智能消弧过电压保护装置

一 产品概述
   YTX型消弧消谐选线及过电压保护装置是我司 开发的电力系统保护装置,主要应用于6～35kV中性点非有效接地电网，该装置不仅能对该类电网中的各类过电压（弧光接地过电压、谐振过电压、操作过电压）加以限制，而且能够准确选出系统的接地线路,有效地提高了该类电网的运行安全性及供电可靠性。

    
二 产品原理及特点
 ■  现行消弧技术概述

    长期以来，我国3～35kV(含66kV)的电网大多采用中性点不接地的运行方式。此类电网在发生单相接地时，非故障相的对地电压将升高到线电压UL，但系统的线电压保持不变，所以我国国家标准规定，3～35kV(66kV)的电网在发生单相接地故障后允许短时间带故障运行，因而这类电网的各类电气设备，如变压器、电压/电流互感器、断路器、线路等一次设备的对地绝缘水平，都应满足长期承受线电压而不损坏的要求。
    传统观念认为，3～35kV(含66kV)电网属于中低压配电网，此类电网中的内部过电压的 值不高，所以危及电网绝缘安全水平的主要因素不是内部过电压，而是大气过电压（即雷电过电压），因而长期以来采取的过电压保护措施仅是以防止大气过电压对设备的侵害。主要技术措施仅限于装设各类避雷器，避雷器的放电电压为相电压的4倍以上，按躲过内部过电压设计，因而仅对保护雷电侵害有效，对于内部过电压不起任何保护作用。
    然而，运行经验证明，当这类电网发展到一定规模时，内部过电压，特别是电网发生单相间歇性弧光接地时产生的弧光接地过电压及特殊条件下产生的铁磁谐振过电压已成为这类电网设备安全运行的一大威胁，其中以单相弧光接地过电压最为严重。
    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增大，弧光接地过电压问题也日益严重起来。为了解决上述问题，不少电网采用了谐振接地方式，即在电网中性点装设消弧线圈，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。
    ● 由于电网运行方式的多样化及弧光接地点的随机性，消弧线圈要对电容电流进行有效补偿确有难度，且消弧线圈仅仅补偿了工频电容电流，而实际通过接地点的电流不仅有工频电容电流，而且包含大量的高频电流及阻性电流，严重时仅高频电流及阻性电流就可以维持电弧的持续燃烧。
    ● 当电网发生断线、非全相、同杆线路的电容耦合等非接地故障，使电网的不对称电压升高，可能导致消弧线圈的自动调节控制器误判电网发生接地而动作，这时将会在电网中产生很高的中性点位移电压，造成系统中一相或两相电压升高很多，以致损坏电网中的其它设备。
    ● 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。
    ● 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。
    目前国外对3～35kV电网采取中性点直接接地的方式，国内也有少数地区采取了经小电阻接地的方式，虽然抑制了弧光接地过电压，克服了消弧线圈存在的问题，但却牺牲了对用户供电的可靠性。这种系统发生单相接地时，人为增加短路电流使断路器动作，不论负荷性质及重要性，一律切除故障线路而且也不能分辨出金属性或弧光接地。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的烧损。

    ■ 本装置的基本工作原理

    1 消弧原理
    本装置对系统发生的弧光接地故障,首先分析弧光接地的性质,然后针对具体的接地类型,采取相应的处理方式,处理方式如下:
    ● 如果系统发生不稳定的间歇性弧光接地故障，则微机控制器判断接地的相别，同时发出指令使故障相的真空接触器ZK闭合，投入高能灭弧限压保护装置PTGTB,这时相当于在系统当中接入了高能氧化锌线性电阻R及非线性电阻RV，利用R、RV限制故障相的弧道恢复电压，吸收接地引起的电磁能量，减缓系统振荡，使弧道的介质恢复抗电强度Ujf大于弧道恢复电压Uhf。使恢复电压无法再次击穿故障点，从而完成消弧。数秒后，故障相的高压真空接触器ZK断开，系统恢复正常运行。 
    ● 如果接地故障是稳定的弧光接地，微机控制器在判断接地相别后，发出指令使故障相真空接触器ZK和高能灭弧限压保护装置PTGTB中的快速开关GK同时闭合，这时等于把高能氧化锌线性电阻R接入系统的故障相，把故障相变成稳定的阻性接地，数秒后，先令高能灭弧限压保护装置PTGTB中的快速开关GK断开，这时在故障相投入了氧化锌线性电阻R和氧化锌非线性电阻RV，延时一秒后再断开故障相高压真空接触器ZK。若故障消失，说明这一电弧接地故障是由过电压冲击引起的瞬时性接地故障，系统恢复正常运行；若故障相接触器断开后，系统再次在原故障相出现稳定的电弧接地，则装置认定此故障为 性电弧接地故障，于是再次闭合故障相ZK和高能灭弧限压保护装置PTGTB中的快速开关GK,等待值班人员处理。 
    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: 
    ● 采用的是微机二次消谐技术,响应时间非常快，消谐效果远远优统于传统的消谐装置;
    ● 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缺点。
    3 选线原理
    中性点非有效接地系统发生单相接地故障后，故障线路的查找成为长期困扰该类电力系统的一大技术难题，国内目前生产的小电流选线设备对系统发生单相接地故障，选线准确率很低，特别是当系统的接地故障是单相弧光接地时，装置根本无法进行选择。目前国内的小电流选线设备的采用点大多为20点/20ms左右，又大多采用傅立叶算法，所以只能采集到五次谐波以内的信号，而弧光接地时的电流信号多在几千赫兹，故此类设备根本无法进行判断。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 ”、“ 增量法”选线原理，因此，克服了传统选线装置选线速度慢和弧光接地时选线准确率低的缺点。
    4 防误操作
    本装置通过软件和硬件两种方式对误操作进行了严格的防护,当系统发生弧光接地故障时,这时故障相真空接触器ZK立即把高能灭弧限压装置投入到故障相上,此时如果操作隔离刀闸将会产生严重的后果。装置通过微机控制器发出的闭锁信号和真空接触器ZK动作后的辅助信号共同闭锁高压隔离开关的操作机构,不允许操作隔离开关，实现了真正意义上的防误操作。