GGXHG消弧消諧過電壓保護器裝置

 

 

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術

 

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上海國根電氣科技有限公司

SHANGHAI GUOGEN ELECTRIC TECHNOIOGY CO.,LTD.

 

 

GGXHG消弧消諧及過電壓保護裝置

GGXHG消弧消諧過電壓保護裝置用于3～35KV中性點非有效接地電力系統中，對這類系統運行中的各類過電壓加以限制，特別是對單相弧光接地過電壓加以限制和消除，以有效地提高該類電網的運行安全性及供電可靠性。

一、單相弧光接地過電壓的危害

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金屬性直接接地時，非故障相的對地電壓將升高到線電壓，三相線電壓量值不變，且仍具有120°的相位差，三相用電設備的工作并未受到影響，因而不影響電能的正常傳輸。所以國家標準規定這類電網在發生單相接地故障后允許短時間帶故障運行，提高了該類電網的供電的可靠性。

現有的運行規程規定，中性點非有效接地系統發生單相接地故障時，允許運行兩小時，但規程未對“單相接地故障”的概念加以明確界定。如果單相接地故障為金屬性接地，則故障相的電壓降為零，其余兩健全相對地電壓升高至線電壓，這類電網的電氣設備在正常情況下都應能承受這種過電壓而不損壞。但是，如果單相接地故障為間歇性弧光接地，則會在系統中產生達3.5倍相電壓峰值的過電壓，這樣高的過電壓如果數小時作用于電網，勢必會造成電氣設備內絕緣的積累性損傷，在健全相的絕緣薄弱環節造成絕緣對地擊穿，進而發展成為相間短路事故。在間歇性電弧接地暫態過程中，實際系統會形成多頻振蕩回路，不僅會產生高幅值的相對地過電壓，而且還可能出現高幅值的相間過電壓，使相間絕緣弱點閃絡，發展成為相間短路事故。

二、諧振接地方式的消弧效果

    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。實際運行經驗證明，中性點經消弧線圈接地的電網，由單相弧光接地過電壓造成的設備損壞及影響系統運行安全的事故仍時有發生。其原因是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。甚至在某些情況下，因消弧線圈的存在，電弧重燃可能在恢復電壓最大這一最不利時刻才發生，使弧光接地過電壓升高。

 

隨著城鄉電網的發展以及生產、生活對供電可靠性的要求越來越高，每次絕緣事故造成的危害及波及面勢必增加，為此我公司開發出了GGXHG消弧消諧及過電壓保護裝置，將中性點非有效接地電網的相對地及相間過電壓限制在電網安全運行的范圍之內，徹底解決各種過電壓對設備及電網安全運行的威脅，提高這類電網的供電可靠性。

三、裝置的組成及功能

GGXHG消弧消諧及過電壓保護裝置就是國根科技公司為了迅速消除中性點非有效接地電網弧光接地給電氣設備帶來的危害而研制的最新技術產品，其原理如圖1所示。它主要有以下七個部件組成：

   

圖1  GGXHG消弧消諧及過電壓保護裝置原理圖

 

1. 大容量ZnO非線性元件組成的組合式過電壓保護器（TBP）

TBP三相組合式過電壓保護器與現有的各種過電壓保護器相比，其保護值較低，有較高的承受暫時過電壓的能力，能在后續保護裝置動作前，對系統出現的高幅值弧光接地起始的暫態過電壓進行有效的限制，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. 分相控制的高壓真空接觸器（JA、JB、JC）

分相控制的高壓真空接觸器是由三只操作回路相互閉鎖的單相真空交流接觸器組成，分別接于系統三相母線和地之間。在系統正常時，均處于開斷狀態，不會對系統的正常運行產生任何影響；系統發生單相電弧接地時，真空接觸器根據微機控制器的指令合分，將故障相母線直接接地，從而完成對弧光接地過電壓限制。

   3. 分相阻容吸收器（R-C）

分相阻容吸收器是由三組電阻電容串聯組成的R-C吸收裝置組成，并聯接于分相控制的高壓真空接觸器兩端，限制吸收系統出現的高頻過電壓。當系統發生間歇性弧光接地時，在消弧接觸器動作前將弧光接地過電壓限制在安全范圍內；在消弧接觸器分閘退出時，限制故障相恢復電壓幅值及上升速度，使故障點不會因操作真空接觸器引起過電壓而重燃，從而大大提高裝置消除瞬時性接地故障的成功率。

   4. 多功能微機控制器ZK

a.  裝置具有：消弧功能、消諧功能、三十二選線小電流自動選線功能、限制過電壓功能、保護大氣過電壓功能，保護操作過電壓功能，阻容吸收保護功能、保護弧光接地過電壓等八大功能，同時具有PT柜所具有的功能。

b.  消弧裝置中核心部件——測控裝置應采用雙CPU,且主CPU采用32位DSP技術，裝置具備上電自檢功能,以防止消弧柜在系統運行中出現誤判、誤動、拒動等異常情況發生。

c.  消弧裝置應設置CAN和RS-485對外通訊接口,采用標準的MODBUS RTU通訊協議,確保裝置與整個監控系統兼容。

d.裝置在系統發生單相弧光接地后，能將故障點的電弧熄滅，同時把非故障相的過電壓限制在線電壓的水平，并裝有一、二次消諧裝置。

e. 裝置動作后能夠允許80A的電容電流連續通過2小時以上，方便用戶能對重要負荷完成倒閘操作或電源切換工作。

f.消弧裝置在同等的電壓等級下做真實的PT斷線、金屬接地和弧光接地試驗，每相試驗動作不少于30次，動作準確率應達到100％，試驗產生的電弧電流不低于200A。

g. 系統發生PT斷線、金屬接地、弧光接地故障時，除面板上顯示故障類型和故障相別外，還輸出無源接點信號。

h. 裝置設置微機接口，提供通訊規約實現數據遠傳，通過升壓站監控系統或后臺終端對裝置實行遠方監控。

i. 裝置能儲存不少于18次的故障記錄，方便用戶調閱或打印。

j. 裝置具有自檢功能，若裝置內部故障或失去工作電源時能報警。

k. 裝置能將發生在相與相之間和相與地之間的過電壓限制在3.5倍以下。

l.整個裝置動作時間應≤10ms。

5. 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，用來防止短路事故，具有開斷迅速、開斷容量大的特點。

6. 電壓互感器

用于將系統的一次高電壓轉換為微機控制器可處理的二次低電壓，供監測及采樣。

7. 高壓隔離開關

用于本裝置安裝和維護時的投切。

四、消諧工作原理

  一、本裝置采用的是微機二次消諧技術,當系統發生諧振時，微機控制器根據諧振類型進行不同的消諧動作：

（1）、如果系統發生的諧振是分頻諧振，微機控制器瞬間短接PT的開口三角繞組，破壞諧振參數，消除諧振；

（2）、如果系統發生的諧振是工頻或高頻諧振，微機控制器在PT的開口三角繞組接入大功率消諧電阻進行消諧。

從而達到破壞系統的諧振參數,消耗諧振功率的目的,消除系統的諧振故障。

二、消諧特點:

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

（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。

 

五、裝置的基本工作原理

當系統出現高幅值的過電壓時，組合式過電壓保護器TBP首先投入工作，將系統過電壓限制在電氣設備絕緣允許的安全范圍內；當系統出現的過電壓幅值較低時，分相阻容吸收器R-C工作，吸收高頻過電壓，對設備提供弱絕緣保護。當系統發生單相接地時，微機控制器ZK對電壓互感器提供的三相電壓Ua、Ub、Uc和開口三角電壓U0的信號進行計算處理，判斷接地性質和接地相，并進行如下處理：

 

    如果發生的故障是間歇性電弧接地，微機綜合控制器在判定接地的相別后，令故障相的高壓真空接觸器閉合，使系統由不穩定性的弧光接地快速轉變成穩定的金屬性直接接地，故障相電壓降為零，電弧消失。數秒鐘后，再令接地的高壓真空接觸器斷開，這時并聯的電阻電容吸收器R-C工作，限制故障相電壓的恢復速度和幅值，避免接地點因過電壓而重燃，若故障消失，說明這一電弧接地故障是因過電壓沖擊引起的瞬時性接地故障，系統恢復正常運行。如果接觸器斷開后，系統再次在原故障相出現穩定電弧接地，裝置認定此故障為永久性的接地故障，于是再次閉合故障相的高壓真空接觸器，等待值班人員或微機選線處理。

 

如果發生的故障是金屬性的直接接地故障，裝置可根據用戶要求將故障相母線直接接地，減少流過故障點的電流，發出指示信號，等待值班人員或微機選線處理。

如果發生的故障是TV斷線故障，裝置只發出指示信號，等待值班人員處理。

六、裝置的主要特點

1、大幅度提高電力系統的安全穩定運行水平

可將各類過電壓限制到較低的電壓水平，使因過電壓引起的絕緣事故及連發事故大為減少。

2、具有完善的過電壓保護功能

可保護大氣過電壓、操作過電壓以及弧光接地過電壓，其限制弧光接地過電壓的功能比裝設消弧線圈更好、更完善，安裝本裝置后，原來按設計規范要求應裝設消弧線圈的系統可以不再裝設。

3、改善電網的運行條件

由于消除了這類電網中原作用時間長的弧光接地過電壓，使金屬氧化鋅避雷器（MOA）發生事故的幾率大為降低。

4、選型簡單，使用方便

本裝置消弧和過電壓保護的機理與電網的單相接地電容電流大小無關，因而其保護性能不受電網運行方式的改變和電網擴大的影響，在大網小網中均可使用。

5、結構簡潔、安裝方便

整個裝置組成一臺高壓開關柜可替代原電壓互感器柜，結構簡單，體積小，安裝、調試方便，不再另外占地，既適用于變電站，也適用于發電廠的高壓廠用系統，既適用于新建站，也適用于老站的改造，原裝有消弧線圈的系統，加裝本裝置，保護更完善。

七、裝置的型號及參數

1. 型號說明

2. 技術參數

額定頻率：50（Hz）

額定電壓：6   10   35 （KV）

額定電流：10  16  20  31.5  50  63  100  200 （A）

八、選型及要求

1.       裝置的額定電壓等于系統的額定電壓。

2.       裝置的額定電流不小于被保護系統的最大單相接地電容電流。

九、結構、外形及安裝尺寸

1.     結構見圖2

2.     裝置的柜體標準尺寸

6kV：  800×1500×2300

10kV:  1000×1500×2300

35kV:  1800×2400×2900

3.    可根據用戶要求生產

 

 

圖2  GGXHG消弧及過電壓保護裝置結構圖（側視）

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、阻容吸收器  7、支柱絕緣子  8、隔離開關

9、高壓熔斷器  10、TBP過電壓保護器  11電壓互感器

十、使用條件

1.     環境溫度：-30°C～+40°C

2.     海拔高度：海拔2000m及以下

3.    使用環境：周圍不得有粉成、煤氣、煙氣等具有爆炸性的混合物

十一、包裝、運輸、儲存

1.     一般采用木箱包裝。柜體底座應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。

十二、安裝、調試、維護、售前及售后服務

1.         本公司負責根據用戶的要求進行圖紙設計和參數選擇。可以提供現場安裝   及調試的技術指導服務，用戶提供必要的配合。

2.         運行中按一般高壓開關柜要求進行維護和檢查，如發生消弧動作，應進行仔細檢查，檢查熔斷器是否損壞，接觸器觸頭是否接觸良好，必要時應進行設備的絕緣耐壓試驗。

3.         安裝使用之日起，12個月內，如因質量問題不能正常使用，無償為用戶更換部件或維修；

3.     負責對用戶進行技術和使用方面的培訓。

4.     本公司負責永久性地提供備品備件及售后服務。

十三、訂貨須知

1. 用戶訂貨時應提供：系統額定電壓、電網最大單相接地電容電流、柜體尺寸和母線排列方式。

2. 如用戶有特殊要求應在訂貨時提出，柜體顏色應提供色標。

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量。

十四、設計圖標

GGXHG消弧及過電壓保護裝置的設計圖標如下圖所示：