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消弧消諧及過電壓保護綜合裝置適用于3～35KV中壓電力系統(tǒng)，該產(chǎn)品廣泛適用于3～35KV中性點不接地、中性點經(jīng)消弧線圈接地或中性點經(jīng)高阻接地的電力系統(tǒng)，能對上述系統(tǒng)中的各類過電壓加以限制，有效地提高了上述系統(tǒng)的運行性及供電可靠性。
一. 現(xiàn)行消弧技術(shù)概述
長期以來，我國3～35KV(含66KV)的電網(wǎng)大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，所以我國的國家標準規(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)部過電壓的值不高，所以危及電網(wǎng)絕緣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)備運行的一大威脅，其中以單相弧光接地過電壓較為嚴重。
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夜嚴重起來。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。
二、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。
2. 裝置動作速度快，可在30ms～40ms之內(nèi)動作，能快速降低間歇性弧光及穩(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、有效地降低系統(tǒng)的諧振過電壓，防長時間諧振過電壓對系統(tǒng)絕緣破壞，防諧振過電壓對電網(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200A的電容電流連續(xù)通過至少2小時以上，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，即適用變電站，同樣適用于發(fā)電廠的高壓廠用電系統(tǒng)；既適用于新建站，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。
三、 裝置主要組成部件及其功能
消弧消諧選及過電壓保護綜合裝置組成原理如圖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
此設(shè)備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)組合式過電壓保護器采用的是大能容的ZnO非線性電阻,單片通流能力達到400A-1000A，殘壓比低；
(2)組合式過電壓保護器為傳統(tǒng)的無間隙結(jié)構(gòu)，不存在動作電壓的分散性問題，過電壓保護值準確，保護性能優(yōu)良。
(3)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。
組合式過電壓保護器是本裝置中限制各類過電壓的器件，主要用來限制大氣過電壓和操作過電壓。
2.可分相控制的高壓真空接觸器（KA-KC）
這是一種特殊的高壓真空交流接觸器，其三相分體，各相一端分別接至母線，另一端接地。正常運行時真空開關(guān)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，其他兩相中的任何一相不會動作閉合。
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。
3.多功能微機控制器（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單片機為核心處理器，核心處理器由兩塊單片機組成，故障處理速度快，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，可降低電源及一次系統(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、消諧及選線的綜合控制，而且速度很快。并且裝置能夠完成對電壓互感器高壓保險熔斷報警及電壓互感器二次電壓信號回路故障報警功能。
