ZKXDL6000小电流接地选线装置技术说明.docx

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ZKXDL6000小电流接地选线装置技术说明

1.ZK-XDL6000小电流接地选线装置技术说明

1.1装置适用范围

ZK-XDL6000小电流接地选线装置适用于3KV－110KV中性点不接地或中性点经电阻、消弧线圈接地的变电站线路单相接地故障选线，适用于不同电压等级（110kV、66kV、35kV、10kV、6kV、3kV）的系统。

可广泛用于发电厂、水电厂、变电所及大型厂矿企业的供电系统作为线路和母线单相接地故障报警或用于线路接地跳闸保护。

ZK-XDL6000小电流接地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：

智能型比幅比相法、谐波比幅比相法、小波法、首半波法、有功分量法、能量法等。

装置为各种方法确定有效域，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，并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（1～5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；装置能准确识别直接接地、经电阻接地、弧光接地、间歇性弧光接地等复杂的故障类型；能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；装置运行稳定、消耗能量小、使用寿命长、不易老化；质量轻、体积小、方便运输，易安装、易维护、性能稳定（无需风扇、无任何机械部件）可靠性非常强；装置单台最大容量可达6段母线48条出线；可应用于传统的变电站、新型的数字化变电站、智能化变电站。

1.2装置技术特点

1）全嵌入式硬件结构平台

ARM（AcornRISCMachine）嵌入式模块化CPU，功能合理分散、结构紧凑、易于扩展、充分保证装置具有强大的数据吞吐及处理能力，实现了高性能、高可靠性、免风扇、低能耗的整机一体化工业级设计。

2）先进可靠的软件平台

采用嵌入式Linux实时多任务操作系统平台，采用组件化的软件系统结构，大大提高软件系统的可靠性、保证整个装置具有优异的整体性能。

3）可靠的启动方式

接地选线的启动仅仅依靠零序电压的越限，无需零序电流门槛值；并且装置能够精准识别各种PT故障，防止PT故障下选线误启动。

4）高精度数据采集系统

电压电流采集采用16位高精度A/D转换、模拟通道同步控制采样技术、基于最小二乘最优化原理的模拟量通道矢量校正技术（包括幅值、相角误差校正）等保证装置有较高的处理精度。

5）多种接地算法综合判断

该装置使用小电流系统单相接地时的稳态量、暂态量、综合三大类原理共10余种算法，构成了多种选线算法可信度在线最优跟踪的自适应综合判据，能自动适应各种不同接地方式和不同运行方式，实现准确的接地故障选线。

6）故障录波功能

装置具有全程故障录波功能，故障的演变及发展过程，都可以通过数据体现出来。

故障波形长短可设，存储故障的多少受存储介质大小和故障时间长短的影响。

7）开放的数据格式

记录文件输出支持COMTRADE国际标准格式，可与任何支持该格式的数据分析软件兼容。

8）远方维护功能

支持远方参数配置、远方自检、远方启动录波等功能。

9）现场安装维护方便

接入电压互感器、零序电流互感器的信号，不需附加专门信号耦合设备，安装方便，操作简单；采用插件式结构，模块化设计，互换性好，插拔灵活。

1.3装置执行标准

国家标准：

GB/T7261-2008继电保护和安全自动装置基本试验方法

技术要求：

国家标准GB/T14598.2-2011量度继电器和保护装置第1部分：

通用要求

行业标准：

DL/T478-2013继电保护和安全自动装置通用技术条件

企业标准：

Q/370000SPC004-2013TY系列小接地电流系统单相接地选线与定位保护装置

1.4装置技术条件

（1）使用环境

装置在以下环境条件下可正常工作：

环境温度：

-20oC～70oC；

相对湿度：

5%～95%（产品内部既不应凝露，也不应结冰）。

大气压力：

80kPa～106kPa。

（2）电气绝缘性能

试验

指标

绝缘电阻

500VDC，>100MΩ

绝缘耐压

2.0kV/500VAC，1min

冲击电压

1kV/1kV，1.2/50μs

（3）机械性能

1）振动能承受GB/T11287规定的I级振动响应和振动耐受试验。

2）冲击和碰撞能承受GB/T14537规定的I级冲击响应和冲击耐受试验，以及I级碰撞试验。

（4）电磁兼容性

序号

试验

指标

参考标准

1

辐射发射限值

检验频率范围：

30MHz~1000MHz；

扫描步长：

60kHz；

GB/T14598.16（IEC60255-25）

2

传导发射限制

检验频率范围：

150kHz~30MHz；

扫描步长：

4kHz；

GB/T14598.16（IEC60255-25）

3

射频电磁场辐射抗扰度

III级（10V/m）

GB/T14598.9（IEC60255-22-3）

4

静电放电抗扰度

IV级，±8kV/±15kV

GB/T14598.14（IEC60255-22-2）

5

射频场感应的传导骚扰抗扰度

III级/10V

GB/T14598.17（IEC60255-22-6）

6

快速瞬变抗扰度

A级（通信端口2kV5kHz和100kHz，

其他端口4kV/5kHz和100kHz）

GB/T14598.10（IEC60255-22-4）

7

脉冲群抗扰度

III级，

共模2.5kV/差模1kV

GB/T14598.13（IEC60255-22-1）

8

浪涌（冲击）抗扰度

III级

线—线：

2kV

线—地：

1kV

GB/T14598.18（IEC60255-22-5）

9

工频抗扰度

A级差模150V共模300V

GB/T14598.19（IEC60255-22-7）

10

工频磁场抗扰度

IV级连续磁场30A/m，短时300A/m

GB/T17626.8（IEC61000-4-8）

11

脉冲磁场抗扰度

IV级300A/m

GB/T17626.10（IEC61000-4-9）

12

阻尼振荡磁场抗扰度

IV级30A/m频率100k,1MHz

GB/T17626.10（IEC61000-4-10）

13

辅助电源端口电压降、短时中断、电压变化和纹波检验

电压暂降试验规格剩余电压0%Ut及纹波检验应满足标准GB/T14598.11-2011中准则C的要求

GB/T14598.11（IEC60255-11）

（5）安全性能

1）装置应有安全标志，并应符合GB14598.27-2008中9.1的规定；

2）装置的外壳防护等级至少应为GB14598．27-2008中规定的IP30级，并达到I类电击防护要求；

3）装置的着火危险防护不应低于GB14598.27-2008中规定的V2级；

4）金属结构应有防锈蚀措施。

所有紧固件应拧紧，不松动。

（6）热性能（过载能力）

1）交流电流回路：

在2倍额定电流下连续工作，40倍额定电流下允许1s。

2）交流电压回路：

在1.4倍额定电压下连续工作，2倍额定电压下允许10s。

（7）功率消耗

1）交流电流回路：

当额定电流为5A时，每相不大于1VA。

当额定电流为1A时，每相不大于0.5VA。

2）交流电压回路：

当额定电压时，每相不大于1VA。

3）直流电源回路：

正常工作时，不大于15W；装置启动时，不大于30W。

1.5装置主要技术参数

工作电源

直流、交流电源

220V±20%

模拟通道

交流电压额定值

交流电压：

Ux≤100V（交流有效值）

电压回路功率消耗

交流电压回路：

≤0.05VA

交流电流额定值

1.0A/5.0A（根据现场TA变比）

电流回路功率消耗

交流电流回路：

≤0.05VA

模拟量路数

电压回路

≤4段母线

零序电流回路

≤32条馈线

校时方式

B码对时

可以接收B码对时，电口

手动校时

显示屏直接操作

外部校时

支持

跳闸出口数

最多48路出口，根据实际配置

精度指标

交流电压通道

交流电压：

±5%UN

零序电流通道

零序电流：

±3%I

跳闸出口时间

0.01～7200秒，连续可调

故障记录容量

≥1000条，根据存储容量可设置

节点容量

开关量输出继电器

16A/250VAC或16A/24VDC

报警节点继电器

16A/250VAC或16A/24VDC

装置功率

正常运行

<10W

通信方式

通信口方式

串口（RS232/RS485）/LAN

规约支持

支持CDT、103、IEC61850规约

1.6装置硬件功能组件

ZK-XDL6000小电流接地选线装置采用以ARM芯片为核心的嵌入式工控机为硬件架构，适合应用在强烈震动或多尘的工业现场，机身为标准4U机箱。

本装置由主板、PT/CT滤波板、数据采集卡、开关量输出板、开关量输入板、打印机、交、直流电源、液晶大屏幕、金属机箱等组成，安装在密闭的机箱中。

各种卡、板采用后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；

前板配有7寸液晶触摸屏、虽然嵌入式工控机运行非常稳定，但是ZK-XDL6000系统仍然配备看门狗电路，死机自恢复，确保嵌入式系统更加连续稳定运行；采用Linux操作系统，可靠性高，具有人机对话功能，便于操作人员掌握和使用；平台先进。

（1）电源板

ØDC220V/DC0V：

220V交直流电源插座。

Ø

：

外壳地。

ØPOWER：

电源开关，电源开关在“O”位置，

Ø装置通电，开始运行；在“一”位置，装置关机状态，

电源板见下图1。

图1电源板

（2）主板

ØUSB：

USB接口，可用于导出数据。

Ø标配LAN1/LAN2，可外接LAN3/LAN4：

这4个网口均有独立物理地址。

ØTXD4/RXD4/GND：

串口通信RS232的接收、发送。

ØTXD4/RXD4/GND：

串口通信RS232的接收、发送。

ØTXD0/RXD0/GND：

厂家测试串口，通信的接收、发送。

ØRXD2/TXD2/GND：

RS232串口，通信的接收、发送。

ØRXD4/TXD4/GND：

打印机串口。

Ø485N1/485P1&485N3/485P3：

RS485串口，通信的接收、发送。

主板尾板见下图2。

图2主板尾板

（3）电压、电流采集板

Ø电源：

上电指示灯。

最多可接入6段母线电压，如表1所示。

Ø电流采集由左侧的CT采集板和右侧的CT采集板构成，如表2所示。

表1

端子标号

用途

端子标识

UD8UD9

I母零序电压

UD1

I母A相电压

UD2

I母B相电压

UD3

I母C相电压

UD18UD19

II母零序电压

UD11

II母A相电压

UD12

II母B相电压

UD13

II母C相电压

UD28UD29

III母零序电压

UD21

III母A相电压

UD22

III母B相电压

UD23

III母C相电压

UD38UD39

IV母零序电压

UD31

IV母A相电压

UD32

IV母B相电压

UD33

IV母B相电压

表2

端子标号

用途

端子标识

ID1ID2

线路1零序电流输入

ID3ID4

线路2零序电流输入

ID5ID6

线路3零序电流输入

……

……

ID93ID94

线路47零序电流输入

ID95ID96

线路48零序电流输入

（4）开关量输入板

表3

端子标号

用途

端子标识

LP49-1LP49-2

选线跳闸投入

LP50-1LP50-2

轮切投入

LP51-1LP51-2

后加速跳闸投入

YD7YD8

远方操作

YD9YD10

检修状态投入

YD11YD12

分段开关跳位辅助接点（1母）

YD13YD14

分段开关检修投入（1母）

YD15YD16

分段开关跳位辅助接点（2母）

YD17YD18

分段开关检修投入（2母）

YD19YD20

分段开关跳位辅助接点（3母）

YD21YD22

分段开关检修投入（3母）

YD23YD24

分段开关跳位辅助接点（4母）

YD25YD26

分段开关检修投入（4母）

YD27--YD32

备用

YD33YD34

线路1位置跳闸信号

YD35YD36

线路2位置跳闸信号

.....

.....

YD127YD128

线路48位置跳闸信号

（5）跳闸输出板

表4

端子标号

用途

端子标识

KD1KD2

线路1跳闸出口

KD3KD4

线路2跳闸出口

KD5KD6

线路3跳闸出口

……

……

KD95KD96

线路48跳闸出口

（6）装置硬件系统框图

1.7装置软件功能介绍

装置软件包括前端计算分析软件和人机交互软件。

前端的计算分析软件采用实时多任务处理系统，具有计算速度快，响应及时的特点，能够实现实时采样，滤波、计算分析、故障数据存储、跳闸输出等实时性要求较高的系统任务。

使得装置能够实现6000Hz的采样频率，十几种算法的同时运算保证选线的正确性，并保证故障存储2小时，录波周期数量理论上不限制的强大功能（受限于电子盘大小）。

人机交互软件基于LINUX操作系统，有时实监测、波形监测、故障监测、母线设置、故障统计等功能。

装置在处理多种任务需求的同时，还能快速响应用户按键，触摸屏就能进行所有的人机操作，真正做到人机交互友好简便，典型系统界面如下图所示。

装置故障波形图装置故障记录界面

1.8装置选线算法介绍

（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。

当时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，小波选线方法现已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弧光接地故障情况下，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（0

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1～5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。

我公司小电流选线装置所用到的各种选线方法都是大家耳熟能详的，也广泛为小电流选线厂家所使用。

而我们技术的核心在于如何去更有效的使用这些方法——如何用各种方法去综合选线，如何实现连续选线，如何为各种方法确定有效域等。

虽然我们的BA2008型工控机架构选线装置已经达到非常理想的选线准确率，但是我们并没有就此止步。

在ZK-XDL6000选线装置中，我们创造性地将人工免疫理论、模糊神经网络理论与以往使用的模糊理论、粗糙集理论、故障测度理论、证据理论联合运用，势必会使我们的选线效果更上一层楼。

1.9装置定值清单

（1）公共参数清单

类别

序号

定值名称

参数范围

（In为1A或5A）

单位

参数值

基本参数

1

定值区号

1～31

无

调试定值置于30区，31区用于远方修改

2

厂站名

可设置18个字符

无

根据现场实际情况整定

3

厂家编号

4

装置编号

PT

3

I母PT一次线电压

1～35

kV

线电压额定值

4

II母PT一次线电压

1～35

kV

线电压额定值

5

III母PT一次线电压

1～35

kV

线电压额定值

6

IV母PT一次线电压

1～35

kV

线电压额定值

（2）公共定值清单

类别

序号

定值名称

参数范围

单位

参数值

数

字

定

值

1

接地选线启动电压

10～40

V

2

接地选线告警延时

3～7200

S

3

选线跳闸支路数

1～3

条

4

长时限轮切启动电压

10～40

V

躲最大不平衡电压

5

长时限轮切启动延时

10～7200

S

大于最大跳闸延时

6

轮切策略

固定轮切/自动轮切

控

制

字

7

选线跳闸控制字

0，1

“1”-投入；“0”-退出

8

后加速跳闸控制字

0，1

“1”-投入；“0”-退出

9

轮切控制字

0，1

“1”-投入；“0”-退出

10

长时限轮切启动控制字

0，1

当轮切压板与轮切控制字均投入时，此控制字投退有效；

谐

波

电

压

定

值

11

5Hz谐波门限

20-120

V

12

10Hz谐波门限

20-120

V

13

17Hz谐波门限

20-120

V

14

25Hz谐波门限

20-120

V

谐波电压定值

15

50Hz谐波门限

120

V

16

150Hz谐波门限

20-120

V

17

250Hz谐波门限

20-120

V

18

过电压门限

180

V

（3）线路定值清单

类别

序号

定值名称

定值范围

（In为1A或5A）

单位

整定值

定

值

1

线路名称

18个字符

以调度命名为准

2

线路类型

架空/架空转电缆/电缆转架空/电缆/其他（站内设备）

3

所属母线

1，2，3，4

无

根据实际主接线整定

4

零序CT一次额定值

10～1000

无

根据实际CT变比整定

5

零序CT二次额定值

1，5

无

根据实际CT变比整定

6

零序CT极性

0，1

根据实际CT接线整定

7

选线跳闸延时

5～7200

S

推荐10S

8

参与选线跳闸

0，1

“1”-投入；“0”-退出

9

参与轮切

0，1

“1”-投入；“0”-退出

10

固定轮切顺序

00～24

轮切顺序

（4）软压板状态清单

类别

序号

压板名称

压板方式

压板状态

软

压

板

1

选线跳闸投入

0，1

“1”-投入；“0”-退出

2

后加速跳闸投入

0，1

“1”-投入；“0”-退出

3

轮切投入

0，1

“1”-投入；“0”-退出

4

远方操作

0，1

“1”-投入；“0”-退出

5

远方修改定值

0，1

“1”-投入；“0”-退出

6

远方切换定值区

0，1

“1”-投入；“0”-退出

7

远方投退压板

0，1

“1”-投入；“0”-退出

（5）通信定值清单

类别

序号

参数名称

参数范围

串口参数

1

规约方式

支持CDT、103、IEC61850规约

2

通信方式

RS232、RS485

3

本机地址

1～255

4

波特率

1200、2400、4800、9600bps

5

停止位

1位、2位

6

校验方式

奇校验、偶校验、无

7

数据位

8

网口参数

8

IP地址

IPv4标准ip地址

9

子网掩码

对应IP的子网掩码

10

网关

对应IP的网关

11

MAC地址

48位物理地址

2．ZK-XDL6000小电流接地选线装置功能说明

2.1装置正面布置图

装置前面板采用了铝型材结构，正面合理布置了人机对话用元件，其面板布置见下图。

面板上各元件说明如下：

电源指示电源指示，正常运行灯亮

运行状态上电运行，该指示灯每秒闪动一次，说明管理CPU主板运行