1.概述

         WF-XHG消弧消諧選線及過電壓保護(hù)綜合裝置適用于3～35中壓電力系統(tǒng)，該產(chǎn)品廣泛適用于3～35KV中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地或中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地的電力系統(tǒng)，能對(duì)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(yùn)行安全性及供電可靠性。

1.1 現(xiàn)行消弧技術(shù)分析  

長期以來，我國3～35KV(含66KV)的電網(wǎng)大多采用中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式。此類電網(wǎng)在發(fā)生單相接地時(shí)，非故障相的對(duì)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)間帶故障運(yùn)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(duì)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(rèn)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(duì)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(hù)措施僅是以防止大氣過電壓對(duì)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(jì)，因而僅對(duì)保護(hù)雷電侵害有效，對(duì)于內(nèi)部過電壓不起任何保護(hù)作用。

然而，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)這類電網(wǎng)發(fā)展到一定規(guī)模時(shí)，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(shí)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(yùn)行的一大威脅，其中以單相弧光接地過電壓最為嚴(yán)重。

隨著我國對(duì)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(duì)地電容電流在逐漸增大，弧光接地過電壓問題也日夜嚴(yán)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(diǎn)裝設(shè)消弧線圈，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地時(shí)，利用消弧線圈產(chǎn)生的感性電流對(duì)故障點(diǎn)電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，使流經(jīng)故障點(diǎn)殘流減小，從而達(dá)到自然熄弧。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，雖然消弧線圈對(duì)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(yùn)行方式的多樣化及弧光接地點(diǎn)的隨機(jī)性，消弧線圈要對(duì)電容電流進(jìn)行有效補(bǔ)償確有難度，且消弧線圈僅僅補(bǔ)償了工頻電容電流，而實(shí)際通過接地點(diǎn)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(yán)重時(shí)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(dāng)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(duì)稱電壓升高，可能導(dǎo)致消弧線圈的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制器誤判電網(wǎng)發(fā)生接地而動(dòng)作，這時(shí)將會(huì)在電網(wǎng)中產(chǎn)生很高的中性點(diǎn)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(yùn)行維護(hù)復(fù)雜。

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

目前國外對(duì)3～35KV電網(wǎng)采取中性點(diǎn)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(duì)用戶供電的可靠性。這種系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，人為增加短路電流使斷路器動(dòng)作，不論負(fù)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(kuò)大了停電范圍和時(shí)間。由于加大了故障電流，對(duì)于弧光接地則加劇了故障點(diǎn)的燒損。

2 裝置的基本功能及特點(diǎn)

2.1. 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。

2.2. 裝置動(dòng)作速度快，可在30ms~40ms之內(nèi)動(dòng)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(jìn)一步擴(kuò)大，降低線路的事故跳閘率。

2.3. 能夠快速、有效地消除系統(tǒng)的諧振過電壓，防止長時(shí)間諧振過電壓對(duì)系統(tǒng)絕緣破壞，防止諧振過電壓對(duì)電網(wǎng)中裝設(shè)的避雷器及小感性負(fù)載的損傷。

2.4. 裝置動(dòng)作后，允許200A的電容電流連續(xù)通過至少2小時(shí)以上，用戶可以在完成轉(zhuǎn)移負(fù)荷的倒閘操作之后再處理故障線路。

2.5. 能夠準(zhǔn)確查找單相接地故障線路，對(duì)防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)減輕運(yùn)行和維護(hù)人員的工作量有重要意義。

2.6. 由裝置的工作原理可知，其限制過電壓的機(jī)理與電網(wǎng)對(duì)地電容電流的大小無關(guān)，因而其保護(hù)性能不隨電網(wǎng)運(yùn)行方式的改變而改變，大小電網(wǎng)均可使用，電網(wǎng)擴(kuò)容也沒有影響。

2.7. 本裝置中的電壓互感器可以向計(jì)量儀表和繼電保護(hù)等裝置提供系統(tǒng)的電壓信號(hào)，能夠替代常規(guī)的PT柜。

2.8. 能夠測量系統(tǒng)的單相接地電容電流。

2.9. 裝置設(shè)備簡單，體積小，安裝、調(diào)試方便，即使用變電站，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。

2.10. 性價(jià)比，相對(duì)于消弧線圈系統(tǒng)而言，性能價(jià)格比。

3.裝置主要組成部件及其功能

WF-XHG消弧消諧選線及過電壓保護(hù)綜合裝置組成原理如圖1所示，其主要有以下六個(gè)部件組成：

3.1.大容量ZNO非線性元件組成的組合式過電壓保護(hù)器 WF-GDY

WF-GDY是一種特殊的高能容的氧化鋅過電壓保護(hù)器，與一般的氧化鋅避雷器（MOA）相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)WF-GDY組合式過電壓保護(hù)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(hù)器的荷電率及工頻老化問題。

(2)WF-GDY組合式過電壓保護(hù)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(hù)值準(zhǔn)確，保護(hù)性能優(yōu)良。

(3)WF-GDY組合式過電壓保護(hù)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(hù)可靠性大大提高。

(4)WF-GDY組合式過電壓保護(hù)器是本裝置中限制各類過電壓的件，主要用來限制大氣過電壓和操作過電壓。

3.2.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(yùn)行時(shí)真空開關(guān)處于斷開狀態(tài)，受微機(jī)控制器控制而動(dòng)作，各相之間閉鎖，當(dāng)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絕對(duì)不會(huì)動(dòng)作閉合。

KA-KC的作用是，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生弧光接地時(shí)，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(hù)了系統(tǒng)中的設(shè)備。

   3.3.多功能微機(jī)控制器WZK（核心技術(shù)）

多功能微機(jī)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(jī)為核心處理器，核心處理器由兩塊單片機(jī)組成，故障處理速度極快，主要具有以下功能和特點(diǎn)：

(1)自動(dòng)化程度高。微機(jī)控制器的所有功能均為自動(dòng)執(zhí)行，無需人工操作，維護(hù)和操作簡便。

(2)抗干擾性能好，可靠性高。微機(jī)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(duì)控制器的干擾，控制器還設(shè)置了Watchdog自復(fù)位電路，可實(shí)現(xiàn)裝置的自動(dòng)復(fù)位，完全避免了外界的各種電磁干擾。

(3)完善的保護(hù)功能。由于微機(jī)控制器采用雙處理器作為處理單元，所以能同時(shí)完成對(duì)消弧、消諧及選線的綜合控制，而且速度很快。并且裝置能夠完成堆電壓互感器高壓保險(xiǎn)熔斷報(bào)警及電壓互感器二次電壓信號(hào)回路故障報(bào)警功能。

(4)電壓測量功能。微機(jī)控制器能對(duì)系統(tǒng)的電壓進(jìn)行測量，并以數(shù)字形式顯示出來。

(5)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能。微機(jī)控制器設(shè)有RS485/232通訊接口，能將系統(tǒng)的實(shí)時(shí)故障信息及裝置的工作情況上報(bào)控制中心。

(6)故障記錄查詢功能。微機(jī)控制器帶有存儲(chǔ)器，能將系統(tǒng)的故障信息(包括故障類型\故障時(shí)間等等信息)長期保存，用戶可根據(jù)需要查詢系統(tǒng)的故障記錄。

(7)準(zhǔn)確的選線功能。WZK微機(jī)控制器設(shè)計(jì)了選線模塊、可完成多路出線(每段母線32路)的單相接地選線，采用獨(dú)創(chuàng)的“增量突變法”的選線原理，無論系統(tǒng)發(fā)生的是什么性質(zhì)的接地,均能夠準(zhǔn)確選出接地線路。

圖1  消弧消諧選線及過電壓保護(hù)綜合裝置電氣原理圖

3.4.高壓限流熔斷器FU2

高壓限流熔斷器是整個(gè)裝置的后備保護(hù)器件，具有以下特殊功能： 

(1)開斷容量大，可達(dá)63KA;

(2)開斷迅速，開斷時(shí)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?jǐn)噙^程中電弧電壓很低,并當(dāng)用于低于額定電壓系統(tǒng)時(shí),電弧電壓將進(jìn)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(xiǎn)。

3.5.電壓互感器（PT）

電壓互感器可將系統(tǒng)的高壓三相信號(hào)轉(zhuǎn)變成可供微機(jī)控制器WZK處理的三相電壓信號(hào)（Ua、Ub、Uc）及中性點(diǎn)信號(hào)（Uo）。

3.6.高壓隔離開關(guān)QS

安裝與本裝置與電網(wǎng)主母線的連接處，用于本裝置安裝和維護(hù)時(shí)的投切。

4.裝置的基本工作原理

 4.1.消弧原理

(1)系統(tǒng)發(fā)生弧光接地時(shí)，微機(jī)控制器WZK判斷接地的相別及弧光接地類型，同時(shí)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(duì)地電壓降為零，原接地故障點(diǎn)的弧光消失，其他兩相的對(duì)地電壓升高至線電壓。這種狀態(tài)是現(xiàn)行運(yùn)行規(guī)程所允許的。

(2)真空開關(guān)動(dòng)作后數(shù)秒后(根據(jù)接地性質(zhì)不同,動(dòng)作時(shí)間不同)，微機(jī)控制器WZK令故障相的真空開關(guān)斷開，若真空開關(guān)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(shí)性的，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行；若真空開關(guān)斷開后，再次出現(xiàn)弧光接地故障，則微機(jī)控制器WZK認(rèn)定這一故障為永久性弧光接地，此時(shí)再次發(fā)出指令使故障相的真空開關(guān)閉合，WZK將按照預(yù)先設(shè)定的程序發(fā)出報(bào)警信號(hào)，告知值班人員故障發(fā)生的相別。在真空開關(guān)接地點(diǎn)過程中出現(xiàn)的短暫的過電壓，由TBP進(jìn)行限制。

(3)故障相真空開關(guān)第二次閉合接地后不再分開，只有當(dāng)故障線路自動(dòng)或人工切除后，由中央控制室或當(dāng)?shù)亟oWZK發(fā)出復(fù)位指令，WZK收到復(fù)位指令后，讓故障相真空開關(guān)斷開，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

4.2消諧原理

本裝置采用的是微機(jī)二次消諧技術(shù),當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生諧振時(shí)，微機(jī)控制器WZK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),消耗諧振功率,從而消除系統(tǒng)的諧振故障。主要具有以下特點(diǎn): 

(1)采用的是微機(jī)二次消諧技術(shù),響應(yīng)時(shí)間非常快，消諧效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的消諧裝置;

(2)對(duì)電壓互感器保護(hù)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(hù)繞組電壓輸出的影響的缺點(diǎn)。

4.3選線原理

中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，故障線路的查找成為長期困擾該類電力系統(tǒng)的一大技術(shù)難題，國內(nèi)目前生產(chǎn)的小電流選線設(shè)備對(duì)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，選線準(zhǔn)確率很低，特別是當(dāng)系統(tǒng)的接地故障是單相弧光接地時(shí)，裝置根本無法進(jìn)行選擇。目前國內(nèi)的小電流選線設(shè)備的采用點(diǎn)大多為20點(diǎn)/20ms左右，又大多采用傅立葉算法，所以只能采集到五次諧波以內(nèi)的信號(hào)，而弧光接地時(shí)的電流信號(hào)多在幾千赫茲，故此類設(shè)備根本無法進(jìn)行判斷。本裝置配備了專用的小電流接地選線模塊，該選線模塊與消弧裝置配合使用，無論系統(tǒng)發(fā)生的是何種類型的接地故障，均能夠?qū)拥鼐€路進(jìn)行準(zhǔn)確地選擇。

(1)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生金屬性接地時(shí)，裝置采用“群體比幅比相”的選線原理，根據(jù)線路零序電流的幅值和相位進(jìn)行選線；

(2)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生弧光接地時(shí)，選線模塊根據(jù)消弧裝置動(dòng)作前后的線路零序電流的突變量進(jìn)行選線；

(3)由于本裝置采用的“故障放大法”、“最大增量法”選線原理，克服了傳統(tǒng)選線裝置選線速度慢和弧光接地時(shí)選線準(zhǔn)確率低的缺點(diǎn)。

5.裝置的型號(hào)及參數(shù)

6.選型及要求

6.1.裝置的額定電壓等于系統(tǒng)的額定電壓。

6.2.裝置的額定電流不小于保護(hù)線路的電容電流。

7.結(jié)構(gòu)、外形及安裝尺寸（圖1）

裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺寸：1000×1500×2300（KYN28-12）

也可根據(jù)用戶要求，特殊生產(chǎn)。

8.使用環(huán)境

(1)環(huán)境溫度：-30°C~+40°C

(2)海拔高度：海拔2000m及以下(2000m以上需特殊設(shè)計(jì))

(3)相對(duì)濕度：月平均相對(duì)濕度不大于90%，日平均相對(duì)濕度不大于95%

(4)周圍不得有粉成、煤氣、煙氣等具有爆炸性的混合物

圖2消弧消諧選線及過電壓保護(hù)綜合裝置結(jié)構(gòu)圖(側(cè)視)

9.包裝、運(yùn)輸、儲(chǔ)存

(1)一般采用木箱包裝。柜體底座應(yīng)固定在包裝箱底板上。

(2)建議不要長距離在三級(jí)以下公路運(yùn)輸，必要時(shí)可以拆散包裝。

(3)不要長期在戶外存儲(chǔ)，長期不用時(shí)，應(yīng)儲(chǔ)存在干燥、通風(fēng)的戶內(nèi)倉庫內(nèi)。

10.安裝、調(diào)試、維護(hù)

(1)本公司負(fù)責(zé)根據(jù)用戶的要求進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和參數(shù)選擇，由本公司技術(shù)人員組裝、調(diào)試，設(shè)備組裝調(diào)試完畢后，由專業(yè)檢測人員檢測后方能出廠。如客戶需要我公司為客戶提供現(xiàn)場安裝及調(diào)試服務(wù)。

(2)裝置運(yùn)行應(yīng)由專人負(fù)責(zé)，每次操作應(yīng)有記錄。

(3)設(shè)備正常工作時(shí)不需維護(hù)和檢修，但在受到大的故障電流沖擊后必須進(jìn)行仔細(xì)檢查，檢查熔斷器是否損壞，檢查接觸器觸頭是否接觸良好，進(jìn)行設(shè)備的絕緣耐壓試驗(yàn)。

11.訂貨須知

(1)用戶訂貨時(shí)應(yīng)向我公司提供：系統(tǒng)電壓等級(jí)、電網(wǎng)電容電流、柜體尺寸。

(2)如用戶有特殊要求應(yīng)在訂貨時(shí)提出。

(3)需要其他額外附件或備件，應(yīng)在訂貨時(shí)注明所需的種類及數(shù)量。 

12.設(shè)計(jì)圖標(biāo)

消弧消諧選線及過電壓保護(hù)綜合裝置的設(shè)計(jì)圖標(biāo)如下圖所示：