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長期以來，我國3～35KV(含66KV)的電網(wǎng)多采用中性點不接地的運行方式。此類電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)的各類電氣設(shè)備，如變壓器、電壓/電流互感器、斷路器、線路等一次設(shè)備的對地絕緣水平，都應(yīng)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(wǎng)屬于中低壓的變壓配電網(wǎng)，此類電網(wǎng)中的內(nèi)部過電壓的絕對值不高，所以危及電網(wǎng)絕緣安全水平的主要因素不是內(nèi)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(shè)備的侵害。主要技術(shù)措施僅限于裝設(shè)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(nèi)部過電壓設(shè)計，因而僅對保護雷電侵害有效，對于內(nèi)部過電壓不起任何保護作用。

然而，運行經(jīng)驗證明，當這類電網(wǎng)發(fā)展到一定規(guī)模時，內(nèi)部過電壓，特別是電網(wǎng)發(fā)生單相間歇性弧光接地時產(chǎn)生的弧光接地過電壓及特殊條件下產(chǎn)生的鐵磁諧振過電壓，已成為這類電網(wǎng)設(shè)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(nóng)村電網(wǎng)的大規(guī)模技術(shù)改造，城市、農(nóng)村的配電網(wǎng)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(wǎng)采用了諧振接地方式，即在電網(wǎng)中性點裝設(shè)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(chǎn)生的感性電流對故障點電容電流進行補償，使流經(jīng)故障點殘流減小，從而達到自然熄弧。運行經(jīng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)的不對稱電壓升高，可能導(dǎo)致消弧線圈的自動調(diào)節(jié)控制器誤判電網(wǎng)發(fā)生接地而動作，這時將會在電網(wǎng)中產(chǎn)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(wǎng)中的其它設(shè)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(fù)雜。

(4)隨著電網(wǎng)的擴大，消弧線圈也要隨之更換，不利于電網(wǎng)的遠景規(guī)劃。

目前國外對3～35KV電網(wǎng)采取中性點直接接地的方式，國內(nèi)也有少數(shù)地區(qū)采取了經(jīng)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(zhì)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。

★20毫秒消弧速度是消弧的關(guān)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(chǎn)生了位移電壓Udv；此后每經(jīng)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(jīng)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(jīng)過半個工頻周期后（經(jīng)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(jīng)過半個工頻周期后（經(jīng)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(jīng)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(chǎn)生的時間和瞬時性故障的統(tǒng)計，得出結(jié)論：消弧時間必須小于25ms，否則將失去意義。

★20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(jié)構(gòu)過于復(fù)雜、制造工藝復(fù)雜、加工精度要求高，盡管成本很高，但產(chǎn)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(gòu)結(jié)構(gòu)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(xué)及數(shù)家國內(nèi)知名真空接觸器廠家合作，引進烏克蘭技術(shù)，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(jié)構(gòu)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。

★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(wǎng)及電氣設(shè)備的絕緣安全。

2.裝置動作速度快，可在20ms之內(nèi)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(wǎng)中裝設(shè)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(zhuǎn)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(wǎng)對地電容電流的大小無關(guān)，因而其保護性能不隨電網(wǎng)運行方式的改變而改變，大小電網(wǎng)均可使用，電網(wǎng)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(shè)備簡單，體積小，安裝、調(diào)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消弧消諧過電壓保護裝置組成原理如圖1所示，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(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)變成穩(wěn)定的金屬性接地，從而保護了系統(tǒng)中的設(shè)備

圖1消弧消諧過電壓保護裝置電氣原理圖

3.多功能微機控制器ZRXHG-Ⅳ（核心技術(shù)）

多功能微機控制器是本裝置的技術(shù)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(shù)，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(shè)置了Watchdog自復(fù)位電路，可實現(xiàn)裝置的自動復(fù)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(jù)遠傳功能。微機控制器設(shè)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(jù)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(zhuǎn)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(guān)QS

安裝本裝置與電網(wǎng)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(jù)接地性質(zhì)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(fù)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(yù)先設(shè)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(fù)位。

2.消諧原理

本裝置采用的是微機二次消諧技術(shù),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(shù),響應(yīng)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(shù)影響電壓互感器保護繞組電壓輸出的影響的缺點。