MJD单相接地故障管理系统技术说明方案.docx

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MJD单相接地故障管理系统技术说明方案

MXJD单相接地故障管理系统

说明书

编制：

安徽一天电气技术有限公司

ANHUIONESKYELECTRICTECH.CO.,LTD.

概述

在我国3~35KV中压输配电系统中，大部分采用中性点不直接接地方式，即中性点不接地或经消弧线圈接地。

中性点不直接接地方式在单相接地的状态下，系统线电压仍可保持三相对称而不影响用电设备的正常工作。

所以，采用中性点不直接接地方式输配电系统的供电可靠性要远高于中性点直接接地的输配电系统。

这是中性点不直接接地方式最大的优点，也是我国长期坚持在中压输配电系统中使用这种接地方式的基本原因。

但是，从多年的运行经验和近年来中压输配电系统的发展情况看，中性点不直接接地方式也给中压输配电系统带来了一些问题：

1.中性点不直接接地系统容易发生高压震荡，从而引起各种过电压。

2.中性点不直接接地系统中发生单相接地故障时，通常表现为弧光接地的形式，此时非故障相线路对地电压最高可升至3.5倍额定相电压。

这种遍布整个系统的过电压往往会在系统绝缘薄弱处引起对地闪络。

同时，接地电弧容易灼伤接地处的线路绝缘，特别是电缆线路，接地电弧容易烧穿电缆的相间绝缘而造成电缆相间短路，引发“电缆放炮”。

另外，在弧光接地的过程中，由系统电磁参数的变化而引起系统发生激烈的电磁震荡。

在震荡过程中，系统对地电容的充放电电流会在电弧熄灭和故障消除时通过系统中的电压互感器的中性点形成回路。

该直流电流往往远大于电压互感器的额定电流，从而造成互感器的铁心饱和，一次侧电流因而急剧增大，熔断电压互感器保险丝，甚至烧毁电压互感器。

3.难以确定发生单相接地故障的支路。

目前市场上基于小电流选线原理的单相接地故障选线装置，在系统发生单相接地故障时，采集流过各支路的零序电容电流的大小和方向并经过不同的分析方法来确定发生单相接地故障的支路。

由于系统零序电容电流信号小，并且会受到故障点的状态、位置等等多种因素的影响，检测的准确性不高，从而给用户的用电安全带来隐患。

而应用于中性点经消弧线圈接地的系统时，原有基于功率方向选线原理的选线装置更是无法使用。

4.现有的故障电压监测装置对系统遭受的弧光、雷电、操作等暂态过电压不能真实的进行记录、分析。

在中性点不直接接地系统发生单相接地故障时，单相接地故障管理系统具备快速准确的选线，有效的故障处理以及全过程电压监测等多种功能。

第一章技术特点及适用范围

1.1主要特点

MXJD单相接地故障管理系统针对中性点不直接接地系统开发的，适用于电力系统发电厂、变电站及钢铁、煤炭、石油化工等大型厂矿企业。

●较强的通用性和灵活性。

它适用于3~35KV中压输配电中性点不直接接地系统中，可根据用户的不同系统灵活组装配置，满足现场要求。

●交流模拟信号数字传输，提高了信号采集的准确性和抗干扰性。

●具有实时高速采集系统运行数据，快速判断系统各种状况。

●主控制部件采用32位高性能DSP，全中文界面，同时通过Ⅳ级电磁抗干扰型式试验；

●采用高精度硬件时钟芯片，控制器掉电后仍可正常计时。

●控制器具有20个事件顺序记录且掉电不丢失功能。

●具有自检功能，可对控制器主要部分进行检测分析并记录、存储，便于维护。

●控制器为分板插件、板式结构，封闭、加强型标准4U半机箱单元，抗强振动。

1.2适用范围使用环境

1.2.1适用范围

●适用于3~35KV中性点不接地电力系统；

●适用于电缆线路为主的电网、电缆与架空线的混合电网。

1.2.2使用环境：

●使用环境温度-20℃～+40℃；

●空气相对湿度≤90%（+20℃）；

●海拔不超过1000米（超过时需在订货时说明）；

●使用环境的周围介质无爆炸危险，不应含有腐蚀性气体，所含导电尘埃的浓度不使绝缘水平降低到允许极值以下。

●无导电灰尘存在；

●无剧烈震动的场所；

●室内安装。

第二章工作原理及主要功能

2.1工作原理

在中性点不直接接地系统中，单相接地故障管理系统通过接地变压器引出一个中性点，该中性点与高压可控硅串联后与地相连。

当系统某一支路发生单相接地故障时，主控制器检测到接地信号后迅速触发可控硅导通，故障支路流过一个大小可控的脉冲电流，故障支路零序CT检测到该脉冲电流后，通过采集单元发送给主控制器，主控制器判断故障支路、故障类型及故障时间等。

根据单相接地故障的性质，接地故障管理系统采用不同的工作方式，消弧线圈和真空接触器互相配合，互相保护，使系统供电的可靠性和安全性大大提高。

当系统发生单相接地故障时，接地故障管理系统完成选线后迅速启动故障相真空接触器，真空接触器转移流过故障点的高频接地电容电流，消除系统弧光过电压，然后调谐消弧线圈，打开故障相的真空接触器。

在真空接触器打开过程中，消弧线圈补偿系统接地电容电流，避免系统接地电容电流再次流过故障点，防止故障支路特别是电缆支路由单相接地故障发展为相间短路事故，同时能有效防止真空接触器打开时产生操作过电压。

如果故障点绝缘恢复，系统恢复正常运行，接地故障管理系统退出消弧线圈；如果故障点绝缘没有恢复，接地故障管理系统再次迅速启动故障相真空接触器转移故障点电流，然后退出消弧线圈，保证系统2小时供电。

同时全电压监测装置把电力系统在故障状态以及遭受雷电、操作等冲击时的电压波形完整的进行录波、处理、分析，供用户进一步分析电力系统的工作状态。

MXJD单相接地故障管理系统应用原理图

2.2技术性能

MXJD单相接地故障管理系统结合了当前中性点不直接接地系统和中性点直接接地系统各自的优点，既保持了传统的中高压中性点不直接接地系统发生单相接地时，能持续运行2小时的优点，又能克服该系统发生单相接地时选线不准确等缺点。

概况起来，该系统有如下技术性能：

●单相接地故障管理系统控制器设置RS485通讯接口，配有标准MODBUS通讯规约，与用户微机监控系统实现数据远距离传送。

●该管理系统的主控制器和脉选信号采集单元之间应具有通讯功能；

●系统发生间隙性弧光后，装置应在两个周波内把弧光接地转换成金属性接地，并将电弧电流减为零，从而使弧光熄灭，系统过电压被限制在相电压值的√3倍以内，最大可能地防止间隙性弧光接地故障的发展；

●由于系统中有重要的负载存在，装置在动作后，自身应能连续工作2小时以上，以保证不能停电的重要负载继续运行；

●不论是间隙性弧光接地、金属性接地、PT断线，还是系统过电压、低电压，测控装置显示屏上可显示出事故属性和相别、各相电压值，并准确记录各种异常状态下的技术数据，便于事故分析，同时测控装置提供无源报警触点；

●当发生金属或弧光接地故障时，测控装置显示屏显示弧光接地故障、三相电压值、开口电压值、系统接地电容电流值，测控装置输出动作信号使故障相接触器必须快速动作，同时提供接地报警输出；

●当发生PT单相断线时，测控装置显示屏显示PT断线故障、三相电压值、开口电压值，同时提供报警信号；

●当系统电压高于控制器整定的过电压值时，测控装置面板显示过电压故障、三相电压值、并提供报警信号；

●当系统电压低于测控装置整定的低电压值时，测控装置显示屏显示低电压故障、三相电压值、并提供报警信号；

●该管理系统能存储不少于20次的事故记录；

●该管理系统中脉冲式消弧线圈在发生单相接地故障时具有补偿系统接地电容电流，在真空接触器开断时具有抑制系统过电压的功能；

●该管理系统具有接地脉冲选线功能。

当系统发生单相接地故障时，装置选线过程应不大于30ms，同时有告警信号输出；

●该管理系统可对三相电压谐波、电压闪变、雷击过电压、操作过电压等进行?

实时监测、定时记录。

●该管理系统满足无人值班变电所要求。

第三章系统配置

3.1单相接地故障管理系统的型号及名称

MXJD-X/C/J-□-□

电容电流

额定电压

单相接地故障管理系统

注：

X-选线；C-处理；J-电压监测

额定电压（KV）：

7.2；12；40.5

电容电流（A）：

主要元件技术参数：

●YTM9860单相接地故障管理系统控制器及EPO?

控制器

工作电源:

110V、220VDC/AC

YTM9860单相接地故障管理系统控制器采用32位高性能DSP，3.5英寸宽屏工业彩色液晶显示屏，全中文界面，同时通过Ⅳ级电磁抗干扰型式试验；

EPO?

控制器采用视窗化全电压故障录波分析系统，实现了基于工控机的WINDOWSNT操作系统平台上真正32位的在线故障录波分析软件。

●接地变压器

10KV产品型号：

DKSC-180/10Zn接法；35KV产品型号：

DKSC-315/35Zn接法

为中性点不直接接地系统提供一个中性点，发生单相接地时提供一个零序电流通道。

●脉冲式消弧线圈

10KV产品型号：

XDC-10/60最大补偿电感电流60A；35KV产品型号：

XDC-35/30最大补偿电感电流30A；

●高压限流熔断器

10KV产品型号：

XRNT-12，额定电压：

12kV，额定电流：

31.5A；35KV产品型号：

XRNT-40.5，额定电压：

40.5kV，额定电流：

16A；

●高压可控硅组

型号：

KP8300-65高压可控硅，多只串联。

●高压隔离开关

10KV产品型号:

GN19-12C/630；35KV产品型号:

GN27-40.5/630A

●真空接触器

10KV产品型号：

JCZT-12/630；35KV产品型号:

JCZT3-40.5/630-2.5B

●宽频电压传感器

10KV产品型号：

ET-EVT-12；35KV产品型号:

ET-EVT-40.5

●脉冲式零序电流互感器

型号：

LXK-120

变比：

200/1

保护等级：

10P10

●脉选信号采集单元

和控制器保持实时通讯，并把零序电流互感器采集的模拟量转换成数字信号。

当发生单相接地故障时，故障支路的脉选信号采集单元采集到脉冲电流信号并实时发送到主控制器。

●管理系统后台

主控制器把系统运行数据实时传输到客户后台或管理系统后台，实现远程通讯、远程测量、远程监控。

3.2单相接地故障管理系统结构尺寸

该系统由脉选装置、综合处理装置、EPO全电压监测装置组成：

脉选装置示意图

综合处理装置示意图

EPO全电压监测装置示意图

第四章控制器使用说明

4.1技术参数

4.1.1通用参数

额定参数

控制器工作电源

AC/DC220V或AC/DC110V；

允许偏差-20?

～+10?

输入交流电压

100/

V或100V

输入交流电流

5A或1A或600mA

输入交流频率

50Hz

功率消耗

直流回路

正常工作时＜30W，动作时＜50W

交流电压回路

＜0.5VA/相（Un=100V）

交流电流回路

＜0.5VA/相（In=5A）；

＜0.3VA/相（In=1A）

环境要求

温度范围

-25～+55℃

相对湿度

不超过95%，机箱表面无凝露

大气压力

80～110kPa

工作位置

偏离基准位置不超过5°

物理性能

外形尺寸

高*宽*深=266mm*260mm*264mm

重量

<7.5Kg

4.1.2电气性能

a）绝缘电阻

在标准试验大气条件下，控制器各带电的导电回路对地之间，及电气上无联系的各带电的导电回路之间，用500V摇表，其绝缘电阻应不小于100兆欧。

b）介质强度

在标准试验大气条件下，控制器各带电的导电回路对地之间，及电气上无联系的各带电的导电回路之间能承受2KV工频耐压试验，一分钟无击穿或闪络现象。

c）冲击电压

在标准试验大气条件下，控制器各带电的导电回路对地之间，及电气上无联系的各带电的导电回路之间能承受冲击电压波形为标准雷电波，幅值为5KV的试验电压，无绝缘损坏。

d）抗电磁干扰性能

1）脉冲干扰试验

能承受频率为1MHz及100kHz衰减振荡波脉冲干扰试验，持续时间不少于2s；

2）静电放电测试

能承受GB/T14598标准Ⅳ级、试验电压8KV的静电放电试验；

3）辐射电磁场干扰测试

能承受GB/T14598标准Ⅲ级、干扰场强10V/m的辐射电磁场干扰试验；

4）快速瞬变干扰试验

能承受GB/T14598标准规定的Ⅳ级快速瞬变干扰试验。

4.1.3相关参数

定值参数

动作时限

0.01～99.99S

定值误差

＜±5%

动作时限误差

零时限误差≤30ms；

延时时间误差≤3%整定值

定值整定步长

0.01A或0.01V或0.01s

测量参数

遥测路数

8路

电流幅值

0.01～2A

电压幅值

0.5～120V

电流、电压精度

0.5级

频率测量误差

<0.05Hz

Ppp

刷新率

<1s

遥信参数

遥信路数

8路外部有源开入

分辨率

＜2ms

回路电压

DC220V或110V

网络参数

网络类型

CAN或RS485

通讯速率

CAN：

20K～500K可配置；

RS-485：

波特率可设

4.2产品特点

1、控制器工作原理成熟可靠。

2、双CPU工作、主CPU采用32位DSP处理器，辅助CPU采用ARMCortex-M3处理器

3、采用480*272真彩LCD液晶显示器

4、采用铁电存储技术及实时时钟。

5、控制器具备自检功能，可对控制器主要部件进行检测分析并记录、存储，便于维护。

6、控制器具有RS485、CAN通讯功能。

7、具有脉选、线圈消弧、触点消弧功能。

功能组合请查阅功能选型表。

8、菜单中有传动选项，可对控制器的输出、输入进行手动测试、提高现场检验、调试方便。

9、控制器为分板插件、整面板式结构，封闭加强型标准4U机箱单元，抗强震动。

10、控制器采用嵌入式系统、软硬件模块化，强抗干扰设计，适应于恶劣环境。

4.3开孔尺寸

控制器嵌入式结构，需要在开关柜面板上开孔，开孔尺寸如图1所示。

图1

图2

4.4接线图

4.4.1端子接线图

图3

4.5主要功能

4.5.1工作原理

控制器通过对母线电压、PT开口三角电压、电容电流等模拟量的实时采集、转换、计算，再与内部存储的定值进行逻辑分析、比较，从而对系统的金属接地、弧光接地及PT断线等做出准确判断并控制相应出口。

4.5.2硬件原理

控制器硬件电路主要由主板模块、人机交互模块、出口模块、电源及开入模块、模拟量采集模块、母联板模块组成。

4.5.3控制器功能表

控制器名称

YTM9860

主

要

功

能

脉冲选线

√

金属接地

√

弧光接地

√

触点消弧

√

线圈励磁

√

过电压

√

低电压

√

不平衡

√

PT断线检测、闭锁、报警

√

测

控

功

能

遥测采集和计算

√

遥信采集

√

遥控输出

√

通讯

√

对时

√

统计

√

追忆

√

自

检

功

能

掉电自检

√

内部故障自检

√

开出自检

√

4.5.4模拟量、开关量输入

模拟量输入：

控制器采集系统三相电压、开口三角电压、零序电流、外部闭锁零序电流等。

外部开关量输入：

控制器具有8路有源开关量输入，直流电压110、220V可选，具体可见后面端子定义图。

4.5.5脉冲选线

控制器具有脉冲选线功能，可以与现场安装的采集单元进行通讯，采集单元安装在现场的每条支路馈线柜的二次室，主控制器与所有现场的采集单元保持实时通讯，采集单元把零序电流互感器采集的模拟量转换成数字信号。

当发生单相接地故障时，故障支路的脉采集单元将采集到脉冲信号实时发送到主控制器。

4.5.6金属接地告警

控制器具有母线金属接地告警功能。

控制器通过对系统电压进行采集、计算、分析准确判断母线金属接地相别并输出无源告警接点，同时控制器保存母线电压、开口三角电压等参数，便于现场分析等。

4.5.7弧光接地动作

控制器具有母线弧光接地动作功能。

控制器通过对系统电压进行采集、计算、分析准确判断母线弧光接地相别并驱动消弧回路实现系统弧光接地的保护作用，同时控制器保存弧光接地时母线电压、开口三角电压、系统对地电容电流等参数，便于动作分析。

4.5.8低电压告警

控制器实时检测系统电压，当系统发生电压过低时，控制器产生低电压报告记录当时电压值，并输出告警信号。

4.5.9过电压告警

控制器实时检测系统电压，当系统发生操作或其他过电压时，控制器产生过电压报告记录当时电压值，并输出告警信号。

4.5.10电压不平衡告警

控制器实时检测系统电压，当系统发生电压不平衡时，控制器产生相应报告记录当时电压值，并输出告警信号。

4.5.11PT断线

控制器具有母线PT断线检查功能。

控制器采用DSP技术通过PT对系统电压进行采集、计算、分析准确判断母线PT断线，并输出无源告警接点，同时控制器保存母线电压、开口三角电压等参数，便于现场分析等。

4.5.12控制器异常

控制器上电后始终对控制器的通讯口、RAM、EEPROM等进行自检，一旦有故障将发出告警信号、并弹出相应的报告信息，方便用户定位查找原因。

4.5.13记录追忆

事故追忆有以下内容，可通过液晶查看：

1）时间（年、月、日、时、分、秒、毫秒）

2）动作、事件、录波的报告类型

3）动作、事件、录波的相关参数信息

4）报告顺序记录的序号，后进先出的原则

控制器可保存32个动作、32个事件、16个录波，并不因掉电或复位而丢失。

4.5.14通讯及对时

控制器可采用CAN或RS485组成单或双网与监控系统通讯。

CAN通讯波特率20K～500K可配置；RS485波特率默认9600bps，可修改，具有通讯对时功能。

4.6界面操作使用说明

4.6.1系统开机界面：

系统开机自检正常后，系统进入正常运行状态，默认的界面为：

图4

图4

正常启动后通过上下左右键切换，您可选择需要的一级功能菜单：

如图5所示

一级菜单为：

【浏览】【定值】【报告】【传动】【系统】【帮助】

图5

4.6.2系统菜单列表：

控制器系统菜单列表如图6所示

图6

4.6.3浏览功能

系统开机后进入默认界面如图4所示，通过上下左右按键选择对应的功能选择区（对应选择区的图标颜色变深）。

选择浏览功能，按确认键进入浏览功能二级菜单。

浏览功能的二级菜单如下图。

图7

二级菜单包含内容为：

【一次实时数据的显示】，【二次实时数据的显示】，【零序数据的显示】。

在二级菜单通过上下按键选择您需要浏览的实时数据（对应选择相变成红色字体）。

按确认键进入数据显示界面如图8所示的格式

图8

4.6.4定值功能

开机或操作后返回主界面菜单，主界面菜单如图4所示，通过上下左右按键选择对应的功能选择区。

选择定值功能，按确认键进入定值功能二级菜单。

二级菜单如图9所示。

图9

二级菜单包含内容为：

【系统定值设置】、【系统定值查看】、【系统密码修改】。

在二级菜单通过上下按键选择您需要操作的定值选项。

按确认键进入修改、显示数据界面如图10、11、12所示格式：

图10为定值的三级菜单，设置系统定值，在本界面通过上下左右键调整修改数据位的光标、通过加减键修改光标位的数据。

修改完成按确认键修改数据，在正式修改数据前需要输入系统密码。

修改成功/失败会提供相应的信息

图10

图11为定值的三级菜单，查看系统定值读取成功/失败会提供相应的信息。

图11

图12为定值的三级菜单，修改定值密码，系统密码是在修改定值时需要的重要参数。

超级密码为5555。

在本界面通过上下左右键调整修改数据位的光标、通过加减键修改光标位的数据。

修改完成按确认键修改数据。

修改成功/失败会提供相应的信息。

图12

4.6.5报告功能

开机或操作后返回主界面菜单，主界面菜单如图4所示，通过上下左右按键选择对应的功能选择区。

选择报告功能，按确认键进入报告功能二级菜单。

二级菜单如图13所示。

图13

二级菜单包含内容为：

【查看事件报告】、【查看故障报告】、【删除事件报告】、【删除故障报告】；

在二级菜单通过上下按键选择您需要操作的报告选项。

按确认键进入显示、删除数据界面如图14、15、16所示格式：

图14为报告的三级、四级菜单，在三级菜单【选择事件报告】页面通过左右键选择修改位，通过加减键修改数据，按确认键进入四级菜单，【事件报告内容】。

读取成功/失败会提供相应的信息。

图14

图15为报告的三级、四级菜单，操作方法和注意事项同【查看事件报告】

图15

报告二级菜单的【删除事件报告】和【删除故障报告】的操作方法一样，在二级菜单通过确认键进入删除报告事项，在正式删除数据前，有相关信息提醒。

报告数据删除成功与否有相关【返回信息】。

图16

4.6.6传动功能

开机或操作后返回主界面菜单，主界面菜单如图4所示，通过上下左右按键选择对应的功能选择区。

选择传动功能，按确认键进入传动功能二级菜单。

二级菜单如下图。

图17

二级菜单包含内容为：

【传动开出】、【传动励磁】、【查阅开入】；

在二级菜单通过上下按键选择您需要操作的传动选项。

按确认键进入输出、输入的数据界面如下图格式：

图18为传动的三级菜单，继电器传动功能。

测试控制器及柜体的控制回路的线路情况，需要检查开入的母联闭锁开关状态，开关断开时继电器传动功能失效。

图18

在三级菜单【继电器传动】界面，通过上下左右键调整需要传动的控制输出的继电器，通过确认键执行。

执行的结果会有相应的返回信息。

图19为传动的三级菜单，励磁传动功能。

测试控制器、柜体的励磁回路以及消弧线圈的情况，需要检查开入的母联闭锁开关状态，开关断开时励磁传动功能失效。

图19

在三级菜单【励磁传动】界面，通过上下左右键调整需要励磁传动的各种数据的数据位，通过加减键修改数据位的数据数值。

通过确认键执行。

执行的结果会有相应的返回信息。

图20为传动的三级菜单，查阅开入功能。

测试控制器、柜体的开入回路情况。

操作成功与否返回对应的数据。

读取成功返回如图20所示，0表示开入断开，1表示开入闭合。

图20

4.6.7系统功能

开机或操作后返回主界面菜单，主界面菜单如图4所示，通过上下左右按键选择对应的功能选择区。

选择系统功能，按确认键进入系统功能二级菜单。

二级菜单如下图。

图21

二级菜单包含内容为：

【系统设置】、【系统查看】；

图22

【系统设置】：

包含三级选项菜单【设置RS485】、【设置RTC】；

通过选择确认系列操作进入设置RS485功能后系统显示如图23所示：

图23

在设置RS485参数页面通过上下左右键调整需要修改的各种数据的数据位，通过加减键修改数据位的数据数值。

通过确认键执行。

执行的结果会有相应的返回信息。

通过选择确认系列操作进入设置RTC功能后系统显示如图24所示：

图24

在设置系统时间页面通过上下左右键调整需要修改的各种数据的数据位，通过加减键修改数据位的数据数值。

通过确认键执行。

执行的结果会有相应的返回信息。

通过选择确认系列操作进入系统查看功能后系统显示如图25所示：

图25

读取正确返回如上图25的数据格式，返回错误或超时返回相应的数据格式。

图25的波特率采用编码的方式返回，具体数据波特率查阅页面的注释。

4.6.8帮助功能

开机或操作后返回主界面菜单，主界面菜单如图4所示，通过上下左右按键选择对应的功能选择区。

选择帮助功能，按确认键进入帮助功能二级菜单。

二级菜单如下图。

图26

二级菜单包含内容为：

【故障录波】、【系统诊断】、【系统帮助】；

图27为帮助的三级、四级菜单，在三级菜单【选择录波报告】页面通过左右键选择修改位通过加减键修改数据，按确认键进入下级菜单，【故障波形分析参考】。

读取成功/失败会提供相应的信息。

图27

通