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XM-XDL 微机小电流接地选线装置
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壹、产品概述

我国的中压电网绝大多数是小电流接地系统(也即中性点非有效接地系统),当发生单相接地故障时,规程虽允许带故障运行2小时,但由于过电压危害绝缘,仍可能引发事故。供配电系统故障统计表明,单相接地故障发生的概率占66%以上,因此迅速确定单相接地时的接地位置对供配电系统的安全运行意义重大。

随着电力系统规模和容量的扩大,中压电网逐步采用了中性点经消弧线圈接地的运行模式,且一般又运行于过补偿方式,由此也导致了单相接地故障选线的困难。近年来,一些基于谐波分量、首半波、有功分量、小波分析、负序电流、零序导纳、信号注入、残流增量等方法构成的接地选线装置相继问世,但在实际应用中选线正确率仍然不高。目前,这一问题正成为改善电能质量、提高供电可靠性的主要困难之一。

正是在这种背景之下,经过多年的分析研究,我公司找到了以往选线方法正确率低的两大原因:

其一,暂态过程数学模型的复杂性决定了单一算法的局限性。随着消弧线圈的应用,极大地降低了所有稳态算法的灵敏度,暂态算法也因此成为解决问题的基本方向。然而过补偿电网单相接地时的暂态过渡过程是随电网参数、接地瞬时角度、接地阻抗的不同而千变万化的,任何单一算法均不能满足实际需求。

其二,零序电流互感器误差过大。多数选线方法,尤其是稳态算法,严重依赖于互感器的精度,有些甚至需要配备高精度互感器,而工程实践中,广泛应用的是安装方便且造价较低的开启式零序电流互感器。由于漏磁,其线性误差和角度误差较大,相对于微弱的零序电流信号,经常使选线失败。

在上述研究基础上,历经数万次模拟试验,我公司开发出了最新一代产品:ZAP-XDL 微机小电流接地选线装置。

装置应用先进的软硬件设计方法,以暂态过渡过程为分析基础,实现接地选线。硬件方面,应用录波技术和超大规模逻辑电路,实现数据采集完全硬件化;应用同步采样技术,保证了分析数据的精准。算法方面,专门针对难度最大的过补偿高阻接地,开发成功了拥有完全自主知识产权的核心算法。装置还运用其它多种算法同时分析,以动态权值处理多条回路多个算法的判别打分,使选线运算更加可靠、稳定。装置还具有先进的分析机制,能够区分除单相接地以外,引发零序电压升高的电网谐振及其他电网异常事件。装置实现了低阻接地选线正确率达到100%,高阻接地选线正确率大于95%(不误动)的优异性能。

装置技术性能指标符合DL/T 478-2001《静态继电保护及安全自动装置通用技术条件》、DL/T 871-2004《电力系统继电保护产品动模试验》、DL/T 872-2004《小接地电流系统单相接地保护装置》等国家有关行业标准的规定。

贰、原理简介和特点

装置应用录波技术和超大规模逻辑电路,实现数据采集完全硬件化;应用同步采样技术,每个周波所有信号均采集256点,使数据分析更加精准。以往的小电流单相接地故障选线装置,由于技术水平和成本因素的制约,只能在以单片机为核心的低性能硬件平台上运行,因此必然限制复杂算法的运用和多种算法同时使用。本装置在最初设计时,就明确了以高性能硬件平台为基础,发展自有核心算法和同时使用多种算法的技术路线。录波技术是电力系统中用于解决电网故障跟踪记录问题的基本手段,但由于其实施过程当中存在成本高昂、技术复杂的限制,因此一直以来只能用在大型的关键变电站当中而不能普及,在小电流单相接地故障选线这类较低价值的设备当中,更是难于应用。通过对当前最新微电子技术的跟踪和开发,在本装置研发当中,找到了一种在有效控制成本的前提下,能够在小电流单相接地故障选线装置上实现的实用化的录波方式,并以此为基础,开展后续研究,最终开发成功了自有的核心算法。本装置的录波是由大规模可编程逻辑电路以完全硬件的方式实现的,配以双端口存储器,在丝毫不占用处理器资源的情况下,自动完成电压电流信号的采集、处理和录波。为了对故障信号的高频成分进行有效处理,本装置信号采集点数达到了256点/周波/路,并且应用了同步采样技术,使得电压电流信号在数字化的过程当中,相位信息始终正确保持,这对瞬时接地、弧光接地的计算是至关重要的前提。

独创多维波形匹配算法,在各零序电流信号之间进行匹配运算,突出故障回路暂态过渡过程中的异常变化趋势,使用矩阵运算处理计算结果。小电流单相接地故障选线装置在传统上,都是将零序电流与零序电压信号交互运算,而本装置的核心算法是在各零序电流信号之间进行交互运算。这样处理,可以有效地减低零序电流互感器与零序电压互感器的输出相位误差(尤其是接地故障瞬间的高频信号),因为零序电流互感器即使有较大误差,但由于其同批次产品的一致性较好,其间的角度相对误差是很小的。在过补偿方式的高阻接地时,由于零序电压信号响应较慢且电压值较低,再用零序电流与零序电压信号交互运算的方法,将极大地丧失故障信号的真实性,以至于故障选线结果完全错误。零序电流信号之间进行交互运算的计算结果具有庞大的数据量,而此正是由于硬件平台的高性能才得以实现。

装置同时运用多种选线算法,以动态权值处理多条回路多个算法的判别打分,使选线运算更加可靠、稳定。本装置为了保证核心算法的绝对可靠和稳定,依靠高性能硬件平台,还实现了多种故障选线算法同时应用,以多个计算结果互相补充、印证、纠错。为处理众多算法的计算输出,本装置采用加权打分的方法,且各算法计算输出占总输出的权重是随着电网参数、接地特征、接地阻抗、接地角度而动态调节的,从而保证了每一次故障数据的计算处理都输出最符合真实状况的判别结果。

装置具有先进的分析机制,能够可靠区分除了单相接地以外,引发零序电压升高的电网谐振和电源缺相、PT熔丝熔断等其他电网异常事件。在中压电网运行中,单相接地故障是以零序电压的升高为标志的,但零序电压升高并不是单相接地故障所独有的特征,能够引发零序电压升高的电网故障还有PT铁磁谐振、电源缺相、电网局部断线、PT高/低压熔丝熔断等情况。以往的小电流单相接地故障选线装置往往把这些因素忽略掉,用牺牲准确性来换取较低的设备成本和研发难度。本装置由于有高性能的硬件平台为基础,可以从容地解决这些边缘因素带来的不利影响,进而更进一步地保证了准确性和可靠性。

装置特点如下:

    1.选线灵敏度极高,在零序电压仅为5V时,仍能稳定可靠地选线;

  2.相比于以往暂态选线算法,没有死区,适应性强;

    3.可广泛地与工程上使用的各种零序电流互感器匹配,甚至在不同厂家不同规格零序电流

      互感器混配的情况下,仍能可靠工作;

    4.采用多处理器。主处理器使用高档工控芯片386EX, 具有强大的管理/控制/显示/通

      讯能力;运算处理器使用TI公司的DSP芯片,具有强大的高速运算能力,用以完成

实时监测和选线分析运算;

   5.采用录波方式处理信号,能够精确捕捉接地瞬间;

   6.完全的模块化设计,后插式结构,取消机箱内部连接导线,减少了故障环节,提高了可靠性,

     并可现场快速排除故障;

   7.采用大屏真彩液晶,实时显示电压数据、相量或波形,可回放接地故障录波,显示内容丰富;

 8.自带国标汉字库,可现场任意输入汉字线路名称;

   9.全汉化的多级菜单,完善的人机交互界面,操作简便;

10.强大的参数管理功能,所有参数均可菜单设定,调试简单,免维护;

11.完善的自检能力,运行当中能够自诊断并处理故障;

 12.强大的存储能力,可以存储多次故障信息和录波数据;

  13.具有RS-232422485三种通讯接口,菜单选择,无需硬件跳线。

叁、订货须知

  1.安装现场如不能满足《技术指标》中之使用条件时,请与我公司联系解决;

  2.安装现场如存在本说明书没有描述到的复杂安装情况,请与我公司联系解决;

  3.用户如需特殊规格产品,请与我公司联系解决;

  4.如装置自带通讯规约不能满足需要,我公司可按用户要求增加新的规约。




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