一、概 述
在我國(guó)3~35KV供電(diàn)系統中(zhōng),大部分(fēn)為(wèi)中(zhōng)性點不接地系統。根據國(guó)家規範,這種系統在發生單相接地時,允許系統帶故障運行2小(xiǎo)時,這就大大降低了運行成本,提高了供電(diàn)系統的可(kě)靠性。但由于系統供電(diàn)容量的逐步增大,供電(diàn)方式由架空線(xiàn)路逐步轉變成電(diàn)纜線(xiàn)路,系統對地電(diàn)容電(diàn)流會變的很(hěn)大。在系統發生單相接地時,過大的電(diàn)容電(diàn)流形成的電(diàn)弧則不容易熄弧,極可(kě)能(néng)演化成間歇性弧光接地,此時産(chǎn)生的弧光接地過電(diàn)壓和由此激發的鐵磁諧振過電(diàn)壓将嚴重威脅電(diàn)網安(ān)全運行。其中(zhōng)以單相弧光接地過電(diàn)壓最為(wèi)嚴重,非故障相的過電(diàn)壓水平可(kě)達正常運行相電(diàn)壓的3~3.5倍。這樣高的過電(diàn)壓如果數小(xiǎo)時作(zuò)用(yòng)于電(diàn)網,勢必損壞電(diàn)氣設備的絕緣。電(diàn)氣設備的絕緣經過幾次累積性損傷,就會形成絕緣的薄弱點,進而産(chǎn)生對地絕緣擊穿并導緻相間短路的事故,同時會造成電(diàn)氣設備的絕緣擊穿(尤其是電(diàn)機的絕緣擊穿)、電(diàn)纜放炮現象、電(diàn)壓互感器飽和激發鐵磁諧振PT燒毀、避雷器爆炸等事故。
為(wèi)了解決弧光接地長(cháng)時間的過電(diàn)壓問題,以前大多(duō)數采用(yòng)在中(zhōng)性點加裝(zhuāng)消弧線(xiàn)圈補償電(diàn)容電(diàn)流來抑制故障點弧光發生的機率。很(hěn)顯然,這種方法的目的是為(wèi)了消除弧光,但由于消弧線(xiàn)圈自身的諸多(duō)特點,很(hěn)難對電(diàn)容電(diàn)流進行有(yǒu)效補償,特别是高頻分(fēn)量部分(fēn)對供電(diàn)設備造成的危害無法克服。在研究各種消弧線(xiàn)圈的基礎上,我公(gōng)司研制出了MQX智能(néng)型消弧裝(zhuāng)置。
二、裝(zhuāng)置的适用(yòng)範圍
(1)本裝(zhuāng)置适用(yòng)于3~35KV中(zhōng)壓電(diàn)力系統;
(2)本裝(zhuāng)置适用(yòng)于中(zhōng)性點不接地、中(zhōng)性點經消弧線(xiàn)圈接地或中(zhōng)性點經高阻接地的電(diàn)力系統;
(3)本裝(zhuāng)置适用(yòng)于電(diàn)纜線(xiàn)路為(wèi)主的電(diàn)網,電(diàn)纜與架空線(xiàn)路的混合電(diàn)網,以及架空線(xiàn)路為(wèi)主的電(diàn)網;
三、裝(zhuāng)置的基本功能(néng)
裝(zhuāng)置正常工(gōng)作(zuò)時,具(jù)有(yǒu)PT櫃功能(néng);同時具(jù)有(yǒu)系統斷線(xiàn)報警、閉鎖功能(néng);系統金屬接地故障報警、轉移系統接地故障點功能(néng);消除弧光接地、系統諧振功能(néng);低電(diàn)壓、過電(diàn)壓報警功能(néng);以及故障報警消除時間、故障性質(zhì)、故障相别、系統電(diàn)壓、開口三角電(diàn)壓、對地電(diàn)容電(diàn)流大小(xiǎo)等信息進行記錄的功能(néng),便于故障處理(lǐ)、分(fēn)析。
當系統發生單相接地故障時,裝(zhuāng)置可(kě)在30mS左右将故障相通過特制分(fēn)相真空接觸器直接接地,若是弧光接地,則立即熄滅電(diàn)弧,将弧光接地過電(diàn)壓穩定在線(xiàn)電(diàn)壓水平,可(kě)有(yǒu)效避免因單相接地引發的相間短路及因弧光接地過電(diàn)壓導緻的避雷器爆炸事故;若是金屬接地,則可(kě)大大降低接觸電(diàn)壓和跨步電(diàn)壓,有(yǒu)利于保障人身安(ān)全(金屬接地可(kě)根據用(yòng)戶要求設定裝(zhuāng)置是否動作(zuò));如果用(yòng)于以架空線(xiàn)路為(wèi)主的電(diàn)網,則裝(zhuāng)置動作(zuò)5S後真空接觸器自動分(fēn)閘,若是瞬時性故障,則系統恢複正常,若為(wèi)永久性故障則裝(zhuāng)置再次動作(zuò),起到永久限制過電(diàn)壓的作(zuò)用(yòng)。
當發生系統PT斷線(xiàn)故障時,裝(zhuāng)置顯示斷線(xiàn)故障相别,同時輸出接點信号,以便用(yòng)戶對有(yǒu)可(kě)能(néng)因PT斷線(xiàn)導緻誤動作(zuò)的保護裝(zhuāng)置進行可(kě)靠閉鎖。
裝(zhuāng)置特有(yǒu)的“智能(néng)開關(PTK)”技(jì )術,可(kě)以從根本上抑制鐵磁諧振的發生,有(yǒu)效地保護因系統諧振引起的PT燒毀、爆炸等事故。
裝(zhuāng)置配有(yǒu)RS485接口,采用(yòng)标準MODBUS通訊規約,确保裝(zhuāng)置與整個監控系統兼容,實現數據傳送、遠(yuǎn)方操作(zuò)功能(néng)。
四、裝(zhuāng)置的附加功能(néng)
本裝(zhuāng)置可(kě)按用(yòng)戶要求配置自動選線(xiàn)功能(néng)。
本公(gōng)司研制的MQDLX小(xiǎo)電(diàn)流接地選線(xiàn)裝(zhuāng)置,在系統金屬接地時主要依據線(xiàn)路零序電(diàn)流的幅值選線(xiàn),系統弧光接地時主要依據裝(zhuāng)置動作(zuò)前後線(xiàn)路零序電(diàn)流的突變量進行選線(xiàn)。克服了常規的選線(xiàn)裝(zhuāng)置選線(xiàn)速度慢和弧光接地時選線(xiàn)準确率低的缺點。
本裝(zhuāng)置可(kě)按用(yòng)戶要求配置消(除)諧(振)功能(néng)。
本裝(zhuāng)置可(kě)配置本公(gōng)司研制的專用(yòng)抗飽和電(diàn)壓互感器和一次限流消諧器相配套的方式,從根本上破壞鐵磁諧振的條件,避免了因諧振過電(diàn)壓引起“燒PT”和“爆PT保險”的事故;也可(kě)以按用(yòng)戶要求配置微機消諧裝(zhuāng)置來消除鐵磁諧振。
五、裝(zhuāng)置的工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)
系統正常運行時,裝(zhuāng)置微機控制器ZK持續檢測電(diàn)壓互感器PT提供的電(diàn)壓信号。
當電(diàn)壓互感器PT輔助二次的開口三角電(diàn)壓U 由低電(diàn)位變成高電(diàn)位時,表明系統發生故障,此時微機控制器ZK立即啓動,同時根據PT二次輸出信号Ua、Ub、Uc的變化進行故障類型和相别的判斷:
A、若為(wèi)單相PT斷線(xiàn)故障,則微機控制器ZK顯示斷線(xiàn)故障相别和斷線(xiàn)信号,同時輸出無源開關量接點信号。
B、若為(wèi)金屬接地故障, 則微機控制器ZK顯示接地故障相别和接地屬性信号,同時輸出無源開關量接點信号。也可(kě)根據用(yòng)戶特殊要求,向櫃内真空接觸器JZ發出合閘動作(zuò)命令,可(kě)大大降低接觸電(diàn)壓和跨步電(diàn)壓,有(yǒu)利于保障人身安(ān)全。
C、若為(wèi)弧光接地故障,則微機控制器ZK顯示接地故障相别和接地屬性信号,同時向故障相真空接觸器JZ發出合閘命令,将弧光接地直接轉變成金屬接地,地接電(diàn)弧由于兩端的弧壓被立即降到零,弧光徹底熄滅。若用(yòng)于以架空線(xiàn)路為(wèi)主的電(diàn)網,則裝(zhuāng)置真空接觸器JZ動作(zuò)5S後自動分(fēn)閘,若是瞬時性故障,則系統恢複正常,若為(wèi)永久性故障則再次動作(zuò),起到永久限制過電(diàn)壓的作(zuò)用(yòng)。并輸出無源開關量接點信号。
D、若裝(zhuāng)置配有(yǒu)自動選線(xiàn)功能(néng),當電(diàn)壓互感器PT輔助二次的開口三角電(diàn)壓U 由低電(diàn)位變成高電(diàn)位時,小(xiǎo)電(diàn)流接地選線(xiàn)模塊立即對各條線(xiàn)路的零序電(diàn)流進行數據采集,若無單相接地故障,則恢複正常;若發生金屬接地,根據線(xiàn)路零序電(diàn)流的幅值選出故障線(xiàn)路,若發生弧光接地,則在故障相真空接觸器合閘并熄滅電(diàn)弧後再次對線(xiàn)路零序電(diàn)流進行數據采集,根據故障線(xiàn)路在接地電(diàn)弧熄滅前後突變量最大的原理(lǐ),選出故障線(xiàn)路。
六、裝(zhuāng)置的主要特點
1、裝(zhuāng)置動作(zuò)速度快,可(kě)在30~40ms快速動作(zuò),大大縮短單相接地電(diàn)弧的持續時間;
2、裝(zhuāng)置動作(zuò)後可(kě)立即熄滅電(diàn)弧,并能(néng)有(yǒu)效地将弧光接地過電(diàn)壓限制在線(xiàn)電(diàn)壓範圍内;
3、裝(zhuāng)置動作(zuò)後,允許系統電(diàn)容電(diàn)流連續通過至少2小(xiǎo)時以上,用(yòng)戶可(kě)以在完成轉移負荷的倒閘操作(zuò)之後再處理(lǐ)故障線(xiàn)路;
4、裝(zhuāng)置的保護功能(néng)不受電(diàn)網規模和運行方式的影響;
5、裝(zhuāng)置具(jù)有(yǒu)較高的功能(néng)性價比,其中(zhōng)的電(diàn)壓互感器可(kě)以向計量及保護提供電(diàn)壓信号,取代常規PT櫃;
6、裝(zhuāng)置加裝(zhuāng)小(xiǎo)電(diàn)流接地選線(xiàn)裝(zhuāng)置,利用(yòng)電(diàn)弧熄滅前後故障線(xiàn)路零序電(diàn)流突變量最大的特點進行選線(xiàn), 可(kě)大大提高選線(xiàn)準确率。
7、裝(zhuāng)置采用(yòng)抗飽和電(diàn)壓互感器和專用(yòng)一次限流消諧器相結合的方式,可(kě)以從根本上抑制鐵磁諧振,有(yǒu)效地保護PT;
8、裝(zhuāng)置具(jù)有(yǒu)弧光接地故障錄波功能(néng),為(wèi)用(yòng)戶分(fēn)析事故提供數據。
七、裝(zhuāng)置的主要部件及其功能(néng)
1、可(kě)分(fēn)相控制的高壓真空快速接觸器JZ
這是我們公(gōng)司特殊研制的可(kě)分(fēn)相控制的交流快速真空接觸器,可(kě)在8~12ms完成分(fēn)合閘。真空接觸器一端分(fēn)接至母線(xiàn),另一端直接接地。正常運行時JZ處于分(fēn)閘狀态,受微機控制器的控制而合閘。各相真空接觸器操作(zuò)回路互相閉鎖,當其中(zhōng)任一相合閘使該相母線(xiàn)接地後,其它兩相不會再動作(zuò)。
JZ的作(zuò)用(yòng)是當系統發生弧光接地時,使其由不穩定的弧光接地迅速轉變成穩定的金屬性直接接地,從而保護系統設備不受過電(diàn)壓損害。
2、大容量防爆型免維護過電(diàn)壓保護器MQBT
MQBT大容量防爆型免維護過電(diàn)壓保護器,起限制系統過電(diàn)壓的作(zuò)用(yòng),與一般的氧化鋅避雷器(MOA)結構不同,主要具(jù)有(yǒu)以下優點:
(1)通流容量大,适用(yòng)範圍更廣;
(2)采用(yòng)四星形接法,可(kě)将相間過電(diàn)壓大大降低,保護的可(kě)靠性大為(wèi)提高。
(3)采用(yòng)大能(néng)容ZnO非線(xiàn)性電(diàn)阻和放電(diàn)間隙組合而成,使兩者互為(wèi)保護。放電(diàn)間隙使ZnO非線(xiàn)性電(diàn)阻的荷電(diàn)率為(wèi)零,ZnO非線(xiàn)性電(diàn)阻不會老化,ZnO非線(xiàn)性電(diàn)阻的非線(xiàn)性特性又(yòu)使放電(diàn)間隙動作(zuò)後無續流,放電(diàn)間隙不再承擔滅弧任務(wù),提高了産(chǎn)品的使用(yòng)壽命。
(4)電(diàn)壓沖擊系數為(wèi)1,在各種電(diàn)壓波形下放電(diàn)電(diàn)壓值相等,不受各種操作(zuò)過電(diàn)壓波形影響。過電(diàn)壓保護值準确,保護性能(néng)優良。
(5)放電(diàn)瞬時值與殘壓相近,無截波,有(yǒu)利于保護繞組型設備的匝間絕緣。
(6)結構簡單、體(tǐ)積小(xiǎo)、安(ān)裝(zhuāng)方便。
MQBT大容量防爆型免維護過電(diàn)壓保護器是本裝(zhuāng)置中(zhōng)限制各類過電(diàn)壓的第一器件,在接觸器JZ未動作(zuò)之前将過電(diàn)壓限制在安(ān)全範圍以内。
3、MQYXQ一次限流消諧器
MQYXQ為(wèi)我公(gōng)司的技(jì )術産(chǎn)品,串聯安(ān)裝(zhuāng)在PT一次中(zhōng)性點與地之間,用(yòng)來抑制PT鐵磁諧振,提高電(diàn)網運行的安(ān)全性。
正常運行狀态下電(diàn)阻為(wèi)40kΩ左右,而PT一次繞組的阻抗為(wèi)兆歐級,因此不會對PT的各項性能(néng)産(chǎn)生影響,同時也不會明顯改變系統的各項參數。當PT發生諧振時鐵芯飽和,一次繞組激磁電(diàn)流增加,MQYXQ電(diàn)阻快速增長(cháng),能(néng)夠很(hěn)好的發揮出阻尼作(zuò)用(yòng)。
MQYXQ結構簡單、體(tǐ)積小(xiǎo)巧、安(ān)裝(zhuāng)方便、運行可(kě)靠;能(néng)夠實現連續快速消諧,諧振過電(diàn)壓幅值越大,消諧時間越短;能(néng)夠限制電(diàn)壓互感器一次繞組的激磁電(diàn)流突增,防止因電(diàn)壓互感器一次繞組電(diàn)流增加,熔斷器熔斷後因能(néng)量不足不能(néng)滅弧引發的母線(xiàn)短路事故。
4、微機控制器ZK
ZK是本裝(zhuāng)置的核心控制部件,它是根據PT提供的Ua、Ub、Uc、U 的信号來判定故障相别和故障類型(PT斷線(xiàn)、金屬接地、弧光接地),按照預先設定好的方式控制高壓真空接觸器JZ。
消弧、選線(xiàn)可(kě)合為(wèi)一體(tǐ),達到選線(xiàn)和消弧恰當配合的目的。
八、技(jì )術特點
控制器采用(yòng)四CPU結構,一個作(zuò)為(wèi)人機交互和實時通訊;一個作(zuò)為(wèi)采樣和計算;一個作(zuò)為(wèi)輸出信号的管理(lǐ),保證輸出信号的正确性;一個作(zuò)為(wèi)故障錄波。
軟件特點
(1)實時多(duō)任務(wù)操作(zuò)系統(RTOS)
軟件設計采用(yòng)實時操作(zuò)系統及其功能(néng)強大的專家庫函數,面向任務(wù)的程序設計風格,按全優先服務(wù)方式進行資源管理(lǐ),任務(wù)調度,異常處理(lǐ)等工(gōng)作(zuò),工(gōng)作(zuò)極為(wèi)可(kě)靠,也使DSP和微控制器的性能(néng)得以最大程度的發揮。描述性編程語言,執行速度快,可(kě)讀性好,易于擴展和移植。
(2)标準MODBUS通訊協議
采用(yòng)标準MODBUS通訊協議,方便接入各種标準的綜合自動化系統。采用(yòng)單獨的通訊處理(lǐ)微控制器,通訊的處理(lǐ)能(néng)力和通訊速度大大提高了。
裝(zhuāng)置動作(zuò)後,可(kě)以遠(yuǎn)方複歸。
(3)采用(yòng)高性能(néng)DSP
采樣和計算部分(fēn)選用(yòng)TI公(gōng)司TMS320F2812DSP芯片。最高頻率可(kě)達150MHz。
通過軟件編程可(kě)對實時采集的數字信号在短時間内進行快速傅立葉變換,即可(kě)直接提取出所需要的各次諧波進行計算。
(4)14位多(duō)通道同步采樣數模轉換器
由于系統對采樣的精(jīng)度要求很(hěn)高,所以AD選用(yòng)14位的。共計8個通道。每4個通道同步采用(yòng)的AD,提高了采用(yòng)的精(jīng)度,AD的外部CLK為(wèi)16M,從而保證了我們采樣的每個周波64點采樣和計算的要求。
(5)使用(yòng)可(kě)編程邏輯器件
傳統器件的功能(néng)集中(zhōng)一個芯片中(zhōng),減少了電(diàn)路闆面積和焊點數量,縮短了總線(xiàn)長(cháng)度,提高了抗幹擾性能(néng)和電(diàn)路可(kě)靠性,同時增強了靈活性。
采用(yòng)2片ALTERA公(gōng)司的EPM7128作(zuò)為(wèi)整個系統的數字邏輯部分(fēn)。該芯片可(kě)以重複編程,内部有(yǒu)2500可(kě)用(yòng)門,128個宏單元,能(néng)滿足大部分(fēn)複雜邏輯的要求。該芯片的使用(yòng),大大減少了數字系統工(gōng)作(zuò)所需要的分(fēn)離邏輯器件數目,增強了系統可(kě)靠性和保密性。
(6)故障錄波功能(néng)
故障錄波可(kě)以循環滾動記錄8次故障波形,包括故障發生前後的三相電(diàn)壓、零序電(diàn)壓、零序電(diàn)流、三相接觸器、熔斷器的狀态。
(7)人機接口為(wèi)大液晶顯示,全中(zhōng)文(wén)菜單,并采用(yòng)圖形的方式顯示當前的狀态量,實時直觀;實時顯示三相電(diàn)壓值、零序電(diàn)壓值、零序電(diàn)流值。
5、高壓限流熔斷器FU
FU是整個裝(zhuāng)置的後備保護器件,可(kě)防止因誤接線(xiàn)或誤操作(zuò)引起的相間短路故障,具(jù)有(yǒu)以下特點:
(1)開斷容量大,可(kě)達63KA;
(2)開斷迅速,開斷時間1~2ms;
(3)限流效果好,可(kě)把故障電(diàn)流限制在最大短路沖擊電(diàn)流的1/5以下;
6、帶有(yǒu)輔助二次繞組的專用(yòng)電(diàn)壓互感器PT
裝(zhuāng)置采用(yòng)專用(yòng)抗飽和電(diàn)壓互感器,相對于普通電(diàn)壓互感器,不僅可(kě)以有(yǒu)效地為(wèi)系統計量和測控提供穩定的電(diàn)壓信号而且可(kě)靠地保護自身不受系統非線(xiàn)性諧振影響而出現PT損壞、燒毀等事故。
九、裝(zhuāng)置的型号及其主要技(jì )術參數
型号的含義
選型設計要求
裝(zhuāng)置的額定電(diàn)壓與系統的運行電(diàn)壓相符
裝(zhuāng)置的額定電(diàn)流不小(xiǎo)于被保護系統的最大對地電(diàn)容電(diàn)流
對于總降變電(diàn)所的6~35KV母線(xiàn)應選用(yòng)标準型、附加型或加強型,對于由總降變電(diàn)所供電(diàn)的下級配電(diàn)所母線(xiàn),可(kě)選用(yòng)簡易型,對于由外系統供電(diàn)的6~35KV的配(變)電(diàn)所的電(diàn)源母線(xiàn),建議選用(yòng)加強型,也可(kě)根據系統實際需要選用(yòng)簡易型。
十、裝(zhuāng)置的結構、外形和安(ān)裝(zhuāng)尺寸
1、裝(zhuāng)置的櫃體(tǐ)結構尺寸 (寬×深×高) (可(kě)根據客戶要求定制)
6~10KV櫃體(tǐ)參考尺寸:1000×1500×2300 (mm)
35KV櫃體(tǐ)參考尺寸:1800×2600×3000 (mm)
2、外形結構
3、櫃體(tǐ)安(ān)裝(zhuāng)基礎尺寸圖
十一、使用(yòng)環境
環境溫度: 戶内型-15℃~+60℃,特殊可(kě)做到-40℃~+60℃,戶外型-40℃~+60℃。
海拔高度: ≤2000m,特殊可(kě)做到4000m。
使用(yòng)環境: 不得有(yǒu)粉塵、煤氣、煙氣等具(jù)有(yǒu)爆炸性的混合物(wù)。
安(ān)裝(zhuāng)地點: 應具(jù)有(yǒu)防禦風、雨、沙和防塵設施。
超出上述使用(yòng)環境條件的要求,用(yòng)戶需和本公(gōng)司協商(shāng)訂制。
十二、包裝(zhuāng)、運輸、儲存
包裝(zhuāng):一般采用(yòng)木(mù)箱包裝(zhuāng),櫃體(tǐ)底座固定在包裝(zhuāng)箱底闆上。
運輸:不宜在三級以下公(gōng)路上長(cháng)距離運輸,必要時可(kě)拆散包裝(zhuāng),重要配件應在進行處理(lǐ)後方可(kě)采用(yòng)公(gōng)路運輸。
儲存:長(cháng)期不用(yòng)時,應儲存在幹燥、通風的倉庫内,不宜在室外存儲。
十三、安(ān)裝(zhuāng)、調試、維護
本公(gōng)司負責根據用(yòng)戶的要求進行圖紙設計及參數的選擇,設備組裝(zhuāng)調試完畢後,由專業檢測人員進行二次模拟實驗及1:1高壓仿真實驗,檢測合格後方能(néng)出廠。如用(yòng)戶需要,本公(gōng)司可(kě)負責現場安(ān)裝(zhuāng)指導及調試服務(wù),用(yòng)戶提供必要的配合與協助。
設備正常工(gōng)作(zuò)時不需要維護和檢修,但在裝(zhuāng)置動作(zuò)後必須仔細檢查熔斷器是否損壞,撞杆是否彈出。
用(yòng)戶在遵守保管及使用(yòng)要求的情況下,從安(ān)裝(zhuāng)使用(yòng)之日起12個月,或從發貨之日起18個月期限内,産(chǎn)品由于質(zhì)量原因發生損壞或不能(néng)正常工(gōng)作(zuò),本公(gōng)司将無償地為(wèi)用(yòng)戶維修或更換。
本公(gōng)司對設備實行終身維修,并長(cháng)期以優惠價提供備品備件。
十四 、訂貨須知
(1)用(yòng)戶應提供相關的系統額定電(diàn)壓、系統最大單相接地電(diàn)容電(diàn)流,作(zuò)為(wèi)裝(zhuāng)置的設計依據。
(2)櫃體(tǐ)的尺寸,由我公(gōng)司工(gōng)程師進行設計并經用(yòng)戶簽字确認以後,方能(néng)最終确定。
(3)用(yòng)戶應明确裝(zhuāng)置的功能(néng)(包括基本功能(néng)和附加功能(néng)),簽定相對應的技(jì )術協議,如有(yǒu)特殊要求應在訂貨時提出。
(4)需要其它額外附件或備件,應在訂貨時注明所需的備件名(míng)稱、規格及數量。