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JK-XHG消弧消諧選線及過電壓保護裝置

一、概述
裝置功能及使用范圍
消弧消諧選線及過電壓保護裝置廣泛應用于3～35KV中性點不接地、中性點經(jīng)消弧線圈接地或中性點經(jīng)高阻接地的電力系統(tǒng)，能對上述系統(tǒng)中的各類過電壓加以限制，有效地提高了上述系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性及供電可靠性。

弧光接地及諧振的危害
長期以來，我國3～35KV的電網(wǎng)大多采用中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的運行方式。此類電網(wǎng)在發(fā)生單相接地時，特別是發(fā)生單相間歇性弧光接地時會產(chǎn)生的嚴重的弧光接地過電壓，該電壓持續(xù)時間長，并能遍及整個電網(wǎng)，會對系統(tǒng)的絕緣產(chǎn)生很大的破壞，如不及時消弧，甚至會導致相間短路事故，造成設備損壞、大面積停電，經(jīng)濟損失嚴重。
特殊條件下產(chǎn)生的諧振是中性點不有效接地系統(tǒng)中的常見故障，諧振過電壓不僅幅值高、能量大，而且可能會穩(wěn)定存在，已成為這類電網(wǎng)設備穩(wěn)定運行的一大威脅。
傳統(tǒng)技術概述
隨著我國對城市及農(nóng)村電網(wǎng)的大規(guī)模技術改造，城市、農(nóng)村的配電網(wǎng)必定向電纜化發(fā)展，系統(tǒng)對地電容電流在逐漸擴大，弧光接地過電壓問題也日夜嚴重起來。為了解決上述問題，大多電網(wǎng)采用中性點裝設消弧線圈的方法，當系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地時，利用消弧線圈產(chǎn)生的感性電流對故障點電容電流進行補償，使流經(jīng)故障點殘流減小，從而達到自然熄弧。運行經(jīng)驗表明，雖然消弧線圈對抑制間歇性弧光接地過電壓有一定作用，但在使用中也發(fā)現(xiàn)消弧線圈存在的一些問題。
(1)只能補償工頻電容電流，無法補償對弧光接地電流中的高頻分量及有功分量。
(2)影響接地選線裝置判斷的準確性。
(3)消弧線圈體積大，組件多，成本高，安裝所占場地較大，運行維護復雜。
(4)精確調諧難度較大，消弧效果不理想。
(5)隨著電網(wǎng)的擴大，消弧線圈也要隨之更換，不利于電網(wǎng)的遠景規(guī)劃。
國內也有少數(shù)地區(qū)采取了中性點經(jīng)小電阻接地的方式，當發(fā)生單相接地時，人為增加短路電流使斷路器動作，切除故障線路，不能分辨是金屬接地還是弧光接地，使并不存在弧光接地過電壓危害的金屬性接地故障線路也被切除，擴大了停電范圍和時間。由于加大了故障電流，對于弧光接地則加劇了故障點的燒損。
解決諧振的方法主要是采用二次消諧器或一次消諧器阻尼諧振或泄放諧振能量，不論哪種方式都存在消諧時間長、效果差、PT保護不夠理想等問題。
二、裝置的基本功能及特點
1.能將系統(tǒng)的大氣過電壓和操作過電壓限制到較低的電壓水平，保證了電網(wǎng)及電氣設備的絕緣。
2.裝置動作速度快，可在30ms~40ms之內動作，能快速消除間歇性弧光及穩(wěn)定性弧光接地故障，控制弧光接地過電壓，防止事故進一步擴大，降低線路的事故跳閘率。
3.能夠快速、有效地消除系統(tǒng)的諧振過電壓，防止長時間諧振過電壓對系統(tǒng)絕緣破壞，防止諧振過電壓對電網(wǎng)中裝設的避雷器及小感性負載的損傷。
4.裝置動作后，允許200A的電容電流連續(xù)通過至少2小時以上，用戶可以在完成轉移負荷的倒閘操作之后再處理故障線路。
5.能夠準確查找單相接地故障線路，對防止事故的進一步擴大，對減輕運行和維護人員的工作量有重要意義。
6.裝置限制過電壓的機理與電網(wǎng)對地電容電流的大小無關，因而其保護性能不隨電網(wǎng)運行方式的改變而改變，大小電網(wǎng)均可使用，電網(wǎng)擴容也沒有影響。
7.本裝置中的電壓互感器可以向計量儀表和繼電保護等裝置提供系統(tǒng)的電壓信號，能夠替代常規(guī)的PT柜。
8.能夠測量系統(tǒng)的單相接地電容電流。
9.裝置設備簡單，體積小，安裝、調試方便，不僅適用于變電站，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. 性價比高，相對于消弧線圈系統(tǒng)而言，性能價格比很高。
11. 裝置各項技術指標符合國內標準GB3906-2006《3.6KV～40.5KV交流金屬封閉開關設備和控制設備》的要求。
三、裝置主要組成部件及其功能
消弧消諧選線及過電壓保護綜合裝置組成原理如圖1所示，其主要有以下六個部件組成：

圖1 消弧消諧選線及過電壓保護裝置電氣原理圖

1. 大容量ZNO非線性元件組成的組合式過電壓保護器（TBP）

TBP是一種特殊的高能容的過電壓保護器，與一般的氧化鋅避雷器相比，具有以下優(yōu)點：
(1)組合式過電壓保護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構，解決了保護器的荷電率及工頻老化問題。
(2)組合式過電壓保護器的沖擊系數(shù)為1，各種電壓波形下的放電電壓值相等，不受過電壓波形影響，過電壓保護值準確，保護性能優(yōu)良。
(3)組合式過電壓保護器采用四星型接法，可將相間過電壓大大降低，與常規(guī)避雷器相比，相間過電壓降低了60-70%，保護可靠性大大提高。
組合式過電壓保護器是本裝置中限制各類過電壓的第一器件，主要用來限制大氣過電壓和操作過電壓。
2. 可分相控制的高壓真空接觸器

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。正常運行時真空開關處于斷開狀態(tài)，受微機控制器控制而動作，各相之間閉鎖，當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不會動作閉合。
高壓真空接觸器的作用是，當系統(tǒng)發(fā)生弧光接地時，使其由不穩(wěn)定的弧光接地故障轉變成穩(wěn)定的金屬性接地，從而保護了系統(tǒng)中的設備。
3.多功能微機控制器JK-WZK

多功能微機控制器是本裝置的技術核心部件，它以高抗干擾能力的PIC單片機為核心處理器，核心處理器由兩塊單片機組成，故障處理速度極快，主要具有以下功能和特點：
(1)自動化程度高。微機控制器的所有功能均為自動執(zhí)行，維護和操作簡便。
(2)抗干擾性能好，可靠性高。微機控制器采用二次電源技術，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)對控制器的干擾，控制器還設置了自復位電路，可實現(xiàn)裝置的自動復位。
(3)完善的保護功能。由于微機控制器采用雙處理器作為處理單元，能同時完成對消弧、消諧及選線的綜合控制，而且速度快。并且裝置能夠完成堆電壓互感器高壓保險熔斷報警及電壓互感器二次電壓信號回路故障報警功能。
(4)電壓測量功能。微機控制器能對系統(tǒng)的電壓進行測量，并以數(shù)字形式顯示。
(5)數(shù)據(jù)遠傳功能。微機控制器設有RS485/232通訊接口，能將系統(tǒng)的實時故障信息及裝置的工作情況上傳控制中心。
(6)故障記錄查詢功能。微機控制器帶有存儲器，能將系統(tǒng)的故障信息(包括故障類型\故障時間等等信息)長期保存，用戶可根據(jù)需要查詢系統(tǒng)的故障記錄。
(7)準確的選線功能。微機控制器設計了選線模塊、可完成多路出線(每段母線32路)的單相接地選線，采用獨創(chuàng)的“增量突變法”的選線原理，無論系統(tǒng)發(fā)生的是什么性質的接地,均能夠準確選出接地線路。
4.高壓限流熔斷器

高壓限流熔斷器是整個裝置的后備保護器件，具有以下特殊功能：
(1)開斷容量大，可達63KA;
(2)開斷迅速，開斷時間小于0.3ms;
(3)限流效果好，可使故障電流限制在短路電流沖擊電流的1/5以下。
(4)開斷電弧電壓低,在熔斷器分斷過程中電弧電壓很低,并當用于低于額定電壓系統(tǒng)時,電弧電壓將進一步減小，所以可將12Kv的熔斷器用于7.2Kv系統(tǒng)而沒有損壞系統(tǒng)絕緣的危險。
5.電壓互感器

電壓互感器高壓隔離開關

電壓互感器可將系統(tǒng)的高壓三相信號轉變成可供微機控制器處理的三相電壓信號及中性點信號。
6.高壓隔離開關
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時的投切。
四、裝置的基本工作原理
1．消弧原理
(1)系統(tǒng)發(fā)生弧光接地時，微機控制器判斷接地的相別及弧光接地類型，同時發(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，故障相的對地電壓降為零，原接地故障點的弧光消失。
(2)真空接觸器動作后數(shù)秒后(根據(jù)接地性質不同,動作時間不同)，微機控制器令故障相的真空接觸器斷開，若真空接觸器斷開后，再無弧光接地故障現(xiàn)象，說明這一接地故障是暫時性的，系統(tǒng)恢復正常運行；若真空斷路器斷開后，再次出現(xiàn)弧光接地故障，則微機控制器認定這一故障為永久性弧光接地，此時再次發(fā)出指令使故障相的真空開關閉合，微機控制器將按照預先設定的程序發(fā)出報警信號，告知值班人員故障發(fā)生的相別。在真空開關接地點過程中出現(xiàn)的短暫的過電壓，由TBP進行限制。
(3)故障相真空接觸器第二次閉合接地后不再分開，只有當故障線路自動或人工切除后，由中央控制室或當?shù)亟o微機控制器發(fā)出復位指令，微機控制器收到復位指令后，讓故障相真空接觸器斷開，系統(tǒng)恢復正常運行。
2．消諧原理
本裝置采用的是微機二次消諧技術,當系統(tǒng)發(fā)生諧振時，微機控制器在PT的開口三角繞組瞬間接入大功率的消諧電阻,利用消諧電阻破壞系統(tǒng)的諧振參數(shù),消耗諧振功率,從而消除系統(tǒng)的諧振故障。主要具有以下特點:
1、采用的是微機二次消諧技術,響應時間非?？?，消諧效果遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的消諧裝置;
2、對電壓互感器保護繞組(開口三角)的電壓輸出無任何影響,避免了傳統(tǒng)消諧技術影響電壓互感器保護繞組電壓輸出的影響的缺點。
3．選線原理
本裝置配備了專用的小電流接地選線模塊，該選線模塊與消弧裝置配合使用，無論系統(tǒng)發(fā)生的是何種類型的接地故障，均能夠對接地線路進行準確地選擇。
當系統(tǒng)發(fā)生金屬性接地時，裝置采用“群體比幅比相”的選線原理，根據(jù)線路零序電流的幅值和相位進行選線；
當系統(tǒng)發(fā)生弧光接地時，選線模塊根據(jù)消弧裝置動作前后的線路零序電流的突變量進行選線；
由于本裝置采用的“故障放大法”、“最大增量法”選線原理，克服了傳統(tǒng)選線裝置選線速度慢和弧光接地時選線選線準確率低的缺點。
五、裝置的型號及參數(shù)
1、型號說明
ENR — XHZ —
JK — XHG
裝置代號
額定電流（A）
系統(tǒng)額定電壓（KV）
公司代號
裝置的額定參數(shù)
1. 額定頻率：50Hz
2. 額定電壓：6 10 35 （KV）
3. 額定電流：10 16 20 31.5 50 63 100 200
六、選型及要求
1. 裝置的額定電壓等于系統(tǒng)的額定電壓。
2. 裝置的額定電流不小于保護線路的最大電容電流。
七、設計圖標
消弧消諧選線及過電壓保護裝置的設計圖標如下圖所示：

八、結構、外形及安裝尺寸
裝置的標準尺寸：1000×1500×2300（KYN28-12）
6KV： 800×1500×2300
10KV：1000×1500×2300
35KV：1800×2500×2900
也可根據(jù)用戶要求，特殊生產(chǎn)。
裝置主要包含：
1.微機控制器2. 穿墻套管3.輔助開關 4.隔離開關5.操作手柄 6.電流互感器 7.電壓互感器 8. 過電壓保護器 9.高壓限流熔斷器 10高壓熔斷器 11真空接觸器

消弧消諧選線及過電壓保護綜合裝置結構圖

說明：
1、微機控制器 2、輔助開關 3、操作機構 4、高壓限流熔斷器
5、真空接觸器 6、高能限壓器 7、穿墻套管 8、隔離開關
9、高壓熔斷器 10、過電壓保護器 11、電壓互感器
九、使用環(huán)境
1. 環(huán)境溫度：-30°C~+40°C
2. 海拔高度：海拔2000m及以下(2000m以上需特殊設計)
3. 相對濕度：月平均相對濕度不大于90%，日平均相對濕度不大于95%
4. 周圍不得有粉成、煤氣、煙氣等具有爆炸性的混合物
十、包裝、運輸、儲存
1. 一般采用木箱包裝。柜體底座固定在包裝箱底板上。
2. 建議不要長距離在三級以下公路運輸，必要時可以拆散包裝。
3. 不要長期在戶外存儲，長期不用時，應儲存在干燥、通風的戶內倉庫內。
十一、安裝、調試、維護
1. 本公司負責根據(jù)用戶的要求進行圖紙設計和參數(shù)選擇，由本公司技術人員組裝、調試，設備組裝調試完畢后，由專業(yè)檢測人員檢測后方能出廠。如客戶需要我公司為客戶提供現(xiàn)場安裝及調試服務。
2. 裝置運行應由專人負責，操作人員應熟悉微機控制器的操作方法，每次操作應有記錄。
3. 設備正常工作時不需維護和檢修，但在受到大的故障電流沖擊后必須進行仔細檢查，檢查熔斷器是否損壞，檢查接觸器觸頭是否接觸良好，進行設備的絕緣耐壓試驗。
十二、訂貨須知
1. 用戶訂貨時應向我公司提供：系統(tǒng)電壓等級、電網(wǎng)電容電流、柜體尺寸。
2. 如用戶有特殊要求應在訂貨時提出。
3. 需要其他額外附件或備件，應在訂貨時注明所需的種類及數(shù)量。
十三、售后服務
我公司對出產(chǎn)的產(chǎn)品在售后服務方面有以下承諾：
1. 對出產(chǎn)的設備負責現(xiàn)場安裝與調試；
2. 自安裝使用之日起，12個月內，如因質量問題不能正常使用，無償為用戶更換或維修；
3. 長期以優(yōu)惠的價格提供備品備件，對產(chǎn)品提供終生技術服務；
4. 負責對用戶進行技術和使用方面的培訓。

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