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      MQX智能型消弧裝置

      時間:2023-02-16 瀏覽:346

      一、概 述

      在我國3~35KV供電系統中,大部分為中性點不接地系統。根據國家規范,這種系統在發生單相接地時,允許系統帶故障運行2小時,這就大大降低了運行成本,提高了供電系統的可靠性。但由于系統供電容量的逐步增大,供電方式由架空線路逐步轉變成電纜線路,系統對地電容電流會變的很大。在系統發生單相接地時,過大的電容電流形成的電弧則不容易熄弧,極可能演化成間歇性弧光接地,此時產生的弧光接地過電壓和由此激發的鐵磁諧振過電壓將嚴重威脅電網安全運行。其中以單相弧光接地過電壓最為嚴重,非故障相的過電壓水平可達正常運行相電壓的3~3.5倍。這樣高的過電壓如果數小時作用于電網,勢必損壞電氣設備的絕緣。電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,進而產生對地絕緣擊穿并導致相間短路的事故,同時會造成電氣設備的絕緣擊穿(尤其是電機的絕緣擊穿)、電纜放炮現象、電壓互感器飽和激發鐵磁諧振PT燒毀、避雷器爆炸等事故。

       

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      為了解決弧光接地長時間的過電壓問題,以前大多數采用在中性點加裝消弧線圈補償電容電流來抑制故障點弧光發生的機率。很顯然,這種方法的目的是為了消除弧光,但由于消弧線圈自身的諸多特點,很難對電容電流進行有效補償,特別是高頻分量部分對供電設備造成的危害無法克服。在研究各種消弧線圈的基礎上,我公司研制出了MQX智能型消弧裝置。

      二、裝置的適用范圍

        (1)本裝置適用于3~35KV中壓電力系統;

        (2)本裝置適用于中性點不接地、中性點經消弧線圈接地或中性點經高阻接地的電力系統;

        (3)本裝置適用于電纜線路為主的電網,電纜與架空線路的混合電網,以及架空線路為主的電網;

      三、裝置的基本功能

        裝置正常工作時,具有PT柜功能;同時具有系統斷線報警、閉鎖功能;系統金屬接地故障報警、轉移系統接地故障點功能;消除弧光接地、系統諧振功能;低電壓、過電壓報警功能;以及故障報警消除時間、故障性質、故障相別、系統電壓、開口三角電壓、對地電容電流大小等信息進行記錄的功能,便于故障處理、分析。

        當系統發生單相接地故障時,裝置可在30mS左右將故障相通過特制分相真空接觸器直接接地,若是弧光接地,則立即熄滅電弧,將弧光接地過電壓穩定在線電壓水平,可有效避免因單相接地引發的相間短路及因弧光接地過電壓導致的避雷器爆炸事故;若是金屬接地,則可大大降低接觸電壓和跨步電壓,有利于保障人身安全(金屬接地可根據用戶要求設定裝置是否動作);如果用于以架空線路為主的電網,則裝置動作5S后真空接觸器自動分閘,若是瞬時性故障,則系統恢復正常,若為永久性故障則裝置再次動作,起到永久限制過電壓的作用。

        當發生系統PT斷線故障時,裝置顯示斷線故障相別,同時輸出接點信號,以便用戶對有可能因PT斷線導致誤動作的保護裝置進行可靠閉鎖。

        裝置特有的“智能開關(PTK)”技術,可以從根本上抑制鐵磁諧振的發生,有效地保護因系統諧振引起的PT燒毀、爆炸等事故。

        裝置配有RS485接口,采用標準MODBUS通訊規約,確保裝置與整個監控系統兼容,實現數據傳送、遠方操作功能。

      四、裝置的附加功能

        本裝置可按用戶要求配置自動選線功能。

        本公司研制的MQDLX小電流接地選線裝置,在系統金屬接地時主要依據線路零序電流的幅值選線,系統弧光接地時主要依據裝置動作前后線路零序電流的突變量進行選線??朔顺R幍倪x線裝置選線速度慢和弧光接地時選線準確率低的缺點。

        本裝置可按用戶要求配置消(除)諧(振)功能。

        本裝置可配置本公司研制的專用抗飽和電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,避免了因諧振過電壓引起“燒PT”和“爆PT保險”的事故;也可以按用戶要求配置微機消諧裝置來消除鐵磁諧振。

      五、裝置的工作原理

        系統正常運行時,裝置微機控制器ZK持續檢測電壓互感器PT提供的電壓信號。

        當電壓互感器PT輔助二次的開口三角電壓U  由低電位變成高電位時,表明系統發生故障,此時微機控制器ZK立即啟動,同時根據PT二次輸出信號Ua、Ub、Uc的變化進行故障類型和相別的判斷:

        A、若為單相PT斷線故障,則微機控制器ZK顯示斷線故障相別和斷線信號,同時輸出無源開關量接點信號。

        B、若為金屬接地故障, 則微機控制器ZK顯示接地故障相別和接地屬性信號,同時輸出無源開關量接點信號。也可根據用戶特殊要求,向柜內真空接觸器JZ發出合閘動作命令,可大大降低接觸電壓和跨步電壓,有利于保障人身安全。

        C、若為弧光接地故障,則微機控制器ZK顯示接地故障相別和接地屬性信號,同時向故障相真空接觸器JZ發出合閘命令,將弧光接地直接轉變成金屬接地,地接電弧由于兩端的弧壓被立即降到零,弧光徹底熄滅。若用于以架空線路為主的電網,則裝置真空接觸器JZ動作5S后自動分閘,若是瞬時性故障,則系統恢復正常,若為永久性故障則再次動作,起到永久限制過電壓的作用。并輸出無源開關量接點信號。

        D、若裝置配有自動選線功能,當電壓互感器PT輔助二次的開口三角電壓U  由低電位變成高電位時,小電流接地選線模塊立即對各條線路的零序電流進行數據采集,若無單相接地故障,則恢復正常;若發生金屬接地,根據線路零序電流的幅值選出故障線路,若發生弧光接地,則在故障相真空接觸器合閘并熄滅電弧后再次對線路零序電流進行數據采集,根據故障線路在接地電弧熄滅前后突變量最大的原理,選出故障線路。

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      六、裝置的主要特點

        1、裝置動作速度快,可在30~40ms快速動作,大大縮短單相接地電弧的持續時間;

        2、裝置動作后可立即熄滅電弧,并能有效地將弧光接地過電壓限制在線電壓范圍內;

        3、裝置動作后,允許系統電容電流連續通過至少2小時以上,用戶可以在完成轉移負荷的倒閘操作之后再處理故障線路;

        4、裝置的保護功能不受電網規模和運行方式的影響;

        5、裝置具有較高的功能性價比,其中的電壓互感器可以向計量及保護提供電壓信號,取代常規PT柜;

        6、裝置加裝小電流接地選線裝置,利用電弧熄滅前后故障線路零序電流突變量最大的特點進行選線, 可大大提高選線準確率。

        7、裝置采用抗飽和電壓互感器和專用一次限流消諧器相結合的方式,可以從根本上抑制鐵磁諧振,有效地保護PT;

        8、裝置具有弧光接地故障錄波功能,為用戶分析事故提供數據。

      七、裝置的主要部件及其功能

      1、可分相控制的高壓真空快速接觸器JZ

        這是我們公司特殊研制的可分相控制的交流快速真空接觸器,可在8~12ms完成分合閘。真空接觸器一端分接至母線,另一端直接接地。正常運行時JZ處于分閘狀態,受微機控制器的控制而合閘。各相真空接觸器操作回路互相閉鎖,當其中任一相合閘使該相母線接地后,其它兩相不會再動作。

        JZ的作用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壓損害。

      2、大容量防爆型免維護過電壓保護器MQBT

        MQBT大容量防爆型免維護過電壓保護器,起限制系統過電壓的作用,與一般的氧化鋅避雷器(MOA)結構不同,主要具有以下優點:

       ?。?)通流容量大,適用范圍更廣;

       ?。?)采用四星形接法,可將相間過電壓大大降低,保護的可靠性大為提高。

       ?。?)采用大能容ZnO非線性電阻和放電間隙組合而成,使兩者互為保護。放電間隙使ZnO非線性電阻的荷電率為零,ZnO非線性電阻不會老化,ZnO非線性電阻的非線性特性又使放電間隙動作后無續流,放電間隙不再承擔滅弧任務,提高了產品的使用壽命。

       ?。?)電壓沖擊系數為1,在各種電壓波形下放電電壓值相等,不受各種操作過電壓波形影響。過電壓保護值準確,保護性能優良。

       ?。?)放電瞬時值與殘壓相近,無截波,有利于保護繞組型設備的匝間絕緣。

       ?。?)結構簡單、體積小、安裝方便。

          MQBT大容量防爆型免維護過電壓保護器是本裝置中限制各類過電壓的第一器件,在接觸器JZ未動作之前將過電壓限制在安全范圍以內。

      3、MQYXQ一次限流消諧器

        MQYXQ為我公司的技術產品,串聯安裝在PT一次中性點與地之間,用來抑制PT鐵磁諧振,提高電網運行的安全性。

        正常運行狀態下電阻為40kΩ左右,而PT一次繞組的阻抗為兆歐級,因此不會對PT的各項性能產生影響,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,一次繞組激磁電流增加,MQYXQ電阻快速增長,能夠很好的發揮出阻尼作用。

        MQYXQ結構簡單、體積小巧、安裝方便、運行可靠;能夠實現連續快速消諧,諧振過電壓幅值越大,消諧時間越短;能夠限制電壓互感器一次繞組的激磁電流突增,防止因電壓互感器一次繞組電流增加,熔斷器熔斷后因能量不足不能滅弧引發的母線短路事故。

      4、微機控制器ZK

        ZK是本裝置的核心控制部件,它是根據PT提供的Ua、Ub、Uc、U  的信號來判定故障相別和故障類型(PT斷線、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、選線可合為一體,達到選線和消弧恰當配合的目的。

      八、技術特點

        控制器采用四CPU結構,一個作為人機交互和實時通訊;一個作為采樣和計算;一個作為輸出信號的管理,保證輸出信號的正確性;一個作為故障錄波。

      軟件特點

      ?。?)實時多任務操作系統(RTOS)

        軟件設計采用實時操作系統及其功能強大的專家庫函數,面向任務的程序設計風格,按全優先服務方式進行資源管理,任務調度,異常處理等工作,工作極為可靠,也使DSP和微控制器的性能得以最大程度的發揮。描述性編程語言,執行速度快,可讀性好,易于擴展和移植。

      ?。?)標準MODBUS通訊協議

        采用標準MODBUS通訊協議,方便接入各種標準的綜合自動化系統。采用單獨的通訊處理微控制器,通訊的處理能力和通訊速度大大提高了。

        裝置動作后,可以遠方復歸。

      ?。?)采用高性能DSP 

        采樣和計算部分選用TI公司TMS320F2812DSP芯片。最高頻率可達150MHz。

        通過軟件編程可對實時采集的數字信號在短時間內進行快速傅立葉變換,即可直接提取出所需要的各次諧波進行計算。

      ?。?)14位多通道同步采樣數模轉換器

        由于系統對采樣的精度要求很高,所以AD選用14位的。共計8個通道。每4個通道同步采用的AD,提高了采用的精度,AD的外部CLK為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。

      ?。?)使用可編程邏輯器件

        傳統器件的功能集中一個芯片中,減少了電路板面積和焊點數量,縮短了總線長度,提高了抗干擾性能和電路可靠性,同時增強了靈活性。

        采用2片ALTERA公司的EPM7128作為整個系統的數字邏輯部分。該芯片可以重復編程,內部有2500可用門,128個宏單元,能滿足大部分復雜邏輯的要求。該芯片的使用,大大減少了數字系統工作所需要的分離邏輯器件數目,增強了系統可靠性和保密性。

      ?。?)故障錄波功能

        故障錄波可以循環滾動記錄8次故障波形,包括故障發生前后的三相電壓、零序電壓、零序電流、三相接觸器、熔斷器的狀態。

      ?。?)人機接口為大液晶顯示,全中文菜單,并采用圖形的方式顯示當前的狀態量,實時直觀;實時顯示三相電壓值、零序電壓值、零序電流值。 

      5、高壓限流熔斷器FU 

        FU是整個裝置的后備保護器件,可防止因誤接線或誤操作引起的相間短路故障,具有以下特點:

        (1)開斷容量大,可達63KA;

        (2)開斷迅速,開斷時間1~2ms;

        (3)限流效果好,可把故障電流限制在最大短路沖擊電流的1/5以下;

      6、帶有輔助二次繞組的專用電壓互感器PT 

        裝置采用專用抗飽和電壓互感器,相對于普通電壓互感器,不僅可以有效地為系統計量和測控提供穩定的電壓信號而且可靠地保護自身不受系統非線性諧振影響而出現PT損壞、燒毀等事故。

      九、裝置的型號及其主要技術參數

        型號的含義

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      選型設計要求

        裝置的額定電壓與系統的運行電壓相符

        裝置的額定電流不小于被保護系統的最大對地電容電流

        對于總降變電所的6~35KV母線應選用標準型、附加型或加強型,對于由總降變電所供電的下級配電所母線,可選用簡易型,對于由外系統供電的6~35KV的配(變)電所的電源母線,建議選用加強型,也可根據系統實際需要選用簡易型。

      十、裝置的結構、外形和安裝尺寸

      1、裝置的柜體結構尺寸 (寬×深×高) (可根據客戶要求定制)

          6~10KV柜體參考尺寸:1000×1500×2300 (mm)

          35KV柜體參考尺寸:1800×2600×3000 (mm)

      2、外形結構

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      3、柜體安裝基礎尺寸圖

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      十一、使用環境

        環境溫度: 戶內型-15℃~+60℃,特殊可做到-40℃~+60℃,戶外型-40℃~+60℃。

        海拔高度: ≤2000m,特殊可做到4000m。

        使用環境: 不得有粉塵、煤氣、煙氣等具有爆炸性的混合物。

        安裝地點: 應具有防御風、雨、沙和防塵設施。

        超出上述使用環境條件的要求,用戶需和本公司協商訂制。

      十二、包裝、運輸、儲存

        包裝:一般采用木箱包裝,柜體底座固定在包裝箱底板上。

        運輸:不宜在三級以下公路上長距離運輸,必要時可拆散包裝,重要配件應在進行處理后方可采用公路運輸。

        儲存:長期不用時,應儲存在干燥、通風的倉庫內,不宜在室外存儲。

      十三、安裝、調試、維護

        本公司負責根據用戶的要求進行圖紙設計及參數的選擇,設備組裝調試完畢后,由專業檢測人員進行二次模擬實驗及1:1高壓仿真實驗,檢測合格后方能出廠。如用戶需要,本公司可負責現場安裝指導及調試服務,用戶提供必要的配合與協助。

        設備正常工作時不需要維護和檢修,但在裝置動作后必須仔細檢查熔斷器是否損壞,撞桿是否彈出。

        用戶在遵守保管及使用要求的情況下,從安裝使用之日起12個月,或從發貨之日起18個月期限內,產品由于質量原因發生損壞或不能正常工作,本公司將無償地為用戶維修或更換。

        本公司對設備實行終身維修,并長期以優惠價提供備品備件。

      十四 、訂貨須知

        (1)用戶應提供相關的系統額定電壓、系統最大單相接地電容電流,作為裝置的設計依據。

        (2)柜體的尺寸,由我公司工程師進行設計并經用戶簽字確認以后,方能最終確定。

        (3)用戶應明確裝置的功能(包括基本功能和附加功能),簽定相對應的技術協議,如有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稱、規格及數量。


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