3-35kV中性點非有效接地系統快速消弧消諧及過電壓保護裝置的製作方法

2023-10-17 14:44:59 1

專利名稱：3-35kV中性點非有效接地系統快速消弧消諧及過電壓保護裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力系統中使用的一種消弧消諧裝置，更具體的說是用於 3~35kV中性點非有效接地系統快速消弧消諧及過電壓保護裝置。
背景技術：
隨著國家經濟的不斷發展和人民生活水平的不斷提高，城鄉電網不斷擴大， 電纜線路不斷增加，尤其是城市電網和工礦企業，大有電纜線路取代架空線路的 趨勢，從而解決空中走廊不足，達到美化環境的目的。電纜線路是採用固體絕緣 的， 一旦擊穿，絕緣便是永久性的破壞而不能恢復。電纜線路對地電容很大，單 相接地故障電流很大，其中高頻電流更大而衰減卻很慢，因絕緣的破壞使維持弧 光接地的電流很小，消弧線圈補償後的殘流足以維持電弧的繼續燃燒。因此消弧 線圈在電纜線路中是起不到消弧和抑制過電壓作用，對電網的安全運行和可靠供 電的要求越來越高，每次絕緣事故造成的危害及波及面勢必增加。
我國3-35KV配電網大多數採用中性點不直接接地的運行方式。當發生金屬 性接地故障時，故障相電壓為零，非故障相電壓提高々3倍，不會損害正常電器 設備的絕緣，因此，允許系統帶故障運行兩個小時。為排除故障贏得了時間， 大大提高了供電系統的可靠性，大幅減少了非正常停電次數。故該類電網在我國 及世界許多國家被廣泛採用。當發生間歇性弧光單相接地時，燃弧—熄弧—重 燃弧交替發生，產生嚴重的工頻和高頻過電壓。它波及整個電網，持續時間相 當長，極容易形成間歇性電弧接地—穩定性電弧接地—絕緣燒壞、導線燒熔、 相間短路或永久性接地。在故障發生和發展過程產生的工頻疊加高頻過電壓， 對絕緣水平較低的電器設備構成極大的威脅，甚至造成絕緣擊穿、設備燒壞、相 間短路故障。同時容易造成電壓互感器爆炸或避雷器爆炸等事故。
目前解決此類配電網存在的問題，傳統上大多數採用消弧線圈接地的運行方 式。消弧線圈可以減少單相接地電流，促使電弧自熄滅，起到縮短燃弧時間，減 少重燃次數，降低了高幅值過電壓的出現概率，對單相金屬性接地故障的作用是顯而易見的。無論是自動跟蹤或者自動調諧式消弧線圈，都是為補償單相故障時 50HZ工頻電容電流而設計的。間歇性弧光接地時，流過故障點的不僅有工頻電 容電流，還有阻性電流和單相間歇性電弧過度過程中產生的幅值很高的高頻電 流，它在消弧線圈和電網電容(分布等效集中電容)上，所表現的頻率特性是完 全不同的。電網電容電流分量達到幾百安最大值時，消弧線圈的電感電流分量 還沒有起來，待電網電容電流衰減到穩態後，消弧線圈才產生幾百安的飽和性 電感電流，這樣在一些情況下反而提高了過電壓幅值以及在高頻電流過零點時擊 穿的可能性大大增加。因此，消弧線圈只能補償故障時的工頻電容電流，對高頻 電容電流是起不到補償作用的。也就是說消弧線圈是不能消除間歇性弧光接地過 電壓的，並且消弧線圈結構複雜，運行可靠件差，投資費用大。
目前國內少數地區對此類配電網釆取中性點經小電阻接地的方式運行，因為 消弧線圈不但不能避免電纜事故，在正常運行時還存在上述諸多問題，從根本上 解決了消弧線圈正常運行中帶來的問題，緩解了弧光接地時的過電壓，但擴大了 單相接地時的故障電流，加劇了故障點的燒傷，犧牲了對用戶供電的可靠性。對 於用電企業，被迫停電將會造成巨大的經濟損失。
目前國內已有幾項實用新型專利，摒棄了傳統的消弧線圈的理念，在一定意 義上說是消弧領域的一大飛躍，開創了消弧領域的新途徑如採取將間隙性弧光 接地轉化為故障母線直接金屬性接地(專利號99229228、 X)故障相電壓降為零， 電弧消失，達到消弧的目的，但是在此項專利實施過程中，不僅在母線接地與斷 開瞬間造成對系統的衝擊，引起的單相間隙性弧光接地可能再次發生，特別是在 接地故障消除後，斷開故障相真空接觸器瞬間產生的瞬態過電壓使得在由絕緣下 降引起的單相接地，發展成為相間及三相短^的事故仍然存在，而且在接地斷開 後，健全相對地電容上多餘的直流電荷將通過互感器的繞組放電，造成瞬間磁飽 和，仍會激發鐵瓷諧振。採用將間隙性弧光接地轉化為多段受控的大功率非線性 電阻接地(專利號ZL02287644、 8)在此項專利實踐過程中，因採用單一的非線 性電阻限壓器，動作設定值單一，常出現故障點弧道的恢復電壓低於非線性電阻 限壓器設定值時，所謂的高能限壓器其實已經不起作用，電弧仍在故障點燃燒， 最終導致消弧失敗。為了滿足電力規程規定的可以帶接地故障持續運行兩個小吋 的規定，且為了保證故障點可以充分的去游離時間，作為能量吸收裝置的高能限壓器因動作時間長，需要能大的能容量，在實踐過程中由於大功率氧化鋅生產工 藝的限制，單片能容量很難製造出大於30KJ的產品，為了滿足能容量的要求， 必須採用大量的非線性電阻串並聯成本極高，'為保證通流時間，必須要保證各串 電阻閥片的動作曲線保持一致，若不一致，將導致在消弧實施過程中各串流過的 電流不均，直接導致薄弱環節的過電流毀壞，嚴重時將導致整個高能限壓器的爆 炸，給電網的安全運行埋下了隱患。
發明內容
本實用新型為了避免上述消弧保護方式存在的不足之處，提供一種3 35kV 中性點中性點非有效接地系統快速消弧消諧及過電壓保護裝置，該裝置在各種運 行方式下均能有效的限制單相弧光接地過電壓，諧振過電壓及操作過電壓，其消 弧的機理與系統對地的電容電流大小無關，因而不受電網運行方式的改變和擴網 的影響，大小電網均可使用，對原來系統中裝有消弧線圈的系統同樣適用。
本實用新型的技術方案如下 -
3~35kV中性點非有效接地系統快速消弧消諧及過電壓保護裝置，其特徵在 於包括組合式過電壓保護器、消弧組件、單片機控制器及PT電壓互感器及非線性電阻消諧器
所述過電壓保護器為四星結構組合式過電壓保護器是三組FR1 FR3氧化 鋅電阻並聯後，其一端與系統母線A、 B、 C三相連接，另一端與一組FR4氧化 鋅電阻串聯後接地；
所述消弧組件為三隻高速真空開關並聯，其一端分別通過限流熔斷器引至 系統母線A、 B、 C三相，另一端並聯後接地；每個高速真空開關的三相主觸頭 兩端接有RC阻容吸收裝置，該阻容吸收裝置由吸收電阻與吸收電容串聯，再在 吸收電容兩端並聯防諧振電阻構成；
所述PT電壓互感器一端通過限流熔斷，分別與系統母線A、 B、 C三相連 接，PT電壓互感器高壓側的另一端連接在一起後經消諧非線性電阻器接地，PT 電壓互感器的二次電壓輸出端與單片機控制器的信號採集接口相連。 所述的高速真空開關為永磁機構的高速限壓式真空開關。 所述單片機控制器以高抗幹擾能力的PIC單片機為核心處理器，故障處理速度極快，作為整個裝置的信號採集、測量、顯示、運算、通訊及執行中心，單片 機控制器的電壓信號採集接口與PT電壓互感器二次輸出端相連接，並控制高速 真空開關。
本實用新型的結構特徵在於所述消弧組件採用高性能，低能耗永磁操作機
構的高速真空開關，作為本實用新型的執行部件，高速真空開關三相主觸頭ZKa， ZKb， ZKc相互閉鎖，即其中一相閉合，後兩相均被閉鎖。正常運行時，觸頭處 於斷開狀態，如給吸引線圈通電，鐵芯將產生磁場，使高速真空開關觸頭從釋放 位置向吸合位置快速移動，同時也為動觸頭的釋放儲存了能量。觸頭之間一旦產 生電弧，電磁間隙變小，這時永磁力就會劇增，吸合速度加快(吸合時間小於 20ms)，從而大大減少了觸頭吸合時的燒蝕永磁力使觸頭吸合後保持觸頭壓 力力矩恆定，不受網電壓波動的影響，即便在臨介電壓下吸合觸頭也是一次性動 作，觸頭不振顫。真空開關觸頭吸合後，電流控制模塊將吸引線圈的電流截止， 此時線圈不工作、不耗電，線圈的電流為零，無能耗，線圈當然不會發熱，更不 會燒毀，此時完全依靠永磁力將觸頭保持在吸合狀態。高速真空開關三相主觸頭 兩端並接特殊的RC阻容吸收裝置，組成三相四單元可控限壓式真空開關，所述 特殊的RC阻容吸收裝置吸收電阻Rl與吸收電容C串聯，在吸收電容C兩端並 接防諧振電阻R2，構成特殊的阻容吸收裝置。對系統出現的不穩定的單相弧光 接地過電壓，單片機控制器通過分析判斷立即發出信號令故障相可控限壓式高速 真空開關快速合閘，將不穩定的弧光接地快速地轉化為穩定的金屬性接地，故障 點的電弧立即熄滅，在故障消除，動作復歸時，特殊的RC阻容吸收裝置限制故 障相的恢復電壓幅值及上升速度，使故障點不會因操作可控限壓式高速真空開關 引起過電壓而重燃，從而大大提高消除單相弧光接地的成功率。當系統出現工頻 或高頻諧振時，WKQ單片機控制器分析判斷，瞬間在PT電壓互感器二次側開 口三角投入大功率電阻，改變零序參數，破壞諧振條件。 與已有技術相比，本實用新型有益效果體現在
1、 當配電系統發生單相金屬性接地或弧光接地故障時，無論故障點在何處， 本實用新型在單片機控制器的診斷下，都能迅速得將故障點轉移到裝置內，實現 故障轉移。減小故障點的跨步電壓，防止事故發展，保障人身和設備的安全。
2、 採用高性能，低能耗永磁操作機構的高速真空開關，其工作性能與常規的交流接觸器相比更加穩定可靠，吸合速度加快(吸合時間小於20ms)，從而 大大減少了觸頭吸合時的燒蝕，永磁力使觸頭吸合後保持觸頭壓力力矩恆定，不 受網電壓波動的影響，即便在臨介電壓下吸合觸頭也是一次性動作，觸頭不振顫。
3、 快速有效的消除間歇性弧光接地故障，抑制過電壓，防止事故擴大化， 提高電力系統的安全性和可靠性，彌補了消弧線圈的不足。
4、 採用低殘壓組合式過電壓保護器，可以有效得抑制大氣過電壓、操作過 電壓、諧振過電壓和間歇性弧光接地過電壓，'是避雷器的換代新產品，起保護性 能更加完善。
5、 故障點的電弧立即熄滅，故障消除，高速真空開關動作復歸時，RC阻容 吸收裝置限制故障相的恢復電壓幅值及上升速度，使故障點不會因操作可控限壓 式高速真空開關引起過電壓而重燃，從而大大提高消除單相弧光接地的成功率。
7、 所述特殊的RC阻容吸收裝置，其特徵在於吸收電阻Rl與吸收電容C 串聯，在吸收電容C兩端並接防諧振電阻R2，構成特殊的阻容吸收裝置，防諧 振電阻R2防止吸收電容C與電路中的電感產生諧振，同時為電容提供放電迴路， 也起到抑制諧振的作用。
8、 PT電壓互感器一次側中性點與地之間串接了XXQ非線性消諧電阻器，在 低壓下消諧器呈高電阻值(可達幾百千歐)使諧振在起始階段不易發展，單相接地 時，XXQ消諧器上出現千餘伏電壓，它的非線性電阻值下降，使壓變飽和過電壓 的大部分電壓降落在電阻XXQ上，從而避免了鐵芯飽和，限制了壓變飽和過電壓 的發生，避免了鐵磁諧振的發生，同時具有抑制低頻振蕩的功能。
9、 替代常規的電壓互感器櫃，由單片機控制器測量並顯示三相電壓值，實 現系統電壓數位化計量。
10、 本實用新型保護範圍系裝置母線以下的配電系統，只要選擇合理，其功 能不受系統大小和運行方式的影響，為系統擴容的發展創造了條件，適用性廣泛。
11、 本實用新型可與各種型號的開關櫃拼櫃，結構簡單，安裝使用方便。是 發、供、用電單位新建或改造系統時的最佳選擇。
11、本實用新型單片機控制器設有微機通訊接口，為數據傳輸創造了條件.


圖1為本實用新型電氣原理圖
具體實施方式
以下結合附圖，通過實施例對本實用新型作進一步地說明。
本實用新型包括組合式GBQ過電壓保護器、ZNKG消弧組件、WKQ單片 機控制器、PT電壓互感器及XXQ非線性消諳電阻器。
所述GBQ過電壓保護器為四星結構組合式過電壓保護器，是三組FR1 FR3 氧化鋅電阻並聯後，其一端與系統母線A、 B、 C三相連接，另一端與一組FR4 氧化鋅電阻串聯後接地。用以保護雷電及高幅值操作過電壓，其保護值較低，有 較高的承受暫時過電壓的能力，能在後續保護裝置動作前，對系統出現的高幅值 弧光接地起始的暫態過電壓進行有效的限制，是本裝置中限制各類過電壓的第一 器件，主要用來限制大氣電壓和操作過電壓。
所述ZNKG消弧組件由高性能，低能耗永磁操作機構的高速真空開關，其 一端分別經FU2引至被保護線路的A、 B、 C三相，另一端並聯後接地，其特徵 在於阻容吸收裝置並接與永磁機構的高速真空開關的三相主觸頭ZKa，ZKb，ZKc 兩端，組成三相四單元可控限壓式高速真空開關，所述RC阻容吸收裝置為電阻 與電容的串並聯。系統正常運行時，三相四單元可控限壓式高速真空開關主觸頭 均處於斷開狀態，對系統的運行不會有任何影響。如果發生的故障是間歇性電弧 接地，WKQ單片機控制器在判定接地的相別後，令故障相的可控限壓式高速真 空開關閉合，使系統由不穩定性的弧光接地快速轉變成穩定的金屬性直接接地， 故障相電壓降為零，電弧消失。數秒鐘後，再令接地的可控限壓式高速真空開關 斷開，這時並聯的RC阻容吸收裝置工作，限制故障相電壓的恢復速度和幅值， 避免接地點因過電壓而重燃，若故障消失，說明這一電弧接地故障是因過電壓衝 擊引起的瞬時性接地故障，系統恢復正常運行。如果可控限壓式高速真空開關關 斷開後，系統再次在原故障相出現穩定電弧接地，消弧裝置認定此故障為永久性 的接地故障，於是再次閉合故障相的可控限壓式高速真空開關，待值班人員或微 機選線處理。由於PT電壓互感器一次側與地之間串接的XXQ非線性消諧電阻 的作用有效防止了鐵磁諧振或低頻振蕩的發生。當系統發生的是工頻或分頻諧振 時WKQ單片機控制器分析判斷，瞬間在PT電壓互感器二次側開口三角投入大 功率電阻，改變零序參數，破壞諧振條件。
權利要求1、3～35kV中性點非有效接地系統快速消弧消諧及過電壓保護裝置，其特徵在於包括組合式過電壓保護器、消弧組件、單片機控制器及PT電壓互感器及非線性電阻消諧器所述過電壓保護器為四星結構組合式過電壓保護器是三組FR1～FR3氧化鋅電阻並聯後，其一端與系統母線A、B、C三相連接，另一端與一組FR4氧化鋅電阻串聯後接地；所述消弧組件為三隻高速真空開關並聯，其一端分別通過限流熔斷器引至系統母線A、B、C三相，另一端並聯後接地；每個高速真空開關的三相主觸頭兩端接有RC阻容吸收裝置，該阻容吸收裝置由吸收電阻與吸收電容串聯，再在吸收電容兩端並聯防諧振電阻構成；所述PT電壓互感器一端通過限流熔斷器分別與系統母線A、B、C三相連接，PT電壓互感器高壓側的另一端連接在一起後經消諧非線性電阻器接地，PT電壓互感器的二次電壓輸出端與單片機控制器的信號採集接口相連。
2、 根據權利要求1所述的3~35kV中性點非有效接地系統快速消弧消諧及 過電壓保護裝置，其特徵在於所述的高速真空開關為永磁機構的高速限壓式真空 開關。
專利摘要本實用新型公開了一種3～35kV中性點非有效接地系統快速消弧消諧及過電壓保護裝置，包括組合式過電壓保護器、消弧組件、單片機控制器及PT電壓互感器及非線性電阻消諧器，過電壓保護器為四星結構組合式過電壓保護器，消弧組件由三個高速真空開關並聯構成，PT電壓互感器一端通過限流熔斷器分別與系統母線A、B、C三相連接，PT電壓互感器高壓側的另一端連接在一起後經非線性電阻消諧器接地，PT電壓互感器的二次電壓輸出端與單片機控制器的信號採集接口相連。本實用新型保護範圍系裝置母線以下的配電系統，只要選擇合理，其功能不受系統大小和運行方式的影響，為系統擴容的發展創造了條件，適用性廣泛。
文檔編號H02H9/00GK201075681SQ200720042770
公開日2008年6月18日 申請日期2007年8月10日 優先權日2007年8月10日
發明者勇 吳, 朱配平 申請人:勇 吳