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消弧消諧選線及過(guò)電壓保護(hù)綜合裝置
YHXG消弧消諧選線及過(guò)電壓保護(hù)綜合裝置適用于3～35中壓電力系統(tǒng)，該產(chǎn)品廣泛適用于3～35KV中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地或中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地的電力系統(tǒng)，能對(duì)上述系統(tǒng)中的各類(lèi)過(guò)電壓加以限制，有效地提高了上述系統(tǒng)的運(yùn)行安全性及供電可靠性。
一、 現(xiàn)行消弧技術(shù)概述
長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)3～35KV(含66KV)的電網(wǎng)大多采用中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式。此類(lèi)電網(wǎng)在發(fā)生單相接地時(shí)，非故障相的對(duì)地電壓將升高到線電壓（UL），但系統(tǒng)的線電壓保持不變，所以我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，3~35KV(66KV)的電網(wǎng)在發(fā)生單相接地故障后允許短時(shí)間帶故障運(yùn)行，因而這類(lèi)電網(wǎng)的各類(lèi)電氣設(shè)備，如變壓器、電壓/電流互感器、斷路器、線路等一次設(shè)備的對(duì)地絕緣水平，都應(yīng)滿足長(zhǎng)期承受線電壓而不損壞的要求。
傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，3~35KV(含66KV)電網(wǎng)屬于中低壓的變壓配電網(wǎng)，此類(lèi)電網(wǎng)中的內(nèi)部過(guò)電壓的絕對(duì)值不高，所以危及電網(wǎng)絕緣安全水平的主要因素不是內(nèi)部過(guò)電壓，而是大氣過(guò)電壓（即雷電過(guò)電壓），因而長(zhǎng)期以來(lái)采取的過(guò)電壓保護(hù)措施僅是以防止大氣過(guò)電壓對(duì)設(shè)備的侵害。主要技術(shù)措施僅限于裝設(shè)各類(lèi)避雷器，避雷器的放電電壓為相電壓的4倍以上，按躲過(guò)內(nèi)部過(guò)電壓設(shè)計(jì)，因而僅對(duì)保護(hù)雷電侵害有效，對(duì)于內(nèi)部過(guò)電壓不起任何保護(hù)作用。
然而，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)這類(lèi)電網(wǎng)發(fā)展到一定規(guī)模時(shí)，內(nèi)部過(guò)電壓，特別是電網(wǎng)發(fā)生單相間歇性弧光接地時(shí)產(chǎn)生的弧光接地過(guò)電壓及特殊條件下產(chǎn)生的鐵磁諧振過(guò)電壓已成為這類(lèi)電網(wǎng)設(shè)備安全運(yùn)行的一大威脅，其中以單相弧光接地過(guò)電壓最為嚴(yán)重。
隨著我國(guó)對(duì)城市及農(nóng)村電網(wǎng)的大規(guī)模技術(shù)改造，城市、農(nóng)村的配電網(wǎng)必定向電纜化發(fā)展，系統(tǒng)對(duì)地電容電流在逐漸增大，弧光接地過(guò)電壓?jiǎn)栴}也日夜嚴(yán)重起來(lái)。為了解決上述問(wèn)題，不少電網(wǎng)采用了諧振接地方式，即在電網(wǎng)中性點(diǎn)裝設(shè)消弧線圈，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地時(shí)，利用消弧線圈產(chǎn)生的感性電流對(duì)故障點(diǎn)電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，使流經(jīng)故障點(diǎn)殘流減小，從而達(dá)到自然熄弧。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，雖然消弧線圈對(duì)抑制間歇性弧光接地過(guò)電壓有一定作用，但在使用中也發(fā)現(xiàn)消弧線圈存在的一些問(wèn)題。
(1) 由于電網(wǎng)運(yùn)行方式的多樣化及弧光接地點(diǎn)的隨機(jī)性，消弧線圈要對(duì)電容電流進(jìn)行有效補(bǔ)償確有難度，且消弧線圈僅僅補(bǔ)償了工頻電容電流，而實(shí)際通過(guò)接地點(diǎn)的電流不僅有工頻電容電流，而且包含大量的高頻電流及阻性電流，嚴(yán)重時(shí)僅高頻電流及阻性電流就可以維持電弧的持續(xù)燃燒。
(2) 當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生斷線、非全相、同桿線路的電容耦合等非接地故障，使電網(wǎng)的不對(duì)稱(chēng)電壓升高，可能導(dǎo)致消弧線圈的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制器誤判電網(wǎng)發(fā)生接地而動(dòng)作，這時(shí)將會(huì)在電網(wǎng)中產(chǎn)生很高的中性點(diǎn)位移電壓，造成系統(tǒng)中一相或兩相電壓升高很多，以致?lián)p壞電網(wǎng)中的其它設(shè)備。
(3) 消弧線圈體積大，組件多，成本高，安裝所占場(chǎng)地較大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜。
(4) 隨著電網(wǎng)的擴(kuò)大，消弧線圈也要隨之更換，不利于電網(wǎng)的遠(yuǎn)景規(guī)劃。
目前國(guó)外對(duì)3～35KV電網(wǎng)采取中性點(diǎn)直接接地的方式，國(guó)內(nèi)也有少數(shù)地區(qū)采取了經(jīng)小電阻接地的方式，雖然抑制了弧光接地過(guò)電壓，克服了消弧線圈存在的問(wèn)題，但卻犧牲了對(duì)用戶(hù)供電的可靠性。這種系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，人為增加短路電流使斷路器動(dòng)作，不論負(fù)荷性質(zhì)及重要性，一律切除故障線路而且也不能分辨出金屬性或弧光接地。使并不存在弧光接地過(guò)電壓危害的金屬性接地故障線路也被切除，擴(kuò)大了停電范圍和時(shí)間。由于加大了故障電流，對(duì)于弧光接地則加劇了故障點(diǎn)的燒損。
二、裝置的基本功能及特點(diǎn)
1. 能將系統(tǒng)的大氣過(guò)電壓和操作過(guò)電壓限制到較低的電壓水平，保證了電網(wǎng)及電氣設(shè)備的絕緣安全。
2. 裝置動(dòng)作速度快，可在30ms~40ms之內(nèi)動(dòng)作，能快速消除間歇性弧光及穩(wěn)定性弧光接地故障，抑制弧光接地過(guò)電壓，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大，降低線路的事故跳閘率。
3. 能夠快速、有效地消除系統(tǒng)的諧振過(guò)電壓，防止長(zhǎng)時(shí)間諧振過(guò)電壓對(duì)系統(tǒng)絕緣破壞，防止諧振過(guò)電壓對(duì)電網(wǎng)中裝設(shè)的避雷器及小感性負(fù)載的損傷。
4. 裝置動(dòng)作后，允許200A的電容電流連續(xù)通過(guò)至少2小時(shí)以上，用戶(hù)可以在完成轉(zhuǎn)移負(fù)荷的倒閘操作之后再處理故障線路。
5. 能夠準(zhǔn)確查找單相接地故障線路，對(duì)防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)減輕運(yùn)行和維護(hù)人員的工作量有重要意義。
6. 由裝置的工作原理可知，其限制過(guò)電壓的機(jī)理與電網(wǎng)對(duì)地電容電流的大小無(wú)關(guān)，因而其保護(hù)性能不隨不隨電網(wǎng)運(yùn)行方式的改變而改變，大小電網(wǎng)均可使用，電網(wǎng)擴(kuò)容也沒(méi)有影響。
7. 本裝置中的電壓互感器可以向計(jì)量?jī)x表和繼電保護(hù)等裝置提供系統(tǒng)的電壓信號(hào)，能夠替代常規(guī)的PT柜。
8. 能夠測(cè)量系統(tǒng)的單相接地電容電流。
9. 裝置設(shè)備簡(jiǎn)單，體積小，安裝、調(diào)試方便，即使用變電站，同樣適用于發(fā)電廠的高壓廠用電系統(tǒng)；既適用于新建站，也適用于老電站的改造。
10. 性?xún)r(jià)比高，相對(duì)于消弧線圈系統(tǒng)而言，性能價(jià)格比很高。
三、 裝置主要組成部件及其功能
YHXG消弧消諧選線及過(guò)電壓保護(hù)綜合裝置組成原理如圖1所示，其主要有以下六個(gè)部件組成：
1.大容量ZNO非線性元件組成的組合式過(guò)電壓保護(hù)器 YHPB
YHPB是一種特殊的高能容的氧化鋅過(guò)電壓保護(hù)器，與一般的氧化鋅避雷器（MOA）相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1) YHPB組合式過(guò)電壓保護(hù)器采用的是大能容的ZNO非線性電阻和放電間隙相組合的結(jié)構(gòu)，由于間隙元件與ZNO閥片的配合，解決了保護(hù)器的荷電率及工頻老化問(wèn)題。
(2) YHPB組合式過(guò)電壓保護(hù)器的沖擊系數(shù)為1，各種電壓波形下的放電電壓值相等，不受過(guò)電壓波形影響，過(guò)電壓保護(hù)值準(zhǔn)確，保護(hù)性能優(yōu)良。
(3) YHPB組合式過(guò)電壓保護(hù)器采用四星型接法，可將相間過(guò)電壓大大降低，與常規(guī)避雷器相比，相間過(guò)電壓降低了60-70%，保護(hù)可靠性大大提高。
YHPB組合式過(guò)電壓保護(hù)器是本裝置中限制各類(lèi)過(guò)電壓的第一器件，主要用來(lái)限制大氣過(guò)電壓和操作過(guò)電壓。
2.可分相控制的高壓真空接觸器（KA-KC）
這是一種特殊的高壓真空交流接觸器，其三相分體，各相一端分別接至母線，另一端接地。正常運(yùn)行時(shí)真空開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，受微機(jī)控制器控制而動(dòng)作，各相之間閉鎖，當(dāng)其中任一相閉合使該相母線接地后，其他兩相中的任何一相絕對(duì)不會(huì)動(dòng)作閉合。
KA-KC的作用是，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生弧光接地時(shí)，使其由不穩(wěn)定的弧光接地故障轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的金屬性接地，從而保護(hù)了系統(tǒng)中的設(shè)備。
圖1 消弧消諧選線及過(guò)電壓保護(hù)綜合裝置電氣原理圖
3.多功能微機(jī)控制器SA3000（核心技術(shù)）
多功能微機(jī)控制器是本裝置的技術(shù)核心部件，它以高抗干擾能力的PIC單片機(jī)為核心處理器，核心處理器由兩塊單片機(jī)組成，故障處理速度極快，主要具有以下功能和特點(diǎn)：
(1) 自動(dòng)化程度高。微機(jī)控制器的所有功能均為自動(dòng)執(zhí)行，無(wú)需人工操作，維護(hù)和操作簡(jiǎn)便。
(2) 抗干擾性能好，可靠性高。微機(jī)控制器采用二次電源技術(shù)，可抵御各種電磁干擾,所有接口均采用光/電隔離，可消除電源及一次系統(tǒng)對(duì)控制器的干擾，控制器還設(shè)置了Watchdog自復(fù)位電路，可實(shí)現(xiàn)裝置的自動(dòng)復(fù)位，完全避免了外界的各種電磁干擾。
(3) 完善的保護(hù)功能。由于微機(jī)控制器采用雙處理器作為處理單元，所以能同時(shí)完成對(duì)消弧、消諧及選線的綜合控制，而且速度很快。并且裝置能夠完成堆電壓互感器高壓保險(xiǎn)熔斷報(bào)警及電壓互感器二次電壓信號(hào)回路故障報(bào)警功能。
(4) 電壓測(cè)量功能。微機(jī)控制器能對(duì)系統(tǒng)的電壓進(jìn)行測(cè)量，并以數(shù)字形式顯示出來(lái)。
(5) 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能。微機(jī)控制器設(shè)有RS485/232通訊接口，能將系統(tǒng)的實(shí)時(shí)故障信息及裝置的工作情況上報(bào)控制中心。
(6) 故障記錄查詢(xún)功能。微機(jī)控制器帶有存儲(chǔ)器，能將系統(tǒng)的故障信息(包括故障類(lèi)型\故障時(shí)間等等信息)長(zhǎng)期保存，用戶(hù)可根據(jù)需要查詢(xún)系統(tǒng)的故障記錄。
(7) 準(zhǔn)確的選線功能。SA3000微機(jī)控制器設(shè)計(jì)了選線模塊、可完成多路出線(每段母線32路)的單相接地選線，采用獨(dú)創(chuàng)的“增量突變法”的選線原理，無(wú)論系統(tǒng)發(fā)生的是什么性質(zhì)的接地,均能夠準(zhǔn)確選出接地線路。
4.高壓限流熔斷器FU2
高壓限流熔斷器是整個(gè)裝置的后備保護(hù)器件，具有以下特殊功能：
n 開(kāi)斷容量大，可達(dá)63KA;
n 開(kāi)斷迅速，開(kāi)斷時(shí)間小于0.3ms;
n 限流效果好，可使故障電流限制在最大短路電流沖擊電流的1/5以下。
n 開(kāi)斷電弧電壓低,在熔斷器分?jǐn)噙^(guò)程中電弧電壓很低,并當(dāng)用于低于額定電壓系統(tǒng)時(shí),電弧電壓將進(jìn)一步減小，所以可將12Kv的熔斷器用于7.2Kv系統(tǒng)而沒(méi)有損壞系統(tǒng)絕緣的危險(xiǎn)。
5.電壓互感器（PT）
電壓互感器可將系統(tǒng)的高壓三相信號(hào)轉(zhuǎn)變成可供微機(jī)控制器SA3000處理的三相電壓信號(hào)（Ua、Ub、Uc）及中性點(diǎn)信號(hào)（Uo）。
6.高壓隔離開(kāi)關(guān)QS
安裝與本裝置與電網(wǎng)主母線的連接處，用于本裝置安裝和維護(hù)時(shí)的投切。
四、 裝置的基本工作原理
u 消弧原理
(1) 系統(tǒng)發(fā)生弧光接地時(shí)，微機(jī)控制器SA3000判斷接地的相別及弧光接地類(lèi)型，同時(shí)發(fā)出指令使故障相的真空接觸器閉合，把系統(tǒng)由不穩(wěn)定的弧光接地故障變?yōu)榉�(wěn)定的金屬性接地故障，故障相的對(duì)地電壓降為零，原接地故障點(diǎn)的弧光消失，其他兩相的對(duì)地電壓升高至線電壓。這種狀態(tài)是現(xiàn)行運(yùn)行規(guī)程所允許的。
(2) 真空開(kāi)關(guān)動(dòng)作后數(shù)秒后(根據(jù)接地性質(zhì)不同,動(dòng)作時(shí)間不同)，微機(jī)控制器SA3000令故障相的真空開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，若真空開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，再無(wú)弧光接地故障現(xiàn)象，說(shuō)明這一接地故障是暫時(shí)性的，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行；若真空開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，再次出現(xiàn)弧光接地故障，則微機(jī)控制器SA3000認(rèn)定這一故障為永久性弧光接地，此時(shí)再次發(fā)出指令使故障相的真空開(kāi)關(guān)閉合，SA3000將按照預(yù)先設(shè)定的程序發(fā)出報(bào)警信號(hào)，告知值班人員故障發(fā)生的相別。在真空開(kāi)關(guān)接地點(diǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的短暫的過(guò)電壓，由YHPB進(jìn)行限制。
(3) 故障相真空開(kāi)關(guān)第二次閉合接地后不再分開(kāi)，只有當(dāng)故障線路自動(dòng)或人工切除后，由中央控制室或當(dāng)?shù)亟oSA3000發(fā)出復(fù)位指令，SA3000收到復(fù)位指令后，讓故障相真空開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。
u 消諧原理
本裝置采用的 |
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