專利名稱：通過(guò)高頻阻尼元件接地的消弧裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力設(shè)備的繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種通過(guò)高頻 阻尼元件接地的消弧裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的技術(shù)狀況中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，形成弧光接地過(guò)電壓的基礎(chǔ) 是間歇性電弧。當(dāng)中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相間歇性弧光接地(以下 簡(jiǎn)稱"弧光接地，，)故障時(shí)，由于電弧多次不斷的熄滅和重燃，導(dǎo)致系統(tǒng) 對(duì)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 一 電 容回路上引起高頻振蕩過(guò)電壓。對(duì)于架空線路，過(guò)電壓幅值一般可達(dá)3. 1 ~ 3. 5倍相電壓。以電纜線路為主的供電網(wǎng)絕緣擊穿或電弧高頻電流過(guò)零點(diǎn)電 孤熄滅的可能性大大提高，電纜線路弧光接地時(shí)，非故障相的過(guò)電壓可達(dá) 4~71倍。
高幅值的過(guò)電壓加劇了電纜等固體絕緣的積累性破壞，同時(shí)弧光接地 過(guò)電壓還將導(dǎo)致燒電壓互感器或保險(xiǎn)熔斷，更為嚴(yán)重的將導(dǎo)致避雷器爆炸。
解決弧光接地問(wèn)題早些時(shí)候采用的是改變系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式，利用 小電阻接地，犧牲供電可靠性來(lái)解決弧光接地；后來(lái)發(fā)展為采用消弧線圈 原理，利用電感和電容的電壓電流特性不同，采用電感電流來(lái)補(bǔ)償電容電 流，由于弧光接地為高頻量，所以按工頻設(shè)計(jì)的消弧線圏無(wú)法補(bǔ)償高頻電 流，相反由于線圈的接入還將產(chǎn)生許多副作用，比如選線不準(zhǔn)，容易產(chǎn) 生諧振，傳遞過(guò)電壓等等。
鑒于以上分析，目前采用比較多的消除弧光接地產(chǎn)品還是消弧及過(guò)電 壓保護(hù)裝置拒。裝置主要由三相組合式過(guò)電壓保護(hù)器、可分相控制的高壓 真空接觸器、微機(jī)控制器、高壓限流熔斷器組件及帶有輔助二次繞組的電 壓互感器PT等組成。 一旦系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地，微機(jī)控制器立即判別故 障類型和相別并向故障相的真空接觸器發(fā)出動(dòng)作指令，真空接觸器快速將弧光接地相轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘俳拥亍?br> 現(xiàn)有產(chǎn)品存在的不足之處1、由于該產(chǎn)品為防止裝置動(dòng)作后另外兩相 又有某相發(fā)生接地時(shí)造成兩相對(duì)地短路，裝置采用高壓限流熔斷器作為后 備保護(hù)，由于高壓熔斷器的選擇設(shè)計(jì)是按工頻狀態(tài)下的單相金屬接地時(shí)的 電容電流選擇的，而裝置是在系統(tǒng)發(fā)生弧光接地時(shí)動(dòng)作，這個(gè)時(shí)候系統(tǒng)存 在強(qiáng)大的高頻電壓和電流，如果不加一個(gè)高頻阻尼元件，在合閘的瞬時(shí)將 有一個(gè)很大的高頻沖擊電流流過(guò)高壓限流熔斷器，引起熔斷器熔斷，這種 情況下的熔斷器屬于非正常熔斷，因此這類產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)經(jīng)常發(fā)生裝
置正常動(dòng)作后引起熔斷器熔斷。2、該裝置僅僅是通過(guò)系統(tǒng)電壓來(lái)判斷是不
是弧光接地，因此對(duì)有源裝置發(fā)生弧光接地?zé)o法區(qū)分出來(lái)，比如高壓發(fā)電 機(jī)定子弧光接地時(shí)，裝置如果動(dòng)作將造成不同電位的兩點(diǎn)被短接，形成短
路。所以在帶自備發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)無(wú)法使用該產(chǎn)品。3、由于裝置沒有引入電 流作為判斷條件，因此當(dāng)裝置動(dòng)作后如果動(dòng)作返回，裝置無(wú)法記錄下來(lái)當(dāng) 時(shí)動(dòng)作時(shí)的系統(tǒng)電容電流，給運(yùn)行及事故分析帶來(lái)難度。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是要解決下述三個(gè)問(wèn)題1、解決真空接觸器合閘瞬 時(shí)高頻沖擊電流容易造成高壓熔斷器熔斷的問(wèn)題；2、引入電流信號(hào)做為重
要判據(jù)，在裝置里設(shè)計(jì)出高壓發(fā)電機(jī)iooy。定子接地保護(hù)邏輯，在同一個(gè)程
序上來(lái)實(shí)現(xiàn)兩種邏輯的配合，這樣可100%實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的邏輯配合。3、將系統(tǒng) 電容電流信號(hào)引入裝置，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作時(shí)將信號(hào)記錄下來(lái)，便于事故分析。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下
通過(guò)高頻阻尼元件接地的消弧裝置包括高壓隔離開關(guān)l、高壓限流熔 斷器2、三相電壓互感器3、三相過(guò)電壓保護(hù)器4、分相控制的真空接觸器 5、發(fā)電機(jī)零序電流互感器8，通過(guò)高頻阻尼元件接地的消弧裝置還包括智 能控制器6，高頻阻尼元件7和接地電流互感器9;
分相控制真空接觸器2和高頻阻尼元件7之間的連接導(dǎo)線從接地電流互感器9中心穿過(guò)，高頻阻尼元件7另一端接地；
分相控制的高壓真空接觸器5另一端和高壓限流熔斷器2 —端連接； 分相高壓真空接觸器5為常開結(jié)構(gòu)；高壓限流溶斷器2另一端和三相母線 連接；
高壓隔離開關(guān)1一端和三相母線連接，高壓隔離開關(guān)1為常開結(jié)構(gòu)；
三相過(guò)電壓保護(hù)器4接在三相母線和地之間； 接地電流互感器9的輸出端和智能控制器6連接；
三相母線由發(fā)電機(jī)零序電流互感器8中心穿過(guò)，發(fā)電機(jī)零序電流互感 器8的輸出信號(hào)電流IO，接入智能控制器6;
電壓互感器3用于檢測(cè)三相母線和零序電壓，其輸出電壓訊號(hào)Ua、 Ub、 Uc、 U0接入智能控制器6;
智能控制器6包括信號(hào)處理單元，邏輯運(yùn)算單元，執(zhí)行單元，信號(hào)處 理單元的輸入端分別和輸入電壓電流信號(hào)連接，信號(hào)處理單元的輸出端和 邏輯運(yùn)算單元連接，邏輯運(yùn)算單元的輸出端和執(zhí)行單元連接，執(zhí)行單元輸
出端和分相控制的高壓真空接觸器5的控制線圈連接；信號(hào)處理單元在軟 件支持下對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并記錄存儲(chǔ)；
智能控制器6的數(shù)據(jù)處理單元和邏輯運(yùn)算單元均采用32位DSP微處理器。
系統(tǒng)發(fā)生弧光接地時(shí)裝置快速動(dòng)作，將弧光接地轉(zhuǎn)化為高頻阻尼接地。 本實(shí)用新型的積極效果是
1、 降低了正常動(dòng)作時(shí)熔斷幾率；
2、 解決發(fā)電機(jī)等有源設(shè)備內(nèi)部發(fā)生單相弧光接地時(shí)，消弧根的選擇動(dòng)作。
3、 將系統(tǒng)電容電流信號(hào)引入裝置，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作時(shí)將信號(hào)記錄下來(lái)，便于 事故分析。


圖1為現(xiàn)有消弧及過(guò)壓保護(hù)裝置；
圖2為本實(shí)用新型消弧及過(guò)電壓保護(hù)裝置；
5圖3為本實(shí)用新型智能控制器原理框圖。 具體實(shí)施方案
下面結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明
通過(guò)高頻阻尼元件接地的消弧裝置包括高壓隔離開關(guān)l、高壓限流熔 斷器2、三相電壓互感器3、三相過(guò)電壓保護(hù)器4、分相控制的真空接觸器 5、發(fā)電機(jī)零序電流互感器8，通過(guò)高頻阻尼元件接地的消弧裝置還包括智 能控制器6，高頻阻尼元件7和接地電流互感器9;
分相控制真空接觸器2和高頻阻尼元件7之間的連接導(dǎo)線從接地電流 互感器9中心穿過(guò)，高頻阻尼元件7另一端接地；
分相控制的高壓真空接觸器5另一端和高壓限流熔斷器2 —端連接； 分相高壓真空接觸器5為常開結(jié)構(gòu)；高壓限流溶斷器2另一端和三相母線 連接；
高壓隔離開關(guān)1一端和三相母線連接，高壓隔離開關(guān)1為常開結(jié)構(gòu)；
三相過(guò)電壓保護(hù)器4接在三相母線和地之間；
接地電流互感器9的輸出端和智能控制器6連接；
三相母線由發(fā)電機(jī)零序電流互感器8中心穿過(guò)，發(fā)電機(jī)零序電流互感 器8的輸出信號(hào)電流IO,接入智能控制器6;
電壓互感器3用于4企測(cè)三相母線和零序電壓，其輸出電壓訊號(hào)Ua 、Ub、 Uc、 U0接入智能控制器6;
智能控制器6包括信號(hào)處理單元，邏輯運(yùn)算單元，執(zhí)行單元，信號(hào)處 理單元的輸入端分別和輸入電壓電流信號(hào)連接，信號(hào)處理單元的輸出端和 邏輯運(yùn)算單元連接，邏輯運(yùn)算單元的輸出端和執(zhí)行單元連接，執(zhí)行單元輸 出端和分相控制的高壓真空接觸器5的控制線圈連接；信號(hào)處理單元在軟 件支持下對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并記錄存儲(chǔ)；
智能控制器6的數(shù)據(jù)處理單元和邏輯運(yùn)算單元均釆用32位DSP微處理器。
圖1為現(xiàn)有的消弧及過(guò)電壓保護(hù)裝置，采用的是直接轉(zhuǎn)化為金屬接地 原理，而且整個(gè)裝置不采集任何電流信號(hào)，動(dòng)作過(guò)程是當(dāng)裝置檢測(cè)到弧光接地，控制器快速將對(duì)應(yīng)相的真空接觸器合閘，將弧光接地轉(zhuǎn)化為金屬接 地，由于接觸器合閘瞬時(shí)系統(tǒng)處于弧光接地狀態(tài)，系統(tǒng)將產(chǎn)生高頻電容電 流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工頻電容電流，而裝置的高壓熔斷器參數(shù)是按工頻對(duì)地電容電 流設(shè)計(jì)的，所以在這個(gè)高頻電流沖擊下很難保證熔絲不熔斷。因此這類消 弧裝置經(jīng)常發(fā)生熔絲熔斷現(xiàn)象。
還有我們來(lái)分析在圖1上A點(diǎn)和B點(diǎn)發(fā)生弧光接地時(shí)的情況，從圖1 可以看出，在A點(diǎn)和B點(diǎn)發(fā)生接地時(shí)，沒有任何差別。再?gòu)膱D3可以看出， 整個(gè)消弧控制器沒有電流采集元件，對(duì)于僅用電壓^L為判據(jù)的消弧裝置來(lái) 說(shuō)，不管A點(diǎn)還是B點(diǎn)發(fā)生弧光接地裝置均動(dòng)作。
動(dòng)作后的結(jié)果從圖l可以看出，A點(diǎn)和消弧裝置的動(dòng)作后的接地點(diǎn)C 點(diǎn)是等電位的，這時(shí)利用消弧裝置來(lái)將A點(diǎn)弧光接地轉(zhuǎn)化為金屬接地對(duì)系 統(tǒng)沒有任何危害，不會(huì)形成環(huán)流。再看B點(diǎn)，B點(diǎn)和消弧裝置的接地點(diǎn)C點(diǎn) 不是等電位，假如B點(diǎn)發(fā)生弧光接地，消弧裝置再動(dòng)作，那么將形成不同 電位B點(diǎn)和C點(diǎn)兩點(diǎn)被短接，這個(gè)時(shí)候?qū)a(chǎn)生很大的環(huán)流，對(duì)發(fā)電機(jī)定子 產(chǎn)生很大的短路沖擊，同時(shí)消弧拒的后備保護(hù)熔絲也將熔斷。
對(duì)于以上這個(gè)問(wèn)題現(xiàn)有的許多廠家沒有采取任何措施，也有部分廠家 采用圖1的閉鎖方式將零序電流通過(guò)一個(gè)零序電流互感器，然后用互感 器的觸點(diǎn)引入裝置進(jìn)行閉鎖，這種方式從原理上看似乎有點(diǎn)道理，但是仔 細(xì)分析可以發(fā)現(xiàn)這個(gè)方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橄〉膭?dòng)作時(shí)間在40ms左右，而 通過(guò)零序繼電器至少需要100ms,這個(gè)還不包括裝置^^妄收到繼電器信號(hào)后的 處理時(shí)間，因此這個(gè)方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)可靠配合。
從圖1可以看出，接地電流直接引入電流表，裝置動(dòng)作恢復(fù)后電流消 失，無(wú)法記錄下來(lái)。
圖2為新型專利消弧及過(guò)電壓保護(hù)裝置，采用的是通過(guò)高頻阻尼元件 接地原理，高頻阻尼元件在接觸器合閘瞬時(shí)，對(duì)高頻信號(hào)起到一定阻尼作 用，降低熔斷器熔斷的幾率，同時(shí)高頻阻尼元件對(duì)工頻信號(hào)的阻抗較低， 不影響裝置動(dòng)作后穩(wěn)、定狀態(tài)下的系統(tǒng)運(yùn)行。阻尼元件設(shè)置類似于R-L保護(hù) 器，將電阻R與鐵心電感L并聯(lián)后串接于真空接觸器和與地之間，正常時(shí)鐵心飽和電感值較小，壓降及損耗都很低，不影響裝置動(dòng)作后系統(tǒng)在穩(wěn)定 狀態(tài)下的運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生電弧重燃振蕩時(shí)，高頻電流使鐵心電抗增大，抑制 過(guò)電壓，電阻則起阻尼及限流作用，確保高頻沖擊電流不回引起熔斷器炫斷。
在解決發(fā)電機(jī)定子接地問(wèn)題上，從圖2可以看出，裝置直接將發(fā)電機(jī) 零序電流直接引入智能消弧控制器，圖3為新型消弧控制器的結(jié)構(gòu)框圖， 從圖上可以看出，新型消弧控制器不僅將三相電壓和零序電壓引入裝置， 同時(shí)引入6路電流輸入。這樣三相電壓，零序電壓還有零序電流均引入智 能消弧控制器，這樣在消弧控制器里面設(shè)計(jì)一套發(fā)電機(jī)100%定子接地保護(hù) 就很容易了，把這個(gè)發(fā)電機(jī)接地保護(hù)程序嵌入在弧光接地保護(hù)程序里，由 一個(gè)主程序來(lái)調(diào)用和同一個(gè)DSP來(lái)控制，這樣，在A點(diǎn)和B點(diǎn)接地消弧控制 器能準(zhǔn)確判斷出來(lái)，在A點(diǎn)弧光接地裝置可靠動(dòng)作，在B點(diǎn)接地裝置可靠閉 鎖，可以做到100°/。的可靠配合。
從圖2看出，接地電流直接引入智能控制器，當(dāng)裝置動(dòng)作時(shí)，瞬時(shí)記 錄下當(dāng)時(shí)的系統(tǒng)電容電流，便于分析。
8
權(quán)利要求1、通過(guò)高頻阻尼元件接地的消弧裝置，包括高壓隔離開關(guān)(1)、高壓限流熔斷器(2)、三相電壓互感器(3)、三相過(guò)電壓保護(hù)器(4)、分相控制的真空接觸器(5)、發(fā)電機(jī)零序電流互感器(8)，其特征是通過(guò)高頻阻尼元件接地的消弧裝置還包括智能控制器(6)，高頻阻尼元件(7)和接地電流互感器(9)；分相控制真空接觸器(2)和高頻阻尼元件(7)之間的連接導(dǎo)線從接地電流互感器(9)中心穿過(guò)，高頻阻尼元件(7)另一端接地；分相控制的高壓真空接觸器(5)另一端和高壓限流熔斷器(2)一端連接；分相高壓真空接觸器(5)為常開結(jié)構(gòu)；高壓限流溶斷器(2)另一端和三相母線連接；高壓隔離開關(guān)(1)一端和三相母線連接，高壓隔離開關(guān)(1)為常開結(jié)構(gòu)；三相過(guò)電壓保護(hù)器(4)接在三相母線和地之間；接地電流互感器(9)的輸出端和智能控制器(6)連接；三相母線由發(fā)電機(jī)零序電流互感器(8)中心穿過(guò)，發(fā)電機(jī)零序電流互感器(8)的輸出信號(hào)電流I0，接入智能控制器(6)；電壓互感器(3)用于檢測(cè)三相母線電壓，其輸出電壓訊號(hào)Ua，Ub，Uc，U0接入智能控制器(6)；智能控制器(6)包括信號(hào)處理單元，邏輯運(yùn)算單元，執(zhí)行單元，信號(hào)處理單元的輸入端分別和輸入電壓電流信號(hào)連接，信號(hào)處理單元的輸出端和邏輯運(yùn)算單元連接，邏輯運(yùn)算單元的輸出端和執(zhí)行單元連接，執(zhí)行單元輸出端和分相控制的高壓真空接觸器(5)的控制線圈連接；信號(hào)處理單元在軟件支持下對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并記錄存儲(chǔ)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)高頻組尼元件接地的消弧裝置，其特征 是智能控制器(6)的數(shù)據(jù)處理單元和邏輯運(yùn)算單元均可以處理6路電流 信號(hào)，微處理器采用32位DSP。
專利摘要一種通過(guò)高頻阻尼元件接地的消弧裝置，與現(xiàn)有消弧裝置相比，不但包括高壓隔離開關(guān)、高壓限流熔斷器，三相電壓互感器、三相過(guò)電壓保護(hù)器、分相控制的真空接觸器、發(fā)電機(jī)零序電流互感器，還包括帶電流輸入智能控制器、高頻阻尼元件和接地電流互感器。高頻阻尼元件一端和分相控制器連接，另一端接地，接地電流互感器將流經(jīng)高頻阻尼元件的電容電流轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)輸入智能控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并記錄存儲(chǔ)以便事故分析。本實(shí)用新型降低了熔斷器熔斷幾率，解決了發(fā)電機(jī)等有源設(shè)備內(nèi)部發(fā)生單相弧光接地時(shí)消弧柜的選擇動(dòng)作，動(dòng)作之后準(zhǔn)確記錄系統(tǒng)電容電流，提供了事故分析數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)H02H9/00GK201260077SQ200820041790
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
發(fā)明者魏福道 申請(qǐng)人:魏福道