CH-GKXD型小电流接地选线装置.doc

CH-GKXD型小电流接地选线装置说 明 书保定辰辉电气科技有限公司20目 录一 概述1二 CH-GKXD选线装置的机电参数1三 CH-GKXD选线装置的技术特点1四 硬件配置21.CH-GKXD系列选线装置总体架构22.CT/PT滤波板33.A/D卡44.开关量板4五 CH-GKXD系列选线装置的工作原理41.智能型比幅比相法42.谐波比幅比相法53.小波法54.首半波法55.有功分量法、能量法56.有效域技术57.连续选线技术6六 适用范围及定货须知61.中性点不接地系统；62.中性点经消弧线圈接地系统；63.中性点经高电阻接地系统；64.母线上装有消弧装置的小电流接地系统6七 CH-GKXD的操作说明61.键盘操作说明62.各个界面功能操作说明7八 CH-GKXD选线装置的现场安装与调试141.现场准备142.开箱检查143.注意事项144.加电顺序145.现场参数的设置15九 通信规约15一 概述小电流接地系统是指中性点不接地或经消弧线圈接地的电力系统，我国110kV以下系统大部分采用这种接地方式。小电流接地系统在发生单相接地故障时故障电流较小，能够带故障运行一段时间，但是单相接地故障将引起正常相电压升高，有可能导致绝缘击穿造成故障扩大，因此必须迅速查出故障线路并加以排除。80年代末，90年代初，市场上出现了第一代以单片机为硬件架构的小电流选线装置，曾经风靡一时，得到过广泛的推广和应用。但由于早期选线理论和技术上的局限，这种选线装置灵敏度和准确率都不高。虽然目前市场上还有不少厂家在做单片机的小电流选线装置，但对用户来说，作用不大用不用都是可以的。近几年来，又出现了以工控机为硬件架构的新一代选线装置。由于这种装置应用了多种选线技术，硬件结构稳定坚强，使选线技术有了质的飞跃，发展势头很猛。保定蓝瑞电气科技有限公司在研究了这种工控机架构的小电流选线装置的基础上，研制出了“CH-GKXD型小电流接地系统单相接地故障选线装置”，该装置主要以台湾知名厂家OEM的工控机为硬件架构，采用了综合选线技术。综合选线技术将多种选线方法有机地融为一体，充分发挥各种方法的互补优势，能适应变化多端的单相接地故障。克服了第一代小电流选线产品存在的选线方法单一、不能适应各种复杂的接地故障类型的问题，产品挂网运行的实践已经很清楚地证明，CH-GKXD型小电流接地系统单相接地故障选线装置选线正确率达到95%以上，完全满足现场的要求。二 CH-GKXD选线装置的机电参数1. 装置电源额定工作电压：交流220V 50Hz。2. 装置功耗：80W。 3. 接入装置的母线PT二次零序电压：交流0-150V。4. 接入装置的线路CT二次零序电流：交流2mA-2A。5. 装置动作启动电压：交流1100V可调（默认设置交流15V）。6. 选线电压测量精度：0.2%。7. 选线电流测量精度：0.2%。8. 装置完成一次综合选线时间：80ms。9. 开关量输出常开触点容量：交流250V,5A;直流30V，5A。10. 同RTU和综自站通信方式：硬节点和串接 RS232、485、422，通信规约采用标准CDT规约。三 CH-GKXD选线装置的技术特点1. CH-GKXD系列选线装置实时采集系统故障信号，应用多种选线方法进行综合选线，具体包括：智能群体比幅比相法、谐波比幅比相法、小波法、首半波法、有功分量法、能量法等。装置通过粗糙集理论确定各种选线方法的有效域，根据故障信号特征自动对每一种选线方法得出的故障选线结果进行可信度量化评估，应用证据理论将多种选线方法融合到一起，最大限度地保证各种选线方法之间实现优势互补。为了避免故障信号受到干扰而导致误选，装置采用了连续选线方法，每隔一定时间(1秒)重新采集数据进行分析，只要故障没有消失，装置的选线计算就不停止。2. 装置具有故障录波功能，可以提供故障前后的波形，包括故障发生前的一个周期和故障发生后五个周期的波形，可保存现场故障录波数据和选线结果200万次。装置自动检测，将存满一年的数据自动删除。3. 装置具有控制输出功能，可与断路器跳闸回路相连，实现选线后的故障切除，也可与自动重合闸结合。4. 适用于中性点不接地、经固定消弧线圈接地、经自动调谐式消弧线圈接地和经高阻接地等接地方式；适用于母线加装消弧装置的系统；适用于不同电压等级(66kV、35kV、10kV、6kV、3kV)的系统。5. 装置能准确识别直接接地、经电阻接地、经弧光接地、间歇性弧光接地等复杂的故障类型，在现场工作人员的配合下可以解决不同线路两点同相接地故障问题。6. 选线装置具有自检功能，死机自动恢复功能，并能监视各线路出口处一次接地电容电流和各段母线零序电压。7. 选线装置具有与远动装置的接口功能，可以提供遥信无源节点、标准RS232、485、422串口接口。装置采用标准CDT规约。8. 装置根据各段母线的零序电压变化自动判断系统运行方式，即各段母线并列运行或是分段运行。9. 对于各种原因导致的意外断电，装置无须值班人员启动，当再次通电时，装置自动启动，给无人值守变电站带来很大的方便。四 硬件配置1.CH-GKXD系列选线装置总体架构l CH-GKXD小电流接地选线装置主要采用台湾知名厂家OEM的工控机为硬件架构，在台湾本地生产，工艺精良，性能优异，稳定性高。机身为标准4U机箱。l 本装置由底板、主板、PT/CT滤波板、数据采集卡、开关量输出板、交流电源、液晶大屏幕、键盘、金属机箱等组成，安装在密闭的机箱中。各种卡、板采用插拔式即插即用型设计，整套设备集中、紧凑、密封性好、扩展性强、便于维护。l 装置配有键盘锁定机构，有效防止非运行人员误操作。l 前板配有8”TFT LCD大屏幕显示、功能按键和标准87键盘。底板、主板、电源等部件均在苛刻的工业环境下经过严格的测试，产品在电力、石化、冶金、煤炭等行业都有长期良好的运行记录。l 中央处理器采用P IV 2.26GHZ以上CPU，在无缓存的板上可配置256MB以上的DDR内存，其它芯片采用市场上通用的工业级芯片和线路板。l CH-GKXD系统装配备看门狗电路，死机自恢复，确保工控机连续稳定运行。l 系统采用Windows2000操作系统，可靠性高，具有良好的人机对话功能，易于操作人员掌握使用。软硬件的扩展功能能力强，适于二次开发。2.CT/PT滤波板l 小电流接地系统的母线零序电压信号和各条线路的零序电流信号经过现场的PT和CT变换后输入高精度CT/PT滤波板，经低通滤波器滤波后变换为平滑的电压信号送至A/D卡。3.A/D卡l 本装置采用PCI总线数据采集卡，采集速度远快于ISA总线数据卡，采样数据通过PCI总线存入寄存器。l 输入最大电压5V，分辨率12位。l 32路单端输入（-5至+5V）。多通道时每通道的A/D采样速度高达2KHz。l 输入通道自动扫描，可以程控从任意通道开始到任意通道结束。4.开关量板16路开关量输出开关量板最多可以提供32路大驱动容量开关量输出，每路输出有1000的高电压隔离，集电极开路电压达到40，输出通道带有D型锁存器，有感性负载二极管保护回路，可以适用于现场的多种应用。通道信号以继电器常开接点形式输出。开关量输出根据用户需要选配。五 CH-GKXD系列选线装置的工作原理本装置采用多种方法进行故障选线，每种方法都针对信号的具体特点，不同方法之间具有互补性。1. 智能型比幅比相法智能型比幅比相方法的基本原理是：对于中性点不接地系统，比较母线的零序电压和所有线路零序电流的幅值和相位，故障线路零序电流相位应滞后零序电压90并与正常线路零序电流反相，若所有线路零序电流同相，则为母线接地。传统比幅比相方法在信号处理、抗干扰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高性能数字滤波器，对信号进行有效的数字滤波处理，提取出了更可靠的信号成分，提高了选线正确性。2. 谐波比幅比相法谐波方法的基本原理是：对于中性点经消弧线圈接地系统，对谐波分量来说消弧线圈处于欠补偿状态，如果线路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幅值与相位，故障线路零序电流幅值较大且相位应与正常线路零序电流反相，若所有线路零序电流同相，则为母线接地。谐波选线方法采用有效的数字滤波手段，提取出能量最高的谐波频带范围，避免了提取单一谐波频率而导致的误差。3. 小波法小波分析是一门现代信号处理理论与方法，它能有效地分析变化规律不确定和不稳定的随机信号，能够从信号中提取到局部化的有用成分。利用小波提取单相接地故障暂态信号的选线思路近年来很受重视，国内外刊物上也见到几篇研究该方法的文献。但目前这些方法只停留在理论研究水平上，没有达到实用化程度，也没有应用实例。经过几代选线人深入的理论研究和大量的实验分析与改进，小波选线方法已经广泛应用于目前以工控机为硬件架构的选线装置中。小波选线方法利用单相接地故障产生的暂态电流和谐波电流作为选线判断的依据。由于小电流接地电网单相接地故障等值电路是一个容性通路，故障的突然作用在电路中产生的暂态电流通常很大。特别是发生弧光接地故障或间歇性接地故障情况下，暂态电流含量更丰富，持续时间更长。暂态电流满足在故障线路上的数值等于在非故障线路上数值之和且方向相反的关系，可以用来选线。由于电网中的暂态信号呈随机性、局部性和非平稳性特点，因此利用暂态信息选线的主要困难是，如何准确地提取有用的暂态信号、如何合理地表示信号并构造出能适应信号特点的选线判据。小波选线方法很好地解决了这些问题，使暂态信号得到了充分利用。小波选线方法的优点是，第一、该方法对中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的电网都适用；第二、该方法特别适应于故障状况复杂、故障波形杂乱的情况，这与稳态量选线方法形成优势互补。 4. 首半波法小电流接地电网单相接地故障产生的暂态电流虽然很复杂，但是发生故障的最初半个周波内，一定满足故障线路零序电流与正常线路零序电流极性相反的特点，因此可以通过比较首半波的零序电流极性进行故障选线，该方法对中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的电网都适用。5. 有功分量法、能量法这两种方法的原理相同，对于中性点经消弧线圈接地系统，消弧线圈智能补偿零序电流的无功分量，不能补偿零序电流的有功分量，因此故障线路的零序电流的有功分量与正常线路极性相反，可以用这个特点进行选线。由于有功分量的含量较小，所以装置采用零序电流与零序电压的乘积，即零序能量来度量零序电流的有功分量，实际上是把有功分量进行了累加，零序能量最大的线路就是故障线路。6. 有效域技术很明显，对于不同的故障信号特征，各种选线方法都有一定的适用条件。当适用条件满足时，该选线方法选线结果一定正确，否则，选线结果可能出现错误。我们称选线方法能够可靠选线的适用条件为该方法的有效条件，满足有效条件的故障区域，称为该选线方法的有效域。我们对每一种选线方法都界定了有效域，当一个故障落在某方法的有效域内时，该方法对该故障的选线结果一定是正确的，否则给这种方法的选线结果乘以一个系数n(0n1)。再把这些信息组合起来，使最终选线结果反映了各种方法共同的支持点，选线结果非常可靠。7. 连续选线技术连续判断技术是针对小电流接地系统单相接地故障中故障信号微弱、容易受干扰的特点而采取的技术措施。该技术不完全依赖于一次判断的结果，而是综合考虑全过程的情况。装置在故障没有消失的情况下每隔1秒钟重复进行选线计算，直至故障消失，这样可以有效地排除少数几次误判。六 适用范围及定货须知CH-GKXD型小电流接地系统用于以下接地系统；1. 中性点不接地系统；2. 中性点经消弧线圈接地系统；3. 中性点经高电阻接地系统；4. 母线上装有消弧装置的小电流接地系统规 格可选线路母线段数电压等级定货周期(天)功能备 注CH-GKXD-32284414选线4U主机箱CH-GKXD-64586428选线4U主机箱、4U前置机箱说明：我公司可根据用户要求提供组屏方案。七 CH-GKXD的操作说明1. 键盘操作说明CH-GKXD型小电流接地故障选线装置采用左右键、上下键、确认键进行基本操作，具体如下：左右键(键)在CH-GKXD的所有人机对话界面上，左右键的功能都是在显示屏的各个操作目标之间移动光标，用来选择操作目标（包括按钮框、输入框、选择框和数据）。每击打一下左或右键，光标即向左或向右移动一个操作目标，当光标移动到某一操作目标上时，这个被选中的操作目标的背景颜色立即由黑变白，框内文字的颜色则同时由白变红。反之，光标离开后则恢复为原来的颜色。上下键(键)上下键的主要作用是修改定值。对于主菜单，上下键的作用和左右键相同；当进入了数字输入框并选中了一个数据作为操作目标后，按一下向上键，目标数据加1，按一下向下键，目标数据减1；当进入了选择输入框或列表框时，上下键的功能是用来上下移动光标，以选择不同的项目或条目。确认键(键) 确认键仅对功能按钮起作用，按下确认键后，系统即开始执行被选中的功能按钮所确定的操作。2. 各个界面功能操作说明主界面功能：CH-GKXD选线装置启动后自动进入(图7-1)所示的主界面，主界面下方有三个状态栏。第一个状态栏显示版本号；第二个用于显示系统运行状况，当系统正常运行时显示“装置启动，系统正常运行”；第三个状态栏显示用户操作的提示信息。（图7-1）CH-GKXD选线装置主界面参数设置功能：在主界面上单击“参数设置”按钮，即进入“参数设置”界面（图7-2）。（图7-2）参数设置该功能界面包括如下功能：中性点接地方式，用户可以设定各条母线中性点的接地方式，包括中性点不接地和中性点经消弧线圈接地；故障启动电压（二次侧），用户根据保护整定计算定值设定此参数；发信号延迟，用户可以设置故障发生后经过多长时间（秒量级）发出信号，推荐为3-5秒；源地址、目标地址、波特率，这三个量用于串口通信。用户在修改完毕参数后，按确认键返回主界面。故障记录功能：在主界面上单击“故障记录”按钮，即进入“故障记录”界面（图7-3）。进入该界面可以查看已经发生的故障情况，包括各次接地故障发生的时间，持续时间和选线结果。（图7-3）故障记录显示界面故障记录界面有四个按钮，点击“全部记录”可以查看所有的故障记录；点击“瞬时记录”可以查看故障持续时间小于2分钟(时间可以设置)的故障记录(如图7-4)；点击“永久记录”可以查看故障持续时间大于2分钟(时间可以设置)的故障记录(如图7-5)。（图7-4）瞬时接地记录（图7-5）永久接地记录故障统计功能在主界面上单击“故障统计”按钮，即进入“故障统计”界面（图7-6）。根据故障统计结果，可以帮助用户具体分析各线路运行情况。（图7-6）故障统计关机退出功能：在主界面点击“关机退出”按钮，程序关闭同时装置关机。系统菜单功能：点击左上角“系统”菜单，弹出菜单如图7-7所示。（图7-7）“系统”菜单通道测试功能：点击系统菜单中的“通道测试”，进入通道测试界面（如图7-8），具体测试方法如下：（A）零序电压和零序电流测试：进入系统测试界面后，选择需要测试的通道，此时即开始显示当前通道所采到的电压或电流信号的参数（以有效值和瞬时值两种形式显示）。改变“选择通道”选择通道栏中的数字测试其他的对应通道。（B）输出开关量测试：进入系统测试界面后，首先选择需要测试的通道，按一下“清零键”，再接着按一下“开关量输出”按键，此时即开始显示当前通道所采到的对应输出开关量端口的状态（闭合为“1”，断开为“0”。）（C）输出通信测试：进入系统测试界面后，首先选择需要测试的通道，按一下“通信输出”按键，此时即开始显示当前通道所对应的通信状态（“1”为故障，“0”为正常。）（D）按“返回”键返回主菜单。（图7-8）通道测试功能显示界面日期时间设定功能框：点击系统菜单中的“时间设置”，进入时间设置界面（如图7-9）。在该界面可以修改系统的日期和时间，修改后点击“确定”保存结果并返回主界面。（图7-9）CH-GKXD日期时钟调整显示界面录波菜单功能：点击左上角“录波”菜单，弹出菜单如图7-10所示。（图7-10）录波菜单界面打开录波文件功能：点击录波界面的“故障波形”按钮，弹出菜单如图7-11所示，打开文件后可以查看波形，如图7-12所示。（图7-11）显示故障波形界面（图7-12）显示故障波形界面故障显示界面：当系统发生单相接地时，CH-GKXD装置启动并进行选线后，会报告发生的故障情况，显示界面如下（图7-13）。（图7-13）单相接地故障显示界面此时，显示画面下方状态条显示“发生单相接地故障”字样。线路设置功能框：要查看或调整线路的配置文件，需要进入CH-GKXD系统文件所在的文件夹中，打开“Line.ini”文件，即可对系统配置文件进行查看和调整。文件中的基本配置，按现场实际需求设置；线路名称的配置，按照现场的实际接线进行设置。下表为CH-GKXD-32型装置配置示意： 通道配置通道1=0，1，0通道2=0，2，0通道3=0，3，0通道4=0，4，0通道5=1，1，ICT1通道6=2，1，ICT2通道7=3，1，ICT3通道32=28，4，ICT28 表内的通道1至4均为母线，其它通道对应的都是出线。每个通道右边的三个数字，第一个数字为“0”时表示该通道为母线，不为“0”时表示该通道为出线的出线号；第二个数字为表示母线的段数或该出线对应的母线号。第三个数字ICTI表示对应电流互感器的变比。例如通道1=0，1，0首列数字“0”代表母线，第二个数字1表示第1条母线；通道5=1，1，200，其中首列数字1表示通道5对应线路1，第二列数字1表示该线路1的母线号是1，电流互感器的变比ICTI=200。注意：修改完线路配置文件后，必须重新进入程序，方可使修改生效。八 CH-GKXD选线装置的现场安装与调试1. 现场准备l 在安装CH-GKXD选线装置之前，应做好必要的准备工作。l CH-GKXD选线装置可单独的组屏安装也可安装在现场原有的保护屏，用户可根据实际情况自行选择。l 有完整的二次回路的安装图，由用户设计完成，特别是对一次设备改造的现场，如架空出线增加B相电流互感器或电缆线路增加零序电流互感器的，要有设计完整的二次回路安装图。2. 开箱检查l 选线装置到货之后，先检查包装箱的外观，看有无明显的损坏，若发现包装箱开裂、破损、受潮、进水等现象不要急于开拆，应立即与交通运输部门交涉并同发货单位取得联系。l 选线装置一般均用纸箱包装（两层），内加防潮隔离和防震材料。小的附件及电缆会单独扎牢，放置在包装箱的空隙中。搬运时要倍加小心，不得跌落和碰撞。l 打开包装箱后，请按定货合同清单检查到货与合同是否相符，并检查是否有断线、和损坏的零部件，是否缺少零件、端子，检查机箱面板是否有破裂、变形与划伤和丢失元器件。3. 注意事项l 二次回路接线时必须保证零序电流互感器的极性严格一致。对于有两段母线以上的系统必须保证所有CT极性相同。l 投运前需测试或准确计算系统电容电流，以保证选线装置参数设置正确。本公司为用户提供电容电流测试方案。l 装置选线启动电压设定值根据现场绝缘装置整定值设置或由继电保护部门专门提供。l 装置供电电源180-240V，若不能满足要求应配稳压电源。l 装置出厂前已进行整机调试和试验，为了确保运输过程中没有问题，装置挂网运行前，应做系统调试。用户可自已调试或由我公司工程安装人员配合调试。l 对于架空线路出线，通常只用A、C两相CT。必须加装B相CT，且与A、C相CT的精度和特性一致。三相CT接成零序滤过器形式引入选线装置。4. 加电顺序l 首先将电源送至装置背板的电源插座，必须确保CH-GKXD选线装置背板的工作电源开关已经置于断开状态（即黑色船形开关的“O”端已被按下）。l 打开CH-GKXD选线装置的电源开关（即将黑色船形开关的“I”端按下）。电源打开之后，注意观察CH-GKXD选线装置的状态，若发现有冒烟、打火、异味等不正常现象，应立即关闭电源，检查并找出故障发生原因，排除故障之后才能再次加电。l 加电之后，CH-GKXD选线装置的前面板中间正上方的绿色电源指示灯（PWR）亮，没有其他任何不正常现象。l 此时，WINDOWS2000系统自动启动，在环境安静的情况下应能听到轻微的风扇电机声，同时，LCD显示屏上开始依次显示BIOS的开机检测内容和WINDOWS2000系统的桌面图案，接着系统自动进入选线程序的主菜单画面。至此，CH-GKXD选线装置的加电工作顺利完成。5. 现场参数的设置l 进入时间日期界面，输入当时的时间日期。l 进入参数设置界面，首先确定各段母线中性点接地方式；然后设置装置选线启动电压；最后设置发信号延迟时间。l 调整系统的线路配置文件“Line.ini”（包括输入的线路数量、名称、变比及每条线路所对应的通道号等）。l 至此，现场参数的设置工作结束。九 通信规约CH-GKXD-16,CH-GKXD-32通信规约选线装置采用CDT规约，传送上行信息。系统正常运行时，每隔500ms上传1帧数据；如发生单相接地故障，每隔500ms上传1帧数据；如装置出现异常，则停止上传数据。为保证装置时间正确，装置接收主站的下行信息进行对时。一、上行信息1、帧结构帧结构如图1所示。每帧都以同步字开头,并有控制字和信息字。同步字控制字信息字图1 帧结构2、字、字节、位的排列和发码规则帧的同步字、控制字、信息字的排列规则：字节由低B1到高Bn上下排列、字节的位由高b7到低b0左右排列，如图2所示。b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0b7 b0图2 字节排列B1字节B2字节向通道发码规则：低字节先送,高字节后送；字节内低位先送,高位后送。3、同步字结构同步字按通道传送顺序分为3组EB90H,即1l10、l011、l001、0000,。B1B2B3B4B5B6控制字节帧类别信息字数n源站址目的站址校验码图3 控制字4、控制字结构控制字如图3所示 b7 b0ELSD0001 图4 控制字节(1)、控制字节控制字节如图4所示E=0 表示使用已定义帧类别L=1 表示本帧有信息S=1 表示源站址有内容D=1 表示目的站址有内容(2)、帧类别帧类别为F4H，表示遥信数据。(3)、信息字数n=2，一帧有2个信息字。(4)、源站址与目的站址源站址默认为1，目的站址默认为2，可以在程序中进行设置。(5)、校验码本规约采用CRC校验，控制字和信息字都是（n、k）=(48,40) 码组，生成多项式为G(X)=X8+X2+X+1。按发码规则的顺序以G(X