下载文档原格式
WLD-6型小电流接地系统微机选线装置的应用技术成果总结报告康城矿机电区赵广存一、定题依据《煤矿安全规程》第四百五十七条明确规定，地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上，必须装设有选择性的单相接地保护装置。
随着电子技术、单片机技术、信息技术、通讯技术和软件技术的发展，各种高科技企业应运而生，高科技产品层出不穷。
与煤矿企业相关的产品也是五花八门、琳琅满目，令人眼花缭乱。
小电流接地系统微机选线保护装置是一款具有选择性的单相接地保护装置，被广泛地应用在煤矿企业的变电所和配电室中，收到了良好的效果，深受煤矿企业的欢迎。
二、任务来源及要求康城矿管子井配电室目前供电有四路进线，分为南北两个6KV配电室。
其中南配电室的一、二路供电来自陶二110KV变电站的6KV配电室，北配电室的三、四路供电来自康三35KV变电站的6KV配电室。
南配电室主要担负－100三水平供电，北配电室主要担负地面及二水平供电。
南配电室原来采用的单相接地保护装置选线准确率低，当发生单相接地故障后，不能正确地选出接地线路，造成维修人员工作量大，维修时间长，不能保证系统的安全运行，电气设备损毁现象时有发生。
该装置还具有故障率高、反应速度慢，出现漏报、错报和不报等现象。
针对以上接地保护装置的诸多问题，替代产品不断出现。
经调研发现市场上的新产品具有许多优点，能够较好的解决小电流接地系统的选线问题，单相接地后，能正确地选出接地线路，动作速度快，具有故障录波、故障追忆功能。
该装置RS485通信接口，能够接入变电站综合自动化系统，对于系统的安全运行具有十分重要的意义。
三、研究内容当高压电网发生单相接地故障时，另外两相电压会升高很多，达到线电压值。
这将会对电网的绝缘产生破坏作用，危及设备和人身安全，有时会烧毁设备。
接地时间越长，这种危害性就越大。
针对这种情况，人们总是希望发生接地故障后，能够尽快发现接地线路并迅速排除故障，防止事故扩大，保证供电系统安全运行。
小电流接地系统发生单相接地故障的处理第1条单相接地故障的现象1.1 警铃响，“母线接地”告警；1.2 绝缘检查电压表三相电压指示不平衡，接地相电压降低或为零，其它两相电压升高或为线电压，此时为稳定接地；1.3 若绝缘监察电压表指针不停的摆动，则视为弧光间歇性接地故障。
第2条单相接地故障的分析判断小电流接地系统发生单相接地故障时，将会导致三相电压不平衡。
完全接地时，故障相电压为零，其它两相电压升高至线电压；不完全接地时，故障相电压下降, 其它两相电压升高。
当出现接地告警时，应认真检查三相电压情况以做出正确判断，严禁将以下情况误判断为接地故障，具体有：2.1 TV一次、二次保险熔断器或TV二次回路断线引起得三相电压指示不平衡。
2.2 空投母线时造成的电压不平衡误发接地告警。
第3条电网中允许带接地故障的运行时间3.1 电网经消弧线圈接地时，其允许带接地时间运行的时间为取决于制造厂家的技术规定；3.2 6－35kV配电网一点接地，允许其运行时间不超过2小时。
第4条单相接地故障的处理当发生单相接地故障时，应首先详细检查站内设备无异常，确认本站设备无异常，可向调度申请进行拉路检查，查找时两人进行，一人监视电压，一人进行拉路。
具体处理过程如下：1、记录接地时间，判明是否真接地及接地相别；2、将接地情况（接地时间、性质、相别、仪表指示、电压情况等）向值班调度员汇报。
3、当两段母线并列运行时，先断开母线分段开关，判明接地母线；4、检查站内设备无接地异常；5、按调度令进行拉路检查，拉路前制定好拉路顺序。
一般拉路顺序为；（1）先架空线路后电缆线路，空载线路后负载线路，先长线路后短线路；（2）先一般用户，后重要用户；（3）先无保安电用户，后有保安电用户；6、当拉完所有出线后接地故障仍查不到接地线路，则有可能是接地点在母线上或两条以上线路同名相接地。
（1）如接地点在母线上时，根据调度命令，将接地母线撤出运行，排除故障后恢复对外供电；（2）如接地为不同线路同相接地，可根据调度令先将母线停电，然后用试送电的方法判别接地线路。
7小接地电流系统的单相接地保护接地电流是指电气设备或系统在正常运行状态下与地之间存在的电流。
在供电系统中，接地电流可能会导致设备过热、烧坏，甚至引发火灾等严重后果。
因此，对于7小接地电流系统来说，单相接地保护是非常重要的。
1. 接地电流的原因接地电流主要由以下几个方面的原因引起：1) 电气设备或线路绝缘失效导致的漏电流；2) 大地电位差引起的电流；3) 外界干扰引起的电流。
2. 单相接地保护的作用单相接地保护的主要作用是及时发现并切断接地电流，保护设备和人身安全。
在接地电流超过一定阈值时，保护装置将发出警报或进行自动切断，以防止设备过载或损坏。
3. 单相接地保护装置的分类根据保护方式的不同，单相接地保护装置可以分为以下几类:1) 过流保护装置：通过检测接地电流的大小来判断是否发生接地故障，并切断电路。
2) 绝缘监测装置：通过检测设备或线路的绝缘状况，一旦发生绝缘故障就会进行报警或切断电路。
3) 地电位保护装置：通过检测设备或线路的地电位差，当地电位差超过设定值时，会进行报警或切断电路。
4. 单相接地保护装置的工作原理单相接地保护装置主要通过采集电流信号和电压信号，并经过一系列的处理来实现对接地电流的监测和切断。
具体的工作原理如下：1) 采集信号：装置通过感应器或电流互感器来采集电流信号，并通过电压互感器来采集电压信号。
2) 处理信号：采集到的信号经过放大、滤波、测量等处理，得到实际的电流值和电压值。
3) 判断故障：将实际的电流值和电压值与设定值进行比较，如果超过设定值，则判断为接地故障。
4) 切断电路：一旦判断为接地故障，保护装置将发出切断指令，通过继电器或触发器等设备来切断电路。
5. 单相接地保护装置的安装与调试为了确保单相接地保护装置的正常工作，需要注意以下几个方面：1) 安装位置：保护装置应尽可能靠近故障点，以便及时响应并切断电路。
2) 线路布置：保护装置的线路布置应符合规范，避免与其他设备产生干扰。
小电流接地系统中发生单相接地，虽然对供电不受影响，但因非故障相对地电压升高到线电压，可能引起对地绝缘击穿而造成相间短路。
故发生单相接地后，不答应长期带接地运行，为此必须装设专用仪表来监视对地绝缘状况。
我国目前在中性点不接地系统中，广泛采用检测接地故障的方法之一是利用母线绝缘监察装置发现接地故障。
当系统发生单相接地故障时，接在母线上的电压互感器开口三角接线两端的监察继电器动作，控制室内发出接地信号。
运行人员利用重合闸装置将线路依次断开，当断开故障线路时，接地故障信号瞬间消失。
而假如电压互感器接线错误，如开口三角两端的端子接反、开口三角绕组中有一相或两相绕组的极性接反，就会造成三相电压表指示错误，无法判定故障相别，或者在电网没有接地的情况下误发接地信号，这无疑会给运行人员分析、判定和处理接地故障带来麻烦。
本文就电压互感器的两种常见接线错误进行分析。
1交流绝缘监视装置接线正确的情况母线电压互感器由三台具有两组二次绕组的单相电压互感器组成，或是一台具有两组二次绕组的三相五柱式电压互感器。
电压互感器原边中性点接地，以10kV电压等级的电网为例，正常时每相绕组加相对地电压，故副边星形每相绕组电压是100V，开口三角形每相绕组电压是100/31/2V。
绝缘监视电压表指示正常的相对地电压，绝缘监视继电器处于不动作状态。
当一次系统中A相发生接地时，原边A相绕组电压降到零，其他两相绕组的电压升高到线电压。
副边星形绕组的A相绕组电压降到零，其他两相绕组电压升高到100V。
三个电压表中，A相电压指示零，另两相指示线电压，由此得知一次系统A相接地。
副边开口三角形的A相绕组电压降到零，其他两相绕组电压升高到100/31/2V，开口三角形两端电压升高到100V。
加在电压继电器上的电压升高到100V，继电器动作发出信号。
2电压互感器开口三角两端的端子接反三相五柱式电压互感器，二次绕组星形接线的中性点有单独的引出端子，设为N端，该端子接地。
小电流接地系统接地电流计算与保护整定1 中性点不接地系统接地电流计算发生单相金属性接地时，接地相对地电压降为零，非接地两相对地电压升高3倍，三相之间电压保持不变，仍然为线电压。
流过故障点的电流是线路对地电容引起的电容电流，与相电压、频率及相对地间的电容有关，一般数值不大。
单相接地电容电流的估算方法如下：1.1 空线路单相接地电容电流IcIc＝1.1(2.7～3.3) UeL10ˉ式中：Ue 线路额定线电压（kV）；L 线路长度（km）；1.1 采用水泥杆或铁塔而导致电容电流的增值系数。
无避雷线线路，系数取2.7；有避雷线线路，系数取3.3对于6kV线路，约为0.0179A/km;对于10kV线路，约为0.0313A/km；对于35kV线路，约为0.1A/km。
需要指出：(1)双回线路的电容电流为单回线路的1.4倍（6～10kV线路）。
(2)实测表明，夏季电容电流比冬季增值约10 ％。
(3)由变电所中电力设备所引起的电容电流值可按表1－27进行估算。
1.2 电缆线路单相接地电容电流Ic油浸纸电缆线路在同样的电压下，每千米的电容电流约为架空线路的25倍（三芯电缆）和50倍（单芯电缆）。
也可按以下公式估算：6 kV电缆线路Ic＝〔(95+3.1S)(2200+6S)〕Ue A/km10 kV电缆线路Ic＝〔(95+1.2S)(2200+0.23S)〕Ue A/km式中：Ic 电容电流（A/km）；S 电缆芯线的标称截面面积(mm)；Ue 线路额定线电压（kV）。
对于交联聚乙烯电缆，每千米对地的电容电流约为油浸纸电缆的1.2倍。
油浸纸电缆和交联聚乙烯电缆的电容电流，见表1-28至表1-301.3 架空线和电缆混合线路单相接地电容电流Ic混合线单相接地电容电流可采用以下经验公式估算：Ic＝Ue(Lk+35lc)350式中：Ic：电容器电流（A）Uc：线路额定线电压（kV）Lk：同一电压Ue的具有电的联系的架空线路总长度（km）Lc：同一电压Ue的具有电的联系的电缆线路总长度（km）表1-28 6-35KV油浸纸电缆接地电容电流计算值2 小接地电流系统单相接地保护及计算2.1 小电流接地系统的电容电流计算。
小电流接地系统单相接地选线装置的原理1接地系统分析我国的供用电系统分为：“大电流系统”和“小电流系统”。
“小电流系统”是指中性点不接地或经高阻接地的系统，我国66kV以下多采用这一系统。
这样的系统发生单相接地后接地电流小，A、B、C三相相位不变，现场设备可以持续运行一段时间(规程要求2小时以内)，这样就增加了供电的可靠性。
但是为了使故障迅速消除降低故障面，就必须及时找到并切除故障线路。
上世纪50年代末60年代初我国第一台小电流系统接地选线装置研制成功，至今小电流选线设备已经走过了几十年的历程。
但现场运行结果表明，装置的选线效果并不理想，有些厂家的装置因为效果不佳饱受非议。
有大批的电力工作者致力于提高选线准确率的研究。
2各种选线原理分析及失败原因。
目前现场应用的主要有稳态分量法、谐波分量法、暂态法、接地选线和消弧线圈一体化发等四种原理的接地选线装置。
2.1稳态分量法稳态分量法，又分为零序电流比伏法，零序电流比相法，以及群体比伏比相法。
这种方法利用故障微机线路保护装置的零序电流在数值上等于非故障线路零序电流之和，即故障线路的零序电流最大。
这样就通过比较线路零序电流的幅值找出故障线路。
这种方法是一种实验室内理想的方法，对于现场当中各条线路有长有短，各条出线的负载不平衡，所用TA也不是完全平衡，这样就造成零序电流最大的线路不一定都是故障线路。
基于以上几点大家除了进行幅值比较外又加上了相位比较，因为故障解列装置和非故障线路相位是相反的，这样就弥补了出线不平衡的影响。
提高了选线的正确率。
但从装置内部来讲大家对故障量的采样一般都是循环采集，就是分几次采集才把所有的出线的计算数据采集完毕，这样存在着一个弊端就是没有在同一时刻完全采集所有出线的故障量，就容易出现误判，这种方法也不适用于有消弧线圈的系统。
2.2谐波分量法谐波分量法，又分为5次谐波大小和方向，各次谐波平方和等方法。
大家知道对于有消弧线圈的系统由于完全补偿或过补偿的原因，选线装置．微机消谐装置误判率偏高。
小电流接地系统单相接地保护装置
中心议题：
∙接地系统单相接地保护装置设计
解决方案：
∙采用单片机和DSP双CPU作为小电流接地系统单相接地故障检测的核心
∙采用6片AD转换芯片，实现了36路信号同步采集
∙采用LCD显示模块实现了很好的人机交互
随着配电网的发展，小电流接地系统运行的可靠性越来越受到重视，针对小电流接地系统的各种保护装置也得到飞速发展。
目前，主要的保护装置都是由工控机和单片机实现的，而单片机在实现保护方面有体积小、成本低、安装方便、运行可靠等优点。
以前的很多产品都是利用接地故障时的稳态信息。
但是当小电流接地系统在发生单相接地故障时，稳态零序电流幅值较小，而暂态零序电流幅值较大，故基于暂态零序电流的故障选线方法更可靠。
配电网的线路繁多，结构复杂，采集的数据包括由TV来的8路电压量(两段母线的三相电压和零序电压)以及由零序TA来的各路零序电流。
对于这样多的数据采集、分析计算，并上传，单一的单片机是难以胜任的。
数字信号处理器(DSP)由于具有处理速度快，适合数字信号处理的特点，可以很好地解决数据采集和处理问题。
考虑到装置的控制功能，本装置采用单片机和DSP双CPU结构为核心。
小波分析在时频两域都具有良好的局部化性能，能对不同频率成分采用逐渐精细的采样步长，聚焦到信号的任意细节，这一特性非常适合分析电力系统中的暂态信号。
小波分析在信号的分解与重构、特征提取、信噪分离等方面的优点决定了它在电力系统谐波分析、奇异点的检测与消噪、设备的状态监测与故障诊断、继电保护、输电线路故障定位及负荷预测等领域都具有广阔的应用前景。
1装置的研制
1．1总体方案设计
硬件平台是软件算法的运行载体，是实现准确、高效选线的保障。
本文设计的选线装置采用双CPU。
即"DSP+单片机"的处理机构。
DSP作为运算CPU，负责信号采集、选线计算部分；单片机作为管理CPU，主要负责人机交互部分。
DSP处理器由于内部采用哈佛总线结构，指令是流水线操作，以及独立的硬件乘法器结构等，非常适合进行数字信号处理，进行实时的数据分析和监控。
本文采用TI公司的TMS320LF2407A(以下简称LF2407A)DSP芯片为数据采集和处理CPU，充分利用其强大的数据处理能力和速度，实现多点数据采集和快速参数计算。
单片机采用瑞萨M16C／62P系列单片机，该单片机具有很强的抗干扰能力和1M的寻址空间，适用于事件管理和人机交互。
系统总体方案如图1所示。
本保护装置位于现场，进行数据采集和处理，并且与上位机之间进行通信。
保护装置采用M16C／62P单片机为主CPU，负责系统显示、控制和与上位机通信；采用TMS320LF2407ADSP 为从CPU，负责数据采集和处理；DSP与单片机之间用双端口RAM进行通信。
系统通过RS232和RS485与上位机通信。
1．2双CPU的连接
由于系统采用双CPU，为了实现两个CPU之间大量数据的快速交换，本装置采用双口RAM来实现两CPU之间快速的数据交换。
IDT7132是高速2k×8双端口静态RAM，可提供两个拥有独立的控制总线、地址
总线和I／O总线端口，允许CPU独立访问内部的任何存储单元。
本文使用双端口RAMIDT7132来实现DSP与单片机双CPU的连接。
图2是DSP与单片机通过RAMIDT7132的连接图。
采用硬件判优方案解决容易发生的争用问题。
同时读取不同存储空间的数据和同时读取相同空间的数据时，左右端口可以同时进行。
若同时对相同的空间进行写操作，或者某一端口在对一数据空间进行读操作的同时另一端口对该数据空间进行写操作，左右端口将发生冲突。
我们在设计时通过BUSY引脚来解决这一问题。
当左右端口对不同存储空间进行读写操作时，可以同时存取。
此时，左右端口的BUSY 信号同时为高。
若对同一存储空间同时进行写操作时，哪一端的存储请求信号先出现，则该端的BUSY信号置为高，允许存储。
哪一端的存储信号出现在后，哪一端的BUSY信号将置为低，禁止存储。
1．3数据采集模块的设计
TMS320LF4207A本身虽然自带A／D转换器，但其转换精度只有10位，且转换速度也不高(500ns)。
为了实现更高的速度和精度，选择了扩展ADS8364芯片。
ADS8364是一种高速、低功耗、双16bA／D转换器，有6个模拟量输入通道。
可用BVDD独立供电。
它有6个完全相同的采样保持电路，分成A、B、C3组，每一组都由1个HOLD引脚控制。
ADS8364可以从外部引入最大5MHz的时钟频率，此时采样时间是0．8μs，转换时间只有3．2μs，A／D的最大采样率达到250K，要达到此值，可在下一次转换开始时读取上一次的转换结果。
此A／D完全可以满
足本装置的采样要求。
AD芯片与DSP的连接如图3所示。
系统采用I／O接口启动AD转换。
6片ADS8364的片选信号由译码器电路和IS、A15信号共同产生。
通过IOPB4使得HOLDA、HOLDB、HOLDC同时为低电平，对6个通道同时采样。
AD的EOC引脚与DSP的外部中断XINT1相连接，由AD 转换结束信号发出中断请求，读取AD转换结果。
由A0、A1、A2控制采样模式。
1．4液晶显示模块的设计
本装置采用单片机与HG12605-A液晶显示模块连接来实现人机接口。
本模块主要完成显示时间和日期；显示故障线路编号；显示装置运行状态与装置内部故障信息；显示串口通信参数的任务。
HG12605-A中内藏ST7920点阵式LCD控制与驱动芯片，可以显示字母、数字符号、汉字、以及自定义文字符号。
ST7920芯片内部集RAM和ROM、字型产生器、以及液晶驱动器和控制电路于一体，因此，只要一个很小的处理系统，就可以操作HG12605-A液晶显示模块，并且硬件连接简单。
液晶模块和单片机的连接如图4所示。
图中，E为芯片使能引脚。
DB0-DB7为数据总线，通过D／I、R／W以及和DB0-DB7的各种组合，可以完成对液晶模块的初始化操作和数据读写。
LEDA和LEDK为液晶模块的背光，可以通过可调电阻调节亮度。
1．5DSP与单片机的软件流程图
本保护装置要完成的主要任务有数据采集、数据处理、通信与显示。
其中数据采集任务是由DSP负责，数据显示和通信的任务由单片机负责。
单片机程序包括各种初始化子程序、通信子程序、显示子程序。
DSP程序包括初始化子程序、自检子程序、接地发生检测子程序、A／D子程序、数据处理(小波分析)子程序，采用C 语言和汇编语言混合编写。
其中主函数租DSP函数部分采用C程序编写；中断服务和控制程序采用汇编语言编写，并供C调用。
程序流程图如图5所示。
图中的Earthstart为接地故障发生标志，通过检测8路电压信号，当判别有接地故障时将Earthstart置1。
FinFlag为计算完成标志。
外部输入的电压、电流信号经过输入转换电路变为低压小信号，经过平移电路和信号调理，成为可以直接被A／D转换的采样信号，输入A／D转换器。
DSP芯片从A／D的寄存器中读取数据。
当所有的转换都结束时，DSP启动数据处理程序，即应用小波分析对数据进行分析和计算。
计算完成后，
将计算结果存储在双口RAM中，并把FinFlag标志置1。
当单片机查询到此标志为真时，启动数据读取程序，从双口RAM中读取DSP已经运算完成的数据。
当读取完成时，FinFlag和Earthstart标志都置为0，然后完成显示任务和串行通信任务。
系统等待下一次接地故障的发生。
1)采用单片机和DSP双CPU作为小电流接地系统单相接地故障检测的核心，充分发挥了单片机的控制功能和DSP强大的信号处理能力；通过双端口的RAM对两个CPU进行连接，并采用硬件判优方案，保证了双CPU数据交换的实时性和可
靠性。
2)采用6片AD转换芯片，实现了36路信号同步采集，使用DSP对数据进行分析，应用了小波分析方法中的信号奇异特性选出故障线路。
3)采用LCD显示模块实现了很好的人机交互。
