ka2003小电流选线装置

KA2003小电流接地电网单相接地故障选线装置
使用说明书
北京丹华昊博电力科技有限公司
KA2003型小电流接地电网单相接地故障选线装置
产 品 说 明
一概述
小电流接地系统是指中性点不接地以及经消弧线圈接地或高阻接地方式的电力系统，国内大部分66kV及以下电网都采用这种接地方式。

它的主要缺点是在发生单相接地故障时无法迅速确认问题出在哪一条线路上。

由于这种故障引起的相电压升高对系统的绝缘性能构成很大威胁，必须迅速查出故障线路并加以排除。

80年代后期，华北电力大学杨以涵教授首先提出了群体比幅比相选线技术，并研制出了国内第一台选线装置。

第一代选线产品在90年代前期曾在国内得到过广泛地推广应用。

但是，由于早期选线理论和技术上的局限，第一代产品的灵敏度和准确率都不高，根据抽样统计，至90年代后期有85%以上的在线产品都相继退出了运行。

1999年底国家电力公司、国家经贸委和中国电力企业联合会联合召开会议，共同起草了小电流接地选线装置技术标准，并且共同确认了进一步研究选线技术在未来电网发展中的重要意义。

北京丹华昊博电力科技有限公司是华北电力大学（北京）和辽宁省电力有限公司共同投资创建的高新技术企业。

北京丹华昊博电力科技有限公司研制生产的“KA2003型小电流接地电网单相接地故障选线装置”，是华北电力大学杨以涵教授“小电流接地选线课题组”近二十年来的技术积淀与结晶。

该成果已通过国家电力公司组织的鉴定，选线装置已获得实用新型专利，并已申报国家发明专利。

“KA2003型小电流接地电网单相接地故障选线装置”克服了第一代小电流选线产品存在的选线判据不充分，选线手段单一，不能适应各种复杂的接地故障类型和测量信号数据处理手段简单，不能从微弱的信号中准确提取出有用信息等诸多影响选线准确率的问题，将各种选线判据有机地集成为充分判据，并与多种数据处理算法和各种选线方法融为一体。

构成了各种判据有效域优势互补，能适应变化多端的单相接地故障形态的多层次全方位的智能化选线系统。

产品挂网运行的实践已经很清楚地证明：“KA2003型小电流接地电网单相接地故障选线装置”是选线正确率达到100%的新一代小电流接地电网单相接地故障选线装置。

二 KA2003选线装置的机电参数
1.装置电源额定工作电压：交流220V 50Hz或直流220V。

2.装置功耗：<80W。

3.接入装置的母线PT二次零序电压：≤交流150V。

4.接入装置的线路CT最大二次零序电流：交流0.6A（基本配置）-3A可调。

5.接入装置的出线CT最小二次零序电流：交流2mA。

6.装置动作启动电压：交流1－100V可调（默认设置交流15V）。

7.选线电压测量精度：0.2%（相对引用误差）。

8.选线电流测量精度：0.2%（相对引用误差）。

9.装置完成一次综合判据选线时间：80ms。

10.开关量输出常开触点容量：直流220V，0.5A。

11.远程通信接口：MODEM或IP。

12.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 KA2003选线装置的技术特点
1.KA2003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、零序电流突变量法。

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20万次。

3.装置具有远程维护功能，可以通过MODEM、IP接口方式同主站通信。

该功能可以实现子站和主站之间的数据回收，可以使用两种模式：子站发送和主站召唤。

目前采用的是主站召唤模式。

还可以实现子站和主站之间的通讯，及时了解设备的运行情况，对设备进行远程维护，满足异地用户的要求(可选功能)。

4.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，实现选线后的自动消弧和进一步确认(可选功能)。

5.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。

6.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。

7.选线装置具有自检功能，死机自恢复功能。

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。

8.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。

9.用户在定货时可依据系统电容电流大小，选择内置电流互感器的一次抽头（0.6A、1.2A、2.4A、3A）。

保证系统电容电流较小时，装置无死区，电容电流较大时，无饱和。

10.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。

11.装置能够自动判断接入零序电压、电流信号的极性接反情况，保证选线的正确性。

12.装置能够对各条线路的瞬时接地和永久接地次数进行统计，为分析线路的运行状况提供依据。

四硬件配置
1. KA2003系列选线装置外观（图4-1）
z KA2003小电流接地选线装置采用研华工控机架构，机身为标准4U机箱。

z本装置由底板、主板、PT/CT滤波板、数据采集卡、开关量输出板、交直流电源、液晶大屏幕、键盘、金属机箱等组成。

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。

z前板配有6.4’TFT LCD大屏幕显示、功能按键和标准87键盘。

底板、主板、电源采用研华公司特别为苛刻的工业环境而设计的PCA-6114、PCA-6003H-00A1和原机电源。

z中央处理器IPC-370VDF是一块基于Intel8244BX芯片集的PGA370封装工业CPU卡，它使用Socket-370处理器接口，在无缓存的板上可配置256MB的DIMM，其它芯片采用市场上通用的工业级芯片和线路板。

z KA2003系统装配备看门狗电路，确保工控机连续稳定运行。

z系统采用Windows Me操作系统，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。

（图4-1）KA2003小电流接地选线装置
2. CT/PT滤波板（图4-2）
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。

（图4-2）CT/PT滤波板
3. A/D卡（图4-3）
z本装置采用AC1820A数据采集卡，采样数据通过ISA总线存入寄存器。

z输入最大电压±5V，分辨率12位。

z16路单端输入（0-10V）。

多通道时每通道的A/D采样速度1000Ksps。

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。

（图4-3）A/D卡
4. 开关量板（图4-4）
16路开关量输出
V的高电压隔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
DC
V，输出通道带有D型锁存器，有感性负载二极管保护回路，离，集电极开路电压达到40
DC
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。

（图4-4）开关量板
五 KA2003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Butterworth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。

我们经过深入的理论研究和大量的实验分析与改进，实现了实用的小波选线方法。

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。

我们提出的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续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. 突变量选线方法
对于中性点经消弧线圈接地系统，我们研究认为在所有选线方法中零序电流突变量法的适用范围更广、选线准确性更高。

这需要增加变量控制器装置，如图5－1所示，在消弧线圈两侧并联电抗器和真空开关，电抗值为600Ω，通过单相真空开关控制投切。

正常运行时并联电抗不投入运行，发生永久性接地故障后将并联电抗短时投入，持续5－10秒再断开，使零序电流发生5A的突变量(对应于金属性接地)，这个突变的电流只会在故障线路
中体现出来。

因此利用这个投、切两次操作故障线路和非故障线路电流突变特征的差异可以选出故障线路。

该方法同其它方法相结合，彻底地解决了消弧线圈接地电网的单相接地故障选线问题。

（图5-1）变量控制器
7. 有效域技术
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充分性条件，满足充分性条件的故障区域，称为该选线方法的有效域。

本装置通过粗糙集理论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w(0<w<1)。

应用证据理论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。

8. 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
KA2003型小电流接地选线装置用于以下接地系统：
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
KA2003-16 14 2 2 14 选线 4U主机箱
KA2003-32 28 4 4 14 选线 4U主机箱
KA2003-F-16 14 2 2 14 选线 4U主机箱、4U前置机箱KA2003-F-32 28 4 4 14 选线 4U主机箱、4U前置机箱KA2003-F-48 42 6 4 14 选线 4U主机箱、4U前置机箱KA2003-F-64 58 6 4 28 选线 4U主机箱、4U前置机箱
KA2003-TZ-32 28 4 4 28 选线、跳闸4U主机箱、4U前置机箱、
4U跳闸机箱
KA2003-TZ-64 58 6 4 28 选线、跳闸4U主机箱、4U前置机箱、
4U跳闸机箱
说明：我公司可根据用户要求提供组屏方案。

七 KA2003的键盘操作说明
1. 功能键操作说明
KA2003型小电流接地故障选线装置提供了10个功能健，其中F1-F5没有使用，其它五个功能健使用说明如下：
左右键(键)
在KA2003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. 主菜单界面的各个功能框操作说明
主菜单界面：KA2003选线装置启动后自动进入(图7-1)所示的主菜单界面（该画面中，光标停留在自动监测功能框上）：
（图7-1）KA2003选线装置主菜单界面
参数设置功能框：
光标停留在参数设置上按一下确认键，即进入“参数设置”界面（图7-2）。

该功能框包括如下功能：①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；②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；③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。

用户在填写完毕故障电压和发信号延时这两个参数后，按确认键返回主菜单。

（图7-2）参数设置界面
线路设置功能框：
要查看或调整线路的配置文件，按一下“线路设置”按钮，进入线路设置文件界面（图7-3）和(图7-4)，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。

（图7-3）线路设置界面-1
表内的通道1、2、17、18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=3，1，200，其中首列数字3表示通道5对应线路3，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=200/5。

（图7-4）线路设置界面-2
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。

日期时间设定功能框：
用左右键选中时间日期框后，按确认键后，显示界面自动切换为时间日期调整画面，通过操作左右、上下键，可以逐一地对系统日历年、月、日和时钟时间时、分、秒这六个参数进行设定或修改，当光标停留在某一个参数上时，界面下边的提示拦则显示需要输入的参数名称。

日期时间参数设置完毕之后，按一下确认键返回主菜单（图7-5）。

（图7-5）日期时钟调整界面
系统测试功能框：
进入系统测试程序后（图7-6），显示KA2003选线装置的系统测试界面。

该功能框的作用是对进入KA2003选线装置的模拟信号和KA2003选线装置输出的开关控制信号进行在线测试。

输入模拟量（母线零序电压3U0，单位为V；线路零序电流3I0，单位为A）和输出的开关量（高电平为“1”，低电平为“0”）的具体测试方法如下：
（A）零序电压和零序电流测试：进入系统测试菜单后（图7-6），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：进入系统测试菜单后（图7-6），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）通信测试：进入系统测试菜单后（图7-6），选择需要测试线路的母线号及线路号，按一下“清零”键，再接着按一下“通信输出”按键，通过综自后台报警结果可以检测通信的正确与否。

（D）按“返回”键返回主菜单。

（图7-6）系统测试功能显示界面
故障记录功能框：
进入该框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7-7）。

并且，还可以利用上下键选择某一次故障记录。

（图7-7）故障记录显示界面
录波程序功能框：
若要看故障波形，可以打开录波程序，如图7-8、7-9所示。

（图7-8）打开录波文件界面
（图7-9）显示故障波形界面
故障统计功能框：
该功能框的作用是对各条线路的瞬时接地及永久接地次数进行统计（图7-10）。

（图7-10）故障统计界面
报警信息功能框：
该功能框的作用是显示接入装置零序电压、电流信号的极性接反情况。

（图7-11）
（图7-11）报警信息界面
关机退出功能框：按下“关机退出”后，程序关闭同时装置关机。

故障显示界面：
当系统发生单相接地时，KA2003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7-12）。

（图7-12）单相接地故障显示界面
此时，显示画面上方状态条显示“发生单相接地故障”字样。

零序电压异常显示：
当系统零序电压较高但是零序电流较小时，KA2003装置上方状态条显示“零序电压越限，但零序电流很小,可能PT故障”，显示界面如下（图7-13）。

（图7-13）零序电压异常显示界面
八 KA2003选线装置的现场安装与调试
1. 现场准备
z在安装KA2003选线装置之前，应做好必要的准备工作。

z KA2003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。

z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
z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。

z选线装置一般均用纸箱包装，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。

搬运时要备加小心，不得跌落和碰撞。

z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
z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。

z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。

z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。

z装置供电电源180-240V，若不能满足要求应配稳压电源。

z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。

z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
z首先将电源送至装置背板的电源插座，必须确保KA2003选线装置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）。

z打开KA2003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KA2003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。

z正确的开机加电状态是，加电之后，KA2003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。

此时，即可启动运行KA2003
选线装置的软件系统：
z将前面板电源指示等右下方的黑色旋钮由水平旋转为竖直拉开机门，门内左侧边缘自上至下依次为橙色的系统复位开关RESET （常开触点）、黑色的系统启动开关
（常开触点）和两个USB插座及一个显示屏亮度调节旋钮。

z按一下黑色的系统启动开关启动系统，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WINDOWS ME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，KA2003选线装置
的加电工作顺利完成。

5. 现场参数的设置
z进入时间日期界面，输入当时的时间日期。

z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。

z进入系统设置界面，设置系统通信参数，调整系统的配置文件（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）。

至此，现场参数的设置工作结束。

九通信规约
KA2003-16、KA2003-32、KA2003-F-16、KA2003-F-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。