DSI5164小电流接地选线装置使用说明书.docx

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DSI5164小电流接地选线装置使用说明书

DSI5164

使用说明书

综述

北京天能继保电力科技有限公司历经三年研发推出的DSI5000系列新型厂站综合自动化产品，是基于IEC61850建模要求及系统解决方案的全新产品，也是面向智能电网发展需求的新产品，被列为2008年北京市《中关村科技园区中小企业创新基金》支持项目，该系列产品具有我公司多项自主创新技术，也进一步体现了我公司专注于精益求精做产品的决心和能力。

DSI5000系列产品具有如下主要特点：

Ø全面高效实现IEC61850通讯协议

DSI5000系列产品基于IEC61850的面向对象的设计理念，保护和控制功能完全按照IEC61850-7-4的要求建模，完全实现了标准开放、未来可扩展、易于升级、柔性化的系统构架。

Ø领先的保护、控制功能图形可编程组态实现方法

保护和控制功能模块采用面向对象的设计和编程（OOD/OOP）方法，每个模块定时扫描执行。

各模块的输入和输出通过可编程图形工具由设计人员形成连接关系，并生成配置文件，配置文件通过FTP下载到装置即生成了特定功能的产品。

方便的现场可编程功能，使得非标产品可以在工程现场进行输入和输出逻辑编程，以满足特殊需求。

Ø高性能的软、硬件平台

采用应用于航天工程的Vxworks实时多任务操作系统实现了对CPU的综合利用，并保证了实时任务的快速响应，以满足继电保护可靠性和快速性的要求。

CPU采用Freescale公司高性能ColdFire32位工业级处理器，主频166MHz，外扩32MDDR、16MFlash和2MNVRAM。

支持双以太网通讯，介质可采用双绞线或光纤，协议支持IEC61850及IEC60870－5－103规约；双14位A/D转换器实现同步采样；320×240大屏幕蓝屏液晶显示器。

Ø丰富灵活的自动化功能

以COMTRADE格式记录故障录波数据，其中录波长度、录波内容、启动方式均可配置。

基于GOOSE信息可实现操作联锁，备自投、VQC、小电流接地选线等集中类功能分布实施完成，即可靠又减少了二次设备，也大大降低了使用维护成本。

采用软对时与对时脉冲相结合或IRIG-B编码实现GPS同步授时。

Ø大屏幕、指示灯可编程的友好人机界面

友好的人机界面，装置具有大屏幕汉字液晶显示和7个按键，配有人性化操作菜单，不需说明书就能很方便操作，面板上有多达18个可编程的指示灯，满足用户的不同需求。

Ø极强的的抗干扰性能

装置端子直接从插件后引出，实现了强弱电的有效隔离，提高了抗干扰能力。

在国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心通过了快速瞬变4级、浪涌3级等12项EMC试验。

目录

1概述1

1.1适用范围1

1.2主要功能1

2技术参数1

2.1额定参数1

2.2交流回路过载能力1

2.3功率消耗1

2.4输出触点容量1

2.5工作电源2

2.6主要技术数据2

2.7绝缘性能2

2.8冲击电压2

2.9抗干扰能力2

2.10机械性能3

2.11环境条件3

3装置硬件3

3.1装置结构3

3.2硬件说明3

4工作原理5

4.1零序导纳变化量判据5

4.2零序电流变化量判据6

4.3零序阻性过电流6

4.4母线绝缘监察（PHIZa）6

4.5测控功能7

4.6遥信单元7

4.7故障录波（RADRa、RADRb、RBDRa、RDREa）7

4.8通讯功能7

4.9对时7

4.10自检7

5使用说明8

5.1人机对话板操作说明8

5.2装置定值说明14

5.3调试说明16

5.4运行维护17

6贮存保修18

6.1贮存条件18

6.2保修条件18

7供应成套性18

8订货须知19

9附图20

9.1交流板原理图20

9.2出口板原理图21

9.3端子图22

1概述

1.1适用范围

我国6～66kV配电网中，普遍采用中性点不接地或中性点经消弧线圈接地的小电流接地系统方式。

配电网发生单相接地故障的几率最高，可占总故障的80％左右。

小电流接地系统由于单相接地故障时三个线电压仍然对称，特别是中性点经消弧线圈接地系统，流过接地点的电流很小，不影响对负荷的连续供电，但小电流接地系统在发生单相接地故障时，非故障相电压会升为线电压，长时间运行容易使故障扩大成两点或多点接地短路，弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行，所以必须及时找到故障线路并予以切除。

自20世纪80年代中期微机型选线装置投入运行以来，各厂家相继提出了很多选线原理，并研制出基于这些选线原理的产品。

90年代初期选线装置的研制达到了高潮，大量选线装置投入运行。

但这些产品的选线准确性较低，远未达到实用化的程度，使得自动选线装置技术在90年代末期陷入低谷，很多地区选线装置退出率达到90％以上，又退回到原始的手动逐条线路拉线的选线方法。

如前所述，目前国内众多关于解决小电流接地系统单相接地故障诊断的方法和产品还不能很好的解决问题，还有一些难以克服的缺点和局限。

针对这些缺点和局限，我们提出了一种新的思路：

通过投入户外信号源装置，改变小电流接地系统的运行方式，结合DSI5100系列相关产品的应用和开发经验，在国内首次提出并采用导纳变化量判据，辅以零序电流变化量判据和零序阻性电流判据研制出一种新的小电流选线装置，理论分析及现场应用表明装置具有很高的灵敏度，适用于中性点非有效接地变电站，以及工矿企业供电系统。

1.2主要功能

Ø26路交流模拟量输入，其基本内容有电流、电压、频率；

Ø遥信：

31路开关量变位遥信，开关量输入为220V/110V/24V光电隔离输入；

Ø故障录波功能，事件记录SOE。

2技术参数

2.1额定参数

Ø直流电压：

220V或110V（订货注明）；

Ø交流电压：

100/

V，100V；

Ø交流电流：

5A或1A（订货注明）；

Ø频率：

50Hz。

2.2交流回路过载能力

Ø施加1.2In～2In装置可持续工作；

Ø施加1.2Un装置可持续工作；

Ø施加40In持续1s后无绝缘损坏。

2.3功率消耗

Ø直流电压回路：

在额定电压下，正常时＜10W、动作时＜15W；

Ø交流电压回路：

＜0.5VA/相；

Ø交流电流回路：

＜0.5VA/相。

2.4输出触点容量

Ø触点容量：

直流220V接通5A（不断弧）。

2.5工作电源

Ø直流电源电压220V或110V，允许偏差为±20%。

2.6主要技术数据

2.6.1零序导纳变化量选线

Ø零序导纳变化量整定范围：

0.05～0.2，级差0.01；

Ø零序过压整定范围：

10V～100V，级差0.01V，误差不超过±5.0%；

Ø动作时间整定范围：

（0.1～100）s，级差0.01s，误差不超过±40ms或±1%。

2.6.2零序电流变化量、零序阻性过电流选线功能

Ø动作电流整定范围：

0.05A～6A，级差0.01A，误差不超过±5%；

Ø动作时间整定范围：

（0.1～100）s，级差0.01s，误差不超过±40ms或±1%。

2.6.3母线绝缘监察

Ø动作电压整定范围：

10V～100V，级差0.1V，误差不超过±2.5%；

Ø动作时间整定范围：

0.1s～100s，级差0.01s，误差不超过±30ms或±1%。

2.6.4开关量输入

Ø去抖时间整定范围：

0～10s，级差0.01，误差不超过±20ms；

ØSOE分辨率：

≤2ms；

Ø容量：

31路遥信输入，信号输入方式为无源触点。

2.6.5控制输出

Ø容量：

18路跳闸出口，输出为无源触点方式。

2.6.6网络接口

接口标准：

全站网络可采用双以太网，规约采用IEC61850，与站内其它智能设备通讯可采用IEC60870-5-103规约。

配有485、超五类线或光纤通讯接口。

2.7绝缘性能

2.7.1绝缘电阻

Ø装置所有电路与外壳之间绝缘电阻在标准实验条件下，不小于100MΩ。

2.7.2介质强度

Ø装置所有电路与外壳的介质强度能耐受交流50Hz，电压2kV（有效值），历时1min

试验，而无绝缘击穿或闪络现象。

当复查介质强度时，试验电压值为规定值的75%。

2.8冲击电压

Ø装置的导电部分对外露的非导电金属部分及外壳之间，在规定的试验大气条件下，能耐受幅值为5kV的标准雷电波短时冲击检验。

2.9抗干扰能力

Ø装置能承受GB/T14598.13－1998规定的严酷等级为Ⅲ级的振荡波干扰试验；

Ø装置能承受GB/T14598.14－1998规定的严酷等级为Ⅳ级的静电放电干扰试验；

Ø装置能承受GB/T14598.9－2002规定的严酷等级为Ⅲ级的射频电磁场辐射干扰试验；

Ø装置能承受GB/T14598.10－1996规定的严酷等级为Ⅳ级的电快速瞬变脉冲群干扰试验；

Ø装置能承受GB/T17626.5－1999规定的严酷等级为Ⅲ级的浪涌干扰试验；

Ø装置能承受GB/T17626.6－1998规定的严酷等级为Ⅲ级的射频传导干扰试验；

Ø装置能承受IEC60255-22-7:

2003规定的严酷等级为A级的工频干扰试验；

Ø装置能承受GB/T17626.8－1998规定的严酷等级为Ⅴ级的工频磁场干扰试验；

Ø装置能承受GB/T17626.9－1998规定的严酷等级为Ⅳ级的脉冲磁场干扰试验；

Ø装置能承受GB/T17626.10－1998规定的严酷等级为Ⅳ级的阻尼振荡磁场干扰试验；

Ø装置能满足GB/T14598.16－2002规定的传导发射限值要求；

Ø装置能满足GB/T14598.16－2002规定的辐射发射限值要求。

2.10机械性能

Ø工作条件：

装置能承受严酷等级为1级的振动响应、冲击响应检验；

Ø运输条件：

装置能承受严酷等级为1级的振动耐久、冲击耐久及碰撞检验。

2.11环境条件

Ø环境温度

工作：

-10℃～50℃；

贮存：

-25℃～70℃，在极限值下不施加激励量，装置不出现不可逆变化，温度恢复

后装置应能正常工作；

Ø大气压力：

86～106kPa（相当于海拔高度2km及以下）；

Ø相对湿度：

不大于95%，无凝露；

Ø其它条件：

装置周围的空气中不应含有带酸、碱、腐蚀或爆炸性的物质。

3装置硬件

3.1装置结构

本装置采用嵌入式安装，箱后接线；机箱为3U、19英寸上下布置后插件的机箱结构，采用防水、防尘、抗振动设计，机箱面板为整面板形式，面板上包括汉化液晶显示器、信号指示灯、操作键盘，采用先进的工业美学设计，美观大方，使用方便。

机箱外形及开孔见图3－1，端子具体定义见附图3。

图3－1装置外形尺寸及安装开孔尺寸

3.2硬件说明

本装置硬件平台包括3个平行放置大板，扁平电缆连接；底层为模拟量采集及转换功能单元，从下至上依次为电源、通讯口，两个完全相同的I/O扩展输出回路单元；另外还有人机对话板、主板等。

3.2.1装置硬件构成图

图3－2装置硬件构成图

3.2.2主板

主板是整个装置的核心，CPU采用Freescale公司高性能ColdFire®V2内核的32位微处理器MCF5275，可在166MHz的时钟频率下提供高达159MIPS的处理能力（Dhrystone2.1），且低功耗。

MCF5275较先前的器件增添了一些模块：

包括第二个10/100M以太网通讯控制模块和硬件加密模块，一个增强型乘加运算单元（eMAC），再加上64kB片内静态存储器和用户可定义的16kB片内高速缓存（Cache），这些可以使系统性能大幅度提高而成本全面降低。

主板外扩32MDDR用于程序运行和临时数据存储，16mFLASH用于存储应用程序、配置文件及录波数据等信息。

2Mbytes的NVRAM可以实现对录波数据、事件记录、告警记录等信息实现掉电保持；高精度的实时时钟；10/100M自适应的双以太网支持RJ45或FX100光纤接口。

另外主板采用了六层印制板及表面封装工艺，全自动流水线焊接，外观小巧，结构紧凑，大大提高了装置的可靠性及抗电磁干扰能力。

3.2.3模拟量采集转换单元

模拟量采集转换单元完成模拟量采集并经A/D转换成数字量输出供CPU计算用，板上设有模拟量输入变换器，用于将模拟量信号隔离变换为小电压信号，经调整后输入到A/D，A/D转换精度为14位。

当采用ECT、EUT实现采样值传输时，更换为智能模拟量采集插件，支持双以太网方式获得MU的实时数据。

模拟量采集及转换单元原理图见附图1。

3.2.4开入回路、开出回路单元

装置有两块相同的开入回路、开出回路单元板，当开入、开出需要较少时也可只安装一块板。

每块开入回路、开出回路单元板提供8路DC24V的无源开关量输入、22路DC220V外置的有源开关量输入，其中24V开关量输入用于屏（柜）内近距离信号或其它弱电压的信号采集；DC220V有源开关量输入用于较远距离信号采集，具有更好抗干扰能力；4路（8点）带公共端开关量输出、8路空触点输出，既可用于驱动操作回路又可用于信号输出。

3.2.5人机对话板

人机对话板通过高分辨率的汉化液晶与7个操作键盘实现人机信息交互，液晶界面友好，操作便捷，同时提供4个LED指示灯。

人机对话板采用高速串行总线与主板连接，保证了装置的可靠性。

4工作原理

装置采用配置连接标准功能模块实现，各模块拥有不同的任务优先级及扫描周期，接受操作系统统一调度，完成本装置的所有功能，分别叙述如下。

4.1零序导纳变化量判据

在发生单相接地故障后，在变电站中性点短时投切一组负载并联到消弧线圈上（如图4-1所示），将其作为户外信号源装置，从而改变小电流接地系统的运行方式，以此产生零序导纳特征值的明显变化，构成相应故障判据，实现接地故障诊断功能。

图4-1变电站配网中性点投切负载示意图

判据为：

式中：

Y0＇—信号源投入后零序导纳，Y0—信号源投入前零序导纳；

Kmod—主判据整定值；其主要与电阻器阻值R0、装置测量计算误差、暂态过渡时间常数等因素有关。

Kmod值选取以信号源电阻器阻值R0作为参考，取为：

。

零序导纳变化量判据同样存在各类干扰，容易造成装置的误判，如配电网运行方式变化等。

由于使用零序导纳变化量判据的小电流选线装置可以获取零序电压，因此使用零序电压作为辅助判据，即：

U0＞Kf

式中:

U0—测量点零序电压值，Kf为整定值。

以上两式构成小电流接地系统单相故障选线定位零序导纳变化量原理，满足以上两式则判定为单相接地故障线路，同时根据相电压值判断接地相。

4.2零序电流变化量判据

户外信号源投入前后零序网络将发生变化，序网络的变化将会造成网络中分布的零序电流的变化。

定义零序电流变化量为：

式中：

为投入电阻器之前某条线路测量点的零序电流值，

为投入电阻器之后某条线路测量点的零序电流值。

由此确定零序电流变化量判据为：

＞ε

＞ξ

式中：

ε、ξ为整定值。

对于位于故障线路故障点之前的测量点，由于投入电阻通常增大了故障电流，也就是增大了零序电流，因此△

＞0；对于位于故障线路故障点之后和非故障线路的测量点，由于投入电阻器减小了系统零序电压值，因此有△

＜0。

4.3零序阻性过电流

户外信号源投入后接地故障线路的零序阻性电流量会显著增加，采用此特征可构成零序阻性电流判据。

零序阻性电流量计算公式为：

IR0=I0cosφ0

其中：

φ0为零序功率因数角即零序电压与零序电流相位差，此处认为IR0＞定值即满足动作条件。

高阻状态下零序阻性电流量值明显减小，灵敏度明显降低；不同的网络零序阻性电流分布会有差异，整定只能根据经验值，相对困难些。

定值整定参照公式：

Izd=U/（Rs+Rg）

其中Izd为整定电流，单位A，U为单相接地电压，可取相电压，单位V，Rs为信号源电阻固定400Ω，Rg接地电阻，推荐值200Ω

4.4母线绝缘监察（PHIZa）

母线绝缘监察功能采用“母线绝缘检测（PHIZa）”模块实现。

两段母线绝缘监察判别方法相同，以Ⅰ段母线为例：

当Ⅰ母TV开口三角电压（3U0）大于定值，且某相电压低时报接地故障。

其原理框图如图4-2所示。

4.5测控功能

装置自互感器采集两段母线的三相电压、零序电压、各线路零序电流，运用Fourier算法计算各相模拟量的有效值及有关计算量，每段母线模拟量角度分别计算，角度值均以相应段母线A相电压为参考向量基准值，计算角度时装置默认线路1～9在Ⅰ段母线，线路10～18在Ⅱ段母线；频率也是以本段母线A相电压产生的方波计算得到。

遥测全数据包括的内容见表4－1。

表4－1：

测量值清单

测量值名称

备注

零序电流

3I01、3I02、3I03～3I018

Ⅰ段母线电压

Ua1、Ub1、Uc1、Uab1、Ubc1、Uca1、3U01

其中Uab1、Ubc1、Uca1由Ua1、Ub1、Uc1计算而得，以下同。

Ⅱ段母线电压

Ua2、Ub2、Uc2、Uab2、Ubc2、Uca2、3U02

4.6遥信单元

本装置开关量输入电路共31路，开关量输入辅助电源可选用本装置提供的24V或220V／110V直流电源，也可选用外部提供辅助电源24V、220V／110V等（订货说明）。

开关量输入经光电隔离后转换成数字信号，从而取得状态信号，变位信号。

信号量的采集带有滤波回路，装置CPU每次进入采样中断查询一次开关量状态，有变位即进行记录。

信号采集具有防止触点抖动能力，即某一位状态变位后，在一定的时限内该状态不应在变化，如果变位，则该变化将不被确认。

因此，每一位信号的采集都带有可整定的防抖时限，以确保信号功能的准确性。

装置初始化的防抖时限默认值为10ms。

4.7故障录波（RADRa、RADRb、RBDRa、RDREa）

故障录波的启动方式，录波长度等均可灵活设置，修改方法参见相应的技术说明书有关章节。

装置默认采用保护动作启动录波方式，其中触发前0.08s、触发后3.0s（录波定值可根据实际需要整定）,可完整的体现一次故障的全过程。

同时录波数据以COMTRADE格式存于内部磁盘中，可长达10Mbyte，最多保存32组故障录波。

此外，装置可以通过手动录波功能实现负荷录波，便于用户分析负荷特征得到稳定运行数据。

4.8通讯功能

装置采用IEC61850标准协议实现通讯功能，遵从IEC61850的实现机制和建模标准。

支持双以太网通讯方式及电力行业标准DL／T667-1999（IEC60870-5-103标准）的通讯规约，其通讯模型及一致性声明详见相应的技术说明书及其它相关文档。

配有以太网，双网100Mbps，超五类双绞线或光纤通讯接口。

4.9对时

装置采用软对时与对时脉冲相结合的同步授时方案，自动与对时服务器实现时钟同步并通过对时脉冲保证时刻的准确性。

4.10自检

装置自检元件（GCHK）实现对装置各硬件回路工作情况实时顺序检验，自检项目内容顺序为：

CPU、RAM、NVRAM、FLASH、I2C、人机面板接口、A/D转换回路、出口自检回路、电源自检回路、保护定值、配置参数、实时时钟电路、实时时钟电池回路、液晶、软压板及逻辑节点运行状态等上电及实时自检。

当检验出RAM故障、A/D故障、出口自检故障、逻辑接点错误、定值及配置参数自检故障后，装置发装置硬件故障报告的同时启动BSJ闭锁出口回路；当检验出其它硬件故障时发装置硬件自检故障报告。

5使用说明

5.1人机对话板操作说明

装置设有大屏幕汉字液晶显示和7个按键，配有人性化操作菜单，为用户提供了友好的使用界面。

借助该界面可以很方便地浏览测量数据、报告信息、装置信息，修改定值及装置测试等功能，帮助用户及时准确地处理问题。

关键词说明：

带有数据信息的界面称数据界面，数据界面包括数据显示界面和数据修改界面，其中包含的每条信息称数据条目。

无数据显示，用于索引下级数据信息的界面，称为菜单界面，其中包含的每条信息称菜单条目。

当某菜单条目带有汉字反显示特性时，称该条目为当前菜单条目。

当数据条目带有汉字反显示或数据位下划线显示特性时，称该数据条目为当前数据条目。

当前数据条目处在汉字提示信息反显示选择状态时称该数据条目处于选择状态。

当前数据条目处在数据位下划线编辑状态时称该数据条目处于编辑状态。

5.1.1键盘功能

装置键盘见图5－1，各功能键的含义如下：

键盘功能综述：

上键：

显示光标上移或数字“加”，以下简称[↑]键。

在菜单界面内，按[↑]键可以向上循环选择当前菜单条目。

在数据修改界面内，当前数据条目为选择状态，按[↑]键可以向上循环选择当前数据条目；当前数据条目为编辑状态，按[↑]键可以使编辑位数据字符执行循环“加”操作。

下键：

显示光标下移或数字“减”，以下简称[↓]键。

在菜单界面内，按[↓]键可以向下循环选择当前菜单条目。

在数据修改界面内，当前数据条目为选择状态，按[↓]键可以向下循环选择当前数据条目；当前数据条目为编辑状态，按[↓]键可以使编辑位数据字符执行循环“减”操作。

左键：

显示光标左移，向上翻页，以下简称[←]键。

在菜单界面内，按[←]键可以向左选择当前菜单条目。

在数据修改界面内而且当前数据条目为选择状态，或在数据显示界面时，按[←]键可以向上翻页，显示上一页数据；当前数据条目为编辑状态时，按[←]键可以控制下划线光标循环左移动到要更改的数字位上。

右键：

显示光标右移，向下翻页，以下简称[→]键。

在菜单界面内，按[→]键可以向右选择当前菜单条目。

在数据修改界面内而且当前数据条目为选择状态，或在数据显示界面，按[→]键可以向下翻页，显示下一页数据；当前数据条目编辑状态，按[→]键可以控制下划线光标循环右移动到要更改的数字位上。

C键：

返回上级菜单，以下简称[C]键。

在菜单界面内或数据显示界面内，按[C]键可以回到上级父菜单界面。

在数据修改界面内，修改数据完毕时，这时还没有固化到装置记忆存储区。

如果该数据修改界面没有上级分项数据索引菜单，按[C]键，就会直接弹出是否确认数据修改提示界面，这时如果按[E]键，修改后的数据就会固化到装置记忆存储区，如果按[C]键就会取消本次数据修改操作，回到上级菜单；如果该数据修改界面有上级分项数据索引菜单，按[C]键，就会进入上级分项数据索引菜单，这时再按[C]键，就会弹出是否确认数据修改提示界面，这时如果按[E]键，修改后的数据就会固化到装置记忆存储区。

E键：

进入下级菜单或切换数据条目状态或数据确认修改，以下简称[E]键。

在菜单界面内，按[E]键可以进入下级子菜单界面或下级数据界面。

在数据修改界面内，当前数据条目为选择状态时，按[E]键切换到编辑状态，以便修改某位数据；当前数据条目为编辑状态时，按[E]键执行切换到选择状态，以便选择其它数据条目。

在确认数据修改提示界面，按[E]键，修改后的数据就会固化到装置记忆存储区。

R键：

复归面板保护动作信号灯，简称[R]键。

5.1.2静态工作界面

装置上电后即进入静态工作界面，该界面主要显示主接线、测量值、时间日期等，见图5－2。

可根据现场实际情况可重新设置主接线、测量值显示的内容，下方提示行固定显示：

当前时间、网络连接状