1.概述

DM-XHG消弧消諧柜適用于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(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(hù)雷電侵害有效，對于內(nèi)部過電壓不起任何保護(hù)作用。

然而，運行經(jīng)驗證明，當(dāng)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)備安全運行的一大威脅，其中以單相弧光接地過電壓尤為嚴(yán)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(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)中性點裝設(shè)消弧線圈，當(dāng)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(jìn)行補償，使流經(jīng)故障點殘流減小，從而達(dá)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(jìn)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(yán)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(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(hù)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(yuǎn)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(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。

2.裝置的基本功能及特點

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. 裝置動作速度快，可在30ms~40ms之內(nèi)動作，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，防止長時間諧振過電壓對系統(tǒng)絕緣破壞，防止諧振過電壓對電網(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(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，對防止事故的進(jìn)一步擴大，對減輕運行和維護(hù)人員的工作量有重要意義。

2.6. 由裝置的工作原理可知，其限制過電壓的機理與電網(wǎng)對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。

2.7. 本裝置中的電壓互感器可以向計量儀表和繼電保護(hù)等裝置提供系統(tǒng)的電壓信號，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. 性價比高，相對于消弧線圈系統(tǒng)而言，性能價格比很高。

3.裝置主要組成部件及其功能

DM-XHG消弧消諧柜組成原理如圖1所示，其主要有以下六個部件組成：

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

DM-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：

(1)DM-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)DM-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)DM-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)DM-GDY組合式過電壓保護(hù)器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(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不會動作閉合。

KA-KC的作用是，當(dāng)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(hù)了系統(tǒng)中的設(shè)備。

   3.3.多功能微機控制器WZK（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PIC單片機為核心處理器，核心處理器由兩塊單片機組成，故障處理速度極快，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(hù)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，可消除電源及一次系統(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(hù)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。并且裝置能夠完成堆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。

(4)電壓測量功能。微機控制器能對系統(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。微機控制器設(shè)有RS485/232通訊接口，能將系統(tǒng)的實時故障信息及裝置的工作情況上報控制中心。

(6)故障記錄查詢功能。微機控制器帶有存儲器，能將系統(tǒng)的故障信息(包括故障類型故障時間等等信息)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微機控制器設(shè)計了選線模塊、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。

3.4.高壓限流熔斷器FU2

高壓限流熔斷器是整個裝置的后備保護(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，開斷時間小于0.3ms;

(3)限流效果好，可使故障電流限制在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,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。

3.5.電壓互感器（PT）

電壓互感器可將系統(tǒng)的高壓三相信號轉(zhuǎn)變成可供微機控制器WZK處理的三相電壓信號（Ua、Ub、Uc）及中性點信號（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，微機控制器WZK判斷接地的相別及弧光接地類型，同時發(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，故障相的對地電壓降為零，原接地故障點的弧光消失，其他兩相的對地電壓升高至線電壓。這種狀態(tài)是現(xiàn)行運行規(guī)程所允許的。

(2)真空開關(guān)動作后數(shù)秒后(根據(jù)接地性質(zhì)不同,動作時間不同)，微機控制器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性的，系統(tǒng)恢復(fù)正常運行；若真空開關(guān)斷開后，再次出現(xiàn)弧光接地故障，則微機控制器WZK認(rèn)定這一故障為永久性弧光接地，此時再次發(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)出報警信號，告知值班人員故障發(fā)生的相別。在真空開關(guān)接地點過程中出現(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)正常運行。

4.2.消諧原理

本裝置采用的是微機二次消諧技術(shù),當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生諧振時，微機控制器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:

(1)采用的是微機二次消諧技術(shù),響應(yīng)時間非常快，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。

4.3.選線原理

中性點非有效接地系統(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，裝置根本無法進(jìn)行選擇。目前國內(nèi)的小電流選線設(shè)備的采用點大多為20點/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，而弧光接地時的電流信號多在幾千赫茲，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，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，選線模塊根據(jù)消弧裝置動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”、“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選線準(zhǔn)確率低的缺點。

5.裝置的型號及參數(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)。