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JK-XHG消弧消谐选线及过电压保护装置

一、概述
装置功能及使用范围
消弧消谐选线及过电压保护装置广泛应用于3～35KV中性点不接地、中性点经消弧线圈接地或中性点经高阻接地的电力系统，能对上述系统中的各类过电压加以限制，有效地提高了上述系统的运行稳定性及供电可靠性。

弧光接地及谐振的危害
长期以来，我国3～35KV的电网大多采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式。此类电网在发生单相接地时，特别是发生单相间歇性弧光接地时会产生的严重的弧光接地过电压，该电压持续时间长，并能遍及整个电网，会对系统的绝缘产生很大的破坏，如不及时消弧，甚至会导致相间短路事故，造成设备损坏、大面积停电，经济损失严重。
特殊条件下产生的谐振是中性点不有效接地系统中的常见故障，谐振过电压不仅幅值高、能量大，而且可能会稳定存在，已成为这类电网设备稳定运行的一大威胁。
传统技术概述
随着我国对城市及农村电网的大规模技术改造，城市、农村的配电网必定向电缆化发展，系统对地电容电流在逐渐扩大，弧光接地过电压问题也日夜严重起来。为了解决上述问题，大多电网采用中性点装设消弧线圈的方法，当系统发生单相弧光接地时，利用消弧线圈产生的感性电流对故障点电容电流进行补偿，使流经故障点残流减小，从而达到自然熄弧。运行经验表明，虽然消弧线圈对抑制间歇性弧光接地过电压有一定作用，但在使用中也发现消弧线圈存在的一些问题。
(1)只能补偿工频电容电流，无法补偿对弧光接地电流中的高频分量及有功分量。
(2)影响接地选线装置判断的准确性。
(3)消弧线圈体积大，组件多，成本高，安装所占场地较大，运行维护复杂。
(4)精确调谐难度较大，消弧效果不理想。
(5)随着电网的扩大，消弧线圈也要随之更换，不利于电网的远景规划。
国内也有少数地区采取了中性点经小电阻接地的方式，当发生单相接地时，人为增加短路电流使断路器动作，切除故障线路，不能分辨是金属接地还是弧光接地，使并不存在弧光接地过电压危害的金属性接地故障线路也被切除，扩大了停电范围和时间。由于加大了故障电流，对于弧光接地则加剧了故障点的烧损。
解决谐振的方法主要是采用二次消谐器或一次消谐器阻尼谐振或泄放谐振能量，不论哪种方式都存在消谐时间长、效果差、PT保护不够理想等问题。
二、装置的基本功能及特点
1.能将系统的大气过电压和操作过电压限制到较低的电压水平，保证了电网及电气设备的绝缘。
2.装置动作速度快，可在30ms~40ms之内动作，能快速消除间歇性弧光及稳定性弧光接地故障，控制弧光接地过电压，防止事故进一步扩大，降低线路的事故跳闸率。
3.能够快速、有效地消除系统的谐振过电压，防止长时间谐振过电压对系统绝缘破坏，防止谐振过电压对电网中装设的避雷器及小感性负载的损伤。
4.装置动作后，允许200A的电容电流连续通过至少2小时以上，用户可以在完成转移负荷的倒闸操作之后再处理故障线路。
5.能够准确查找单相接地故障线路，对防止事故的进一步扩大，对减轻运行和维护人员的工作量有重要意义。
6.装置限制过电压的机理与电网对地电容电流的大小无关，因而其保护性能不随电网运行方式的改变而改变，大小电网均可使用，电网扩容也没有影响。
7.本装置中的电压互感器可以向计量仪表和继电保护等装置提供系统的电压信号，能够替代常规的PT柜。
8.能够测量系统的单相接地电容电流。
9.装置设备简单，体积小，安装、调试方便，不仅适用于变电站，同样适用于发电厂的高压厂用电系统；既适用于新建站，也适用于老电站的改造。
10. 性价比高，相对于消弧线圈系统而言，性能价格比很高。
11. 装置各项技术指标符合国内标准GB3906-2006《3.6KV～40.5KV交流金属封闭开关设备和控制设备》的要求。
三、装置主要组成部件及其功能
消弧消谐选线及过电压保护综合装置组成原理如图1所示，其主要有以下六个部件组成：

图1 消弧消谐选线及过电压保护装置电气原理图

1. 大容量ZNO非线性元件组成的组合式过电压保护器（TBP）

TBP是一种特殊的高能容的过电压保护器，与一般的氧化锌避雷器相比，具有以下优点：
(1)组合式过电压保护器采用的是大能容的ZNO非线性电阻和放电间隙相组合的结构，解决了保护器的荷电率及工频老化问题。
(2)组合式过电压保护器的冲击系数为1，各种电压波形下的放电电压值相等，不受过电压波形影响，过电压保护值准确，保护性能优良。
(3)组合式过电压保护器采用四星型接法，可将相间过电压大大降低，与常规避雷器相比，相间过电压降低了60-70%，保护可靠性大大提高。
组合式过电压保护器是本装置中限制各类过电压的第一器件，主要用来限制大气过电压和操作过电压。
2. 可分相控制的高压真空接触器

这是一种特殊的高压真空交流接触器，其三相分体，各相一端分别接至母线，另一端接地。正常运行时真空开关处于断开状态，受微机控制器控制而动作，各相之间闭锁，当其中任一相闭合使该相母线接地后，其他两相中的任何一相绝对不会动作闭合。
高压真空接触器的作用是，当系统发生弧光接地时，使其由不稳定的弧光接地故障转变成稳定的金属性接地，从而保护了系统中的设备。
3.多功能微机控制器JK-WZK

多功能微机控制器是本装置的技术核心部件，它以高抗干扰能力的PIC单片机为核心处理器，核心处理器由两块单片机组成，故障处理速度极快，主要具有以下功能和特点：
(1)自动化程度高。微机控制器的所有功能均为自动执行，维护和操作简便。
(2)抗干扰性能好，可靠性高。微机控制器采用二次电源技术，可抵御各种电磁干扰,所有接口均采用光/电隔离，可消除电源及一次系统对控制器的干扰，控制器还设置了自复位电路，可实现装置的自动复位。
(3)完善的保护功能。由于微机控制器采用双处理器作为处理单元，能同时完成对消弧、消谐及选线的综合控制，而且速度快。并且装置能够完成堆电压互感器高压保险熔断报警及电压互感器二次电压信号回路故障报警功能。
(4)电压测量功能。微机控制器能对系统的电压进行测量，并以数字形式显示。
(5)数据远传功能。微机控制器设有RS485/232通讯接口，能将系统的实时故障信息及装置的工作情况上传控制中心。
(6)故障记录查询功能。微机控制器带有存储器，能将系统的故障信息(包括故障类型\故障时间等等信息)长期保存，用户可根据需要查询系统的故障记录。
(7)准确的选线功能。微机控制器设计了选线模块、可完成多路出线(每段母线32路)的单相接地选线，采用独创的“增量突变法”的选线原理，无论系统发生的是什么性质的接地,均能够准确选出接地线路。
4.高压限流熔断器

高压限流熔断器是整个装置的后备保护器件，具有以下特殊功能：
(1)开断容量大，可达63KA;
(2)开断迅速，开断时间小于0.3ms;
(3)限流效果好，可使故障电流限制在短路电流冲击电流的1/5以下。
(4)开断电弧电压低,在熔断器分断过程中电弧电压很低,并当用于低于额定电压系统时,电弧电压将进一步减小，所以可将12Kv的熔断器用于7.2Kv系统而没有损坏系统绝缘的危险。
5.电压互感器

电压互感器高压隔离开关

电压互感器可将系统的高压三相信号转变成可供微机控制器处理的三相电压信号及中性点信号。
6.高压隔离开关
安装与本装置与电网主母线的连接处，用于本装置安装和维护时的投切。
四、装置的基本工作原理
1．消弧原理
(1)系统发生弧光接地时，微机控制器判断接地的相别及弧光接地类型，同时发出指令使故障相的真空接触器闭合，把系统由不稳定的弧光接地故障变为稳定的金属性接地故障，故障相的对地电压降为零，原接地故障点的弧光消失。
(2)真空接触器动作后数秒后(根据接地性质不同,动作时间不同)，微机控制器令故障相的真空接触器断开，若真空接触器断开后，再无弧光接地故障现象，说明这一接地故障是暂时性的，系统恢复正常运行；若真空断路器断开后，再次出现弧光接地故障，则微机控制器认定这一故障为永久性弧光接地，此时再次发出指令使故障相的真空开关闭合，微机控制器将按照预先设定的程序发出报警信号，告知值班人员故障发生的相别。在真空开关接地点过程中出现的短暂的过电压，由TBP进行限制。
(3)故障相真空接触器第二次闭合接地后不再分开，只有当故障线路自动或人工切除后，由中央控制室或当地给微机控制器发出复位指令，微机控制器收到复位指令后，让故障相真空接触器断开，系统恢复正常运行。
2．消谐原理
本装置采用的是微机二次消谐技术,当系统发生谐振时，微机控制器在PT的开口三角绕组瞬间接入大功率的消谐电阻,利用消谐电阻破坏系统的谐振参数,消耗谐振功率,从而消除系统的谐振故障。主要具有以下特点:
1、采用的是微机二次消谐技术,响应时间非常快，消谐效果远远优于传统的消谐装置;
2、对电压互感器保护绕组(开口三角)的电压输出无任何影响,避免了传统消谐技术影响电压互感器保护绕组电压输出的影响的缺点。
3．选线原理
本装置配备了专用的小电流接地选线模块，该选线模块与消弧装置配合使用，无论系统发生的是何种类型的接地故障，均能够对接地线路进行准确地选择。
当系统发生金属性接地时，装置采用“群体比幅比相”的选线原理，根据线路零序电流的幅值和相位进行选线；
当系统发生弧光接地时，选线模块根据消弧装置动作前后的线路零序电流的突变量进行选线；
由于本装置采用的“故障放大法”、“最大增量法”选线原理，克服了传统选线装置选线速度慢和弧光接地时选线选线准确率低的缺点。
五、装置的型号及参数
1、型号说明
ENR — XHZ —
JK — XHG
装置代号
额定电流（A）
系统额定电压（KV）
公司代号
装置的额定参数
1. 额定频率：50Hz
2. 额定电压：6 10 35 （KV）
3. 额定电流：10 16 20 31.5 50 63 100 200
六、选型及要求
1. 装置的额定电压等于系统的额定电压。
2. 装置的额定电流不小于保护线路的最大电容电流。
七、设计图标
消弧消谐选线及过电压保护装置的设计图标如下图所示：

八、结构、外形及安装尺寸
装置的标准尺寸：1000×1500×2300（KYN28-12）
6KV： 800×1500×2300
10KV：1000×1500×2300
35KV：1800×2500×2900
也可根据用户要求，特殊生产。
装置主要包含：
1.微机控制器2. 穿墙套管3.辅助开关 4.隔离开关5.操作手柄 6.电流互感器 7.电压互感器 8. 过电压保护器 9.高压限流熔断器 10高压熔断器 11真空接触器

消弧消谐选线及过电压保护综合装置结构图

说明：
1、微机控制器 2、辅助开关 3、操作机构 4、高压限流熔断器
5、真空接触器 6、高能限压器 7、穿墙套管 8、隔离开关
9、高压熔断器 10、过电压保护器 11、电压互感器
九、使用环境
1. 环境温度：-30°C~+40°C
2. 海拔高度：海拔2000m及以下(2000m以上需特殊设计)
3. 相对湿度：月平均相对湿度不大于90%，日平均相对湿度不大于95%
4. 周围不得有粉成、煤气、烟气等具有爆炸性的混合物
十、包装、运输、储存
1. 一般采用木箱包装。柜体底座固定在包装箱底板上。
2. 建议不要长距离在三级以下公路运输，必要时可以拆散包装。
3. 不要长期在户外存储，长期不用时，应储存在干燥、通风的户内仓库内。
十一、安装、调试、维护
1. 本公司负责根据用户的要求进行图纸设计和参数选择，由本公司技术人员组装、调试，设备组装调试完毕后，由专业检测人员检测后方能出厂。如客户需要我公司为客户提供现场安装及调试服务。
2. 装置运行应由专人负责，操作人员应熟悉微机控制器的操作方法，每次操作应有记录。
3. 设备正常工作时不需维护和检修，但在受到大的故障电流冲击后必须进行仔细检查，检查熔断器是否损坏，检查接触器触头是否接触良好，进行设备的绝缘耐压试验。
十二、订货须知
1. 用户订货时应向我公司提供：系统电压等级、电网电容电流、柜体尺寸。
2. 如用户有特殊要求应在订货时提出。
3. 需要其他额外附件或备件，应在订货时注明所需的种类及数量。
十三、售后服务
我公司对出产的产品在售后服务方面有以下承诺：
1. 对出产的设备负责现场安装与调试；
2. 自安装使用之日起，12个月内，如因质量问题不能正常使用，无偿为用户更换或维修；
3. 长期以优惠的价格提供备品备件，对产品提供终生技术服务；
4. 负责对用户进行技术和使用方面的培训。