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南京国辰技术方案 南京国辰电气控制有限公司 2009-5-8 首先非常感谢您给我们机会一起探讨，请您多提宝贵建议 张红凯代表国辰公司祝您身体健康工作顺利 一、 电力系统继电保护基础知识 1、 什么是继电保护 当电力系统中的电力元件（如发电机、线路）或电力系统本身发生了故障或危及其安全运行的事件时，需要有向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施、用于保护电力元件的成套硬件设备，一般通称为继电保护装置。 继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本的装备。 2、 继电保护在电力系统中的任务是什么 继电保护的基本任务 a、当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给距离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断 开，以最大限度地减少对电力元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求（如保持电力系统的暂态稳定性等）。 b、反应电气设 备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同（例如有无经常值班人员）发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整。 3、 电力系统对继电保护的基本要求是什么 a、可靠性 电力系统正常运行时，继电保护装置应可靠的不动作，当被保护元件发生故障或出现不正常工作状态时，继电保护装置应可靠的动作 b、迅速性 是指继电保护动作的速度，可根据实际情况设定延时时间。 c、选择性 当电力系统出现故障时，继电保护发出跳闸命令仅将故障元件切除，尽可能的使停电范围减小，保证无故障部分继续运行。 d、灵敏性 是指继电保护对设计规定要求动作的故障及异常状态可靠的动作的能力。 二、 各类产品技术特点 GCS2321系列数字式高压保护测控装置技术特点 1、采用双CPUCPLD设计结构，主CPU为为32位DSP数字处理器，既提高了通信速度，又提高了保护的可靠性、准确性、灵敏性、速动性。 2、保护定值均为无级数字整定，并按照一次值设定。各种保护功能可单独投退。 3、32K x 16位片内RAM存贮器；64K x 16位EPROM存贮器，存贮固化程序，512 x8位存储定值安全可靠，硬件冗余度高，方便功能扩展。 4、保护和测量回路采用独立通道采样，互不影响，测量回路采样精度高于0.2。保护回路采样精度高于0.5，且在20倍额定电流的情况下不饱和。所有采样值均按照一次值实时显示。 5、保护装置具备计算电度功能，实时显示有功电度及无功电度，电度精度高于0.5级。 6、显示模块是基于CPUCPLD开发的人机界面，它可以提供128X64的宽温液晶（液晶的背光节电设计），支持4个LED位置显示灯分别显示当前运行状态。显示模件可用于设备的人机交互, 完成键盘处理、液晶显示等功能。插件上的显示窗口采用4行8汉字的液晶显示器，人机界面清晰易懂，同时还配置了丰富的灯光指示信息使本装置的运行信息更为直观。RS485通信接口采用屏蔽双绞线。显示模块与主体模块之间的通信连接件采用专用接插件，使装置运行更加可靠。 7、输出继电器回路包括分励脱扣的保护动作出口、用于失压脱扣出口、用于合闸的合闸控制出口以及其他信号出口等。对弹簧机构的开关继电器采用进口密封固态日本松下继电器。对永磁机构的开关采用光电继电器输出，动作速度更快。 8、采用高精度、高抗饱和性的输入电流电压变换器，保证采样信号不失真。所有PT，CT，零序互感器，能够相位补偿，精度为0.05度。 9、路开关量输入，采用双级光电隔离。具有防颤抖功能。 10、采用了多层印制板及表面封装工艺，外观小巧、结构紧凑、大大提高装置的可靠性及抗电磁干扰能力。 11、特殊的工作电源设计，保证在交流失电情况下能够使保护可靠动作，跳开开关，记录并上传故障信息。 12、精确的事件顺序记录和故障录波功能，有助于迅速查找故障，大大缩短变电所停电时间，彻底避免故障后试合开关造成的多次顶跳上级开关的烦恼 13、信号不复位时，闭锁远方遥控合闸和就地按钮合闸； 14、远方遥控修改保护定值,遥控分合开关,更增加了操作的方便性和安全性； 15、采用我公司专用的零序电流变换器，零序电流采样精度高，能准确接地选线，有效的防止单相接地误跳现象。 16、具有先进的CAN总线通信接口，通信速度可达1MBPS，通信距离可达2KM，可单独使用，也可联网使用，适用于电网改造的各个阶段。 17、能实时检测各回路对地绝缘电阻，根据绝缘电阻降低报警，提前发现故障点，能有效的避免发生接地故障现象。 18、具有先进的失压延时功能，能有效的防止电网瞬时失电造成开关跳闸的事故发生，提高供电可靠性。 19、具有模拟试验功能，在现场没有标准源的情况下，可通过软件对硬件回路进行真正的电流试验、漏电试验调试，非常方便。 20、装置具有强大的自检功能，能准确定位故障至芯片，方便现场对保护设备维护。 21、具有软件在线升级功能，方便现场软件升级。 22、抗电磁干扰性能 承受GB6162规定的衰减振荡波干扰； 承受GB/T 17626.4 1998 标准电快速瞬变脉冲群抗扰度4 级试验； 承受GB/T 17626.2 1998 标准静电放电抗干扰4 级试验； 承受GB/T 17626.6 1998 标准射频场感应的传导骚扰度3 级干扰试验。 GCS2322系列数字式低压保护测控装置技术特点 1、采用双CPUCPLD设计结构，主CPU为为32位DSP数字处理器，既提高了通信速度，又提高了保护的可靠性、准确性、灵敏性、速动性。 2、32K x 16位片内RAM存贮器；64K x 16位EPROM存贮器，存贮固化程序，512 x8位存储定值安全可靠，硬件冗余度高，方便功能扩展。 3、保护系统采用的数据采集系统由高可靠性的高精度的A/D转换器及数字滤波回路组成。16位A/D 转换芯片具有转换速度快、采样偏差小、超小功耗及稳定性好等特点。本装置的采样回路可通过数字调节采样精度具备高度的可靠性。 4、显示模块是基于CPUCPLD开发的人机界面，它可以提供128X64的宽温液晶（液晶的背光节电设计），支持4个LED位置显示灯分别显示当前运行状态。显示模件可用于设备的人机交互, 完成键盘处理、液晶显示等功能。插件上的显示窗口采用4行8汉字的液晶显示器，人机界面清晰易懂，同时还配置了丰富的灯光指示信息使本装置的运行信息更为直观。RS485通信接口采用屏蔽双绞线。显示模块与主体模块之间的通信连接件采用专用接插件，使装置运行更加可靠。 5、输出继电器回路包括分励脱扣的保护动作出口、用于失压脱扣出口、用于合闸的合闸控制出口以及其他信号出口等。对弹簧机构的开关继电器采用进口密封固态继电器。对永磁机构的开关采用光电继电器输出，动作速度更快。 6、采用高精度、高抗饱和性的输入电流电压变换器，保证采样信号不失真。 7、8路开关量输入，采用双级光电隔离。具有防颤抖功能。 8、采用了多层印制板及表面封装工艺，外观小巧、结构紧凑、大大提高装置的可靠性及抗电磁干扰能力。 9、特殊的工作电源设计，保证在交流失电情况下能够使保护可靠动作，跳开开关，记录并上传故障信息。 10、精确的事件顺序记录和故障录波功能，有助于迅速查找故障，大大缩短变电所停电时间，彻底避免故障后试合开关造成的多次顶跳上级开关的烦恼 11、信号不复位时，闭锁远方遥控合闸和就地按钮合闸； 12、红外、远方遥控修改保护定值,遥控分合开关,更增加了操作的方便性和安全性； 13、采用我公司专用的零序电流变换器，零序电流采样精度高，能准确接地选线，有效的防止单相接地误跳现象。 14、采用我公司专用的三相电流变换器，电流采样精度高，饱和度高0A8000A不饱和，不失真。并且具有电流试验绕组，与保护装置配合，方便现场进行电流试验调试。 15、采用我公司组合电抗器，可采集系统电压、出线三相电压、零序电压等。 16、具有模拟试验功能，在现场没有标准源的情况下，可通过软件对硬件回路进行真正的电流试验、漏电试验调试，非常方便。 17、具有先进的CAN总线通信接口，通信速度可达1MBPS，通信距离可达2KM，可单独使用，也可联网使用，适用于电网改造的各个阶段。 18、能实市时检测各回路对地绝缘电阻，根据绝缘电阻降低报警，提前发现故障点，能有效的避免发生接地故障现象。 19、装置具有强大的自检功能，能准确定位故障至芯片，方便现场对保护设备维护。 20、具有软件在线升级功能，方便现场软件升级。 21、抗电磁干扰性能 承受GB6162规定的衰减振荡波干扰； 承受GB/T 17626.4 1998 标准电快速瞬变脉冲群抗扰度4 级试验； 承受GB/T 17626.2 1998 标准静电放电抗干扰4 级试验； 承受GB/T 17626.6 1998 标准射频场感应的传导骚扰度3 级干扰试验。 三、 解决越级跳闸的技术方案 网络保护 1 概述 随着电力事业的飞速发展，尤其是我国各地煤矿自动化建设项目及城市陆续开工的城市地铁项目，电力系统中用户终端出现了越来越多的中低压短线路。这些短线路若采用传统的电流保护或距离保护，在整定值与动作时间上都难以配合。考虑到煤矿井下的实际使用条件有限，有时架构光纤通道比较困难，因此采用网络保护就成为一种必然选择。网络保护由于原理简单、运行可靠、动作快速准确，能有效解决越级跳闸等诸多优点，使其在线路保护中得到广泛应用。目前，网络通信技术已逐渐成熟，通信误码率低，工作稳定，在安全性和可靠性方面完全满足要求。因此，利用通信网络的保护得到了越来越广泛的研究和应用。 本方案分析了采用网络保护与普通微机线路保护在各种短路情况下的灵敏度比较及配合，采用网络保护和常规线路保护相结合方案的优点。 2 网络保护的基本原理 网络保护，就是利用某种通信通道将输电线路各端的保护装置纵向连结起来，将输电线各端的故障信息量传送到网络中的没一端进行比较，以判断出故障点位置，从而决定切除离故障点最近的线路。网络保护就是将被保护线路故障信息量送至各端并进行分析比较，从而判定本线路范围内是否发生短路故障的保护方法。由于这种保护自动与相邻线路的保护在动作参数上进行配合，因而可以实现全线速动。目前已经广泛应用的网络保护通过高速数据通信接口，实现快速传送故障信息。网络中的保护装置根据各自收到的保护故障信息及地址编号，自动调整各级保护的动作参数。从而实现准确快速有选择性的切除故障线路，保证非故障线路安全可靠运行。如下图所示，当1号故障点短路时，4开关跳闸以切除故障点，1、2、3开关保护由于收到4开关的保护故障信息后，自动调整动作参数，仍能正常运行不会误动作。 2.1 网络保护与普通电流保护的灵敏度分析 网络保护的基本原理是在故障时，30ms之内把故障信息上送到网络的每一节点，进行故障逻辑判断，寻找故障点，然后再切除故障线路。对非故障点的保护，根据距离故障点的级差进行自动延时（100ms）作为故障点保护的后备保护，而普通常规线路保护在故障时，不进行故障逻辑判断，立即跳闸，因此经常会造成越级跳闸。 3 结语 随着煤矿电力系统的发展和对煤矿电网的优化和改造工程的进行，尤其是煤矿井下项目的大量开工建设，几百米的低压短线路和短线路群的出现，选择网络保护成为一种必然。本方案提出了一种包括适用于低压网络保护方案，重点分析比较了网络保护与普通常规线路保护在短路情况下的灵敏度。有效的解决了以往煤矿经常因电力保护设备越级跳闸而造成故障面积扩大和瓦斯超限的苦恼。 光纤纵差保护 1 概述 随着电力事业的飞速发展，尤其是我国各地煤矿自动化建设项目及城市陆续开工的城市地铁项目，电力系统中用户终端出现了越来越多的中低压短线路。这些短线路若采用传统的电流保护或距离保护，在整定值与动作时间上都难以配合。因此采用纵联差动保护就成为一种必然选择。电流纵差保护由于原理简单、运行可靠、动作快速准确且不需要与相邻线路的保护进行配合、能有效解决越级跳闸等诸多优点，使其在线路保护中得到广泛应用。对于距离较短的输电线路可以采用短引线差动保护，但短引线差动保护二次回路由于引线较长，TA的二次负载较大，从而引起线路两侧的TA特性不匹配，并且TA的二次回路接线也较复杂，这些都将直接影响差动保护的动作特性和安全性。当然也可采用以导引线为通道的纵联差动保护，但导引线通道易受外界干扰，抗干扰能力差，易受线路故障影响，影响差动保护的安全可靠运行。目前，光纤通道技术已逐渐成熟，由于光纤传输不受电磁干扰的影响，通信误码率低，工作稳定，在安全性和可靠性方面与导引线通道相比有显著优势。同时，光纤通道频带宽，容量大，可以缓解电力系统的通道拥挤问题。因此，利用光纤传输的微机线路纵联差动保护得到了越来越广泛的研究和应用。 本方案分析了采用电流综合量微机光纤纵差保护与普通微机线路保护在各种短路情况下的灵敏度比较及配合，采用复式比率电流综合量差动保护和常规线路保护相结合方案的优点。 2 纵差保护的基本原理 纵联差动保护，就是利用某种通信通道将输电线路各端的保护装置纵向连结起来，将输电线各端的电气量传送到对端进行比较，以判断是本输电线路内部故障还是外部故障，从而决定是否动作切除本线路。电流纵联差动保护就是将被保护线路各端电流的大小和相位送至对端并进行比较，从而判定本线路范围内是否发生短路故障的保护方法。由于这种保护无须与相邻线路的保护在动作参数上进行配合，因而可以实现全线速动。目前已经广泛应用的光纤纵差保护通过高速数据通信接口，实现线路两侧数据同步采样。同步采样的原理就是将线路两侧装置中的一侧作为同步端，另一侧作为参考端。以同步方式交换两侧信息，参考端采样间隔固定，并在每一采样间隔中固定向对侧发送一帧信息。为提高纵联差动保护可以利用的数据采样密度一般为每个周波12点采样，就必须压缩线路两侧需要交换的数据量。为此可以采用电流综合量的纵联差动保护，这样需要传输的数据量就很小，而且使用电流综合量，还可以提高故障时常规线路保护的灵敏度。根据煤矿井下供电的特点，我公司的纵差保护单元最大能以一进对三出的接线形式实现纵差保护，如下图所示，当1号故障点短路时，1、2、3、4开关同时跳闸以切除故障点，当2号故障点短路时，由于区外故障，纵差保护不动作，4开关的短路保护将把故障点切除，而1、2、3开关仍正常运行不会误动作。 2.1 纵差保护与普通电流保护的灵敏度分析 纵差保护的基本原理是在故障时，采用的电流量为I∑NI16I2I1为正序电流、I2为负序电流。而普通常规线路保护在故障时，采用的电流量为I＝IgIg为故障电流。下面给出光纤纵差保护与普通常规线路保护在各种短路情况下的灵敏度分析。 2.1.1 对于三相短路故障 可以看出在三相故障时，使用电流综合量的继电器和普通常规线路保护具有同等的灵敏度。 2.1.2 对于BC两相短路故障 由于故障电流往往远大于负荷电流，故可以忽略故障时的负荷电流。以A相作为参考，则有IB＝－IC，IA＝0。对于普通的常规线路保护I＝Ig＝IB＝ 2.1.3对于CA两相短路故障 由于故障电流往往远大于负荷电流，故而忽略故障时的负荷电流，以A相作为参考，则有IC＝－IA，IB＝0。对于普通的常规线路保护I＝Ig＝IC＝－IA。对于光纤纵差保护因此比较普通的常规线路保护，使用光纤纵差保护灵敏度可提高约2．785倍。 2.1.4对于AB两相短路故障 由于故障电流往往远大于负荷电流，故而忽略故障时的负荷电流，以A相作为参考，则有IA＝－IB，IC＝0。对于普通的常规线路保护I＝Ig＝IA＝ 比较不同的两相短路故障，可以看出，不同相别的两相故障，电流综合量的灵敏度提高倍数也不一样，其原因是在求解序分量的时候都是以A相作为参考，不同相别故障，所得到的序分量的相位不一样，造成了电流综合量的幅值和相位也随着故障类型的变化而变化，但这只是灵敏度倍数的改变。 对于中低压小电流接地系统的短线路保护，常规线路保护可能采用A、C两相星形接线方式，因此对于在AB和BC相间短路时，普通的电流保护只能有一个常规线路保护动作。而对于光纤纵差保护而言却无影响，由于小电流接地系统中电流互感器一般仅装在A、C两相，小电流接地系统中的正、负序量的算法，可以简述如下 总体来说，对于两相短路故障，使用纵差保护比普通常规线路保护灵敏度提高较多。 2.1.5 对于单相接地短路故障 对于中性点不接地系统或小电流接地系统，单相接地故障电流因不构成回路，不会产生短路电流，仅为电容电流，差动保护不动作，本方案中考虑到煤矿的供电系统一般为小电流接地系统，因此在方案中特别配置了有华北电力大学研制的小电流接地选线装置来判别单相接地选线故障，并把该套接地选线装置有机地融合到我公司的煤矿电力控制自动化系统中，实现无逢连接。但是对于大电流接地系统的单相接地故障，采用上述同样的分析方法，可以得出对于A相接地故障、B相接地故障和C相接地故障时，光纤纵差保护的灵敏度分别提高到2．333倍、1．856倍和1．856倍。不同相别的单相接地故障，电流综合量的灵敏度提高倍数也不一样，其原因仍然是因为在求解序分量的时候都是以A相作为参考，不同相别故障，所得到的序分量的相位不一样，造成了电流综合量的幅值和相位也随着故障类型的变化而变化，但这只是灵敏度倍数的改变。总的来说，对于单相接地故障，使用光纤纵差保护比普通常规线路保护灵敏度提高较多。 综上所述，在单相接地短路仅对大电流接地系统，小电流接地系统有另外解决方案和两相短路故障中，使用电流综合量可以大大提高常规线路保护的灵敏度。对于三相故障，灵敏度没有提高。在电力系统中，绝大部分的线路故障都是单相仅对大电流接地系统和两相故障，约占所有故障的90％以上。因此，使用电流综合量可以较大地提高常规线路保护的灵敏度。 3 结语 随着煤矿电力系统的发展和对煤矿电网的优化和改造工程的进行，尤其是煤矿井下项目的大量开工建设，几百米及十几公里的中低压短线路和短线路群的出现，选择光纤纵差保护及短线路纵差保护成为一种必然。本方案提出了一种包括适用于中低压短线路的复式比率电流综合量差动保护原理的纵差保护方案，重点分析比较了电流综合量常规线路保护与普通常规线路保护在各种短路情况下的灵敏度。采用电流综合量的纵差保护不仅可以提高灵敏度，而且可以减少纵差保护两侧需要交换的数据量，可实现用两侧电流综合量取代传统的分相电流差动。本方案还分析了具体的煤矿井下及井上一体化电力自动化控制系统的各级保护配合问题，有效的解决了以往煤矿经常因电力保护设备越级跳闸而造成故障面积扩大和瓦斯超限的苦恼。 四、 解决漏电选线技术方案 1 国内外研究现状 国外对接地保护的处理方式各不相同。前苏联的小电流接地系统采用中性点不接地方式和经消弧线圈接地方式，主要采用零序功率方向和首半波原理。 日本的小电流接地系统中高阻抗和不接地方式均有采用，但电阻接地方式居多。其选线原理较为简单，不接地系统主要采用功率方向继电器，电阻接地系统则采用零序过电流保护瞬间切除故障线路。近年来，在如何获取零序电流信号以及接地点分区段方面作了不少工作，并已将人工神经网络应用于接地保护。 美国由于历史原因，电网中性点主要采用电阻接地方式，也利用零序过电流保护瞬间切除故障线路。但是，故障跳闸仅用于中性点经低阻接地系统，对高阻接地系统接地时仅有报警功能。 法国过去以低电阻接地方式居多，采用零序过电流原理实现接地故障保护。随着城市电缆线路的不断投入，电容电流迅速增大，故已开始采用自动调谐的消弧线圈以补偿电容电流。为解决此系统的接地选线问题，提出了利用Prony方法和小波变换以提取故障暂态信号中的信息如频率、幅值、相位，以区分故障与非故障线路的保护方案，但还未应用于具体装置。 挪威一公司采用测量零序电压与零序电流空间电场和磁场相位的方法，研制了一种悬挂式接地故障指示器，分段悬挂在线路和分叉点上；加拿大一公司研制的微机式接地故障继电器，也采用零序过电流的保护原理，其软件算法部分利用了沃尔什函数，以提高计算接地故障电流有效值的速度。 我国配电网和大型工矿企业的供电系统大多数采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式，近年来，一些城市电网改用电阻接地的运行方式。矿井6～10 kV电网过去也一直是用中性点不接地方式，随着井下供电线路的加长，电容电流增大，近年来消弧线圈在矿井电网得到了推广应用，并主要采用消弧线圈并、串电阻的接地方式。 国内从50年代就开始了对接地保护原理和装置的研究，并相继推出了几代产品。目前国内的选线装置主要基于零序电流原理、零序功率方向原理、首半波原理、谐波电流方向原理和“信号注入法”原理。在选线方案上，除常规的绝对定值保护方案外，还有群体比幅比相方案，最大Isinφ或ΔIsin φ方案。 2 接地选线保护原理 2.1 零序电流原理 该原理是基于故障支路零序电流大于非故障支路零序电流的特点，区分出故障和非故障线路，从而构成有选择性的保护。这种原理在电网的电容电流较小，又存在长线路的情况下较难满足选择性的要求。同时，当接地点存在电阻时，易发生拒动现象。 2.2 零序功率方向原理 零序功率方向保护原理是利用故障线路零序电流滞后零序电压90。，非故障线路零序电流超前零序电压90。的特点来实现的。目前采用这一原理实现的装置在实际电网中应用较多，但对中性点经消弧线圈接地的系统此原理无效。 2.3 首半波原理 该原理是基于接地故障发生在相电压接近最大值瞬间这一假设。它利用故障线路中故障后暂态零序电流第一个周期的首半波与非故障线路相反的特点实现选择性保护。但该原理不能反映相电压较低时的接地故障，且受接地过渡电阻影响较大，同时也存在工作死区。 2.4 谐波电流方向原理 由于电力电子传动装置在供电网中的推广应用，以及电源变压器铁芯非线性的影响，电网中除存在基波成分外，必然还包含一系列谐波成分。故可利用5次或7次谐波电流的大小或方向构成选择性接地保护。对于中性点经消弧线圈接地系统，因消弧线圈的作用是对基波而言的，5次或7次谐波电流的分布规律与中性点不接地电网一样，故该原理仍然可行。但由于5次或7次谐波含量相对基波而言要小得多，且各电网的谐波含量大小不一，故以此原理构成的保护其零序电压动作值往往很高，灵敏度较低，在接地点存在一定过渡电阻的情况下将出现拒动现象。 3 零序电流有功分量方向原理 为克服现有各种原理存在的不足，本文提出一种新的保护原理零序电流有功分量方向原理。为说明该原理，先以中性点经电阻接地的系统为例进行说明。当此系统发生接地故障时，零序等效网络。 可见，流过故障线路始端的零序电流可分2部分中性点电阻器RN产生的有功电流，相位滞后于零序电压90。流过非故障线路的零序电流只有由本支路对地电容产生的容性电流，相位超前零序电压90。 由于有功电流只流过故障线路，与非故障线路无关，因此，只要以零序电压作为参考矢量，将此有功电流取出，就可十分方便地实现接地选线保护。这就是零序电流有功分量方向保护的基本原理。有功分量的取出，可采用软件或硬件相敏整流的方法即可方便实现。 对中性点经消弧线圈接地系统，目前主要采用消弧线圈并串电阻运行的派生接地方式，且消弧线圈本身的有功成分较大实测单相接地时其有功电流达2～3A。当此系统发生接地故障时，故障线路始端所反映的零序电流除增加一部分电感性电流外，其余二部分与电阻接地系统相同，因此上述原理仍然可行。 对于中性点不接地系统，当发生接地故障时，流过故障和非故障线路的零序电流皆为容性，且方向相反。此时，可采用移相的方法，使故障、非故障线路的零序电流分别与零序电压反相位、同相位，相当于将它们变成了有功电流。因此，对于中性点不接地系统，该保护原理实质上是零序功率方向原理的延伸，但经过上述处理后，相当于将原有的零序电压、零序电流比相范围从原有的90扩大到180从而创造了更好的选线条件。 可见，采用此种保护原理，可满足各种中性点接地方式下的接地选线保护问题。以此原理研制成功的接地选线保护装置，目前已在我国大部分矿井电力网得到应用，收到了很好的保护效果。 4 接地选线保护装置的动作参数分析 接地保护的动作参数主要包括电网零序电压、零序电流和动作电阻。 日本对6～10kV电网各种单相接地状态下的故障点电阻做过一些实测和统计。他们认为单相接地保护能检测出1kΩ以内的故障即可，对于高阻值接地故障一般可以不予考虑；而对消弧线圈系统，则定义故障点电阻在4kΩ以下为接地故障，对应的零序电压动作值设定为10～25V。因当采用消弧线圈接地方式后，和不接地系统相比，在同样的接地点电阻值下，零序电压都将有较大幅度的提高，从而能反映较高阻值的接地情况。 由于中压电网的接地保护不保护人身安全，因此，可不将接地点电阻作为动作值要求，而将零序电压作为装置起动整定值。笔者在设计接地保护装置时，通过对有关项目论证并结合煤矿电网特点，对中性点不接地系统，零序电压动作值取为10V左右；采用消弧线圈后，其动作值则取为20V左右。 对于零序电流动作值，可采用群体比幅方案，避免“绝对定值”方案带来的整定麻烦。电网的自然不平衡电压虽较低（经我们对全国几十个矿井的测量，6～10kV电网的自然不平衡电压大多在1V以下），但当出现电压互感器高压熔断器熔断的情况时，在开口三角处将出现约100/3V的电压，此时若再碰上电网的少量不平衡电流据实测有时可达0.3～0.5A，保护装置势必会误动。因此除群体比幅方案外，还应给零序电流设一定动作值门槛，此门槛值一般取为0.5～1A。 5 小结 现有的小电流接地系统接地选线保护原理，皆有一定的局限性。而采用零序功率方向或零序电流有功分量方向保护原理后，可较好地适用于不同中性点接地方式下的接地保护。接地选线保护装置应由零序电压起动，其动作值对不接地系统取在10V左右，对消弧线圈接地系统则应有所提高；选线方案应采用“群体比幅”加零序电流动作门槛的方法。 五、 CAN和RS485网络通信比较 CAN总线是国际上应用最广泛的现场总线之一。最早是由德国Bosch公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信协议。CAN总线的应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络，广泛应用于控制系统中的各检测和执行机构之间的数据通信。现场总线领域中，CAN总线得到了计算机芯片商的广泛支持，他们纷纷推出直接带有CAN接口的微处理器MCU芯片。CAN是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高的抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。CAN网络具有如下特点 网络上任意一个节点均可在任意时刻主动向网络上的其它节点发送信息，而不分主从; 采用非破坏性总线仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据;具有点对点，一点对多点及全局广播传送接收数据的功能; 通讯距离最远可达10ｋｍ5kbps，通讯速率最高可达1Mbps40ｍ，网络节点数实际可达110个，每一帧的有效字节数最多为8个，这样传输时间短，受干扰的概率低;通讯介质采用廉价的双绞线即可，无特殊要求; 每帧信息都有CRC校验及其它检错措施，数据出错率极低，可靠性极高;在传输信息出错严重时，节点可自动切断它与总线的联系，以使总线上的其它操作不受影响。 CANController Area Network属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之目前RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言， 基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性 1） CAN控制器工作于多主方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权取决于报文标识符采用无损结构的逐位仲裁方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差。 2） CAN总线通过CAN控制器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现象在RS-485网络中，当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。 3） CAN具有完善的通信协议，可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低了系统的开发难度，缩短了开发周期，这些是只仅仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。 特性 RS-485 CAN-bus 单点成本 低廉 稍高 系统成本 高 较低 总线利用率 低 高 网络特性 单主网络 多主网络 数据传输率 低 高 容错机制 无 可靠的错误处理和检错机制 通讯失败率 高 极低 节点错误的影响 导致整个网络的瘫痪 无任何影响 通讯距离 1.5km 可达10km（5kbps） 网络调试 困难 非常容易 开发难度 标准Modbus协议 标准CAN-bus协议 后期维护成本 高 低 南京国辰的保护在通信方面采用如下特点 终端保护设备主机与显示部分采用RS485通信方式,主机和显示器由两个完全独立的CPU控制,互不影响.有的厂家采用主机一个CPU控制显示部分,因显示部分与主机分体安装,控制数据总线及微机工作电源DC5V要外引,外界电磁干扰很容易串扰到CPU的数据总线及微机工作电源DC5V上,从而导致保护因电磁干扰而误动作. 终端保护设备与上位机采用CAN工业总线通信方式,有的厂家则采用RS485通信方式,二者的差别见上述CAN与RS485的通信比较.CAN通信的优越性十分明显. 终端保护设备与上位机通信采用国际标准的103通信规约,完全通明,很容易与各厂家不同的上位机实现无逢连接,更为将来扩充以太网口做好传输准备.而有的厂家在与上位机通信方面根据自身的特点编制自己的规约,不完全透明,与其他厂家的上位机连接困难. 六、 井下测控分站 1 井下测控分站的构成 井下测控分站主要完成保护装置与地面监控系统之间的数据交换，实现辖区当地监控，与综合保护一起，实现单相接地选线功能。 井下测控分站主要由高性能工业嵌入式通讯服务器、后备工作电源、光纤接续盒等组成。支持多规约、多波特率、多通讯方式。软件内核部分采用嵌入式实时多任务操作系统，通讯及监控软件采用外挂式软件模块，可方便地进行功能扩充。 2 主要功能设计 a 完成保护装置与地面调度监控系统之间的数据交换功能 1、 能接收并贮存地面调度中心的命令； 2、 根据地面监控主站的命令，采集高压防爆开关综合保护器的遥测量、遥信量、事件顺序记录、录波数据等，并向中心站传输； 3、 具有按地面调度中心的命令控制高压防爆开关的合闸、分闸功能； 4、 与保护通讯，采用简化的IEC870-5-103规约，与地面监控主站通讯，采用简化的IEC870-5-104网络版规约。 b 具有当地集中监控功能 1、 具有开关状态监视功能； 2、 具有电流、电压等参数的实时显示功能； 3、 具有带时标的事件记录显示功能。 c 局域选择性选漏功能 与综合保护配合，实现辖区变电所单相接地选线功能，以事件记录和信号的形式表示出接地的线路和接地相。 d 具有时钟同步功能 实现与上级调度主站和下级综合保护器的时钟同步功能。主站每半小时与分站对时一次，分站每15分钟与综合保护对时一次，确保时钟一致； 分站实时监测综合保护的投入运行情况，一旦有新安装的保护开机运行，分站就会主动与保护对时。 e 规约转换功能 外挂式规约扩充模块，可以方便地接入第三方智能设备。 f 远程维护功能 可以远程监视通讯状态，远程进行软件升级，远程进行数据维护，远程下载录波数据；用Telnet和ftp可登录到分站的通讯服务器上，进行应用程序升级、录波文件下载等。 g 失电数据保持功能 在系统掉电的情况下，能够保证系统的各种信息存储及传输。 h 各保护器通讯状态监视 当保护器通讯中断时，产生保护通讯中断的事件记录，除自己显示外，还能够传输到地面调度监控中心。 i 实时监视各种控制操作 来自主站的定值修改命令，在固化命令下发到综合保护器，且综合保护器已固化成功后，分站将产生一命令修改定值的事件记录。 来自主站的开关控制命令，在综合保护执行后，分站也将产生一命令遥控开关的事件