关于TEV多功能PT综合装置的技术说明.doc

关于TEV多功能PT综合装置（消弧消谐选线装置）的技术说明一、 引言过电压在电力系统中是一个比较复杂的问题，过电压水平的高低直接决定着系统的安全和寿命。系统中产生过电压的情况比较复杂，不同因素产生的过电压其特性也不相同，作为过电压保护，我们应该以系统的观点进行综合考虑，任何孤立的措施，都不够完善。中性点不接地被称为非有效接地系统，该系统具有较高的供电可靠性和运行安全性，在我国非常普及，在我国大多都是采用该系统，已积累了大量的运行经验，但该系统的过电压倍数较高，因此对电器设备的绝缘要求也较高，同时系统经常受到非线性谐振和间歇性弧光接地过电压的威胁。特别是随着电缆网络的普及，电容电流迅速增大，在系统发生单相间歇性弧光接地故障时，电弧很难自熄，系统中必须要安装有相应的消弧、消谐及过电压等保护装置。同时如果系统发生的接地是永久性接地故障，这时消弧装置是无能为力的，因现代生产工艺的要求以及电力自动化的快速发展，单相接地故障的查找费时费力的人工拉闸方法已不再适应，单相接地选线装置已成为中性点非有效接地系统必备装备。按我国有关规程规定，在310kV电力系统中，若单相接地时的电容电流超过1030A；或3560kV电力系统单相接地时电容电流超过10A，其系统中均应配备相应的消弧消谐装置。目前的消弧有两大类，即采用传统的消弧线圈和采用现代技术的消弧装置。两类装置各有特点，但总的来说，消弧装置具有较大的优越性。现就消弧装置的工作原理简单分析如下：二、消弧线圈存在的问题传统的方法是在变压器的中性点安装一消弧线圈（电抗器），虽然消弧线圈迄今已有80多年的应用历史，但从电力系统的实际运行经验来看，仍然存在许多不足，主要表现在以下几个方面：、 消弧线圈对电容电流变化的测量计算很复杂，准确度不够，在实际运行中很难运行在最佳挡位，特别是为了避免谐振补偿，往往使补偿后弧道的残流仍然较大，过零后复燃的可能性仍然存在，最终导致消弧失败。、 消弧线圈补偿的仅仅是工频电容电流，而实际通过接地点的电流不仅有电容电流而且还包含有大量的高频电流和阻性电流，严重时仅高频电流和阻性电流就可以维持电弧的持续燃烧，这是消弧线圈根本无法解决的。、 消弧线圈的主要作用只是缓和故障相恢复电压的上升速度，阻尼谐振的产生，但其对接地及谐振产生的过电压却无能为力。、 在电力系统运行后发生稳定的单相接地后，迅速查找并切除故障线路，对提高系统的安全运行，防止事故扩大具有主要意义，而使用消弧线圈的谐振系统在选线上难度较大，准确率较低。、 当电网发生断线、非全相、同杆线路零序电压的电容耦合等非接地故障，使电网不对称电压升高。如果升高到一定程度，自动调节的控制器误认为电网发生接地，将阻尼电阻短路，而此时消弧线圈又调谐在接近全补偿状态，其后果是产生很高的中性点位移电压，造成其中一相电压升高很多，以至损坏电网中其它设备，将一个小故障扩大为事故。、 如果阻尼电阻旁并联的是机械操作开关，当电网发生间隙性接地，例如风吹树枝碰线，跳线摆动碰板线，风吹的摆动是数秒或数十秒一次，几十次至几百次高阻接地，就要导致阻尼电阻并联的机械开关频繁合分，开关尤其是开关中的操动机构很容易损坏，开关一旦损坏，其后果是阻尼电阻被烧毁，阻尼电阻内的电弧可能引发更大的事故。、 随着电网的扩大，消弧线圈也随之更换，不利于远景规划。、 消弧线圈体积大，组件多，成本高，安装所占场地较大，运行维护复杂。三、TEV装置的功能说明TEV装置是集过电压保护、消弧、消谐及选线等功能在一起的综合保护装置，本装置是利用计算机、过电压保护、测量和通讯、真空开关以及高能氧化锌压敏电阻等技术组成的一套自动测控装置。除具有基本的PT功能以外，还具有以下功能特点，简单介绍如下：1、过电压保护功能：电力系统中的过电压主要有大气过电压、操作过电压、谐振过电压以及间歇性弧光接地过电压（属于操作过电压的一种）等几种。TEV装置中配置了JPB组合式过电压保护器，该保护器采用三间隙四单元组合式结构方式，它除可以保护大气过电压外，还可以保护操作过电压，特别是提供了相间过电压保护功能，使保护功能更完善，与普通避雷器相比，其相对地的保护残压降低了20%30，相间的保护残压降低了50左右，但其自身的安全性能却仍然非常优异。TEV装置中配置的RV高能限压器，除具备极大的能容量外，还具有良好的压敏特性，其在消谐和消弧的过程中，是直接投在系统的某一相母线上的，将该相的电压可靠地限制在其设定的范围内，有效地限制谐振和间歇性弧光接地过电压，很好地保护了系统的绝缘安全。、消弧功能：本装置的主要功能之一，装置通过由微机控制器TZK和PT组成的检测系统对系统进行监测，当系统发生间隙性弧光接地时，TZK立即发出指令，令故障相真空接触器合闸，迅速将高能限压器RV投入到故障相上，由限压器RV将故障相的恢复电压限制到额定相电压的50%，使弧道的恢复电压上升到该值时就不再上升。根据交流电弧理论知道，弧道在接地电流过零时将熄灭，随后故障相的恢复电压将按正玄波上升，同时弧道的介质抗电强度也按其固有的物理特性在恢复，消弧能否成功主要取决于电流过零后弧道的介质恢复强度Ujf与加在弧道上的恢复电压Uhf之间的相对关系，如果在故障相的恢复电压上升到较高值时，出现UjfUhf，同时真空接触器合闸后保持一段时间，保证使弧道充分去游离，从而达到消弧的目的。另外由于限压器在限压的过程中要吸收很大的电弧激励能量，一方面使恢复电压的振荡幅值较低，另外也可以对弧道起到很大的分流作用，使弧道的恢复电压上升速度减缓，延长了电弧重燃的时间，提高了重燃电压的幅值，进一步保证电弧的可靠熄灭，大大提高了系统运行的安全可靠性。因本装置中使用的限压器R的响应速度非常快，不论是对电容性电流、阻性电流或者是高频电流等接地电流，均可起到良好的保护作用，消弧效果更加理想。本装置的消弧原理主要是采用限制弧道两端恢复电压的方法，与系统的接地电流无关，所以选型非常简单，同时对电网的运行状态无要求，方便电网的改造和扩容。本装置在消弧的同时，由于限压器的作用，使间歇性弧光接地产生的过电压被限制在系统绝缘允许范围内，具有良好的过电压保护功能。、消谐功能：本装置通过对零序电压的幅值和相位的检测，当系统发生非线性谐振时，微机控制器指令将限压器RV短时投到系统中去，限压器一方面将系统电压降到PT的线性区域，同时将谐振能量迅速迅速和泄放，使谐振立即消除，同时因的非线性，使的谐振根本就无法稳定在某一点，从而使系统谐振不再重新产生。用该种方法进行消谐，不仅迅速可靠，而且对系统无任何影响，同时还可以限制过电压，这是其他任何消谐装置所不具备的。本装置在上述一次消谐的基础上，还设置有二次消谐，即利用功率电阻短时短接PT的二次开口三角，这与目前比较流行的由二次消谐原理构成的微电脑消谐器完全相同。、单相接地选线中性点非有效接地系统在发生单相接地时也许维持运行一段时间而不跳闸，而该接地故障点的查找却给人们带来许多麻烦，不仅费时费力，对一些生产工艺连续性强或重要负荷在拉闸查找时带来了许多不便，有时甚至会因接地故障不能及时处理而导致更大的事故。TEV装置中的选线原理在传统的功率相位（群体比附比相）的基础上，增加了由我公司独创的增量突变法，利用多功能电容的投切，瞬时增加零序电流的技术，增加了零序电流突变的判据，最终采用人工智能的方法，使选线准确率很高，为系统故障排除和分析提供了极大的方便。TEV装置的检测、判断、控制、记录等均采用微机控制；智能化程度非常高，完全自动执行，并且还具有良好的通讯功能，通过RS-485（或RS-232）串行口可以与上位管理机联网，实现遥测遥控。运行和维护都非常方便，同时还具有很高的可靠性。TEV多功能PT综合装置基本原理图四、装置运行中的安全问题TEV装置通过PT对系统的三相电压和零序电压进行监测，当系统发生接地或谐振时，首先装置根据零序电压的幅值、相位和三相电压的幅值以及三相电压中高频分量等参量的变化，判断故障性质以及位置，随即发出相应的执行指令，对故障进行处理。如果发生的是谐振，由于中性点为非有效接地系统，限压器的投入对系统的正常运行不会产生影响，不存在安全问题。如果发生的故障是间歇性弧光接地，装置将在故障相与地之间投入高能限压器，对接地故障进行处理，使接地电弧立即消除，并保持一段时间，让接地弧道充分去游离，然后装置退出，系统恢复。其中安全问题主要考虑两个方面：(1) 投错相故障：在消弧过程中，如果出现装置误判，投错了相，使系统出现多点异相接地故障，这是最严重的安全问题。因TEV装置采用高能限压器消弧技术，在健全相上所投的是高能限压器RV，并非是金属性接地，因此不会对系统产生巨大的冲击涌流。简单举例如下：设系统额定电压为10kV；额定电流为3150A；系统阻抗压降百分比为0.08;JWSX装置中的高能限压器RV的动作电压为50%Up(约4000V);RV:100A电流下的残压比为1.1;2000A电流下的残压比为2.4;4000A电流下的残压比为3.8.图9 限压器的U-I特性假设系统容量为无穷大，我们直接将系统线电压作为限压器的残压，其残压倍数为：Kj=32=3.5根据限压器的U-I特性知，这时的电流为3500A左右。为了保证系统的安全运行，使装置自身的损失降至最低，我们在每个真空接触器与电网连接处均设置有快速限流熔断器，3500A的冲击电流其开断时间小于2ms，也就是说这时因TEV投错相对系统造成的冲击只是3ms，3500A电流，对系统的冲击基本不用考虑。（说明:高能限压器RV采用的是高能氧化锌压敏电阻,该元件在小电流时(500A以下)非线性很好,但工作在大电流时非线性相对较差）如果没有高能限压器，会造成直接相间短路,产生的最大的冲击电流为：Imax=3150/0.08=39375A (40KA)如此大的电流对系统的危害是十分严重的。(2) 同相多点接地问题：其现象是系统了发生单相接地，这时消弧装置检测到了故障，在站内母线上再人为制造一个接地点，纯粹从消弧的角度来看，应该是没问题的，但其会带来以下几个问题：a装置的可靠性：目前大多厂家的消弧装置采用的方法是将不稳定的弧光接地直接转化为金属接地，其具有结构简单，成本较低的优点，但也会存在一些可靠性的问题。我们知道系统发生弧光接地时，由于弧道介质抗电强度仍然存在，电弧间歇性重燃，系统对相间和相地间的分布电容进行充放电，不仅健全相会产生过电压，故障相同样也会产生较高的过电压，也就是说故障相对地分布电容储存有较多的电荷能量，如果刚好在电弧电流过零或电弧重燃期间合闸，系统能够平稳过度，应该是没问题的，但这种概率极低，如果在故障相电压恢复到一定程度时合闸，该装置瞬间将故障相对地短接，这时故障相电压立即跌落为零，健全相电压跌落为线电压，造成系统电压闪变，对系统中的电气设备不利，同时故障相电容储存的全部电荷及健全相分布电容储存的大部分电荷，将通过消弧装置将瞬间释放，产生巨大的涌流，该类装置为防止投错相造成相间短路带来的危害，设置有快速限流熔断器，该熔断器的I-S特性较好，因此造成熔断器损坏的概率很高。一旦熔断器损坏，装置功能将失去。装置在消弧成功后，需跳闸返回，由于是金属接地，工作时故障相电压为零，跳闸的瞬间，故障相相当于空载变压器投运，电压由零瞬间上升为相电压，健全相由相电压瞬间降为相电压，三相对地电容需进行电荷重新分布，而中性点不接地系统零序回路只有电压互感器电抗最低，成为唯一通道，瞬间涌流相当于直流，使电压互感器深度饱和，通过电压互感器中的电流很大，会引起系统谐振，严重时可能会直接造成互感器损坏事故，该类事故国内已多次报道。TEV装置是采用高能限压器的方法，其消弧原理是降压、泄能和缓和电压上升速度。不存在上述问题的。b选线问题：系统发生单相接地，消弧装置立即动作，如果是间歇性接地故障，故障消失后，系统恢复正常运行，问题不大。如果是永久性接地故障，则故障点的查找将非常重要，由于消弧装置响应速度较快，而选线装置的响应时间较长，因消弧装置的作用将故障点被转移至开关室内，造成选线装置无法准确工作。也就是说消弧装置与选线装置响应时间冲突，为解决这个问题，TEV装置将选线与消弧的控制部分合为一起，内部相互通讯，采用同一个启动阈值，在系统发生单相接地故障的瞬间，消弧与选线同时采集数据，选线将采集的零序电流信号先放入寄存器内，当消弧动作指令发出后，选线系统停止零序电流信号的采集，从而保证了所采集数据的准确性。在系统消弧时，选线系统由CPU来调用寄存器内的数据进行计算分析，其整个工作时间约1s左右。c多台装置同时动作问题：由于过电压保护是有一定的距离限制的，特别是有些系统比较大，运行方式比较复杂，采用一台装置完成不了对系统的保护，所以大多数都是在一个系统中采用了多台消弧装置并列运行。由于消弧装置对故障检测的判据是电压信号，系统一个故障点，系统内的所有装置都会检测到，而对具体故障位置无法判断，导致系统内所有装置同时动作，对于中性点非有效接地系统安全是没问题的，但是由于每个装置的分散性，其响应和返回速度均存在有一定的差异，结果会造成先返回的装置再次动作，多台装置间相互锁死，最终整个系统中所有装置无法返回，必须人工解除，完全不能满足现代供电系统自动化运行的要求，这个问题在运行中曾多次出现过。TEV装置在国内首家采用电流方向判断技术，在装置中增加了零序电流与零序电压方向的比较判断，能够准确定位故障发生位置，即使是多台装置同时使用，只有离故障点最近的装置才动作，其他装置不动作，保证不会出现一个故障点多台装置同时动作的弊端。d残流问题：系统发生的单相接地故障如果是不稳定的弧光接地故障，该类装置一旦动作，故障点的电流将立即消失，故障点的残流为零。如果是永久接地，TEV对残流的限制效果较差，只有通过选线功能，将故障馈出线上报到后台隔离机上，由运行值班人员根据运行需要进行处理。对于一些特殊场所，要求单相接地后供电不间断，同时残流极小，如矿井等，我们开发生产一种TEV-装置，该装置是在常规TEV的基础上，增加了一个真空接触器，对于消弧不成功的永久接地故障，该真空接触器将限压器短接，把故障电流转移至站内，同时将故障位置和故障性质上班至后台管理机，在故障处理完毕后，由人工解除。4 其他说明TEV装置是通过高能限压器，对系统电压进行处理来完成消弧消谐等功能的，对系统其他电量特征没有影响和改变，所以可以与消弧线圈并列使用，其对系统线圈的功能和特征以及运行模式没有如何改变，而且两套装置性能上可以互补，保护效果更加理想。高能限压器RV是本装置的核心元件，它是由高能氧化锌压敏电阻组