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ZJXB-I-24/2小电流接地系统选线装置

ZJXB-I-24/2
ZJXB-I-24/2小电流接地系统选线装置

        

我国大多数配电网和工矿企业的6~35KV供电系统,都属于小电流接地系统,主要包括中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统和中性点经电阻接地系统。小电流接地系统的优点是单相接地电流较小,单相接地不形成短路回路,电力系统安全规程规定可继续运行1-2h。但是,长时间的单相接地运行,极易形成相间直接短路或两相接地短路,弧光接地还会引起全系统过电压。单相接地故障如不及时发现和处理,就会造成多相短路而迫使供电中断,影响正常生产,并给企业和人身带来严重威胁。

近几年,随着我国经济的快速发展,电网规模也不断扩大,根据有关规定当电网电容性电流超过规定值时,应装设限制单相接地电容性电流的补偿装置(消弧线圈)。目前,我国的配电网多采用中性点经消弧线圈接地方式,中性点经消弧线圈接地的系统,称为谐振接地系统,在谐振接地系统中消弧线圈一般都采用过补偿运行方式,在此运行方式下,发生单相故障时,故障线路和非故障线路零序电流的大小和方向基本相同,没有明显的变化,难以分辨。这就使得以往适用于中性点不接地系统的,基于零序电流功率方向型,群体比幅、比相法原理构成的选线装置,在谐振接地系统过补偿运行方式下的选线准确率偏低,甚至不起作用,无法保证谐振接地电网的安全运行的要求。

为了解决谐振接地系统单相接地故障准确选线的技术难题,国内外科技人员研发出多种基于故障暂态分量和零序稳态分量的故障判断方法和微机选线装置,主要有谐波分量法、信号注入法、暂态分量法、零序导纳法、残流增量法、负序电流法及新兴的小波变换法等。基于这些新型单一选线方法构成的接地选线装置各有优点和不足,并且有些在实际运行中效果并不十分理想,需要进一步的改进和优化。因此,对谐振接地系统单相接地故障的准确检测一直是生产现场亟待解决的技术难题。

1.1  装置构成原理

ZJXB-Ⅰ型智能小电流接地选线装置应用自主创新的零序电流有功分量相位及幅值比较综合判选选线原理(已申报国家发明专利和实用新型专利),是蓝星公司应用自主创新的选线方法研究开发的系列新产品。

1.2 适用范围

华美ZJXB-Ⅰ智能小电流接地选线装置广泛应用于电力系统、发电厂、煤炭、石油化工、钢铁、海港码头等大型工矿企业的6~35KV供电系统,用于单相接地故障的检测与保护。

1.3 适用条件

环境温度:-25℃~+45℃

相对湿度:≤90%(25℃)

海拔高度:≤1000m

安装地点:户内,安装地点的地平应与垂直面倾斜度不超过5度,安装运行地点应无剧烈的机械振动、无蒸汽和有害气体、无导电性或爆炸性的尘埃。

1.4  型号含义

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 1.5  产品规格

ZJXB-Ⅰ-24/2最大监控2段母线和24路馈出线路,也可以根据用户的需要任意组合监护多段母线和更多馈出线数。

1.6 外形尺寸

ZJXB-Ⅰ嵌入式装置的安装开孔尺寸(mm):450(宽)*224(高)*360.35(深)。  

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图1  装置安装开孔尺寸图

1.7 装置组成

ZJXB-Ⅰ智能小电流选线装置由两部分构成,分别为ZJXB-Ⅰ选漏装置、后台监控软件(用户根据需要选择)两大部分组成。其中ZJXB-Ⅰ智能选线装置可以根据用户需要安装在控制屏或矿用一般型机柜内,如下图所示所示。

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1、基于零序电流有功分量方向和幅值比较综合判选原理的介绍

1.1、零序电流有功分量方向和幅值比较综合判选法-判据之一

中性点非直接接地系统发生单相接地故障时,其零序等效网络如图1所示。以C相接地为例,Rg为接地点过度电阻,K1、K2为中性点接地方式模拟开关,在分析中性点不接地网络时,K1、K2都断开;在分析中性点经消弧线圈接地网络时,K1、闭合,K2断开;消弧线圈阻抗ZL=RL+jXL,RL为消弧线圈回路电阻,XL为消弧线圈感抗;分析中性点经高阻接地时,K1、断开,K2闭合,RN为中性点接地电阻。母线零序电压为U0。

由图2可知,故障线路Ⅲ始端所反映的零序电流为:Ì0Ⅲ=-[(Ì0Ⅰ+Ì0Ⅱ)+Ì0N]        (1)

非故障线路Ⅰ、Ⅱ始端反映的零序电流为:Ì0Ⅰ=jωCⅠÙ0       Ì0Ⅱ=jωCⅡÙ0           

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  图1 中性点非有效接地系统零序等效网络

不同中性点接地方式下中性点对地电流Ì0N如下:

(1)、中性点不接地方式下Ì0N=0,式(1)变为:Ì0Ⅲ=-(Ì0Ⅰ+Ì0Ⅱ)

故障线路和非故障线路中均流过容性电流,它们与零序电压的矢量关系如图2(a)所示。

(2)、中性点经消弧线圈接地方式下Ì0N=Ù0/(RL+jXL)=ÌRL+ jÌXL,不管消弧线圈运行于过补偿、欠补偿或跟踪全补偿状态,故障线路中均有有功电流和无功(感性或容性)电流,非故障线路中只有容性电流。过补偿时,它们与零序电压的矢量图如图2(b)所示。

(3)、中性点经高阻接地方式下Ì0N=Ù/RN,故障线路中有阻性(有功)电流和容性电流,非故障线路中只有容性电流,它们与零序电压间关系的矢量图如图2(c)所示。


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         (a)中性点不接地                      (b)中性点经消弧线圈接地                  (c)中性点经高阻接地

图2  中性点不同接地方式下单相接地故障零序电压与零序电流矢量关系图

可见,在中性点不同的接地方式下,非故障支路中只有电容性电流通过,且超前零序电压900,而流过故障支路的基波零序电流相对于母线零序电压呈现出90~2700之间的变化特性,将母线零序电压沿滞后方向进行0~900的移相后,对各个馈出线的零序电流进行故障判断,这就是基于零序电流有功分量方向和幅值综合判选法的-基本判据之一。

1.2 零序电流有功分量相位及幅值比较综合判选法-判据之­二

由图2可知,由于线路存在对地电导以及消弧线圈存在电阻损耗,故障电流中含有功分量。非故障线路和消弧线圈的有功电流方向相同都经过故障点返回,并且有功分量不受消弧线圈的影响。

当发生单相接地故障时,从所有馈出线中抽取出零序电流的基波有功分量,算出故障点的残余有功分量,以母线零序电压所在直线为参考轴,再对所有馈线的基波零序电流在参考轴上的投影进行比较。此时,故障馈出线接地电流的投影与各条非故障馈出线零序电流的投影不仅相位相反,而且数值最大,据此便可检出故障馈出线。这就是基于零序电流有功分量相位及幅值综合判选法的理论依据之二。

综上所述,本选线原理比较其它单一的选线方法,具有更高的准确性,适用于各种中性点接地方式的准确选线,成功的解决了谐振接地系统单相接地故障准确选漏的技术难题。

2、结论

 以零序电流有功分量相位及幅值比较综合判选法构成的ZJXB型智能小电流接地选线装置,无论从选线方法、故障判断专用核心器件的设计,还是整体功能系统设计等方面都有自己独特的创新点,其主要优点:

(1)、该装置适应于各种中性点接地方式的中低压配电网,特别是解决了谐振接地系统过补偿运行方式下的准确选线的技术难题,选线准确率达到了100%。

(2)、该装置在选线灵敏度方面已达到很高的水平,并且检测故障反应迅速,准确判断出故障的时间小于0.1S。

(3)、故障判断核心器件-采用复杂可编程(CPLD)器件,取代单片机或DSP。使整个装置有多个故障判断核心单元,能同时对所有采集的信息进行并行处理。因而在故障处理速度、整体抗强电磁干扰、系统可靠性等方面有特别明显的技术优势。




        

1、 基本功能

(1)、综合应用自主创新的零序电流有功分量相位及幅值比较综合判选原理(已申报国家实用新型和发明专利),可用于小电流接地系统的各种接地方式下实现故障选线,特别是谐振接地系统过补偿运行状态下的准确选线。

(2)、采用EDA技术和复杂的可编程逻辑器件(CPLD)设计开发专用集成电路作为故障判断的核心“CPU”,取代以往用单片机作为核心器件判断选线功能,单片机管理只作为故障显示、故障保存、故障信息打印和联网通讯的后台管理功能。每台装置由多个故障判断核心“CPU”组成并行处理系统,因而在故障判断处理速度、抗电磁干扰以及系统长时间运行可靠性方面都有明显的优势。

(3)、母线零序电压(PT开口三角侧电压)启动值可在3~15V之间选择,当母线零序电压超过设定的启动值时,并且零序电流互感器(二次侧零序电流信号)超过0.01A,本装置能在600ms内准确选出单相接地故障的线路。

(4)、故障信息指示有液晶显示和灯光指示,当馈出线发生永久性单相接地故障时,单片机管理系统汉字显示故障母线号、母线零序电压值、故障线路编号及所对应的负荷性质,同时LED指示灯(平光)指示故障支路,并能自动打印故障信息及音响报警功能。

(5)、能区分永久性单相接地故障(指示灯始终平光,液晶屏显示故障信息并自动打印故障信息,音响始终报警)和瞬间性单相接地故障(指示灯闪光和音响断续报警)的功能。

(6)、电网运行正常时能实时监视、显示系统母线零序电压数值。

(7)、具有本装置性能和零序电流互感器是否断线的检验功能。

(8)、具有良好的人机交互界面,可以方便设置母线零序电压启动值,装置路号对应的现场柜(盘)号的调度编号,通讯地址和通讯波特率等功能的设置。

(9)、能存储256次的永久性单相接地故障的信息内容。

(10)、装置设有1个标准的RS485通信接口,实现与上位机的联网通讯。RS485接口,可采用光纤或双绞线作为传输媒介。注:若上位机没有RS485接口,则需要RS485转换器。

2 、选加功能(根据用户选择进行配置)

(1)、后台监控系统软件。通讯规约由华美公司提供给需求客户。

(2)、控制故障开关柜分闸功能。

(3)、系统母线TV断线检测、显示功能,单相接地故障相别鉴别、显示功能。

3、装置额定数据

(1)、交流工作电源100~260V,允许偏差 -10%,+10%。

(2)、额定频率:50HZ。

(3)、额定电流:0.5A。

(4)、额定直流输出电压:+12V、-12V、+5V。

(5)、额定功率:50VA。



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我公司生产的GLX-1型系列零序电流互感器,专门用与ZJXB系列小电流接地系统选线装置配套使用,其孔径有Φ100、Φ180、Φ240,额定电流输入(A)/输出值(A)为:1000/1,100/1,75/1三种规格,分开口式和整体式两种。

GLX-1型系列零序电流互感器采用ABS工程塑料,树脂灌注,具有良好的抗冲击性、耐腐蚀性、电气绝缘性,特别适合煤矿井下恶劣环境中使用。该互感器结构合理,可根据现场实际情况灵活安装。

◆   使用条件

□ 海拔高度:≤1000m(高原使用时特殊订货)。

□ 环境温度:-25℃~+45℃。

□ 相对湿度:≤90%。

◆   额定频率、绝缘耐热等级:50Hz或60Hz   E级(120℃)。

◆   安全特性

□ 绝缘电阻:二次对地绝缘电阻≥500MΩ。

□ 抗电强度:一次对二次3KV工频1分钟无闪络击穿。

□ 阻燃性:阻燃。

◆   外形及固定孔尺寸

   

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  图1 GLX-1(Φ100)的外形尺寸,长×宽×厚(mm):215×189×55


◆   使用说明

□ 适用于6KV~35KV电缆网络

□ 互感器上面标注“L1”字符的面向电源侧,二次输出为K1(+)、K2(-)端子,通过两芯屏蔽电缆引到ZJXB选线装置。

□ 整体互感器安装在电缆敷设前进行,电力敷设穿过互感器。

□ 开口式互感器具体安装步骤为:

1)、将互感器顶部的两条内六角螺栓松开卸下,使互感器分为两部分。

2)、把互感器套在电缆上,将互感器两部分接触面擦拭干净,涂一层薄防锈漆,穿好内六角螺栓使互感器两部分对齐以免影响其性能,拧紧内六角螺栓(互感器的两部分不可以互换以免影响其性能)。

3)、根据需要固定于开关柜内。

将互感器顶部的两条内六角螺栓松开卸下,使互感器分为两部分。

把互感器套在电缆上,将互感器两部分接触面擦拭干净,涂一层薄防锈漆,穿好内六角螺栓使互感器两部分对齐以免影响其性能,拧紧内六角螺栓(互感器的两部分不可以互换以免影响其性能)。

根据需要固定于开关柜内。

4)、GLX-1型零序电流互感器(CT)的安装注意事项

(1)、同一现场的零序CT电气特性应基本一致,应选用我公司配套GLX-1型零序CT;若单路馈出线有多条电缆出线时,请联系我公司技术部人员,我公司会根据现场实际情况给出零序CT安装建议或提供专用的零序CT。 (2)、所有安装零序CT极性必须一致,特别要注意零序CT和三相CT混用的现场,即各路零序CT的K1、K2要与选线装置该路对应的IO+、IO-两个极性端相连接,要无反接、错接、漏接的现象。 (3)、零序CT一般安装在电缆头下方,当电缆固定于铁支架时,若为铠装电缆,先将其用绝缘橡胶带包裹好再固定。而电缆头处电缆外皮接地线,若接地线处于安装的零序CT上方,接地线必须穿越零序CT后,再接地,若接地线处于零序CT下方,接地线不能穿过零序CT,直接接地即可。并且接地线要与铁芯绝缘,以防止引入干扰信号。如图2所示。

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图2  零序电流互感器安装示意图

注意:①、电缆固定卡子与电缆外皮应绝缘;②、严禁接地线与固定卡住接触;