消弧柜技术缺陷

GGXHG消弧消谐过电压保护器装置


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书




上海国根电气科技有限公司
SHANGHAI GUOGEN ELECTRIC TECHNOIOGY CO.,LTD.


GGXHG消弧消谐及过电压保护装置
GGXHG消弧消谐过电压保护装置用于3～35KV中性点非有效接地电力系统中，对这类系统运行中的各类过电压加以限制，特别是对单相弧光接地过电压加以限制和消除，以有效地提高该类电网的运行安全性及供电可靠性。
一、单相弧光接地过电压的危害
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金属性直接接地时，非故障相的对地电压将升高到线电压，三相线电压量值不变，且仍具有120°的相位差，三相用电设备的工作并未受到影响，因而不影响电能的正常传输。所以国家标准规定这类电网在发生单相接地故障后允许短时间带故障运行，提高了该类电网的供电的可靠性。
现有的运行规程规定，中性点非有效接地系统发生单相接地故障时，允许运行两小时，但规程未对“单相接地故障”的概念加以明确界定。如果单相接地故障为金属性接地，则故障相的电压降为零，其余两健全相对地电压升高至线电压，这类电网的电气设备在正常情况下都应能承受这种过电压而不损坏。但是，如果单相接地故障为间歇性弧光接地，则会在系统中产生达3.5倍相电压峰值的过电压，这样高的过电压如果数小时作用于电网，势必会造成电气设备内绝缘的积累性损伤，在健全相的绝缘薄弱环节造成绝缘对地击穿，进而发展成为相间短路事故。在间歇性电弧接地暂态过程中，实际系统会形成多频振荡回路，不仅会产生高幅值的相对地过电压，而且还可能出现高幅值的相间过电压，使相间绝缘弱点闪络，发展成为相间短路事故。
二、谐振接地方式的消弧效果
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夜严重起来。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。实际运行经验证明，中性点经消弧线圈接地的电网，由单相弧光接地过电压造成的设备损坏及影响系统运行安全的事故仍时有发生。其原因是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。甚至在某些情况下，因消弧线圈的存在，电弧重燃可能在恢复电压最大这一最不利时刻才发生，使弧光接地过电压升高。
随着城乡电网的发展以及生产、生活对供电可靠性的要求越来越高，每次绝缘事故造成的危害及波及面势必增加，为此我公司开发出了GGXHG消弧消谐及过电压保护装置，将中性点非有效接地电网的相对地及相间过电压限制在电网安全运行的范围之内，彻底解决各种过电压对设备及电网安全运行的威胁，提高这类电网的供电可靠性。
三、装置的组成及功能
GGXHG消弧消谐及过电压保护装置就是国根科技公司为了迅速消除中性点非有效接地电网弧光接地给电气设备带来的危害而研制的最新技术产品，其原理如图1所示。它主要有以下七个部件组成：

图1 GGXHG消弧消谐及过电压保护装置原理图
1. 大容量ZnO非线性元件组成的组合式过电压保护器（TBP）
TBP三相组合式过电压保护器与现有的各种过电压保护器相比，其保护值较低，有较高的承受暂时过电压的能力，能在后续保护装置动作前，对系统出现的高幅值弧光接地起始的暂态过电压进行有效的限制，是本装置中限制各类过电压的第一器件，主要用来限制大气过电压和操作过电压。
2. 分相控制的高压真空接触器（JA、JB、JC）
分相控制的高压真空接触器是由三只操作回路相互闭锁的单相真空交流接触器组成，分别接于系统三相母线和地之间。在系统正常时，均处于开断状态，不会对系统的正常运行产生任何影响；系统发生单相电弧接地时，真空接触器根据微机控制器的指令合分，将故障相母线直接接地，从而完成对弧光接地过电压限制。
3. 分相阻容吸收器（R-C）
分相阻容吸收器是由三组电阻电容串联组成的R-C吸收装置组成，并联接于分相控制的高压真空接触器两端，限制吸收系统出现的高频过电压。当系统发生间歇性弧光接地时，在消弧接触器动作前将弧光接地过电压限制在安全范围内；在消弧接触器分闸退出时，限制故障相恢复电压幅值及上升速度，使故障点不会因操作真空接触器引起过电压而重燃，从而大大提高装置消除瞬时性接地故障的成功率。
4. 多功能微机控制器ZK
a. 装置具有：消弧功能、消谐功能、三十二选线小电流自动选线功能、限制过电压功能、保护大气过电压功能，保护操作过电压功能，阻容吸收保护功能、保护弧光接地过电压等八大功能， 同时具有PT柜所具有的功能。
b. 消弧装置中核心部件——测控装置应采用双CPU,且主CPU采用32位DSP技术，装置具备上电自检功能,以防止消弧柜在系统运行中出现误判、误动、拒动等异常情况发生。
c. 消弧装置应设置CAN和RS-485对外通讯接口,采用标准的MODBUS RTU通讯协议,确保装置与整个监控系统兼容。
d.装置在系统发生单相弧光接地后，能将故障点的电弧熄灭，同时把非故障相的过电压限制在线电压的水平，并装有一、二次消谐装置。
e. 装置动作后能够允许80A的电容电流连续通过2小时以上，方便用户能对重要负荷完成倒闸操作或电源切换工作。
f.消弧装置在同等的电压等级下做真实的PT断线、金属接地和弧光接地试验，每相试验动作不少于30次，动作准确率应达到100％，试验产生的电弧电流不低于200A。
g. 系统发生PT断线、金属接地、弧光接地故障时，除面板上显示故障类型和故障相别外，还输出无源接点信号。
h. 装置设置微机接口，提供通讯规约实现数据远传，通过升压站监控系统或后台终端对装置实行远方监控。
i. 装置能储存不少于18次的故障记录，方便用户调阅或打印。
j. 装置具有自检功能，若装置内部故障或失去工作电源时能报警。
k. 装置能将发生在相与相之间和相与地之间的过电压限制在3.5倍以下。
l.整个装置动作时间应≤10ms。
5. 高压限流熔断器
高压限流熔断器是整个装置的后备保护器件，用来防止短路事故，具有开断迅速、开断容量大的特点。
6. 电压互感器
用于将系统的一次高电压转换为微机控制器可处理的二次低电压，供监测及采样。
7. 高压隔离开关
用于本装置安装和维护时的投切。
四、消谐工作原理
一、本装置采用的是微机二次消谐技术,当系统发生谐振时，微机控制器根据谐振类型进行不同的消谐动作：
（1）、如果系统发生的谐振是分频谐振，微机控制器瞬间短接PT的开口三角绕组，破坏谐振参数，消除谐振；
（2）、如果系统发生的谐振是工频或高频谐振，微机控制器在PT的开口三角绕组接入大功率消谐电阻进行消谐。
从而达到破坏系统的谐振参数,消耗谐振功率的目的,消除系统的谐振故障。
二、消谐特点:
（1）、采用的是微机二次消谐技术,响应时间非常快，消谐效果远优于传统的消谐装置；
（2）、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影响的缺点。

五、装置的基本工作原理
当系统出现高幅值的过电压时，组合式过电压保护器TBP首先投入工作，将系统过电压限制在电气设备绝缘允许的安全范围内；当系统出现的过电压幅值较低时，分相阻容吸收器R-C工作，吸收高频过电压，对设备提供弱绝缘保护。当系统发生单相接地时，微机控制器ZK对电压互感器提供的三相电压Ua、Ub、Uc和开口三角电压U0的信号进行计算处理，判断接地性质和接地相，并进行如下处理：
如果发生的故障是间歇性电弧接地，微机综合控制器在判定接地的相别后，令故障相的高压真空接触器闭合，使系统由不稳定性的弧光接地快速转变成稳定的金属性直接接地，故障相电压降为零，电弧消失。数秒钟后，再令接地的高压真空接触器断开，这时并联的电阻电容吸收器R-C工作，限制故障相电压的恢复速度和幅值，避免接地点因过电压而重燃，若故障消失，说明这一电弧接地故障是因过电压冲击引起的瞬时性接地故障，系统恢复正常运行。如果接触器断开后，系统再次在原故障相出现稳定电弧接地，装置认定此故障为永久性的接地故障，于是再次闭合故障相的高压真空接触器，等待值班人员或微机选线处理。
如果发生的故障是金属性的直接接地故障，装置可根据用户要求将故障相母线直接接地，减少流过故障点的电流，发出指示信号，等待值班人员或微机选线处理。
如果发生的故障是TV断线故障，装置只发出指示信号，等待值班人员处理。
六、装置的主要特点
1、大幅度提高电力系统的安全稳定运行水平
可将各类过电压限制到较低的电压水平，使因过电压引起的绝缘事故及连发事故大为减少。
2、具有完善的过电压保护功能
可保护大气过电压、操作过电压以及弧光接地过电压，其限制弧光接地过电压的功能比装设消弧线圈更好、更完善，安装本装置后，原来按设计规范要求应装设消弧线圈的系统可以不再装设。
3、改善电网的运行条件
由于消除了这类电网中原作用时间长的弧光接地过电压，使金属氧化锌避雷器（MOA）发生事故的几率大为降低。
4、选型简单，使用方便
本装置消弧和过电压保护的机理与电网的单相接地电容电流大小无关，因而其保护性能不受电网运行方式的改变和电网扩大的影响，在大网小网中均可使用。
5、结构简洁、安装方便
整个装置组成一台高压开关柜可替代原电压互感器柜，结构简单，体积小，安装、调试方便，不再另外占地，既适用于变电站，也适用于发电厂的高压厂用系统，既适用于新建站，也适用于老站的改造，原装有消弧线圈的系统，加装本装置，保护更完善。
七、装置的型号及参数
1. 型号说明
GGXHG─ □ / □
额定电流(A)
系统额定电压（kV）
装置代号

2. 技术参数
额定频率：50（Hz）
额定电压：6 10 35 （KV）
额定电流：10 16 20 31.5 50 63 100 200 （A）
八、选型及要求
1. 装置的额定电压等于系统的额定电压。
2. 装置的额定电流不小于被保护系统的最大单相接地电容电流。
九、结构、外形及安装尺寸
1. 结构见图2
2. 装置的柜体标准尺寸
6kV： 800×1500×2300
10kV: 1000×1500×2300
35kV: 1800×2400×2900
3. 可根据用户要求生产

图2 GGXHG消弧及过电压保护装置结构图（侧视）
说明：
1、 微机控制器 2、辅助开关 3、操作机构 4、高压限流熔断器
5、真空接触器 6、阻容吸收器 7、支柱绝缘子 8、隔离开关
9、高压熔断器 10、TBP过电压保护器 11电压互感器
十、使用条件
1. 环境温度：-30°C～+40°C
2. 海拔高度：海拔2000m及以下
3. 使用环境：周围不得有粉成、煤气、烟气等具有爆炸性的混合物
十一、包装、运输、储存
1. 一般采用木箱包装。柜体底座应固定在包装箱底板上。
2. 建议不要长距离在三级以下公路运输，必要时可以拆散包装。
3. 不要长期在户外存储，长期不用时，应储存在干燥、通风的户内仓库内。
十二、安装、调试、维护、售前及售后服务
1. 本公司负责根据用户的要求进行图纸设计和参数选择。可以提供现场安装 及调试的技术指导服务，用户提供必要的配合。
2. 运行中按一般高压开关柜要求进行维护和检查，如发生消弧动作，应进行仔细检查，检查熔断器是否损坏，接触器触头是否接触良好，必要时应进行设备的绝缘耐压试验。
3. 安装使用之日起，12个月内，如因质量问题不能正常使用，无偿为用户更换部件或维修；
3. 负责对用户进行技术和使用方面的培训。
4. 本公司负责永久性地提供备品备件及售后服务。
十三、订货须知
1. 用户订货时应提供：系统额定电压、电网最大单相接地电容电流、柜体尺寸和母线排列方式。
2. 如用户有特殊要求应在订货时提出，柜体颜色应提供色标。
3. 需要其他额外附件或备件，应在订货时注明所需的种类及数量。
十四、设计图标
GGXHG消弧及过电压保护装置的设计图标

消弧柜我们只做报警，高压接触器熔断器没装