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  • 中性点虚拟接地及电压互感器柜
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ZROXJ中性点虚拟接地装置

目前系统保护都是被动式的保护,是在故障发生后,防止故障扩大化转化为事故,只治标不治本,系统依然经常会发生电缆放炮、电机绝缘击穿、避雷器爆炸、电压互感器烧坏等事故。

过电压治理保护方案,从源头上全面治理过电压,消除过电压于萌芽状态,首先预防故障发生,其次治理故障,达到既防又治的目的。

在3~35KV中压系统中,中性点有不接地、谐振接地即消弧线圈接地、小电阻接地、都是被动式保护接地,各种接地方式各有优缺点。本成果提出的虚拟接地方式为主动式保护接地方式,对工频不接地,对非工频量接地,充分发挥了各种接地方式的优点,克服它们的缺点。

1、故障发生的根源

系统故障及事故都是由过电压引起,过电压的冲击造成系统绝缘击穿而发生故障。过电压是电力系统安全运行最大杀手,一方面加速系统绝缘累积老化,另一方面直接引起绝缘击穿发生故障,对电力系统安全运行造成严重危害。

2、过电压产生的根源

系统受到的“激励”能量在系统电感、电容中相互交换,电感、电容间产生电磁振荡产生过电压。

3、装置原理

本装置的核心部件是根据专利方法实施特制的虚拟接地变压器,二次侧三相绕组串联形成开口三角,接入大功率电阻,等效系统中性点接地,对工频不接地,对非工频接地,实现系统中性点虚拟接地。

科学的原理,新颖的方法,近理想化的效果,独创的虚拟接地方式,集合各种中性点接地方式的优点,主动吸收泄放产生各种过电压的能量,从源头上防止过电压,拒绝过电压于萌芽之中;泄放谐振和单相接地的电、磁能量,实现消弧,拒绝系统、PT铁磁谐振,给系统安全运行最大的保障。

可电压互感器虚拟接地一体化,取代电压互感器柜,可提供AC220V操作电源。

二、功  能 介 绍

1、主动式主动式过电压保护

电力系统中的电容、电感元件均为贮能元件。当系统中操作或故障使其工作状态发生变化时,将产生电、磁能量震荡的过渡过程。在此过程中,电感元件贮存的磁能会在某一瞬间转换为电场贮存于电容元件之中,产生数倍于电源电压的过渡过程过电压。

过电压是电力系统安全运行最大杀手,系统故障及事故都是由过电压引起。过电压不仅造成事故且加速系统绝缘累积老化,而且直接引发绝缘击穿发生故障,对电力系统安全运行造成严重危害。

目前主要采用避雷器、组合式过电压保护器、PT消谐器、消弧线圈、消弧装置等被动式保护治理。

避雷器、组合式过电压保护器,过电压必须超过其整定值才会动作,为防止其在单相接地时吸收能量过多而爆炸,其整定值很高,例如10kV系统其整定值要大于23kV。一方面系统内小于其整定值的过电压不会动作;另一方面即使大于其整定值的过电压动作,高于其整定值部分的能量被其吸收,而小于其整定值部分依然存在于系统,冲击系统绝缘。

因此,我们可以得出这样的结论:避雷器、组合式过电压保护器是被动式的过电压保护,无论系统内过电压的峰值多大,都有小于其整定值的过电压冲击系统绝缘,或加速系统绝缘老化,或使老化的绝缘击穿发生故障。现有的供电系统均安装有避雷器或组合式过电压保护器,依然发生故障就说明了这个问题。

PT消谐器、消弧线圈、消弧装置等保护装置,都是故障发生后才动作实施保护,是被动式保护,在后面的内容中阐述。

主动式主动式过电压保护原理:                                                    

中心点虚拟接地装置,快速消耗系统电感电容储存的非工频等“激励”能量,大幅度降低系统电感电容可交换的能量,充分阻尼其暂态过程,从源头上阻止了暂态过电压的形成,消除过电压于萌芽状态,因而防止过电压冲击系统绝缘延长系统寿命,大幅降低系统故障概率。

1、元件操作过电压治理

中压系统电缆的广泛应用,遭受雷击的可能性越来越少,主要是内部过电压,操作过电压是系统最主要的过电压,从源头治理了过电压,消除过电压于萌芽状态,就可以延长系统绝缘寿命,大幅度降低故障概率。

真空断路器操作过电压主要表现为截流过电压、多次重燃过电压、三相非同期开断过电压。操作过电压又分为:①空载变压器、电抗器投切过电压,②电容器、空载线路投切过电压,③合空母线过电压,④投切电机过电压,⑤系统扰动过电压,⑥突然甩负荷过电压,⑦发电机并网过电压等。

其中,以开断电容器组、空载变压器、空载线路的过电压最为严重,过电压水平最高,为此,我公司在武汉高压研究院做了这三个典型的开断模拟实验(见资料三),图1、2、3分别为开断电容器组、空载线路、空载变压器的模拟试验示波器波形图,从三个图中可以看出,只有开关触头打开时刻有一些小毛刺,而没有几倍的过电压,验证了主动式主动式过电压保护从源头上消除过电压的产生。

2、雷击后避雷器残压下的电荷消耗

雷击发生后氧化锌过电压保护器的1mA参考电压在2.3倍左右,其对应的电荷储存在系统对地电容上,其与相电压叠加形成过电压,如图4,雷电波入侵变电所,变压器上电压实际典型波形,详细参见资料一P285。

避雷器动作后的残余能量被中性点虚拟接地装置吸收泄放,防止了其与相电压叠加产生的过电压危害系统绝缘。也就是说超过避雷器整定值以上的能量被避雷器吸收,避雷器整定值以下的能量被中性点虚拟接地装置吸收,达到完美的配合消除雷击过电压。

2、主动式消弧

中压非有效接地系统,最难解决的问题是单相弧光接地过电压。目前的消弧装置有消弧线圈、故障相金属性接地消弧装置,都是被动式保护,不能预防故障发生,且这两种消弧装置存在着缺陷。特别是故障相金属性接地消弧装置存在特别严重的技术缺陷,会给系统带来严重的安全隐患。

故障点再次重燃的条件是:故障点对地电压大于故障点的绝缘强度。这里包含两种含义,燃弧后故障点弧道被电离,绝缘强度大幅下降,其一故障点对地电压恢复速度大于故障点绝缘强度恢复速度;其二故障点对地电压恢复峰值大于故障点绝缘强度。

弧光接地过电压的发展过程

是工频熄弧理论分析图,从图中可以看出:第一次燃弧暂态过电压为2.5倍,电容电流过零时弧光熄灭,熄弧时刻系统对地电容储存的电荷,与工频电压相叠加,一方面加快故障相对地电压的恢复速度,另一方面故障点对地电压恢复峰值为正常值的2倍,再者使第二次及以后燃弧暂态过电压为3.5倍。

正是弧光熄灭时刻对地电容储存的电荷,加快了故障相对地电压的恢复速度,以及故障相对地电压恢复峰值为正常值的2倍,使得故障点对地电压大于故障点的绝缘强度,弧光再次重燃。

主动式消弧原理

如果快速把熄弧时刻系统对地电容储存的电荷消耗(泄放)掉,一方面降低故障点对地电压的恢复速度,使故障点弧道绝缘恢复速度大于故障点对地电压的恢复速度;另一方面使故障点对地电压恢复最大峰值接近正常值,而不是相电压的2倍,故障点就不会重燃,从而实现消弧。另外,中性点虚拟接地吸收燃弧“激发”的能量,降低燃弧暂态过程及暂态过电压的幅值。

中性点虚拟接地装置消弧过程图,试验证明了主动式消弧,且消弧时间﹤15ms。

3、主动式拒绝PT铁磁谐振

PT铁磁谐振是系统较常发生的故障,其危害非常大。PT铁磁谐振具有7大性质:

⑴很大的范围内的C值都可能发生;⑵需要“激发”才能发生,如变压器突然合闸、故障等产生的“激励”;⑶C值太大时出现铁磁谐振的可能性将减少;小系统容易发生铁磁谐振;⑷过电压幅值一般不会很高,电流却很大;⑸谐振状态可能自保持;⑹电流引起电压“翻相”现象;⑺具有各次谐波谐振。

“要彻底根除基波铁磁谐振,必须人为地加大电阻R, ……谐振就不能自保持了。…… R>E/I”。

“若在回路中人为地增加R值,……,则此非线性电感回路在相应的E值作用下,只有非谐振工作点,根除了产生工频谐振的可能性。”。“现将产生非线性谐振的条件归纳如下:……,谐振回路的损耗电阻小于临界值,……”,也就是谐振回路的损耗电阻大于临界值时,PT就不会发生铁磁谐振。

主动式拒绝PT铁磁谐振原理:

需要“激发”才能发生PT铁磁谐振,中性点虚拟接地装置快速消耗了“激励”能量,从而使“激励”不能激发PT发生铁磁谐振,PT永远不会发生谐振。

从另一个角度说,中性点虚拟接地装置,就是加大零序电阻,使R远大于E/I,因此根本不会发生铁磁谐振。从能量的角度来看,就是虚拟接地装置吸收的能量远大于铁磁谐振饱和“激发”的能量,PT铁芯恢复正常。

无论二次谐波、三次谐波、基波、1/2次谐波PT铁芯饱和过电压,开口三角都有输出,中性点虚拟接地装置就能消耗谐振能量,只要消耗的能量大于铁芯饱和“激发”的能量,PT铁芯就能恢复正常,阻止谐振。

中性点虚拟接地装置消除PT铁磁谐振实验电压波形图,试验证明了虚拟接地装置吸收的能量远大于铁磁谐振饱和“激发”的能量,PT铁芯恢复正常,谐振消失。

  4、主动式阻止系统线性谐振

系统无耗自振频率ω0= 1/√LC,μ=R/2L,对地电容会受温度、湿度的影响发生变化,而系统的电源频率也在波动,有可能ω0是电源频率整倍数。当ω0是电源频率整倍数时,系统如有风吹草动,就会发生事故。

μ/ω0的比值决定了系统的稳定性,对于供电系统送电距离长有较大的R,且架空线路对地电容很小,而对企业变电所送电距离很短有很小的R,因此,企业变电所更要注意系统可能出现线性谐振,系统操作、不对称接地故障、断线(熔断器一相、两相熔断)时系统发生线性谐振。

中性点虚拟接地装置增大了零序阻抗的电阻R值,增大μ值,使μ/ω0远大于0.6,系统自振角频率远离无耗自振频率ω0,故可拒绝系统线性谐振。

5、阻止参数谐振过电压

参数谐振就是系统参数的周期变化,产生周期的“激发”能量,由于系统中的电阻很小,无法消耗掉这种周期的“激发”能量,在系统中积累产生过电压,这主要对发电机、变压器而言。

同步自励磁,发电机转子受原动机的驱动而旋转时,定子绕组的电感将周期性的改变,在一定条件下,就会出现参数谐振。快速励磁自动调节器可以解决。

异步自励磁,电机处于异步状态,定子绕组的旋转磁场将切割转子绕组,定子绕组将感应出角频率ω0及2ω-ω0的电动势,定子的电流将具有拍频性质。异步自励磁过电压上升速度很快,必须立即从系统中切除电机,以免造成事故。

自参数谐振,变压器铁芯饱和在工频作用下以2倍频率变化,产生谐振。目前由于竞争激烈,变压器铁芯的磁通密度设置很高,很容易饱和,必须注意。

中性点虚拟接地装置可加大消耗参数变化“激发”的能量,使消耗的能量大于参数变化“激发”的能量,从而系统不能形成参数谐振,系统快速恢复正常运行。

6、其它功能(选用功能)

1、可附加电压互感器功能

2、PT并列切换装置,判断PT一、二次断线故障(备有485或232微机通讯接口,进行数据通讯)。

3、可以增加选线装置,迅速查找故障线路(建议使用后台选线)。

4、可提供AC 220V操作电源。

企业名片

浙江能容电力设备有限公司(原中容电力)

 

 

 

浙江能容电力设备有限公司(原中容电力)

[未实名认证会员]

主营业务:高压动态滤波无功补偿成套装置,ZRSVC... [详细]

联系人:单博博

经营性质: 设备供应商

所在地:浙江 温州市 

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