專利名稱：中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中消弧及消諧保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及過電壓自動保護(hù)裝置，更具體地說是用于中性點(diǎn)非有效接地的三相電力系統(tǒng)中消除間歇性弧光接地過電壓及諧振過電壓的自動安全保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
在三相非有效接地的3-35kV電力系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，系統(tǒng)的線電壓并未發(fā)生改變，三相用電設(shè)備依然可以正常運(yùn)行，系統(tǒng)供電可持續(xù)進(jìn)行，供電的可靠性較高，可以大幅度減少非正常停電次數(shù)，因此該類電網(wǎng)在我國及世界許多國家被廣泛采用。但該類電網(wǎng)中的諧振過電壓及間歇性弧光過電壓幅值較高，持續(xù)時(shí)間長，危害大，對電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣可造成積累性損傷，造成避雷器等常規(guī)過壓保護(hù)設(shè)備的爆炸。特別是在電纜構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)中，因系統(tǒng)對地電容大，發(fā)生的接地電弧不易熄滅，持續(xù)燃燒的燃燒的電弧形成的巨大熱量和沖擊力有可能造成電纜絕緣的完全破壞，擴(kuò)大事故后果，增加維護(hù)成本。
目前，限制弧光接地過電壓及弧光危害的主要措施是電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地。但消弧線圈并不能消除間隙性電弧接地過電壓，也不能限制過電壓的幅值，實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也證明，在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的3-35kv電網(wǎng)中，由電弧接地引發(fā)的事故時(shí)有發(fā)生。
目前已有的幾項(xiàng)實(shí)用新型專利在消除弧光方面開辟了新的路徑，如采取將間歇性電弧接地轉(zhuǎn)變?yōu)槟妇€金屬性直接接地的消弧措施(專利號為99229228.x)，采取將間歇性弧光接地轉(zhuǎn)化為帶大功率非線性電阻接地的限壓消弧措施(專利號為ZL01262919.7)；采用將間歇性電弧接地轉(zhuǎn)變多段受控大功率非線性電阻接地的逐級限壓的消弧措施(專利號為ZL02287644.8)；另外還有一種在電路形式上實(shí)際上是ZL02287644.8專利的簡化版的消弧實(shí)用新型(專利號ZL03220049.8)。但ZL02287644.8號專利在消弧過程中，因采用單一限壓器，動作設(shè)定值單一，當(dāng)故障點(diǎn)弧道恢復(fù)電壓低于限壓器的設(shè)計(jì)值時(shí)，限壓器事實(shí)上已經(jīng)不起作用，電弧仍然在故障處燃燒，極易導(dǎo)致消弧失效。
以上幾上實(shí)用新型，均在不同程度上存在缺點(diǎn)，從消弧性能及抑制弧光復(fù)燃性能的角度出發(fā)。采用將間歇性電弧接地轉(zhuǎn)變多段受控非線性電阻接地的逐級限壓的消弧措施(專利號為ZL02287644.8)的專利最好，但依然存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)1、由于采用純的非線性電阻作為限制故障相電壓、吸收電弧能量的主功率器件，雖然故障相的電壓得到了抑制和穩(wěn)定，但流過非線性電阻的電流卻呈現(xiàn)嚴(yán)重的非線性，導(dǎo)致大量的諧波能量饋入電網(wǎng)，給其他設(shè)備帶來很大的干擾，且該非線性電流的存在嚴(yán)重影響裝置自身的判斷，在該專利工程實(shí)踐過程中，常發(fā)生裝置自鎖的現(xiàn)象，導(dǎo)致裝置自身過熱毀壞。
2、在故障點(diǎn)弧光解除后裝置退出工作狀態(tài)時(shí)，因機(jī)械開關(guān)開斷時(shí)間的不確定性，非線性電流切斷時(shí)電流突變過程中產(chǎn)生的尖峰過電壓很高，依然會引起故障點(diǎn)的弧光復(fù)燃，導(dǎo)致裝置重復(fù)動作，給系統(tǒng)帶來周期性沖擊。
3、為了滿足電力運(yùn)行規(guī)程中關(guān)于接地故障可持續(xù)兩個(gè)小時(shí)的規(guī)定，且為了保證故障點(diǎn)以充分的除游離時(shí)間，作為能量吸收裝置的兩臺限壓器因動作時(shí)間長，需要很大的功率，在實(shí)踐中，因目前大功率氧化鋅生產(chǎn)工藝的限制，很難制造單片能容量大于30KJ的產(chǎn)品，所以必須采用大量的非線性電阻閥片串并聯(lián)，以達(dá)到所需電壓及總?cè)萘?，成本很高；且該?shí)用新型采用了多到六只的真空開關(guān)，因此總生產(chǎn)成本極高。目前電力系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)柜體的空間事實(shí)上已經(jīng)無法容納下如此多的部件，必須專門定制柜體，不利于產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化及簡化生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品的實(shí)用性很低！4、為確保通流時(shí)間而大量使用的大功率氧化鋅電阻在串并聯(lián)時(shí)，要確保各串電阻閥片的動作曲線的一致性，如各串閥片電阻動作曲線不一致，將導(dǎo)致在工作過程中各串流過的電流不平均，直接導(dǎo)致薄弱串的過流毀壞，繼而導(dǎo)致整個(gè)限壓器的破壞。因大功率氧化鋅電阻的參數(shù)受生產(chǎn)，檢測，存儲，工作環(huán)境等影響太大，因而整個(gè)配片過程煩瑣不易控制且不準(zhǔn)確，產(chǎn)品實(shí)際容量不足，埋有很大隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中消弧及消諧保護(hù)裝置，以進(jìn)一步提高消弧效果、降低生產(chǎn)成本、簡化配片過程。
本實(shí)用新型解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是是設(shè)置故障檢測控制單元KZQ和三只單相快速開關(guān)KA、KB、KC，所述三只單相快速開關(guān)一端分別與三相母線相聯(lián)，另一端共同接于限壓吸能器RV，限壓吸能器RV與大功率線性電阻R串聯(lián)后接地；在所述限壓吸能器RV及大功率線性電阻R的兩端分別并聯(lián)有大功率可控硅T1，T2；以所述故障檢測控制單元KZQ的輸出信號分別作為三只單相快速開關(guān)KA、KB、KC及可控硅T1、T2的控制信號。
系統(tǒng)故障發(fā)生時(shí)，采取多種接地方式組合動作，具體包括為帶一定線性系數(shù)的非線性電阻接地，穩(wěn)定的帶小電阻接地，直接金屬接地方式。每次動作過程，均采用三種方式組合動作。根據(jù)系統(tǒng)故障嚴(yán)重程度，動作組合過程次序不同及維持時(shí)間可以不同。
與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果體現(xiàn)在
1、本實(shí)用新型在接地公共回路中加串有大功率線性電阻R，取代原分段式限壓器。使裝置動作過程中的一段工作于純線性區(qū)，減小動作電流畸變。
3、本實(shí)用新型采用動作時(shí)間可準(zhǔn)確控制的大功率可控硅控制大功率線性電阻及限壓吸能器在交流過零時(shí)投入及退出，降低退出過程中產(chǎn)生的尖峰過電壓，防止弧光復(fù)燃，同時(shí)因可控硅兩端承受的電壓受限于與之并聯(lián)的RV和R，故其在選用時(shí)額定電壓可以選的較低，價(jià)格低廉；3、本實(shí)用新型可以通過控制，按要求設(shè)定各保護(hù)器件的動作順序及動作方式，使得在消弧過程中采用組合式消弧方式，限壓吸能器RV及大功率線性電阻R交替間歇工作，從而縮短限壓吸能器RV的連續(xù)工作時(shí)間，降低能容量要求，減少非線性氧化鋅電阻數(shù)量，降低成本；4、本實(shí)用新型中的限壓吸能器RV可以由多片大功率非線性氧化鋅電阻與大功率線性電阻串聯(lián)均流后，再多組并聯(lián)構(gòu)成。有效均流，降低配片難度。同時(shí)也可降低其非線性系數(shù)，抑制裝置動作過程中的非線性諧波電流峰值，降低干擾。


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型限壓吸能器RV配片電路原理示意圖。
圖中部件TV為電壓互感器，F(xiàn)U1，F(xiàn)U2為保護(hù)用熔斷器，KA，KB，KC為三只單相快速開關(guān)，T1，T2為雙向可控硅，R為大功率線性電阻，RV為限壓吸能器，KZQ為微機(jī)測控器在，R11為大功率線性電阻，RF11、RF12、RF13、RF14為大功率非線性氧化鋅電阻。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本實(shí)施例中，設(shè)置故障檢測控制單元KZQ和三只單相快速開關(guān)KA、KB、KC，三只單相快速開關(guān)一端分別與三相母線相聯(lián)，另一端共同接于限壓吸能器RV，限壓吸能器RV與大功率線性電阻R串聯(lián)后接地；在限壓吸能器RV及大功率線性電阻R的兩端分別并聯(lián)有大功率可控硅T1，T2；以所述故障檢測控制單元KZQ的輸出信號分別作為三只單相快速開關(guān)KA、KB、KC及可控硅T1、T2的控制信號。
參見圖2，限壓吸能器RV是由多片大功率非線性氧化鋅電阻RF11、RF12、RF13、RF14與大功率線性電阻R11串聯(lián)均流后，再多組并聯(lián)構(gòu)成。
本實(shí)施例中，針對系統(tǒng)故障，對應(yīng)相快速開關(guān)接通，由雙向可控硅T1、T2不同的導(dǎo)通狀態(tài)進(jìn)行三種接地方式在不同的動作次序和不同的維持時(shí)間上組合動作，三種接地方式分別為帶有線性系數(shù)的非線性電阻接地、小電阻接地和直接金屬接地方式。
以上三種工作方式有如下四種工作狀態(tài)1、故障相通過接通的單相快速開關(guān)，經(jīng)由限壓吸能器RV和大功率線性電阻R組成的串聯(lián)電路接地；2、故障相通過接通的單相快速開關(guān)，經(jīng)限壓吸能器RV，再經(jīng)導(dǎo)通的雙向可控硅T2接地；以上兩種工作狀態(tài)均為帶有線性系數(shù)的非線性電阻接地的工作方式。
3、故障相通過接通的單相快速開關(guān)，經(jīng)導(dǎo)通的雙向可控硅T1，再經(jīng)大功率線性電阻R接地，此為小電阻接地的工作方式。
4、故障相通過接通的單相快速開關(guān)，再經(jīng)導(dǎo)通的雙向可控硅T1、T2金屬接地，此為直接金屬接地的工作方式。
工作過程如下正常工作時(shí)，KA，KB，KC，T1，T2處于斷開狀態(tài)，電壓互感器TV將系統(tǒng)母線高壓隔離變換后輸入到微機(jī)測控器KZQ，微機(jī)測控器KZQ檢測計(jì)算系統(tǒng)狀態(tài)，正常時(shí)顯示系統(tǒng)電壓。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，微機(jī)測控器KZQ首先判斷故障類型，故障相別。判斷動作過程分以下幾種情況1、如故障判為某相一般性弧光接地，則微機(jī)測控器KZQ立即閉合相應(yīng)相的快速開關(guān)KA；KB；或KC，系統(tǒng)故障相對地容性電流通過限壓吸能器RV和大功率線性電阻R組成的串聯(lián)電路入地，將故障點(diǎn)的初始限制電壓鉗制在RV及R設(shè)計(jì)的水平內(nèi)，該值大小與接地電流大小有關(guān)，電流越大，電壓越高，故障相電壓變化沖擊越小，在經(jīng)過10個(gè)交流周期穩(wěn)定系統(tǒng)故障相電壓后，交流過零時(shí)可控硅T2閉合，將大功率線性電阻R短路，讓R退出運(yùn)行，故障相電壓加于限壓吸能器RV上，被其鉗制為更低，系統(tǒng)故障相電壓再下降一個(gè)水平，再經(jīng)過10個(gè)交流周期后，交流過零時(shí)可控硅T1閉合，將RV短路，讓RV也退出運(yùn)行，系統(tǒng)通過裝置中閉合的快速開關(guān)、導(dǎo)通的T1、T2實(shí)現(xiàn)金屬性接地，將故障相電壓限制到最低水平。該狀態(tài)維持15～20個(gè)交流周期后裝置反向動作，依次開斷T1，T2，最后釋放相應(yīng)的快速開關(guān)。系統(tǒng)電壓逐步恢復(fù)正常。
RV投入工作時(shí)，因串聯(lián)有大功率線性電阻，系統(tǒng)中流過非線性電阻的非線性電流變化率較低，產(chǎn)生的諧波很小，且時(shí)間很短，對系統(tǒng)及裝置影響很小，整個(gè)過程中，限壓吸能器RV和大功率線性電阻R交替間歇性工作，且投切于交流過零時(shí)，因而對系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊很小，且其容量可以做得較小，生產(chǎn)成本大幅度降低。系統(tǒng)電壓在整個(gè)過程中逐步下降、逐步上升。由設(shè)備動作過程誘發(fā)的系統(tǒng)不穩(wěn)定狀態(tài)很小。
2、如判故障為某相嚴(yán)重的弧光接地，則微機(jī)測控器KZQ立即發(fā)出閉合相應(yīng)相的快速開關(guān)KA；KB；或KC，經(jīng)過2～3個(gè)交流周期穩(wěn)定系統(tǒng)故障相電壓后，交流過零時(shí)可控硅T1閉合，將RV短路退出運(yùn)行，故障相對地電壓通過R限制為較低值，5個(gè)交流周期后，T2閉合，故障相在本設(shè)備內(nèi)部通過閉合的快速開關(guān)、導(dǎo)通的T1、T2實(shí)現(xiàn)金屬性接地，該狀態(tài)維持10分鐘后，裝置按照一般性弧光接地的返回處理方式返回，及先開斷T1然后開斷T2，再開斷相應(yīng)相快速開關(guān)。可控硅動作的順序及間隔時(shí)間不同，為了讓故障點(diǎn)保證充分的除游離時(shí)間，使絕緣恢復(fù)到足夠的水平，在發(fā)生嚴(yán)重弧光接地時(shí)裝置金屬性接地的狀態(tài)維持時(shí)間較長。
3、如判斷故障為某相金屬性接地或較為穩(wěn)定的高阻接地，立即進(jìn)行選線，判斷故障線路，同時(shí)故障相的快速開關(guān)閉合，可控硅T1、可控硅T2導(dǎo)通，將故障點(diǎn)轉(zhuǎn)移至裝置內(nèi)，避免接地點(diǎn)因長時(shí)間流過接地電流而發(fā)熱燒壞，誘發(fā)相間短路等更嚴(yán)重的事故。
4、如判斷故障為諧振，則微機(jī)測控器KZQ發(fā)出繼電器動作指令，在電壓互感器TV的開口三角上接入大功率耗能電阻，3秒鐘后釋放如故障消失，則裝置返回，如故障未消失，在系統(tǒng)電壓最高相投入限壓器RV及R，吸收諧振能量，保持3秒后釋放再判。
權(quán)利要求1.中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中消弧及消諧保護(hù)裝置，其特征是設(shè)置故障檢測控制單元KZQ和三只單相快速開關(guān)KA、KB、KC，所述三只單相快速開關(guān)一端分別與三相母線相聯(lián)，另一端共同接于限壓吸能器RV，限壓吸能器RV與大功率線性電阻R串聯(lián)后接地；在所述限壓吸能器RV及大功率線性電阻R的兩端分別并聯(lián)有大功率可控硅T1，T2；以所述故障檢測控制單元KZQ的輸出信號分別作為三只單相快速開關(guān)KA、KB、KC及可控硅T1、T2的控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消弧及消諧保護(hù)裝置，其特征是所述限壓吸能器RV是由多片大功率非線性氧化鋅電阻與大功率線性電阻串聯(lián)均流后，再多組并聯(lián)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消弧及消諧保護(hù)裝置，其特征是針對系統(tǒng)故障，對應(yīng)相快速開關(guān)接通，由雙向可控硅T1、T2不同的導(dǎo)通狀態(tài)進(jìn)行三種接地方式在不同的動作次序和不同的維持時(shí)間上組合動作，所述三種接地方式分別為帶有線性系數(shù)的非線性電阻接地、小電阻接地和直接金屬接地方式。
專利摘要中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中消弧及消諧保護(hù)裝置，其特征是設(shè)置故障檢測控制單元和三只單相快速開關(guān)，三只單相快速開關(guān)一端分別與三相母線相聯(lián)，另一端共同接于限壓吸能器，限壓吸能器與大功率線性電阻串聯(lián)后接地；在限壓吸能器及大功率線性電阻的兩端分別并聯(lián)有大功率可控硅；以故障檢測控制單元的輸出信號分別作為三只單相快速開關(guān)及可控硅的控制信號。本實(shí)用新型可有效消除電網(wǎng)中弧光放電，抑制諧振過電壓及間歇性弧光接地過電壓，降低動作過程對電網(wǎng)的沖擊，提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和安全性。
文檔編號H02H9/04GK2847639SQ20052007784
公開日2006年12月13日 申請日期2005年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月11日
發(fā)明者李彥, 韓程香 申請人:李彥