ZDB控制器说明书(0508)

1、前 言随着经济的发展，社会的进步，自动调谐的消弧线圈得到了越来越广泛的应用。在许多城市、石油、化工、钢铁、煤碳的高压供电网中都安装使用了消弧线圈补偿装置，大大地降低了由于弧光接地过电压造成危害的机率。本书主要介绍天变航博公司ZDB-II，系列自动调谐消弧线圈系统的结构原理、操作方法以及安装调试的步骤等。目录1 使用范围-32 使用环境-33 性能指标-34 规格型号-35 原理概述-46 性能特点-87 操作说明-98 通讯协议-169 附录-18一、使用范围1.1 它可广泛用于供电局、发电厂、钢铁、煤炭、石油化工等大型厂矿企业的366KV系统的变电站、开闭所。二、使用环境2.1 海拔高度20

2、00m以下。2.2 环境温度：-1040。2.3 大气压力：80110KPa2.4 相对湿度20时小于90%，40时小于50%2.5 无腐蚀性气体、蒸汽、导电尘埃和爆炸性气体，无较强的振动与冲击并应具有防水、防尘设施。三、性能指标·工作电压：三相四线制380V±10%·通讯接口：RS232或RS485·通讯方式：应答式·电容电流测量精度：±5%·残流范围：小于5A·档案容量：128个四、 规格型号 ZDB - IIA 设计序号 产品型号五、自动跟踪原理5.1 引言 在中性点不接地电网中,治理单相接地电容电流过大造成

3、危害的方法之一是中性点加装消弧线圈。消弧线圈的作用是当电网发生单相接地故障后，提供一个电感电流IL补偿接地电容电流Ic，使接地电流减小,也使得故障相接地电弧两端的恢复电压速度降低,达到自动熄灭电弧的目的。当消弧线圈正确调谐时,不仅可以有效地减少产生弧光接地过电压的机率，同时也最大限度地减少了故障点热破坏作用及接地网电压等。对补偿系统的基本要求是:(1)在发生单相接地故障时,补偿装置使流经故障点的残流减小,尽可能只有主接地电流的有功分量和不能被补偿的高次谐波电流；(2)在电网正常和故障情况下,因中性点位移引起的相对地电压升高值不得危害电网的正常绝缘。要想达到第一条的要求,还必须实现对电网电容电流

4、的自动跟踪问题,而(1)、(2)两条又是矛盾的,本章提出动态补偿的概念解决这一矛盾。5.2消弧线圈接地系统的中性点电压位移5.2.1正常运行时的中性点电压位移 消弧线圈接地系统等效电路如图一所示,其中L是消弧线圈的电感,r0代表消弧线圈有功损耗的等效电阻,设三相电源电压完全平衡,其值为，各相泄漏电阻彼此相等,ra=rb=rc=r,且以UA作为参考相量。 式中 电网的不对称度 电网阻尼率 电网的脱谐度 中性点位移电压的大小 (1)式中为中性点未加消弧线圈时电网的自然不平衡电压 图一 消弧线圈正常运行时的等值图 图二 谐振曲线 从式(1)可见,补偿系统中性点位移电压随着脱谐度变化而发生变化，其变化

5、曲线即谐振曲线如图二所示，可见脱谐度v越趋近于零，中性点位移电压愈高，当v=0即全补偿时，其值为/d。所以加装消弧线圈后，对中性点位移电压起到了放大作用，脱谐度愈小，放大作用愈强，放大倍数约为1040。5.2.2故障时的中性点电压位移 当电网中出现单相断线，非全相合闸等故障时，增大，将可能超过限值。另外，电网中出现非同期合闸或大型异步电动机投切操作都可能产生过电压，只有一点补偿电网同未补偿电网是相同的，即发生单相金属性接地时，中性点电压位移都是。5.2.3小结(1)在电网正常运行情况下,正确调谐的消弧线圈对电网安全运行有害无利,为了满足正常中性点位移电压不超过某一限值的要求而不得不将消弧线圈的

6、脱谐度整定在较大的数值,使接地残流加大，补偿效果降低。(2)在电网发生断线故障，断路器非同期合闸事故或大型电动机投切操作时，小脱谐度的消弧线圈使中性点电压位移比无补偿电网严重得多，将出现危险的过电压。(3)消弧线圈发挥有利作用是在电网出现单相接地后，并且脱谐度越小越好，最好是全补偿。 可见(1)、(2)与(3)条是矛盾的，如何解决这种矛盾呢？一种方法是采用增大电网阻尼率的方法，如采用消弧线圈并联电阻或串联电阻接地方案，这种方案在生产实践中也都发挥了有益的作用。但是d增大必然造成接地残流增大。另外,附加大容量的电阻从设计制造安装等方面都有一定的困难。由于现代微电子科学和电力电子技术的发展，完全可

7、以实现动态补偿的方案，即在电网正常运行时，消弧线圈工作在远离谐振点位置，出现单相接地后，瞬间调整消弧线圈实施全补偿。5.3自动跟踪动态补偿系统5.3.1自动跟踪原理 目前国内外已有的自动跟踪调节消弧线圈补偿系统实际上都是一种随动系统，即消弧电抗器的电抗自动跟踪电网电容电流的变化而调整，这种调整发生在单相接地故障之前。其基本工作原理有两种，一种是利用中性点位移电压和参考电压之间的相位移与消弧线圈脱谐度之间的关系来跟踪调整消弧线圈电感，对于一个实际的电网，即使电容电流不变，仍变化很大，这就给调谐带来误差，为了弥补这一缺点，需要在某相对地之间附加一电容C，增大电网的不平衡度。 另一种方法是利用中性点

8、位移电压的幅值随脱谐度变化的关系来跟踪调整消弧线圈电感。从图二可见，随着脱谐度向零点逼近中性点位移电压趋近其最大值，可见以上两种调节的过程也就是电网出现串联谐振过电压的过程。另外，这些方法都不能实时检测电网电容电流的具体数值，也很难定量地调节线圈的脱谐度。根椐式 (1) v>>d时 (2) 式中 : 所以在远离谐振点处，当消弧电抗器电感值为L1时，测得中性点位移电压为，调整电感为L2时，测得中性点位移电压幅值为，则可以利用式(3)计算出: (3) 如果利用微机的计算能力强等特点，在具体算法上采取一系列提高精度的措施，设定检测灵敏度上采取某种处理方法，可以利用上述原理较为精确地实时测

9、定电网电容电流值,并给以直观的显示。5.3.2连续可调消弧电抗器动态补偿要求消弧电抗器在电网出现单相接地后能够瞬间调整至全补偿状态。这就对消弧线圈有两点基本要求:一是能够带额定电压连续调节电感值,二是调节速度迅速。利用机械运动改变铁芯中气隙长度，从而改变电抗器电感的方法不能满足这一要求。可以采用在交流工作线圈内布置一个铁芯磁化段，通过改变铁芯磁化段磁路上的直流助磁磁通大小来调节交流等值磁导，实现电感连续可调的目的。其基本结构如图三所示，其直流励磁绕组采取反串联连接方式，使各绕组上感应的工频电压相互抵消。通过对三相全控整流电路输出电流的闭环调节，实现消弧电抗器励磁电流的控制，利用微机的数据处理能

10、力，对这类电抗器伏安特性上固有的不大的非线性实施动态校正。六、性能特点ZDB-II系列消弧补偿成套装置为原煤炭部1998年新技术推广项目，成套装置96年度获部科技进步三等奖，98年度系列产品再获煤炭工业科技进步三等奖，产品已在电力、煤炭、钢铁、石化等200余个电网挂网运行。这种消弧线圈的基本工作原理是利用施加直流励磁电流，改变铁芯的磁阻，从而达到改变铁芯电抗值的目的，它可以带高电压以电的速度调节电感值。一、成套装置的组成 成套装置由消弧装置和消弧装置控制器组成。其中Z型接法的接地变压器和消弧线圈为环保型H级干式变压器。控制器为大屏幕液晶显示。二、成套装置的性能特点 (1)电控无级连续可调消弧线

11、圈，全静态结构，内部无任何运 动部件，任何触点，可靠性高、调节速度快、使用寿命长。(2)消弧线圈调节范围大，补偿电流上下限之比可达40倍。(3)无需外加阻尼电阻，不存在由于控制死区而引发电阻着火、崩烧的问题。(4)采用动态补偿方式，从根本上解决了补偿系统串联谐振过电压的问题。(5)是唯一一种可以同电网中原有方向型接地选线装置配套使用的补偿装置。(6)控制系统功能齐全，可实时显示电容电流，补偿后残流，具有电容电流追忆功能及接地故障追忆功能。(7)具有RS-232/485串行接口，可同上位机通讯，实时传送电网电容电流、中性点电压、上下限报警、装置自检信息，电网发生接地故障后传送补偿电流、残流等信息

12、。(8)具有双套并用功能。(9)成套装置装有打印机。(10)成套装置可选装选线装置三、成套装置的主要技术指标1）电网电容电流跟踪灵敏度：不大于0.5A；2）励磁电流从零至最大调节时间：不大于20ms；3）补偿后接地电流工频无功分量：不大于5A；4）补偿后系统脱谐度：不大于±5。七、操作说明本装置调试完毕投入运行，监视跟踪电容电流的变化，自动调整补偿参数。当发生接地故障时自动补偿并记录接地信息。该装置设置了六个键：复位键、F1、F2、F3、F4和自检键。其中复位键是系统直接进入复位状态的功能键，任何时候按下此键，系统均进行复位，程序重新进入正常监控状态。自检键是系统进入自检状态的功能键

13、。其他键为功能复用键，具体功能见液晶屏上的提示。下面将分别介绍其中的主要界面和具体的操作方法。1、开关机顺序开机：先投入消弧线圈，再投入控制装置关机：先关控制装置，再关消弧线圈2、开机运行开机后显示如图1界面，停留8秒进入测量状态，如图2所示。 ZDB- 电容电流自动跟踪动态补偿装置 天津市航博公司 图1 ZDB-2A主界面 02-01-18/16:38:34 开口电压：001.2V 正在检测 电容电流自动跟踪动态补偿装置天津市航博公司F1参数 F2调时 F3档案 F4消音 02-01-18/16:38:34 开口电压：001.2V 正在检测 电容电流自动跟踪动态补偿装置天津市航博公司F1参数

14、 F2调时 F3档案 F4消音图2 在此界面中“02-01-18/16:38:34”表示当前的时间是2002年1月18日16时38分34秒。此为实时时钟，接地故障发生与否不影响此时钟。“开口电压”右面的“001.2V"表示当前母线的开口零序电压值，无论是否发生接地故障，此值总是实时显示该段母线的开口零序电压值。“正在检测”表示了该装置的状态“电容电流自动跟踪动态补偿装置”表示产品的名称； “天津市航博公司”是该装置的开发商；“F1参数 F2调时 F3查档 F4消音”是对操作者提供的操作提示，其具体操作将在下面作详细的介绍。控制器处于测量电网电容电流的状态，缓慢递加施加直流励磁，此期间

15、控制柜的“助磁电流”表指针也缓慢上升直至最大。然后再缓慢下降至最小。此过程是判断消弧线圈在控制过程中是否会与电网发生串联谐振，以便程序进行相应的处理。然后“助磁电流”指针在某处变化很慢约20秒时间，进行精确测量电容电流。如果电容电流比消弧线圈的下限还要低，控制器就报下限报警，如图3所示；如果电容电流比消弧线圈的上限还要高，控制器就报上限报警，如图4所示；电容电流在消弧线圈上下限之内，表示系统可以控制，如图5所示。 02-01-18/16:38:34开口电压：001.2V 下限报警电容电流：005.6A 电容电流自动跟踪动态补偿装置天津市航博公司F1参数 F2调时 F3档案 F4消音图3 02-

16、01-18/16:38:34开口电压：001.2V 上限报警电容电流：075.6A 电容电流自动跟踪动态补偿装置天津市航博公司F1参数 F2调时 F3档案 F4消音图4 02-01-18/16:38:34开口电压：001.2V 正常监控电容电流：035.6A 电容电流自动跟踪动态补偿装置天津市航博公司F1参数 F2调时 F3档案 F4消音 图5处于下限时说明对电网电容电流估计过高，这种情况一般不要投运。处于上限则说明对电网电容电流估计不足，这种情况可以投运，但不能达到残流小于5A的要求。只有系统处于正常监控，在有效的补偿范围之内，才可达到理想的补偿效果。如果电网的零序电压在助磁电流为零时大于9

17、V，这种情况认为是病态电网，消弧线圈无法控制，界面显示如图6所示 02-01-18/16:38:34开口电压：010.2V U0越限 电容电流自动跟踪动态补偿装置天津市航博公司F1参数 F2调时 F3档案 F4消音 图6如果在上述检测过程中，直流励磁线或零序电压线或消弧线圈高压没有投运等其他问题会导致测量出错，界面显示如图7所示 02-01-18/16:38:34开口电压：001.2V 系统有误 电容电流自动跟踪动态补偿装置天津市航博公司F1参数 F2调时 F3档案 F4消音 图7只有装置处于“正常监控”状态，系统才是正常的。此时装置根据内部设定的参数，监测电容电流。当电容电流的变化超出设定的

18、门限，系统就处于自动跟踪状态，重复上述过程，其界面显示如图8所示。 02-01-18/16:38:34开口电压：001.2V 自动跟踪电容电流：034.2A 电容电流自动跟踪动态补偿装置天津市航博公司F1参数 F2调时 F3档案 F4消音 图83、接地补偿装置在“正常监控”状态时，随时等待接地的发生。一但零序电压超出设定的门限，装置既认为接地发生，立即进入补偿状态。装置报警并发出蜂鸣声，液晶显示器的背光打开，并记录接地报警信息。此时可按“F4”键消除声音，界面显示如图9所示。 02-01-18/16:38:34开口电压：090.2V 接地补偿电容电流：034.2A电感电流：032.4A接地残流

19、：001.8AF1参数 F2调时 F3档案 F4消音 图9“电容电流：034.2A”为接地之前所测量的电容电流。“电感电流：032.4A” 为装置根据所测量的电容电流给出补偿的电感电流。“接地残流：001.8A”为电容电流与电感电流的差。本装置采取欠补偿的方式，所以接地残流程容性。4、接地解除当零序电压小于设定的门限，装置经多次判断认为接地解除，自动恢复正常监控状态，同时也记录接地解除的信息。5、其他操作系统处于运行主界面时，可随时按“F1、F2、F3、F4”，进行相应的操作。 F1参数接地电压 025V通讯速率 9600BPS本机地址 03DA1 001DA2 002灵敏度1 003灵敏度2

20、 003 F4返回 图10该操作只能查看装置的内部参数，不能修改。所有参数有我厂负责调试，系统投入正常运行后无需修改。接地电压：指装置认为接地时的门限电压通讯速率：指装置与上位机的通讯速率本地地址：与上位机通讯时该装置的地址灵敏度1、灵敏度2 ：装置启动自动跟踪电容电流变化的数据DA1、DA2：程序内部参数 F2调时在正常显示界面，按“F2调时” 可以修改时间，如下图所示。02年01月18日16时37分50秒F1移动 F2修改 F3确认 F4返回图11 图11显示了当前系统运行的时间。通过F1键和F2键可完成对时间的修改，通过F1来选择要修改的位，被选的位呈反显状态（如图4中表示年份的“0”所

21、示）；通过F2来修改该位的值，每按F2键一次，该位值加1。例如：要将“37分”改为“38分”（其余的值保持不变），则连续按F1键，直到“37分”中的“7”显示为“7”时，再按F2键，直到该位变为“8”然后按F3键确认此次修改，再按F4键返回即可完成修改时间。如不做修改直接按F4键返回即可。 F3档案用户可以查看接地档案、开关机时间和手动自检等三项档案记录，其各自最多可以存储128条记录，当超过128条记录时，最先记录的数据将被冲掉。在正常监控状态下，按F3键，则进入如图12所示的查档主界面。图中显示了每种档案的总数。 接地档案 002次 开关机时间 005次 手动自检 001次 F1向上 F2

22、向下 F3确认 F4返回图12 此界面显示了所要查找的三个档案，其中“”指向所要操作的项目，通过F1向上或F2向下来选择所要查看的档案。当选中所要查看的档案后，按F3确认键，就进入相应的档案记录中。 接地档案在“”指向“接地档案”时，按下F3确认键，则进入如图13所示的接地档案记录界面。 图13左上角的“接地档案”表明了此档案的名称，右上角的“002001”表示此档案中共有2条记录，此时所指为第1条记录（即被“ ”所指的记录）。在屏幕上按距离现在的时间由近及远顺序显示了事件名称和事件发生的时间。例如图13中“”所指的记录表明在02年08月20日19时08分54秒接地故障解除。接地档案 0020

23、01 接地解除 02-08-20/19：08：54 接地报警 02-08-20/17：32：35 F1向上 F2向下 F3参数 F4返回 图13 按F1向上或F2向下可以查看其他信息。记录查询完毕后按F4返回键，回到图12所示的档案查看主界面。按F3可以查看当前事件消弧线圈的参数，如图14所示。母线 接地解除02-08-20/19：08：54电容电流：034.5A电感电流：031.8A接地残流：002.7A F3 打印 F4返回 图14 此时，按F3可以将显示的显示内容打印出来。按F4则返回查档状态。 开关机时间该装置可以记录装置的开关机时间，操作同查档，显示如图15所示。屏幕右上方显示的是当

24、前开关机的总次数以及当前所指的顺序。自检档案在正常监控状态，可以按面板上的“自检”键，装置对内部的硬件进行检查并记录自检结果。查看自检档案操作同查档，显示如图16所示。屏幕右上方显示的是当前自检总数以及当前所指的顺序。开关机时间 005001 020121/08：06：45 开机 020120/21：15：21 关机 020120/18：48：33 开机 020120/18：34：16 关机020119/10：24：56 开机F1向上 F2向下 F4返回 图15 手动自检 001001 020119/15：07：07 OKF1向上 F2向下 F4返回 图16 F4消音 当发生接地时装置发出声音报警，按“F4消音”可以消除声音。系统正常时，按“F4消音”可以打开背光，以便观察显示。八、通讯协议消弧控制器能够与上位机通过串行接口通讯。对于消弧线圈，需监测的数据有：1、 电容电流：接地消弧的补偿依据2、 电感电流：接地消弧补偿时的接地电感线圈的电流3、 接地残流：接地补偿之后的残余电流 4、 消弧线圈的状态1通讯方式1）通讯格式：异步，一位起始位，八位数据位，一位停止位。2）通讯速率：9600