SYDGKJ工控机小电流选线.docx
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SYDGKJ工控机小电流选线
SYD-GKJ2000型小电流接地系统单相接地故障选线装置
一、前言
1.1概述
小电流接地系统是指中性点不接地以及经消弧线圈接地或高阻接地方式的电力系统，国内大部分66kV及以下电网都采用这种接地方式。
它的主要缺点是在发生单相接地故障时无法迅速确认问题出在哪一条线路上。
单相接地是中压配网系统中最常见的故障，发生接地后系统虽可继续带故障运行，由于非故障相对地电压升高了
倍，若不及时处理可能会发展为非故障相绝缘破坏继发相间短路的威胁。
及时准确地判定接地回路是快速排除单相接地故障的基础，实现判定接地故障回路的保护装置通常被称为小电流接地选线装置。
80年代后期，国内学者提出了群体比幅比相选线技术，并研制出了国内第一台选线装置。
第一代选线产品在90年代前期曾在国内得到过广泛地推广应用。
但是，由于早期选线理论和技术上的局限，第一代产品的灵敏度和准确率都不高，根据抽样统计，至90年代后期有85%以上的在线产品都相继退出了运行。
近几年来，随着新的选线技术的发展，及以工控机为硬件架构的采用，出现了新一代选线装置。
由于这种装置应用了多种选线技术，硬件结构稳定可靠，使选线技术有了质的飞跃，发展势头很猛。
我公司在总结了各种小电流接地选线方案成功经验和失败教训的基础上，应用当代计算机测控技术的新理念和新方法，对模拟信号处理、A/D转换、计算平台以及算法做了重大改进，研制出SYD-GKJ2000型智能小电流接地系统接地选线装置，最终突破了“选线准确率偏低”这一长期困扰人们的难题，使选线结果真正具有了实用价值。
该装置具有操作简单、用户界面友好、选线准确、运行可靠等特点，可正确区分系统谐振和接地。
采用标准部颁通讯规约，可与各保护生产厂家的综自设备接口；具备超大容量的故障记录和故障录波功能，可利用随机配备的波形分析软件，对故障录波数据进行事后调阅分析，为现场运行人员迅速处理接地故障提供了极大的方便。
1.2适用范围
本装置适用于0.4KV－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，可广泛用于电力系统的变电站、发电厂、水电站及化工、采油、冶金、煤炭、铁路等大型厂矿企业的供电系统，能够迅速可靠地指示出发生单相接地故障的线路。
1.3技术特点
SYD-GKJ2000型小电流接地系统接地故障选线装置拥有以下技术特点：
1.3.1SYD-GKJ2000型选线装置实时采集系统故障信号，应用多种选线方法进行综合选线，具体包括：
智能群体比幅比相法、谐波比幅比相法、小波法、首半波法、有功分量法、能量法等。
装置通过粗糙集理论确定各种选线方法的有效域，根据故障信号特征自动对每一种选线方法得出的故障选线结果进行可信度量化评估，应用证据理论将多种选线方法融合到一起，最大限度地保证各种选线方法之间实现优势互补。
为了避免故障信号受到干扰而导致误选，装置采用了连续选线方法，每隔一定时间（1秒）重新采集数据进行分析，只要故障没有消失，装置的选线计算就不停止。
1.3.2装置采用当今在业界具有领先技术的最新嵌入式工控机作为硬件平台，该型工控机采用超低功耗处理器和电子元器件，可配置IDE及固态电子硬盘，具有坚固、紧凑、防震、抗冲击、体积小、低功耗、独特散热设计、易安装、易维护、性能稳定，（无需风扇、无任何机械部件）可靠性非常强，满足恶劣环境下的工作条件的特点。
避免应用中功耗大带来的系统发热量大、工作温度上升，增加散热风扇与系统空间，电子元器件在高温下工作及风扇机械的寿命短都造成系统稳定性、可靠性降低，机器停止工作整个系统崩溃，控制失灵造成事故。
装置具有强大的整型和浮点运算能力和数据存储空间，同时配有标准的RS232/RS485/RS422通讯接口，能够提供完整的控制和通讯功能。
采用高达1Mbps的12bit高分辨率高速数据采集卡，以确保精确采集接地瞬间的暂态过程电流电压数据。
装置集成有一体的6.4”高亮度真彩液晶屏幕，内置标准键盘和两键式触摸鼠标，前置两个USB接口，结构紧凑，操作简单，方便实用。
1.3.3本装置选用高精度电压、电流互感器，精度：
0.2、角误差：
5’。
1.3.4对故障反应迅速，故障时间超过40ms即可正确选线，能够准确捕捉闪络放电型接地故障；灵敏度高，零序二次电流达到10mA即可准确选线。
1.3.5硬件自检智能化，采用硬件看门狗（Watchdog）技术，抗干扰、自检及自恢复能力强。
1.3.6具有超大容量的故障录波能力，录波数据存储容量大于100万次，利用随机配备的波形分析软件，在本机上即可以直观的进行波形分析，也可以通过USB接口或以太网接口取出录波数据，进行离线分析。
1.3.7配备标准串行通信接口（RS232或RS485/RS422），采用部颁标准CDT通讯规约，可以方便地和国内外各综自厂家的产品无缝对接。
1.3.8装置具有控制输出功能（可选），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。
1.3.9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；适用于不同电压等级（66kV、35kV、10kV、6kV、0.4kV）的系统。
1.3.10装置能准确识别直接接地、经电阻接地、经弧光接地、间歇性弧光接地等复杂的故障类型，在现场工作人员的配合下可以解决不同线路两点同相接地故障问题。
1.3.11选线装置具有自检功能，死机自动恢复功能，并能监视各线路出口处不平衡电流和各段母线不平衡电压。
1.3.12对于各种原因导致的意外断电，装置无须值班人员启动，当再次通电时，装置自动启动，给无人值守变电站带来很大的方便。
1.3.13系统采用Windows2000操作系统，具有良好的人机对话功能，易于操作人员掌握使用，运行稳定。
软硬件的扩展功能能力强，适于二次开发。
二、技术特性
2.1环境条件
（1）工作环境温度：
-10℃～＋55℃。
贮存环境温度：
-25℃～＋70℃。
（2）相对湿度：
最湿月的月平均最大相对湿度为90％，表面无凝结。
（3）大气压力：
80kPa～110kPa。
（4）海拔：
<2000米。
（5）无爆炸危险，无腐蚀性气体，无导电尘埃，无剧烈振动冲击源。
2.2技术参数
（1）装置电源：
交流220V、50Hz或直流220V（订货时注明）；
（2）装置功耗：
电源回路<60W；PT/CT回路≤0.5VA；
（3）接入装置的母线PT二次零序电压：
≤交流150V
（4）接入装置的出线CT最大二次零序电流：
交流1A（基本配置）—5A可调；
接入装置的出线CT最小二次零序电流：
交流2mA；
（5）继电器常开接点容量：
直流220V，2.5A；
（6）装置动作启动电压：
交流1—100V可调（默认设置交流20V）；
（7）母线段数：
2段、4段、6段
（8）出线数：
14路、28路、42路、56路；
（9）装置重量：
≤25KG；
（10）通讯：
接口RS232/RS485，波特率1200～9600bps可调；
（11）通讯规约：
部颁标准CDT规约（主动上传）；
（12）装置尺寸：
一个标准19英寸，4U机箱（宽482×高178×深480）。
（13）标准：
满足DL/T872-2004标准
三、选线原理
该装置在选线原理上突破了传统选线装置采用单一判据或几种判据机械罗列的缺陷，采用了综合判据选线理论与方法，采用测度理论和证据理论，引入可信度及加权系数两个指标，对每一种选线方法在不同运行方式和故障下选线结果的可信度做量化评估，根据可信度确定一个加权系数，构造一个判据函数，应用模糊决策理论，确定选线结果。
本装置综合应用了以下选线方法：
3.1．智能群体比幅比相法
对小电流接地系统，当系统发生单相接地时，故障线路零序电流等于所有非故障线路零序电流之和，故障线路零序电流方向与非故障线路零序电流方向相反（相位相差180°）。
本装置根据上述原理形成了基波群体比幅比相判据，考虑到不能安装零序电流互感器的架空线路的零序电流由三相CT合成，CT变比不同及CT的测量误差导致依靠零序电流幅值判断接地线路可靠性很低，因此本装置以相位做主要判据。
3.2．五次谐波法
对于中性点经消弧线圈接地系统，由于消弧线圈不能对谐波进行补偿，系统中五次谐波含量最大，因此可以采用系统中五次谐波分量比幅比相进行选线。
3.3．首半波法
根据发生故障的最初半个周波内，故障线路零序电流与正常线路零序电流极性相反的特点，比较首半波的零序电流极性进行故障选线。
3.4．小波法
小电流接地选线判据可分为暂态判据和稳态判据，暂态判据是利用系统接地瞬时的暂态数据进行选线，稳态判据则是利用系统接地过渡过程完成后的稳态数据进行选线，系统接地时暂态信号的幅值比稳态信号大，信噪比高，本装置采用了暂态判据，进行接地故障选线。
3.5．电流抽样法
对于自动调谐的消弧线圈，由于自动调谐消弧线圈自动跟踪系统电容，正常情况下消弧线圈处于过补偿状态，发生接地后自动调谐到全补偿状态，减小接地电流，电流抽样法利用调谐前后的零序电流变化进行选线，首先将调谐前后的零序电流折算到一个电压，然后比较各条线路的零序电流变化量，变化量最大的就是故障线路。
3.6．零序有功分量法
对于中性点经消弧线圈接地系统，消弧线圈不能补偿零序电流有功分量，因此故障线路零序电流有功分量与正常线路零序电流有功分差相位相反，并且故障线路零序电流有功分量幅值最大，通过计算能量函数E=∑U0（K）I0（K）的值来体现有功分量的大小和方向。
四、硬件配置
4.1选线装置外观
图（4-1）SYD-GKJ2000小电流接地选线装置
4.2嵌入式低工耗工业主板
如图（4-2）
采用高度集成及无风扇设计，性能卓越，稳定可靠，可广泛应用在环境恶劣的工业现场。
（1）工业级CPU卡,板载intelD410-超低功耗处理器。
（2）采用CPU内置集成控制器，支持VGA，单通道18位LVDS显示。
（3）板载可配1GDDR200/266MHz系统内存，1个CF卡接口，3个SATA接口。
（4）2个LAN10/100M以太网控制器,一个RJ45接口，4串1并2USB等多接口。
（5）看门狗超时中断或者复位系统
图（4-2）主板
4.3CT/PT滤波板
如图（4-3）
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变换后输入高精度CT/PT滤波板，经低通滤波器滤波后变换为平滑的电压信号送至A/D卡。
图（4-3）CT/PT滤波板
4.4A/D卡
如图（4-4）
本装置采用PCI数据采集卡，采样数据通过PCI总线存入寄存器，输入最大电压为正负5V，分辨率12位。
32路单端输入。
图（4-4）A/D卡
4.5开关量板
如图（4-5）
开关量板提供接地故障、电源掉电、装置异常、三个硬接点信号。
每路输出有1000
的高电压隔离，集电极开路电压达到40
，输出通道带有D型锁存器，有感性负载二极管保护回路，可以适用于现场的多种应用。
通道信号以继电器常开接点形式输出。
图（4-5）开关量板
。
6.5注意事项
6.5.1投运前需测试或准确计算系统电容电流，以保证选线装置参数设置正确。
6.5.2装置选线启动电压设定值根据现场绝缘装置整定值设置或由继电保护部门专门提供。
6.5.3装置出厂前已进行整机调试和试验，为了确保运输过程中没有问题，装置挂网运行前，应做系统调试，用户可自已调试或由我公司工程安装人员配合调试。
6.5.4对于架空线路出线，通常只用A、C两相CT。
必须加装B相CT，且与A、C相CT的精度和特性一致。
三相CT接成零序滤过器形式引入选线装置。
6.5.5装置供电电源200-240V，若不能满足要求应配稳压电源。
七、定货须知
SYD-GKJ2000新型工控机小电流接地故障选线装置产品定货类别说明
SYD-GKJ2000系列工控机小电流接地故障选线装置选型表
规格
可选线路
母线段数
订货周期（天）
功能
备注
SYD-GKJ2000/I
28
4
10
选线、报警
异常报警
SYD-GKJ2000/II
56
6
10
选线、报警
异常报警
SYD-GKJ2000/I-T
28
4
15
选线、报警、跳闸
双机箱
SYD-GKJ2000/II-T
56
6
15
选线、报警、跳闸
双机箱
八、SYD-GKJ2000选线装置开孔尺寸及背板图
8.1主机箱正视尺寸图
（图8-1）
8.2选线装置屏面开孔尺寸图
（图8-2）
8.3选线装置侧面安装图
（图8-3）
8.4主机箱背板图
（图8-4-1）4路电压28路电流主机箱背板图
（图8-4-2）6路电压56路电流主机箱背板图
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