V；
整定范围Uozd=1～100V，级差1V，出厂设置为30V；
2、零序电流Io
零序电流互感器副边电流Io：
1mA~0.3A；
若无零序电流互感器，则可通过三相电流互感器合成零序电流；
5.4启动方式
零序电压幅值越限，当Uo≥Uozd时启动，其中：
Uo为单相接地时零序电压，Uozd零序电压启动整定值。
5.5记录能力：
1）接地事件记录：
200个；
2）每故障点数据记录：
25周波。
5.6报警输出：
接地报警、装置失电报警。
5.7跳闸输出：
继电器跳闸输出触点数量
TLXG-6／1B型：
14对；
TLXG-6／2B型：
28对；
TLXG-6／3B型：
42对；
5.8动作时间
跳闸输出延时：
0～65535S，级差1S。
5.9继电器输出触点容量：
AC220V，DC24V，5A；
DC220V，5A（需订货时说明）。
5.10通信接口
RS－232C（三线）
RS－485（二线）
5.11功耗
机内PT、CT功耗：
PT＜0.5VA，输入电压100V时；
CT＜0.5VA，输入电流0.3A时；
整机功耗：
≤100VA。
5.12装置电源
交流220V±20％，50Hz；直流220V±20％；
直流110V±20％（需订货时说明）；
保险额定容量1A。
5.13装置外围尺寸：
437×360×178（mm）
5.14重量：
≤20Kg
5.15装置使用条件：
1）环境温度：
-10°C～+50°C；
2）相对湿度（在空气温度为+20°C时）不大于95％；
3）安装场所无强烈震动；
4）安装场所空气中不含酸性、碱性、腐蚀性及可能爆炸的气体；
5）安装场所为能防止雨、雪、风、沙的室内。
5.16本产品的运输条件：
1）本产品在运输过程中应避免震动，以防性能变坏；
2）温度为-40°C～+75°C，不受雨、雪、风、沙的侵袭的地方。
6、装置结构及安装尺寸
6.1装置的外形及安装尺寸
1）装置外形尺寸如图2所示（单位：
mm）
图2装置外形尺寸图
2）
装置在屏上安装开孔尺寸如图3所示
图3安装开孔尺寸图
6.2装置结构
装置由CPU主板、LCD显示模块、底板、电源插件、信号输入插件、跳闸输出插件、控制输出插件组成；
装置采用插拔式结构，各功能插件都插在底板上，它们之间的信号传输通过底板完成，各种插件可从机箱后面直接插拔，插件位置及信号定义如下图所示：
图4装置后面板图（TLXG-6/3B）
从装置后面看，从左至右依次为电源板、跳闸输出板3、跳闸输出板2、跳闸输出板1、信号输入板3、信号输入板2、信号输入板1、CPU主板。
7、订货须知
订货前必须知道所需设备选线路数，是否需要跳闸功能，并根据下表确定设备型号：
型号
母线段数
选线路数
跳闸路数
TLXG-6/1A
2
14
无
TLXG-6/1B
2
14
14
TLXG-6/2A
4
28
无
TLXG-6/2B
4
28
28
TLXG-6/3A
4
42
无
TLXG-6/3B
4
42
42
TLXG-6/4A
4
56
无
TLXG-6/5A
4
70
无
TLXG-6/6A
4
84
无
（注：
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