TLX99微机消谐小电流接地选线综合装置说明书.docx

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TLX99微机消谐小电流接地选线综合装置说明书

1．概述………………………………………………………2

2．装置用途及特点…………………………………………3

3．装置功能…………………………………………………4

4．装置组成及原理…………………………………………5

5．技术指标…………………………………………………7

6．装置结构及安装接线…………………………………10

7．使用与维护……………………………………………13

8．订货须知………………………………………………27

9．零序电流的接入方法…………………………………27

10．装置现场调试方法……………………………………29

11．附录……………………………………………………31

附录1（装置通信协议）……………………………31

附录2（装置组屏接线端子排图）…………………39

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。

这个问题很长时间以来没有得到很好的解决，制约着配电网自动化的发展。

自20世纪80年代中期微机型选线装置投入运行以来，各厂家先后提出了多种选线原理，并研制基于这些选线原理的多种产品，但这些产品的选线准确性很低，远未达到实用化的程度，用户不用麻烦用了也麻烦，因此，自动选线技术在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式。

为了揭开以往选线失败之谜，本所研制人员与国内著名高校合作对小电流接地选线技术进行了系统研究，并对国内厂家的产品存在的问题进行了认真的分析，发现微机型小电流接地选线装置误判率高一般发生在接地电流很小即高阻接地的场合,主要原因是：

1）硬件性能低或存在缺陷

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。

采用8位或12位A/D，转换精度低，当接地电流很小时，A/D转换的数据已不能满足选线精度的要求。

对噪声的处理电路简单，因此当接地电流很小时，信号被噪声淹灭，导致选线错误。

接地电流变化范围大，从几十毫安到几十安，变化范围上千倍，虽然许多厂家都宣称能自动跟踪零序电流变化，但并没有相应的硬件和软件来保证，为了保证接地电流较大时不饱和，只能牺牲接地电流小时的选线精度。

2）软件算法简单

由于硬件性能低，一些先进的算法和判据不能应用，只能采用一些简单的算法，有些厂家宣称采用了多种判据，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。

4）零序电流失真严重

许多零序电流互感器死区太大，零序电流很小时，副边无输出，因此接地电流小时容易误判。

经过多年研究，本所攻克了上述四个难题，研制出TLX99微机消谐小电流接地选线综合装置。

该装置当输入零序电流大于2mA时即可准确选线，并且适用于变电站各种运行工况，解决了多年来困扰用户和厂家的难题。

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）国内首家采用综合判据选线理论与方法，应用模糊决策理论确定选线结果，使每种选线原理最大限度发挥作用，选线精度大大提高。

2）国内首家采用双CPU结构，一个CPU负责管理键盘，液晶显示，通信等人机接口；一个专门负责数据采集，运算，接地选线处理，大大提高了系统的可靠性和快速性。

3）国内首家采用DSP（数字信号处理器）芯片作为核心运算控制单元。

与单片机相比，集成度高，抗干扰能力强，可靠性高，运算速度快（为80196运算速度的10倍）。

4）采用14位高速A/D转换芯片，数据采集速度快、精度高，为接地电流很小时的选线准确率提供了硬件保证。

5）采用高性能硬件滤波电路和高性能数字滤波器相结合，提取有用信号的能力及抗干扰能力大大加强。

6）该装置采用了瞬态抑制电路，抗雷击等强干扰能力强。

7）国内首家采用小波变换技术。

8）本装置具有在线自检功能，正常工作的同时，可对装置自检。

9）装置零序电流输入最小可达2mA，保证在接地电流很小时（高阻接地）能准确选线。

10）本装置同时具有接地选线及消谐两种功能。

3．装置功能

3.1接地选线

可完成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。

3.2故障报警

当发生线路或母线单相接地故障、系统谐振故障、装置失电时产生报警信号。

3.3保护跳闸

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消谐功能

当检测到系统出现谐振时，通过输出消谐驱动信号对系统谐振进行消除。

3.5显示功能

以中文方式显示实时时钟、装置运行状态、系统配置参数、接地或谐振故障的母线或线路序号，故障起止时间等。

3.6设置功能

通过汉字菜单提示用户设置或修改母线参数、线路参数、实时时钟、通信方式、整定时间、系统有无消弧线圈、系统有无保护跳闸等。

3.7通信功能

装置具有完善的通信功能，RS–232、RS–485通讯接口和通信速率可通过菜单选择。

3.8故障追忆功能

可追忆查询最近16次接地故障和16次谐振故障。

3.9装置在线自检功能

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该装置硬件采用双CPU结构，一个CPU为数字信号处理器（DSP），主要负责数据采集、数据处理，DSP芯片因其可靠性高，数据处理速度快，价格昂贵，最早主要用于军工及航天产品，随着产量的增加，价格不断下降，现在已广泛用于工业数据处理；另一个CPU采用高性能单片机，主要负责数据通信、键盘、液晶显示等人机接口工作。

双CPU再配上高速14位A/D转换芯片，使每周波数据采样点数达128点。

高性能的硬件为复杂先进的算法和判据提供了运行平台，而许多厂家采用的是单CPU，并且只是一个单片机。

4.1.2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。

4.1.3该装置采用了高性能的硬件滤波电路，当接地电流很小时，信噪比也很小，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对提高选线准确性十分重要。

4.1.4该装置采用了瞬态抑制电路，抗雷击等强干扰能力强。

4.2选线原理

我国的3KV-66KV配网系统接地方式及运行方式千变万化，而每种选线原理都存在一定的局限性，基于某一选线原理的装置不可能在任何场合都能准确选线，这就是许多厂家的产品在甲地能准确选线在乙地就不能准确选线的原因，目前国内有些厂家推出了有几种判据的选线装置，但只是利用几种选线原理分别判断，并未对这些结果进行科学的分析和综合，有时出现几种结果互相矛盾的情况。

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：

4.2.1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，并在国内首家采用小波变换技术进行接地选线。

4.2.2基波群体比幅比相法

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。

4.2.3首半波选线法

单相接地故障时的暂态电流虽然很复杂，但是发生故障时的最初半个周波内的信号最强，并且满足故障线路零序电流与正常电路零序电流极性相反的特点。

4.2.4能量函数法

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，能量函数法通过计算能量函数E=∑U0（K）I0（K）的值来体现有功分量的大小和方向。

4.2.5电流增量法

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，电流增量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。

4.2.6谐波法

如果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相位。

谐波法通过谐波分析的方法提取能量最高的谐波频带，避免使用单一谐波频率而导致误选。

5．技术指标

5.1适用电压等级：

1～2个；

母线段数：

14路可接1～2段母线，28路以上可接1～4段母线。

5.2适用检测回路数：

TLX99／1A（B）型：

14路；

TLX99／2A（B）型：

28路；

TLX99／3A（B）型：

42路；

TLX99／4A（B）型：

56路。

5.3检测输入量：

5.3.1零序电压Uo

由电压互感器（PT）开口三角绕组接入；

整定范围Uozd=20～100V，级差1V，出厂设置为30V；

5.3.2零序电流Io

零序电流互感器副边电流Io：

2mA~1A；

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动作时间：

跳闸输出延时：

0～65535S，级差1S。

5.5装置电源：

交流220V士20％，50Hz；

直流220V士20％；

保险额定容量1A。

5.6启动方式：

零序电压幅值越限Uo≥Uozd时启动

式中：

Uo为单相接地或谐振故障时零序电压，Uozd零序电压启动整定值。

5.7报警输出：

接地报警、谐振报警、装置失电报警。

5.8跳闸输出：

继电器跳闸输出触点数量

TLX99／1B型：

14对；

TLX99／2B型：

28对；

TLX99／3B型：

42对；

TLX99／4B型：

56对。

5.9继电器输出触点容量：

AC220V，DC24V，5A；

DC220V，5A（需订货时说明）

5.10功耗：

机内PT、CT功耗：

PT＜0.5VA，输入电压100V时；

CT＜0.1VA，输入电流1A时。

整机功耗：

≤30VA

5.11响应时间：

故障显示：

≤2s；准确计算接地线路时间：

1.2s

5.12通信接口：

RS–232C（三线）；RS–485（二线）

5.13重量：

小于15Kg

5.14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。

5.15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．装置结构及安装接线

6.1装置的外形及安装尺寸：

1）装置外形尺寸如图2所示；

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装置结构及端子定义

装置由主板、键盘显示板、底板、电源插件、信号输入插件、跳闸输出插件组成。

各板卡及插件位置如图4所示。

图4板卡及插件位置图

装置采用插拔式结构，各功能插件都插在底板上，各功能插件之间的信号传输通过底板完成，各种插件从机箱后面板直接插拔，各插件位置及信号定义如图5所示：

图5装置后面板图

从装置后面看，从左至右依次为电源插件，跳闸输出插件4、跳闸输出插件3、跳闸输出插件2、跳闸输出插件1、信号输入插件4、信号输入插件3、信号输入插件2、信号输入插件1。

6.2.4功能插件介绍

1）电源、报警、通信插件

电源部分为本装置提供工作电源，可输入220V交流或220V直流电源，L/＋端接交流电源的L端或直流电源的正极，N/－端接交流电源的N端或直流电源的负极，FG接电源的地端；

报警部分用于报警输出，输出为空接点方式。

KA1+、KA1－为接地报警输出，KA2+、KA2－为谐振报警输出，KA3+、KA3－为装置失电报警输出；

通信部分为本装置与上位机的通信接口，用户可根据现场情况选用RS–232C或RS–485通信方式。

2）跳闸输出插件

跳闸输出插件用于断开接地故障线路，每个插件可控制14个断路器，左右并列两个端子为一对输出接点。

接点容量有两种：

AC220V或DC24V，5A；DC220V，5A（订货时说明）。

3）信号输入插件

信号输入插件用于输入零序电压和零序电流。

每个信号输入插件可接入14路零序电流，2路零序电压，左右并列两个端子为一对输入接点。

6.3装置接线

1）零序电压与零序电流对应原则：

即第一段母线零序电压与接入该段上的零序电流回路对应，第二段母线上零序电压与第二段上零序电流回路对应，其余类推。

2）出线上接有接地变压器或消弧线圈的线路零序电流不引入本装置，该线路接地时，装置显示母线接地。

3）环网线路只接入其中的一条线路。

4）通过一个断路器引出两条以上的电缆时，若末端不连在一起，则作为两条线路处理；若末端连在一起则作为一条线路对待，可将所有电缆加装一个大内径零序电流互感器，也可每条电缆装一个零序电流互感器，此时须将所有零序电流互感器的二次输出端并接然后引入本装置。

5）跳闸回路端子的编号与零序电流端子的编号相对应。

如：

XXX回路的零序电流输入接I1端子，则该回路跳闸信号应接到编号为1的跳闸输出端子。

7．使用与维护

7.1装置前面板功能说明

装置前面板主要包括三部分：

装置运行状态指示灯；由8只按键组成的键盘；汉字液晶显示屏。

7.1.1面板状态指示灯说明

○

○

○

○

○

○

○

○

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

母线接地

母线谐振

○

○

○

○

○

○

○

○

+5V

+12V

-12V

跳闸

接收

发送

运行

故障

图6装置面板状态指示灯布置图

面板上第一排左4个指示灯为接地故障母线段号指示，有接地故障出现时亮，无接地故障时灭；

右4个指示灯为谐振故障母线段号指示，有谐振故障出现时亮，无谐振故障时灭。

“+5V”，“+12V”和“－12V”为装置内直流电源指示灯，装置内直流电源正常时亮；

“跳闸”指示为有接地故障时，装置发出跳闸动作的指示灯，跳闸时指示灯亮，无跳闸时灭；

“接收”和“发送”指示为通信接口接收数据和发送数据的指示灯，有数据接收或发送时闪动；

“运行”灯指示装置工作状态，正常时闪亮；“故障”指示灯当装置内部运行出现故障时亮，故障排除后灭。

7.1.2按键说明

本装置共设有8个按键，位置安排如图7所示：

复位

密码

退出

←

→

↑

↓

确认

图7装置面板键盘布置图

按键从左到右依次为“复位”，“密码”，“退出”，“左移”，“右移”，“上移”，“下移”和“确认”键，各键的基本功能如下：

“复位”键——用于装置的系统复位，使装置重新启动运行。

复位后，不影响系统的配置，各种设定值和实时时钟。

“密码”键——在正常运行状态下，按此键进入密码设置或修改。

“退出”键——用于退出当前子菜单，返回上一级菜单；同时使在本级菜单内的未保存的操作无效。

“左移”键——即“←”键，用于在同一画面中，向左移动数据段光标的位置。

“右移”键——即“→”键，用于在同一画面中，向右移动数据段光标的位置。

“上移”键——即“↑”键，用于改变数据段光标处的数值（0－9），或用于光标位置在上、下行或前后页之间的切换。

“下移”键——即“↓”键，用于改变数据段光标处的数值（0－9），或用于光标位置在上、下行或前、后页之间的切换。

“确认”键——用于使画面中光标所在位置的选择或已设定数据有效，进入下一级菜单或保存已设定数据并进入下一画面。

7.2操作说明

按照端子接线图接好零序电压和零序电流进线以及跳闸继电器输出接线，检查无误后，打开装置电源开关，该装置开始工作。

7.2.1系统上电或工作中“复位”键被按下，系统首先进入自检状态，液晶显示如下画面：

接地检测装置

系统自检…

＊自检过程包括：

1．DSP自检

2．RAM自检

3．A/D通道自检

4．通信自检

若自检结果不正确，装置立即自动重复三次自检操作。

若仍不正确，则依据错误发生的位置显示自检结果：

1.DSP正常/异常

2.RAM正常/异常

3.A/D正常/异常

4.通信正常/异常

＊显示异常表示该处存在故障，当故障未解除时，保持显示此画面，系统处于暂停状态。

此时，操作员应关闭电源，仔细检查故障原因，排除装置故障后，方可重新启动。

若自检结果正确，则自动进入运行状态，在未检测到任何故障时，液晶显示如下画面，也是系统显示的“主菜单”：

■追忆□设置

□显示□选项

****.**.**

**.**.**

＊实心方块所在项表示系统当前状态

———日期

———时间

系统主菜单显示有四个供选择的操作内容和当前日期与时间。

按“↑”，“↓”，“←”或“→”键可改变光标位置，在光标所在的位置按“确认”键进入对应功能子菜单。

7.2.2在“主菜单”下，若选择“追忆”功能，则进入“故障追忆”子菜单，显示：

故障追忆

■接地故障

□谐振故障

此时，按“↑”键或“↓”键可改变光标位置；按“确认”键进入对应显示功能画面。

按“退出”键，则退出“故障追忆”菜单，返回“主菜单”。

1）在“故障追忆”菜单下，若选择“接地故障”，则进入“接地故障追忆”显示画面：

接地故障追忆01

****.**.**

**:

**:

**

*段母线***号线路

----“01”为故障记录序号

----起始时刻/恢复时刻

----故障线路编号

画面显示过去出现过且已经检测到的接地故障信息，分别为故障序号、故障的起始日期和时间、故障的结束日期和时间，接地故障线路编号。

通过按“↑”键或“↓”键，可反复查阅最近的16次接地故障信息；在遇到没有故障信息记载时，显示：

接地故障追忆

无追忆内容！

此时，按“退出”键，则退出“接地故障追忆”显示画面，返回“故障追忆”菜单。

2）在“故障追忆”菜单下，若选择“谐振故障”选项，则进入“谐振故障追忆”显示画面：

谐振故障追忆01

****.**.**

**:

**:

**

*段母线

画面显示过去出现过且已经检测到的谐振故障信息，分别为故障序号、故障的起始日期和时间，谐振故障母线序号。

通过按“↑”键或“↓”键，可反复查阅最近的16次谐振故障信息；在遇到没有故障信息记载时，显示：

谐振故障追忆

无追忆内容!

此时，按“退出”键，则退出“谐振故障追忆”显示画面，返回“故障追忆”菜单。

7.2.3在“主菜单”下，若选择“显示”功能，则系统画面显示如下：

电压：

U1=000.0V

U2=000.0V

U3=000.0V

U4=000.0V

在以上画面按“↑”或“↓”键即可以查看所有零序电压或零序电流的测量值。

7.2.4在主菜单下，若选择“设置”功能，则系统提示输入“操作密码”，显示：

请输入密码

****

——光标在左边第一个数字处闪烁

按“确认”键则表示密码输入完毕。

若密码输入错误，则显示

密码输入错误

在此画面下，按“确认”键也可以进入“系统设置”菜单，但只能查看不能修改。

若密码输入正确，则进入“系统设置”菜单，显示画面：

系统设置

（1）

■设置母线

□设置线路

□设置时钟

此画面为“系统设置”菜单第一页，连续按“↓”键可进入“系统设置”菜单第二页。

系统设置

（2）

□设置电压系数

□设置通讯方式

□设置消弧线圈

此画面为“系统设置”菜单第二页，按“确认”键可进入光标对应的设置画面。

1）在“系统设置”菜单下，若选择了“设置母线”选项，则显示“设置母线”画面：

设置母线

PT1:

1段母线

Uozd1＝***V

电压整定值范围是20V—100V。

按“退出”键则所做修改无效，并返回“系统设置”菜单；按“确认”键则所做修改有效并自动保存，进入下一画面。

设置母线

PT2:

2段母线

Uozd2=***V

设置母线

PT4:

4段母线

Uozd4=***V

按照上述方法可以完成所有4条母线的设置。

2）在“系统设置”菜单下，若选择“设置线路”选项，则显示“设置线路”画面：

设置线路CT01

*段母线***路

按“退出”键则所做修改无效，并返回“系统设置”菜单；按“确认”键则所做修改有效并自动保存，进入下一画面。

设置线路CT02

*段母线***路

设置线路CT56

*段母线***路

按照上述方法可以完成所有56条线路的设置。

3）在“系统设置”菜单下，若选择“设置时钟”选项，则显示“设置时钟”画面：

设置时钟

****年**月**日

**时**分**秒

画面显示装置当前时间，输入新时间后，按“确认”键则所做修改有效，画面显示重新设置后的新时间。

4）在“系统设置”莱单下，若选择“设置电压系数”选项，则显示“设置电压系数”画面。

系数：

U1=1.000

U2=1.000

U3=1.000

U4=1.000

在以上系统画面你如果想更改零序电压计算系数。

按“←”键或“→”键可改变光标的位置；按“↑”键或“↓”键可改变光标处的数值（0－9）；按“确认”键则表示将更改完的零序电压系数保存。

5）在“系统设置”菜单下，若选择“设置通信方式”选项，则显示“设置通信方式”画面：

设置通信方式

本机地址：

***

接口方式：

RS-***

波特率：

******

画面显示装置原来设置内容，包括本机地址号，通信接口方式（RS–232，RS–485）以及波特率。

通信接口方式可选择