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BS-XHG　消弧消諧選線及過電壓保護綜合裝置

BS-XHG消弧消諧選線及過電壓保護綜合裝置適用于3～35KV中壓電力系統，該產品廣泛適用于3～35KV中性點不接地、中性點經消弧線圈接地或中性點經高阻接地的電力系統，能對上述系統中的各類過電壓加以限制，有效地提高了上述系統的運行安全性及供電可靠性。

一、現行消弧技術概述

長期以來，我國3～35KV（含66KV）的電網大多采用中性點不接地的運行方式。此類電網在發生單相接地時，非故障相的對地電壓將升高到線電壓（UL），但系統的線電壓保持不變，所以我國國家標準規定，3~35KV（66KV）的電網在發生單相接地故障后允許短時間帶故障運行，因而這類電網的各類電氣設備，如變壓器、電壓/電流互感器、斷路器、線路等一次設備的對地絕緣水平，都應滿足長期承受線電壓而不損壞的要求。

傳統觀念認為，3~35KV（含66KV）電網屬于中低壓的變壓配電網，此類電網中的內部過電壓的絕對值不高，所以危及電網絕緣安全水平的主要因素不是內部過電壓，而是大氣過電壓（即雷電過電壓），因而長期以來采取的過電壓保護措施僅是以防止大氣過電壓對設備的侵害。主要技術措施僅限于裝設各類避雷器，避雷器的放電電壓為相電壓的4倍以上，按躲過內部過電壓設計，因而僅對保護雷電侵害有效，對于內部過電壓不起任何保護作用。

然而，運行經驗證明，當這類電網發展到一定規模時，內部過電壓，特別是電網發生單相間歇性弧光接地時產生的弧光接地過電壓及特殊條件下產生的鐵磁諧振過電壓已成為這類電網設備安全運行的一大威脅，其中以單相弧光接地過電壓最為嚴重。

隨著我國對城市及農村電網的大規模技術改造，城市、農村的配電網必定向電纜化發展，系統對地電容電流在逐漸增大，弧光接地過電壓問題也日夜嚴重起來。為了解決上述問題，不少電網采用了諧振接地方式，即在電網中性點裝設消弧線圈，當系統發生單相弧光接地時，利用消弧線圈產生的感性電流對故障點電容電流進行補償，使流經故障點殘流減小，從而達到自然熄弧。運行經驗表明，雖然消弧線圈對抑制間歇性弧光接地過電壓有一定作用，但在使用中也發現消弧線圈存在的一些問題。

⑴ 由于電網運行方式的多樣化及弧光接地點的隨機性，消弧線圈要對電容電流進行有效補償確有難度，且消弧線圈僅僅補償了工頻電容電流，而實際通過接地點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，嚴重時僅高頻電流及阻性電流就可以維持電弧的持續燃燒。

⑵ 當電網發生斷線、非全相、同桿線路的電容耦合等非接地故障，使電網的不對稱電壓升高，可能導致消弧線圈的自動調節控制器誤判電網發生接地而動作，這時將會在電網中產生很高的中性點位移電壓，造成系統中一相或兩相電壓升高很多，以致損壞電網中的其它設備。

⑶ 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。

⑷ 隨著電網的擴大，消弧線圈也要隨之更換，不利于電網的遠景規劃。

目前國外對3～35KV電網采取中性點直接接地的方式，國內也有少數地區采取了經小電阻接地的方式，雖然抑制了弧光接地過電壓，克服了消弧線圈存在的問題，但卻犧牲了對用戶供電的可靠性。這種系統發生單相接地時，人為增加短路電流使斷路器動作，不論負荷性質及重要性，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。

二、裝置的基本功能及特點

⒈能將系統的大氣過電壓和操作過電壓限制到較低的電壓水平，保證了電網及電氣設備的絕緣安全。

⒉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定性弧光接地故障，抑制弧光接地過電壓，防止事故進一步擴大，降低線路的事故跳閘率。

⒊能夠快速、有效地消除系統的諧振過電壓，防止長時間諧振過電壓對系統絕緣破壞，防止諧振過電壓對電網中裝設的避雷器及小感性負載的損傷。

⒋裝置動作后，允許200A的電容電流連續通過至少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。

⒌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。

⒍由裝置的工作原理可知，其限制過電壓的機理與電網對地電容電流的大小無關，因而其保護性能不隨電網運行方式的改變而改變，大小電網均可使用，電網擴容也沒有影響。

⒎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的電壓信號，能夠替代常規的PT柜。

⒏能夠測量系統的單相接地電容電流。

⒐裝置設備簡單，體積小，安裝、調試方便，即適用變電站，同樣適用于發電廠的高壓廠用電系統；既適用于新建站，也適用于老電站的改造。

⒑性價比高，相對于消弧線圈系統而言，性能價格比很高。

三、裝置主要組成部件及其功能

BS-XHG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：

⒈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氧化鋅過電壓保護器，與一般的氧化鋅避雷器（MOA）相比，具有以下優點：

⑴ TBP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，由于間隙元件與ZNO閥片的配合，解決了保護器的荷電率及工頻老化問題。

⑵ TBP組合式過電壓保護器的沖擊系數為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，保護性能優良。

⑶ TBP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，與常規避雷器相比，相間過電壓降低了60-70%，保護可靠性大大提高。

TBP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。

⒉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。正常運行時真空開關處于斷開狀態，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。

KA-KC的作用是，當系統發生弧光接地時，使其由不穩定的弧光接地故障轉變成穩定的金屬性接地，從而保護了系統中的設備。

圖1　BS-XHG消弧消諧選線及過電壓保護綜合裝置電氣原理圖

⒊多功能微機控制器WZK（核心技術）

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：

⑴ 自動化程度高。微機控制器的所有功能均為自動執行，無需人工操作，維護和操作簡便。

⑵ 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對控制器的干擾，控制器還設置了Watchdog自復位電路，可實現裝置的自動復位，完全避免了外界的各種電磁干擾。

⑶ 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，所以能同時完成對消弧、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熔斷報警及電壓互感器二次電壓信號回路故障報警功能。

⑷ 電壓測量功能。微機控制器能對系統的電壓進行測量，并以數字形式顯示出來。

⑸ 數據遠傳功能。微機控制器設有RS485/232通訊接口，能將系統的實時故障信息及裝置的工作情況上報控制中心。

⑹ 故障記錄查詢功能。微機控制器帶有存儲器，能將系統的故障信息（包括故障類型\故障時間等等信息）長期保存，用戶可根據需要查詢系統的故障記錄。

⑺ 準確的選線功能。WZK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，采用獨創的“增量突變法”的選線原理，無論系統發生的是什么性質的接地，均能夠準確選出接地線路。

⒋高壓限流熔斷器FU2

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：

◇ 開斷容量大，可達63KA；

◇ 開斷迅速，開斷時間小于0.3ms；

◇ 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。

◇ 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系統而沒有損壞系統絕緣的危險。

⒌電壓互感器（PT）

電壓互感器可將系統的高壓三相信號轉變成可供微機控制器WZK處理的三相電壓信號（Ua、Ub、Uc）及中性點信號（Uo）。

⒍高壓隔離開關QS

安裝與本裝置與電網主母線的連接處，用于本裝置安裝和維護時的投切。

四、裝置的基本工作原理

⒈消弧原理

⑴ 系統發生弧光接地時，微機控制器WZK判斷接地的相別及弧光接地類型，同時發出指令使故障相的真空接觸器閉合，把系統由不穩定的弧光接地故障變為穩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，其他兩相的對地電壓升高至線電壓。這種狀態是現行運行規程所允許的。

⑵ 真空開關動作后數秒后（根據接地性質不同，動作時間不同），微機控制器WZK令故障相的真空開關斷開，若真空開關斷開后，再無弧光接地故障現象，說明這一接地故障是暫時性的，系統恢復正常運行；若真空開關斷開后，再次出現弧光接地故障，則微機控制器WZK認定這一故障為永久性弧光接地，此時再次發出指令使故障相的真空開關閉合，WZK將按照預先設定的程序發出報警信號，告知值班人員故障發生的相別。在真空開關接地點過程中出現的短暫的過電壓，由TBP進行限制。

⑶ 故障相真空開關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，由中央控制室或當地給WZK發出復位指令，WZK收到復位指令后，讓故障相真空開關斷開，系統恢復正常運行。

⒉消諧原理

本裝置采用的是微機二次消諧技術，當系統發生諧振時，微機控制器WZK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的諧振參數，消耗諧振功率，從而消除系統的諧振故障。主要具有以下特點：

⑴ 采用的是微機二次消諧技術，響應時間非常快，消諧效果遠遠優于傳統的消諧裝置；

⑵ 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。

⒊選線原理

中性點非有效接地系統發生單相接地故障后，故障線路的查找成為長期困擾該類電力系統的一大技術難題，國內目前生產的小電流選線設備對系統發生單相接地故障，選線準確率很低，特別是當系統的接地故障是單相弧光接地時，裝置根本無法進行選擇。目前國內的小電流選線設備的采用點大多為20點/20ms左右，又大多采用傅立葉算法，所以只能采集到五次諧波以內的信號，而弧光接地時的電流信號多在幾千赫茲，故此類設備根本無法進行判斷。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，無論系統發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。

◇ 當系統發生金屬性接地時，裝置采用“群體比幅比相”的選線原理，根據線路零序電流的幅值和相位進行選線；

◇ 當系統發生弧光接地時，選線模塊根據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，克服了傳統選線裝置選線速度慢和弧光接地時選線準確率低的缺點。

五、裝置的型號及參數

裝置的額定參數

⒈額定頻率：50Hz

⒉額定電壓： 6　10　35（KV）

⒊額定電流：10　16　20　31.5 50 63 100 200

六、選型及要求

⒈裝置的額定電壓等于系統的額定電壓。

⒉裝置的額定電流不小于保護線路的最大電容電流。

七、結構、外形及安裝尺寸（圖1）

裝置的標準尺寸：1000×1500×2300（KYN28-12）

也可根據用戶要求，特殊生產。

八、使用環境

⒈環境溫度：-30°C ～+40°C

⒉海拔高度：海拔2000m及以下（2000m以上需特殊設計）

⒊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%

⒋周圍不得有粉塵、煤氣、煙氣等具有爆炸性的混合物

圖2　消弧消諧選線及過電壓保護綜合裝置結構圖（側視）

九、包裝、運輸、儲存

⒈一般采用木箱包裝。柜體底座應固定在包裝箱底板上。

⒉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。

⒊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、安裝、調試、維護

⒈本公司負責根據用戶的要求進行圖紙設計和參數選擇，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場安裝及調試服務。

⒉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。

⒊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。

十一、訂貨須知

⒈用戶訂貨時應向我公司提供：系統電壓等級、電網電容電流、柜體尺寸。

⒉如用戶有特殊要求應在訂貨時提出。

⒊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量。

十二、售后服務

我公司對出產的產品在售后服務方面有以下承諾：

⒈對出產的設備負責現場安裝與調試；

⒉自安裝使用之日起，18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；

⒊長期以優惠的價格提供備品備件，對產品提供終生維修；

⒋負責對用戶進行技術和使用方面的培訓。

十三、設計圖標

BS-XHG消弧消諧選線及過電壓保護綜合裝置的設計圖標如下圖所示：

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