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長期以來，我國3～35KV(含66KV)的電網多采用中性點不接地的運行方式。此類電網在發(fā)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(tǒng)的線電壓保持不變，所以我國國家標準規(guī)定，3~35KV(66KV)的電網在發(fā)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(tǒng)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(fā)展到一定規(guī)模時，內部過電壓，特別是電網發(fā)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(guī)模技術改造，城市、農村的配電網必定向電纜化發(fā)展，系統(tǒng)對地電容電流在逐漸增大，弧光接地過電壓問題也日益嚴重起來。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(tǒng)發(fā)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(fā)現(xiàn)消弧線圈存在的一些問題:

(1)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(xù)燃燒。

(2)當電網發(fā)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(jié)控制器誤判電網發(fā)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(tǒng)中一相或兩相電壓升高很多，以致?lián)p壞電網中的其它設備。

(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)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(guī)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(shù)地區(qū)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(tǒng)發(fā)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。

★40毫秒消弧速度是消弧的關鍵

1.彼得生（W.Peterson)理論：故障點接地電弧在暫態(tài)高頻振蕩電流通過第一個零點時熄滅，此時非故障相上的自由電荷延對地電容重新分布，于是在各相上產生了位移電壓Udv；此后每經過半個工頻周波，接地電弧重燃一次，由于非故障相上積聚的自由電荷不斷增多，位移電壓逐步升高，非故障相的暫態(tài)過電壓隨著接地電弧的重燃次數(shù)的增多而增高。假定首次電弧發(fā)生在電壓負最大開始，第一次過零熄弧時（經歷5毫秒），非故障相暫態(tài)電壓＋13/6Um，以Udv＝＋5/3Um為軸線正旋波變化；經過半個工頻周期后（經歷15毫秒），非故障相暫態(tài)過電壓為-25/6Um，以Udv＝-25/9Um為軸線正旋波變化；再經過半個工頻周期后（經歷25毫秒），故障相達到負最大值時重燃，隨著過零次數(shù)增加，過電壓逐漸增大。由于相間電容的抑制作用，過電壓最大到3.5Um。所以：如果消弧時間超過25ms，過電壓已經發(fā)生。

2.瞬時性故障的統(tǒng)計

⒊從彼得生（W.Peterson)理論的過電壓產生的時間和瞬時性故障的統(tǒng)計，得出結論：消弧時間必須小于25ms，否則將失去意義。

★40毫秒消弧速度的實現(xiàn):永磁真空接觸器

1.傳統(tǒng)真空接觸器--彈簧操動型：由彈簧儲能、維持儲能、合閘與合閘維持及分閘四個部分組成，結構過于復雜、制造工藝復雜、加工精度要求高，盡管成本很高，但產品的可靠性卻不能完全保證，而且因為彈簧儲能、維持儲能需要過程時間，所以合閘速度大于80毫秒，甚至120毫秒。此彈簧操動型是其它廠家普遍采用的方式。

2.傳統(tǒng)真空接觸器--電磁操動型：要求用戶配備專門的蓄電池組，合閘線圈消耗功率過大，電磁機構結構笨重，動作時間大于60毫秒。

3.新一代真空接觸器--永磁真空接觸器。我公司與華北電力大學及數(shù)家國內知名真空接觸器廠家合作，引進烏克蘭技術，采用磁能高達50MGOe（397.9kJ/m3）的第三代稀土永磁材料，共同研發(fā)出永磁真空接觸器。其具有結構簡單、絕緣強度高、機械性能好、免維護、可靠性高，并且動作的能量由永磁提供，沒有儲能過程的時間，所以合閘速度小于20毫秒，合閘電流只需3A。

引起開關柜弧光短路故障的原因很多，一般分為以下五類
1）絕緣故障 主要是柜中絕緣材料爬距不足，未滿足加強絕緣要求，在臟污環(huán)境，天氣潮濕下發(fā)生絕緣故障。另外，由于絕緣材料材質缺陷，運行年限較長的開關柜，在強電磁場作用下絕緣老化，也可能造成絕緣損壞而導致故障。
2）載流回路不良 由于一些接頭截面不夠，緊固螺栓松動，手車柜觸頭接觸不良，在大電流流過時引起發(fā)熱，冒火進而引起相間，相對地擊穿等等。
3）外來物體的進入 如小動物（老鼠等）進入開關柜內部，或維修人員在工作完成后將工具遺留在開關柜內。
4）認為操作錯誤 如走錯間隔，誤操作，未對工作區(qū)域進行接地，未對工作區(qū)域進行驗電等。
5）系統(tǒng)方面的原因 如系統(tǒng)容量增大，接地方式改變，電纜應用增多，保護及自控裝置配置不當，系統(tǒng)諧振過電壓等。

★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，保證了電網及電氣設備的絕緣安全。

2.裝置動作速度快，可在20ms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，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。

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中裝設的避雷器及小感性負載的損傷。

4.裝置動作后，允許160A的電容電流連續(xù)通過2小時，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.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。

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，適用于變電站，同樣適用于發(fā)電廠的高壓廠用電系統(tǒng)；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。

★裝置主要組成部件及其功能

ZRXHG-Ⅳ消弧消諧過弧光保護組成原理，其主要有以下六個部件組成：

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(yōu)點：

(1)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。

(2)TBP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)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(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。

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。

2.可分相控制的高壓永磁真空接觸器（KA-KC）

這是一種特殊的高壓永磁真空接觸器，其三相分體，各相一端分別接至母線，另一端接地。正常運行時真空接觸器處于斷開狀態(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，其它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(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。

圖1消弧消諧弧光保護裝置

3.多功能微機控制器ZRXHG-Ⅳ（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，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，無需人工操作，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Watchdog自復位電路，可實現(xiàn)裝置的自動復位，完全避免了外界的各種電磁干擾。

(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，所以能同時完成對消弧、消諧的綜合控制，并且裝置能夠完成電壓互感器短線報警功能。

(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)字形式顯示出來。

(5)數(shù)據遠傳功能。微機控制器設有RS485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報控制中心。

(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\故障時間等信息)長期保存，用戶可根據需要查詢系統(tǒng)的故障記錄。

4.高壓限流熔斷器FUR2

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最大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（PT）

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XHG-Ⅳ處理的三相電壓信號（Ua、Ub、Uc）及中性點信號（Uo）。

6.高壓隔離開關QS

安裝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。

★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ZRXHG-Ⅳ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，其它兩相的對地電壓升高至線電壓。這種狀態(tài)是現(xiàn)行運行規(guī)程所允許的。

(2)真空接觸器閉合數(shù)秒后(根據接地性質不同,動作時間不同)，微機控制器ZRXHG-Ⅳ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；若真空接觸器斷開后，再次出現(xiàn)弧光接地故障，真空接觸器將進行第二次閉合，數(shù)秒后，第二次斷開；第二次斷開后，仍然出現(xiàn)弧光接地故障，則微機控制器ZRXHG-Ⅳ認定這一故障為永久性弧光接地，此時發(fā)出指令使故障相的真空接觸器第三次閉合，XHG-Ⅳ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。在真空接觸器閉合或斷開過程中,出現(xiàn)的短暫過電壓,由TBP進行限制保護。

(3)故障相真空接觸器第三次閉合,閉合時間為2小時，在此期間若故障消除，微機控制器ZRXHG-Ⅳ需手動復位。

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XHG-Ⅳ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),消耗諧振能量，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。