H2000系列小電流接地選線裝置

1、H2000系列小電流接地選線裝置一、概述小電流接地系統(tǒng)是指中性點(diǎn)不接地以及經(jīng)消弧線圈接地或高阻接地方式的電力系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)大部分66kV及以下電網(wǎng)都采用這種接地方式。它的主要缺點(diǎn)是在發(fā)生單相接地故障時(shí)無(wú)法迅速確認(rèn)問(wèn)題出在哪一條線路上。由于這種故障引起的相電壓升高對(duì)系統(tǒng)的絕緣性能構(gòu)成很大威脅，必須迅速查出故障線路并加以排除。第一代選線產(chǎn)品在90年代前期曾在國(guó)內(nèi)得到過(guò)廣泛地推廣應(yīng)用。但是，由于早期選線理論和技術(shù)上的局限，第一代產(chǎn)品的靈敏度和準(zhǔn)確率都不高，根據(jù)抽樣統(tǒng)計(jì)，至90年代后期有85%以上的在線產(chǎn)品都相繼退出了運(yùn)行。1999年底國(guó)家電力公司、國(guó)家經(jīng)貿(mào)委和中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)聯(lián)合召開(kāi)會(huì)議，共同起草了小

2、電流接地選線裝置技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并且共同確認(rèn)了進(jìn)一步研究選線技術(shù)在未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展中的重要意義。武漢森威爾科技有限公司前身為深圳山威爾科技有限公司華中辦事處，經(jīng)過(guò)幾年的努力發(fā)展，公司于2009年10月正式成立。公司以湖北大學(xué)和北京郵電大學(xué)等國(guó)內(nèi)知名院校的科研力量為依托，充分發(fā)揮產(chǎn)、學(xué)、研互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)，專(zhuān)門(mén)從事電力系統(tǒng)產(chǎn)品和通信領(lǐng)域產(chǎn)品的研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售。自主研發(fā)了366KV小電流接地系統(tǒng)選線裝置與故障定位裝置?！癏2000系列小電流接地電網(wǎng)單相接地故障選線裝置”克服了第一代小電流選線產(chǎn)品存在的選線判據(jù)不充分，選線手段單一，不能適應(yīng)各種復(fù)雜的接地故障類(lèi)型和測(cè)量信號(hào)數(shù)據(jù)處理手段簡(jiǎn)單，不能從微弱的信號(hào)中準(zhǔn)

3、確提取出有用信息等諸多影響選線準(zhǔn)確率的問(wèn)題，將各種選線判據(jù)有機(jī)地集成為充分判據(jù)，并與多種數(shù)據(jù)處理算法和各種選線方法融為一體。構(gòu)成了各種判據(jù)有效域優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，能適應(yīng)變化多端的單相接地故障形態(tài)的多層次全方位的智能化選線系統(tǒng)。產(chǎn)品掛網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)踐已經(jīng)很清楚地證明：“H2000系列小電流接地電網(wǎng)單相接地故障選線裝置”是選線正確率達(dá)到100%的新一代小電流接地電網(wǎng)單相接地故障選線裝置。二、H2000選線裝置的機(jī)電參數(shù)1. 裝置電源額定工作電壓：直流220V或交流220V 50Hz。2. 裝置功耗：<45W。 3. 接入裝置的母線PT二次零序電壓：3U0100V(交流有效值)。4. 接入裝置的線路CT二

4、次零序電流：2mA3I0(交流有效值)。 5. 裝置動(dòng)作啟動(dòng)電壓：交流1-100V可調(diào)（默認(rèn)設(shè)置交流15V）。6. 選線電壓測(cè)量精度：0.2%（相對(duì)引用誤差）。7. 選線電流測(cè)量精度：0.2%（相對(duì)引用誤差）。8. 裝置完成一次綜合判據(jù)選線時(shí)間：20-100ms可調(diào)。9. 開(kāi)關(guān)量輸出常開(kāi)觸點(diǎn)容量：直流220V，。10. 遠(yuǎn)程通信接口：MODEM撥號(hào)或TCP/IP協(xié)議。11. 同RTU和綜自站通信方式：硬節(jié)點(diǎn)和串接 RS232、485、422，通信規(guī)約采用標(biāo)準(zhǔn)CDT規(guī)約。三、H2000選線裝置的技術(shù)特點(diǎn)1. H2000系列選線裝置實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)故障信號(hào)，應(yīng)用多種選線方法進(jìn)行綜合選線，具體包括：智能

5、群體比幅比相法、諧波比幅比相法、小波法、首半波法、有功分量法、能量法。裝置通過(guò)粗糙集理論確定各種選線方法的有效域，根據(jù)故障信號(hào)特征自動(dòng)對(duì)每一種選線方法得出的故障選線結(jié)果進(jìn)行可信度量化評(píng)估，應(yīng)用證據(jù)理論將多種選線方法融合到一起，最大限度地保證各種選線方法之間實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。為了避免故障信號(hào)受到干擾而導(dǎo)致誤選，裝置采用了連續(xù)選線方法，每隔一定時(shí)間(1秒)重新采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，只要故障沒(méi)有消失，裝置的選線計(jì)算就不停止。2. 裝置具有故障錄波功能，可以提供故障前后的波形，包括故障發(fā)生前的一個(gè)周期和故障發(fā)生后五個(gè)周期的波形?？杀４娆F(xiàn)場(chǎng)故障錄波數(shù)據(jù)和選線結(jié)果4萬(wàn)次。3. 裝置具有遠(yuǎn)程維護(hù)功能，可以通過(guò)MOD

6、EM、TCP/IP協(xié)議接口方式同主站通信。該功能可以實(shí)現(xiàn)子站和主站之間的數(shù)據(jù)回收，可以使用兩種模式：子站發(fā)送和主站召喚。目前采用的是主站召喚模式。還可以實(shí)現(xiàn)子站和主站之間的通訊，及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行情況，對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)，滿足異地用戶的要求(可選功能)。4. 裝置具有控制輸出功能，可與斷路器跳閘回路相連，實(shí)現(xiàn)選線后的故障切除，也可與自動(dòng)重合閘結(jié)合，實(shí)現(xiàn)選線后的自動(dòng)消弧和進(jìn)一步確認(rèn)(可選功能)。5. 適用于中性點(diǎn)不接地、經(jīng)固定消弧線圈接地、經(jīng)自動(dòng)調(diào)諧式消弧線圈接地和經(jīng)高阻接地等接地方式。適用于母線加裝消弧裝置的系統(tǒng)。適用于不同電壓等級(jí)(66kV、35kV、10kV、6kV、3kV)的系統(tǒng)。6.

7、裝置能準(zhǔn)確識(shí)別直接接地、經(jīng)電阻接地、經(jīng)弧光接地、間歇性弧光接地等復(fù)雜的故障類(lèi)型，在現(xiàn)場(chǎng)工作人員的配合下可以解決不同線路兩點(diǎn)同相接地故障問(wèn)題。7. 選線裝置具有自檢功能，死機(jī)自恢復(fù)功能。并能監(jiān)視各線路出口處一次接地電容電流和各段母線零序電壓。8. 選線裝置具有與遠(yuǎn)動(dòng)裝置的接口功能。可以提供遙信無(wú)源節(jié)點(diǎn)、標(biāo)準(zhǔn)RS232、485、422串口接口。裝置采用標(biāo)準(zhǔn)CDT規(guī)約。9. 裝置根據(jù)各段母線的零序電壓變化自動(dòng)判斷系統(tǒng)運(yùn)行方式，即各段母線并列運(yùn)行或是分段運(yùn)行。10. 裝置能夠自動(dòng)判斷接入零序電壓、電流信號(hào)的極性接反情況，保證選線的正確性。11. 裝置能夠?qū)Ω鳁l線路的瞬時(shí)接地和永久接地次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為分

8、析線路的運(yùn)行狀況提供依據(jù)。四、硬件配置1. H2000系列選線裝置外觀（圖4-1）l H2000小電流接地選線裝置采用工控機(jī)架構(gòu)，機(jī)身為標(biāo)準(zhǔn)4U機(jī)箱。l 本裝置由底板、主板、PT/CT濾波板、數(shù)據(jù)采集卡、開(kāi)關(guān)量輸出板、交直流電源、液晶大屏幕、鍵盤(pán)、金屬機(jī)箱等組成。各種卡、板采用插拔式即插即用型設(shè)計(jì)，整套設(shè)備集中、緊湊、密封性好、擴(kuò)展性強(qiáng)、便于維護(hù)。l 前板配有TFT LCD大屏幕顯示和標(biāo)準(zhǔn)87鍵盤(pán)。底板、主板、電源采用特別為苛刻的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的電源。l 系統(tǒng)主板采用低功耗設(shè)計(jì)，無(wú)風(fēng)扇，提高了運(yùn)行的穩(wěn)定性。l H2000選線裝置配備看門(mén)狗電路，確保工控機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。l 系統(tǒng)采用低功耗電子硬盤(pán)

9、，無(wú)旋轉(zhuǎn)器件，極大的提高了硬件壽命。l 系統(tǒng)采用Windows XPE操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)是Microsoft公司授權(quán)的經(jīng)過(guò)裁剪的Windows XP操作系統(tǒng)，具備Windows XP 系統(tǒng)良好的人機(jī)交互功能，易于操作人員掌握使用，同時(shí)極大的增強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性。軟硬件的擴(kuò)展功能能力強(qiáng)，適于二次開(kāi)發(fā)。五、H2000系列選線裝置的工作原理本裝置采用多種方法進(jìn)行故障選線，每種方法都針對(duì)信號(hào)的具體特點(diǎn)，不同方法之間具有互補(bǔ)性。1. 智能型比幅比相法智能型比幅比相方法的基本原理是：對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，比較母線的零序電壓和所有線路零序電流的幅值和相位，故障線路零序電流相位應(yīng)滯后零序電壓90°并與

10、正常線路零序電流反相，若所有線路零序電流同相，則為母線接地。傳統(tǒng)比幅比相方法在信號(hào)處理、抗干擾和有效域方面存在一定的缺陷。智能型的比幅比相方法采用Butterworth數(shù)字濾波器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行有效的數(shù)字濾波處理，提取出了更可靠的信號(hào)成分，提高了選線正確性。2. 諧波比幅比相法諧波方法的基本原理是：對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，對(duì)諧波分量來(lái)說(shuō)消弧線圈處于欠補(bǔ)償狀態(tài)，如果線路零序電流中含有豐富的諧波成分，則比較所有線路零序電流諧波分量的幅值與相位，故障線路零序電流幅值較大且相位應(yīng)與正常線路零序電流反相，若所有線路零序電流同相，則為母線接地。諧波選線方法采用有效的數(shù)字濾波手段，提取出能量最高的諧波頻帶

11、范圍，避免了提取單一諧波頻率而導(dǎo)致的誤差。3. 小波法小波分析是一門(mén)現(xiàn)代信號(hào)處理理論與方法，它能有效地分析變化規(guī)律不確定和不穩(wěn)定的隨機(jī)信號(hào)，能夠從信號(hào)中提取到局部化的有用成分。利用小波提取單相接地故障暫態(tài)信號(hào)的選線思路近年來(lái)很受重視，國(guó)內(nèi)外刊物上也見(jiàn)到幾篇研究該方法的文獻(xiàn)。但目前這些方法只停留在理論研究水平上，沒(méi)有達(dá)到實(shí)用化程度，也沒(méi)有應(yīng)用實(shí)例。我們經(jīng)過(guò)深入的理論研究和大量的實(shí)驗(yàn)分析與改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)用的小波選線方法。小波選線方法利用單相接地故障產(chǎn)生的暫態(tài)電流和諧波電流作為選線判斷的依據(jù)。由于小電流接地電網(wǎng)單相接地故障等值電路是一個(gè)容性通路，故障的突然作用在電路中產(chǎn)生的暫態(tài)電流通常很大。特別是發(fā)

12、生弧光接地故障或間歇性接地故障情況下，暫態(tài)電流含量更豐富，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。暫態(tài)電流滿足在故障線路上的數(shù)值等于在非故障線路上數(shù)值之和且方向相反的關(guān)系，可以用來(lái)選線。由于電網(wǎng)中的暫態(tài)信號(hào)呈隨機(jī)性、局部性和非平穩(wěn)性特點(diǎn)，因此利用暫態(tài)信息選線的主要困難是，如何準(zhǔn)確地提取有用的暫態(tài)信號(hào)、如何合理地表示信號(hào)并構(gòu)造出能適應(yīng)信號(hào)特點(diǎn)的選線判據(jù)。我們提出的小波選線方法很好地解決了這些問(wèn)題，使暫態(tài)信號(hào)得到了充分利用。小波選線方法的優(yōu)點(diǎn)是，第一、該方法對(duì)中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)都適用。第二、該方法特別適應(yīng)于故障狀況復(fù)雜、故障波形雜亂的情況，這與穩(wěn)態(tài)量選線方法形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。 4. 首半波法小電流接地電網(wǎng)

13、單相接地故障產(chǎn)生的暫態(tài)電流雖然很復(fù)雜，但是發(fā)生故障的最初半個(gè)周波內(nèi)，一定滿足故障線路零序電流與正常線路零序電流極性相反的特點(diǎn)，因此可以通過(guò)比較首半波的零序電流極性進(jìn)行故障選線，該方法對(duì)中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)都適用。5. 有功分量法、能量法這兩種方法的原理相同，對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，消弧線圈智能補(bǔ)償零序電流的無(wú)功分量，不能補(bǔ)償零序電流的有功分量，因此故障線路的零序電流的有功分量與正常線路極性相反，可以用這個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行選線。由于有功分量的含量較小，所以裝置采用零序電流與零序電壓的乘積，即零序能量來(lái)度量零序電流的有功分量，實(shí)際上是把有功分量進(jìn)行了累加，零序能量最大的線路就是故

14、障線路。6. 有效域技術(shù)對(duì)于不同的故障信號(hào)特征，各種選線方法都有一定的適用條件。當(dāng)適用條件滿足時(shí)，該選線方法選線結(jié)果一定正確，否則，選線結(jié)果可能出現(xiàn)錯(cuò)誤。我們稱(chēng)選線方法能夠可靠選線的適用條件為該方法的充分性條件，滿足充分性條件的故障區(qū)域，稱(chēng)為該選線方法的有效域。本裝置通過(guò)粗糙集理論對(duì)每一種選線方法都界定了有效域，當(dāng)一個(gè)故障落在某方法的有效域內(nèi)時(shí)，該方法對(duì)該故障的選線結(jié)果一定是正確的，否則給這種方法的選線結(jié)果乘以一個(gè)系數(shù)w(0<w<1)。應(yīng)用證據(jù)理論把這些信息組合起來(lái)，使最終選線結(jié)果反映了各種方法共同的支持點(diǎn)，選線結(jié)果非常可靠。7. 連續(xù)選線技術(shù)連續(xù)判斷技術(shù)是針對(duì)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障中故障信號(hào)微弱、容易受干擾的特點(diǎn)而采取的技術(shù)措施。該技術(shù)不完全依賴于一次判斷的結(jié)果，而是綜合考慮全過(guò)程的情況。裝置在故障沒(méi)有消失的情況下每隔1秒鐘重復(fù)進(jìn)行選線計(jì)算，直至故障消失，這樣可以有效地排除少數(shù)幾次誤判。六、適用范圍及定貨須知H2