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上傳時間：2014-03-28
一、 系統(tǒng)概況
1. 進線：110KV兩條進線，分110KVⅠ段母線和110KVⅡ段母線，內(nèi)橋式接線；
2. 主變：兩臺有載調(diào)壓主變；
3. 10KV：單母線分段，10KVⅠ段母線由1#主變經(jīng)901開關(guān)供電，帶21條出線和1臺PT柜；10KVⅡ段母線由2#主變經(jīng)902開關(guān)供電，帶23條出線和1臺PT柜；10KV母聯(lián)開關(guān)為930開關(guān)；
4. 過電壓防治措施：兩條110KV進線均有一組避雷器；每臺主變中性點均有放電間隙和避雷器；10KV兩臺PT柜內(nèi)均有避雷器；10KV開關(guān)柜斷路器采用的是真空斷路器且均配有避雷器；
5. 負(fù)荷：10KV出線側(cè)均采用電纜出線負(fù)荷是高壓電壓、配電變壓器及其他感性負(fù)荷。
二、 系統(tǒng)過電壓風(fēng)險辨識和可靠性分析
1. 110KV避雷器配置不完善：
從整個系統(tǒng)中可以看出110KV側(cè)只有兩條進線側(cè)有避雷器，兩條母線上沒有避雷器來防止大氣雷擊過電壓，由于110KV配置的是室外設(shè)備，倘若避雷針對110KV設(shè)備保護范圍有盲區(qū)，再加上貴公司所處的地理位置屬雷電多發(fā)地區(qū)，室外電氣設(shè)備的絕緣易受到大氣雷擊過電壓的破壞；
2. 10KV系統(tǒng)存在操作過電壓：
10KV系統(tǒng)設(shè)備均為室內(nèi)開關(guān)柜配置，斷路器采用的是真空斷路器。真空斷路器在開斷變壓器、高壓電動機等感性負(fù)載時會產(chǎn)生截流過電壓、三相同時開斷過電壓和多次重燃過電壓等，統(tǒng)稱為操作過電壓。
操作過電壓不僅產(chǎn)生在相對地而且產(chǎn)生在相間，而避雷器在設(shè)計時是按相對地過電壓設(shè)計的，過電壓產(chǎn)生在相對地時避雷器可以起到保護保護作用。但是，當(dāng)過電壓產(chǎn)生在相間時，避雷器需要兩單只ZnO動作來限制過電壓，如果過電壓的幅值大于單只ZnO的動作值，卻小于兩單只ZnO動作幅值之和，這時避雷器就不動作，而這個過電壓幅值卻又超過了設(shè)備的絕緣耐壓值，最終將會使以固體為絕緣的電氣設(shè)備絕緣遭到破壞。
真空斷路器開斷高壓電動機時產(chǎn)生的相間操作過電壓在通常情況下是相地操作過電壓的1.5～2.0倍。真空斷路器開斷高壓電動機時，特別是在開斷啟動過程中的電動機時，相間操作過電壓有時可能會超過4倍的額定電壓，嚴(yán)重危及電動機的絕緣。
3. 10KV系統(tǒng)沒有防治弧光接過電壓的措施：
10KV系統(tǒng)為中性點非直接接地系統(tǒng)，并且出線全部采用的是電纜出線。當(dāng)發(fā)生單相間歇性弧光接地（以下簡稱 “弧光接地”）故障時，由于電弧多次不斷的熄滅和重燃，導(dǎo)致系統(tǒng)對地電容上的電荷多次不斷的積累和重新再分配，在非故障相的電感—電容回路上引起高頻振蕩過電壓。對于架空線路，過電壓幅值一般可達3.1～ 3.5倍相電壓；對于電纜線路，過電壓幅值可達4～7倍相電壓。在以電纜線路為主的供電電網(wǎng)中， 在絕緣擊穿或電弧重燃時，過渡過程中產(chǎn)生的高頻電流，可達數(shù)百安培甚至上千安培。
弧光接地過電壓產(chǎn)生的原因是由于固體絕緣設(shè)備的增多、真空斷路器的大量采用、內(nèi)部過電壓得不到有效限制、外部原因（如雷擊、鳥害、斷線、樹枝等外力破壞以及閥式避雷器放電）等。弧光接地過電壓加劇了電纜等固體絕緣的積累性破壞、導(dǎo)致燒PT或保險熔斷、以及避雷器和過電壓保護器爆炸的事故。
4. 10KV系統(tǒng)沒有采取防止鐵磁諧振過電壓造成燒PT和保險熔斷的安全措施：
在10KV中性點不接地系統(tǒng)中，雖然電源側(cè)的中性點不直接接地，但電壓互感器的高壓側(cè)中性點是接地的。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，由于電壓互感器的鐵心線圈相當(dāng)于與電容器并聯(lián)，構(gòu)成了可能產(chǎn)生諧振的并聯(lián)電路，會造成相對地電壓升高√3倍后，導(dǎo)致電壓互感器的鐵心出現(xiàn)飽和或接近飽和，阻抗變小，電路中出現(xiàn)容抗和阻抗相等的情況，從而產(chǎn)生了鐵磁諧振，導(dǎo)致燒PT或保險熔斷。
三、 系統(tǒng)過電壓解決方案
1、110KV避雷器配置不完善的防范措施：
a、在110KV兩條母線上各增加一組無間隙復(fù)合外套氧化鋅避雷器；
b、對進線側(cè)上的避雷器做相關(guān)的試驗，如性能降低很多就及時更換性能更好的無間隙復(fù)合外套氧化鋅避雷器；
c、檢查避雷針在保護110KV設(shè)備時是否存在保護盲區(qū)，如有對避雷針進行整改。
2、防治10KV系統(tǒng)操作過電壓：
在每臺10KV開關(guān)柜出線側(cè)均安裝性能和通流量大的HQLB系列大容量防爆過電壓保護器。
HQLB系列大容量防爆過電壓保護器的作用是用來限制大氣過電壓和操作過電壓的幅值，吸收過電壓能量，防止過電壓對系統(tǒng)設(shè)備的絕緣造成損害。跟普通的ZnO避雷、無間隙四星型接法的組合式過電壓保護器、三間隙四星型ZnO過電壓保護器、與RC阻容保護器等相比較：
a、不僅能限制大氣過電壓還能限制操作過電壓中的相對地過電壓和相間過電壓；
b、正常運行時由于放電間隙與氧化鋅閥片相串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，使兩者互為保護，放電間隙使氧化鋅閥片的荷電率為零，氧化鋅良好的非線性特性又使放電間隙動作后立即熄弧，無續(xù)流，提高產(chǎn)品的使用壽命；
c、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的最新設(shè)計及新材料的應(yīng)用解決放電分散度問題，且沖擊系數(shù)基本為1；
d、有明確的過電壓限制值，沒有增加系統(tǒng)中對地電容電流，吸收能量大的優(yōu)點。
由于市場上普通的過電壓保護器在生產(chǎn)工藝和選材上不良導(dǎo)致過電壓發(fā)生事故。我公司針對現(xiàn)場事故的原因進行分析，以及對發(fā)生事故的保護器解剖，事故的原因有以下三點：
a、受潮（占總事故的85%）。
主要是因為密封失效所導(dǎo)致的，有兩個明顯特征：閥片側(cè)釉有明顯的電弧燒灼痕跡；電極表面有明顯的銅綠。
普通的過電壓保護器間隙和閥片通過環(huán)氧筒套裝，內(nèi)部有大量的空氣會產(chǎn)生呼吸現(xiàn)象，在內(nèi)部產(chǎn)生凝露，放電間隙被氧化使放點距離變小，生產(chǎn)環(huán)境工藝控制不嚴(yán)，密封不好，閥片受潮導(dǎo)致內(nèi)部短路出現(xiàn)爆炸事故。
我公司采用閥片整體模壓、間隙下沉,不采用傳統(tǒng)方式-環(huán)氧筒套裝，防止產(chǎn)生呼吸現(xiàn)象；現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境嚴(yán)格控制，保持恒溫恒濕的環(huán)境，不至元器件受潮；
b、熱崩潰（占總事故的10%）。
主要是因為通流容量不足所導(dǎo)致的，有兩個明顯特征：閥片端面被擊穿或擊裂；電極尖端被燒熔。
現(xiàn)在過電壓保護器一般用的Ø42閥片，通流量為
我公司加大閥片的通流量(用Ø52的閥片)，達到600
c、位置錯誤（占總事故的5%）。
主要是因為電壓等級選錯或保護對象用錯所導(dǎo)致的，有兩個明顯特征：閥片端面被擊穿或擊裂；電極尖端被燒熔。在安裝使用前我公司與用戶密切聯(lián)系，選擇與電壓等級、保護對象都相對應(yīng)的型號。
另外為了便用用戶提早發(fā)現(xiàn)過電壓對設(shè)備絕緣破壞的隱患，我們采用了帶三相六路智能數(shù)字計數(shù)器功能。可分相記錄過電壓次數(shù)，時刻反映并記錄被保護設(shè)備的過電壓發(fā)生狀況，記錄三相六路的過電壓次數(shù)，預(yù)知系統(tǒng)故障，為分析事故提供依據(jù)。若發(fā)現(xiàn)某一相過電壓次數(shù)明顯增多，則應(yīng)及時檢查線路，查找原因。
3、防治弧光過電壓和鐵磁諧振過電壓的措施：
在10KV系統(tǒng)兩條母線上各安裝一臺HQLXH系列智能型消弧消諧裝置。
消弧裝置能迅速將弧光接地故障轉(zhuǎn)化為金屬性接地，則故障電弧熄滅，同時將弧光過電壓限制在線電壓水平。非故障相上的過電壓立即穩(wěn)定在√3倍，系統(tǒng)中的設(shè)備可以在這個電壓下安全運行，給值班員提供轉(zhuǎn)移負(fù)荷及查找故障點的時間，不至使設(shè)備絕緣被擊穿或開關(guān)跳閘。我公司的消弧裝置不僅具有上述功能，還具有抵制鐵磁諧振使PT燒毀和保險熔斷的功能。
目前市場上的消弧消揩裝置存在變電站空母線送電時誤動作、發(fā)生弧光過電壓時合真空接觸器合錯相、高壓熔斷器經(jīng)常熔斷、故障點恢復(fù)時瞬間電流可能會引起PT熔絲熔斷等事故發(fā)生。這些現(xiàn)象是由于：
a、判據(jù)不合理;
b、消弧消諧控制器受電磁干擾引起的誤判，在發(fā)生弧光接地時，合閘合錯了相，引起了相間短路。即抗干擾能力不夠;
c、設(shè)計時熔斷器選擇過小，消弧消諧裝置動作后，造成熔絲熔斷。消弧消諧裝置動作后，運行值班人員不知道情況（后臺通訊聯(lián)不上），故障情況下長時間運行，如另一相再有接地，引起短路;
d、高頻電流的影響導(dǎo)致高壓限流熔斷器熔斷;
e、互感器飽和點低;
f、故障點恢復(fù)時，瞬間電流對電壓互感器及熔斷器的沖擊，引起電壓互感器熔絲熔斷（嚴(yán)重時可能造成PT損壞）。
我公司針對以是現(xiàn)象及發(fā)生的原因?qū)ο∠C裝置進行了大量的改進。具體如下：
A、不采用傳統(tǒng)的單片機來控制（單片機的抗干擾能力最多做到抗干擾III級）而是采用抗干擾能力更好的32位DSP、雙CPU技術(shù)�？垢蓴_能力達IV級, 通過電氣性能、環(huán)境及安全檢驗和電磁兼容檢驗。使控制器減少受環(huán)境和電磁干擾的影響，防止裝置的誤動,動作更迅速，2個周波(40ms)之內(nèi)快速合閘熄弧，避免事故擴大，讓用戶放心；
B、針對熔斷器選小問題，我公司要求技術(shù)人員與設(shè)計院或用戶落實好系統(tǒng)參數(shù)，以保證對消弧消諧裝置的參數(shù)滿足系統(tǒng)要求；不在不合理的系統(tǒng)中使用消弧裝置，如直接接地、小電阻接地系統(tǒng)；提高裝置的抗干擾能力，防止裝置誤合閘導(dǎo)致熔絲熔斷；
C、針對消弧動作后，用戶不知道情況，故障情況下長時間運行造成另一相接地，引起短路。我公司在裝置上增加了通訊功能，并通過國家繼電器檢測試驗；
D、設(shè)計在滿足系統(tǒng)要求的參數(shù)的情況下，提高電壓互感器的飽和點。一般電壓互感器飽和點在1.6-1.8倍相電壓，我公司目前將互感器飽和點提高到2.0~3.5倍；利用32位DSP技術(shù)、雙CPU技術(shù)的全頻智能二次消諧能有效消除無論是接地時發(fā)生的諧振還是不接地時發(fā)生的諧振，更好地保護PT；
E、研發(fā)了一個新的產(chǎn)品，以防止接地電流對互感器及熔斷器的沖擊。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地以后，PT中性點對地為高阻狀態(tài)，待接地復(fù)位后，延時將高阻狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥锠顟B(tài)，從而保護電壓互感器及PT熔芯；
F、不選擇質(zhì)量差、成本低的一次元器件（如銅的熔絲、鋁做的真空接觸器）
G、控制器里增加電容電流記憶功能�？梢越o增容擴容的用戶系統(tǒng)或初設(shè)時選擇的不合理，能對高壓限流熔斷器進行升級 ；
H、增加了零序接地保護，以保護有發(fā)電機及大電機的電力系統(tǒng)；
I、利用母聯(lián)接點增加閉鎖功能，防止消弧裝置重復(fù)使用；
J、增加故障錄波功能�？梢酝ㄟ^波形反映是否發(fā)生弧光接地，并判斷消弧裝置是否動作（我們最新增加的功能）
K、裝置具有啟動外部設(shè)備接口，以保證與系統(tǒng)中的消弧線圈配合使用，解決煤碳系統(tǒng)對降低接地電容的要求；裝置具有外部閉鎖功能，確保裝置與有發(fā)電機用戶的系統(tǒng)配合使用。
L、六大故障記錄功能：故障相別、故障性質(zhì)、故障時的接地電流、故障的時間、故障時的三相電壓、故障時的系統(tǒng)頻率
M、六大故障處理功能：系統(tǒng)斷線故障系統(tǒng)金屬接地故障系統(tǒng)弧光接地故障、系統(tǒng)低電壓故障、系統(tǒng)過電壓故障、系統(tǒng)諧振故障、
N、34項型式實驗(只列出部分)：電快速磁場輻射抗擾度檢驗（四級）、靜電放電抗擾度檢驗（四級）、振蕩波抗擾度檢驗（三級）、基本功能檢驗、承受振動響應(yīng)能力檢驗、防護等級、整組聯(lián)動試驗、機械特性試驗、雷電沖擊耐壓試驗、弧光接地試驗等。
四、 總結(jié)
通過以上方案可以彌補貴公司系統(tǒng)中在防治過電壓中的缺陷，但對于10KV系統(tǒng)頻繁跳閘的原因，僅僅從圖紙上還不能完全的判定，需要我公司相關(guān)的技術(shù)人員到現(xiàn)場與貴公司相互配合依據(jù)實際的運行情況和事實，才能對具體的原因做出正確的判斷。
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