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DEMXJ微机小电流接地选线装置

一、概述
      小电流系统是指:中性点不接地系统,中性点经消弧线圈接地系统或中性点经高阻接地系统。我国66kV及其以下电压等级的电网中,一般都采用这种系统。
      小电流系统发生单相接地后,故障特征不明显,很难快速准确地指示接地回路。小电流接地选线装置问世以来,产品推陈出新,技术虽有进步,但用户对误判率较高的问题颇有微词。心系用户所想,为了彻底消除该装置误判问题,本公司专门成立了科研小组,对小电流接地后的故障特征及当前选线原理进行了系统的研究,并对主要厂家产品存在的问题进行了认真的分析。我们认为选线不准确性的主要原因有以下几点: 
      1.1 每种选线原理都存在一定的局限性,目前国内主流的三种原理是功率方向法、谐波分析法(即群体比幅比相法)与信号注入法:
      1.1.1 功率方向法采用判断零序电流的功率方向来确定故障线路,该方法从原理上讲就做不到100% 的准确率,可能出现多判或一条都判断不出的结果;
      1.1.2 谐波分析法采用单相接地后零序稳态信号的群体比幅比相法,由于比幅比相时,采用的是相对原理,因此这种方法从理论上讲不存在死区,不受运行方式及接地电阻的影响,可以做到100% 的准确率,其选线方案的有效性已得到充分证明,但对于CT不平衡导致的零序电流,该方法不能有效解决;
      1.1.3 信号注入法虽接线简单,不需零序CT回路,但由于注入信号大小及方法的限制,一般主要用于10kV及以下电压等级系统。另外,探头的灵敏度和可靠性易受各种外界因素影响,造成误判,对于综自站及无人值守站的使用更有些不便。
      1.2 厂家所采用的零序电流互感器精度太低。当一次零序电流在5A以下时,许多厂家生产的零序电流互感器,带上规定的二次负荷后,比差达20%以上,角差达20度以上,这样的误差根本就无法保证接地选线的准确度。
      1.3 硬件电路设计上存在着缺陷,导致装置运行可靠性很低,一些未经任何测试的仿造产品混入市场,给正规产品造成了非常恶劣的影响。
      1.4 由于选线装置须引入零序电压及零序电流回路,而66kV及以下系统,以往设计时只安装了两相CT,没有零序回路,因此零序回路的接线往往问题很多。如:零序回路不对应;回路未引入;零序不平衡电流过大;极性不对等现象。
      1.5 对于消弧线圈接地系统,一般采用提取5次谐波分量来选线,由于5次谐波分量较小(只占基波的2~3%),且零序电流本身就小,对5次谐波的提取在硬件电路上有很高的要求,因此带消弧线圈的系统选线困难更大些,处理不好,就可能误判。另外CT不平衡,导致正常运行时零序噪声电流可能比故障电流还大,也会造成误判。
      本公司针对上述问题专门成立了科研攻关小组,彻底攻克了上述难题,首次把小波变换原理应用到小电流接地选线装置,多种判据并存,并采用高精度零序电流互感器,硬件电路严格按照继电保护装置的要求来设计、制造及检测。研制出ZH-WXJ型小电流接地选线装置,解决了多年来困扰用户的难题。

二、装置功能特点
      保定东电电力科技有限公司DEMXJ微机小电流接地选线装置与国内其它厂家产品相比,具有如下特点:
      2.1在国内同类产品中首次采用小波变换原理处理数字信号。小波变换是本世纪数学发展史上里程碑式的进展,是在傅利叶变换基础上发展起来的新的信号处理方法,它克服了傅利叶变换不能对信号同时进行时频局部化分析的局限性,具有很强的提取信号特征的能力,尤其对暂态突变信号或微弱变化信号的处理表现出明显的优势; 
      2.2 硬件电路严格按照继电保护装置的要求来设计、制造及检测。采用双cpu微处理器及高速高精度A/D转换芯片,系统的集成度及采样频率大大提高;PT、CT采样回路分离,消除了调整放大倍数时相互之间的牵连;
      2.3 采用采样锁相同步电路,提供采样点信号的时间基准,当系统频率变化时,采样点间隔随之变化,保证每周波采样点数不变,从而保证了数据采集精度;
      2.4 采用相对原理,无须定值设定,因此该装置不受运行方式及接地过渡电阻的影响;
      2.5 适用范围广:适用于中性点不接地、经消弧线圈接地、经高阻接地系统;适用于架空线、电缆线系统,线路长短不限,并联运行的出线数不限;
      2.6 带方向性:可区分线路和母线接地;
      2.7 可交、直流供电,保证装置工作不受供电电源的影响;
      2.8 操作面板设计大大简化,采用大屏幕宽温蓝屏液晶,汉化显示,采用液晶定义的软键盘设计,直观、明了、操作方便;
      2.9 本产品可通过菜单选择通信接口的波特率及相应参数,随机带通信规约;
      2.10 可记忆20次接地故障信息,装置掉电后信息不丢失;
      2.11 完善的自检、自调试及自适应功能。

三、装置工作原理
      小电流发生单相接地时,接地电流是分布电流,数值很小,故障特征不明显,这是造成选线困难的原因所在。通过分析单相接地的故障特征,我们可以得出以下结论:
      1)零序电压上升至相电压值;
      2)非故障线路的零序电流数值上等于本身对地的电容电流,方向由母线流向线路,即零序电流Icz的相位超前零序电压 U0 约 90°;
      3)故障线路的零序电流数值上等于所有非故障线路的零序电流之和,由线路流向母线,即零序电流Ijd相位滞后于零序电压U0 约90°;
      4)以上三点不受运行方式、负荷、接地电阻的影响;
      5)对于中性点经消弧线圈接地的系统,由于消弧线圈在单相接地时能提供 对地感性电流,因此电流分布发生重大变化,但零序电流五次谐波分量的分布规律同消弧线圈系统一样,这是因为当补偿基波时ωL≈1/ωC(近似),在五次谐波时5ωL>>1/5ωC,因此可以认为消弧线圈对五次谐波没有影响。
      3.1 无消弧线圈系统的接地判据 
      3.1.1 I0大小判别:
      因为此时故障线路的故障(零序)电流 Ijd 为全系统的电容电流之和∑Ic减去本线路电容电流 Icz,非故障线路的零序电流为本线路电容电流 Icz。取全部线路中电容电流最大的三条线路作为接地线路选择对象,并进行下面判别。
      3.1.2 I0 的方向判断:
      故障线路零序电流Ijd相位滞后于零序电压U0 约90°;
      非故障线路零序电流Icz的相位超前零序电压 U0 约 90°;
      Ijd与所有其它线路的Icz方向相反,相对的相角允许误差在±85°之间。接地故障(零序)电流Ijd是电容电流,从正常线路起,经测点(零序电流互感器)母线接地线路流向故障点,并接地。在接地线路检测点(零序电流互感器)表现为正方向,在其它正常线路检测点(零序电流互感器)表现为反方向;
      如果所有线路零序电流均同相且超前U0约90°,则为母线接地。
      3.1.3 零序无功功率判断:
      以 U0为基准(实轴),将 I0(被测线路的Ijd或Icz)分为:有功分量 Ia与U0同相,无功分量 Ir与 U0垂直,算出无功功率值Qr:对接地线路:Qr>0;未接地线路:Qr<0。
      3.2 有消弧线圈系统的接地判据: 
      对带有消弧线圈的系统,在故障发生时,消弧线圈会将一个电感电流(补偿电流)叠加在故障点流过的电容电流上,使故障点的电容电流被补偿,测得的零序电流Ijd一般是感性电流(过补偿),使接地线路的零序电流也超前于零序电压,与线路的零序电流同方向,用无消弧线圈系统的零序电流方向法,不能判别接地故障线路;本装置采用新判据:判断故障(零序)电流的有功功率方向和零序电流中5次谐波电流的大小、方向,找出接地故障线路:
      3.2.1 对接地线路:有功功率为Pa>0;
      未接地线路:有功功率为Pa<0。
      3.2.2 对接地线路:5次谐波电流相位滞后于5次谐波零序电压约90°;
      未接地线路:5次谐波电流相位超前于5次谐波零序电压约90°。
      3.3 利用暂态过程的小波分析法:
      小波分析法利用接地初半波的一段波形。每条线路,由于长短不一,阻抗值不同,导致暂态过程中零序电流所含的谐波分量不同。线路越短,高频分量越多。小波分析法提取某一频率段的谐波分量,各支路的零序电流分布也满足上述结论。其突出的优点是这种分析法能克服消弧线圈和CT不平衡的影响:因为消弧线圈在暂态过程中还未起作用,而CT不平衡电流分量已被滤去(选择频段时去掉基波分量)。

四、主要技术参数
      4.1 适用电压等级:1~2个;母线段数:1~4段;
      4.2 接地方式:中性点不接地、经消弧线圈接地或经高阻接地系统;
      4.3 出线形式:电缆线或架空线;
      4.4 适用检测回路数:12路、28路、36路、44路;单段母线最大44路;
      4.5 检测输入量:
      4.5.1 零序电压U0(由母线电压互感器开口三角绕组接入);
      整定范围U0zd = 30~100V ,级差1V,一般整定为30V;
      4.5.2 零序电流:零序电流互感器二次零序电流值3I0,范围Ijd = 0~1000mA;
      4.6 工作电源:AC/DC 220V±20% 或 DC110V±20% ; 
      4.7 启动方式:零序电压幅值越限;
      4.8 响应时间:故障显示 < 500ms;瞬间接地捕捉时间< 10ms;
      4.9 通信接口:RS232C 或 RS485;
      4.10 信号继电器输出(通过ZH-DZH信号控制盒实现):
      一对一指示方式:12、28、36、44个节点;节点容量:AC220V/5A;
      4.11总告警继电器规格:AC220V/5A,无源常开触点;
      4.12装置功耗: ≤35W;
      4.13重量: ≤10kg。

五、使用条件
      5.1 海拔高度:2000米以下;
      5.2 湿度:日平均不大于95%,月平均不大于90%;
      5.3 温度:-15℃ ~ +40℃;
      5.4 安装场所无强烈震动,空气中不含酸性、碱性、腐蚀性及可燃可爆的气体或粉尘颗粒;
      5.5 安装场所应为能防雨、雪、风、沙的室内。


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