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KM-KNX智能型消弧装置

  一、概 述

  为了解决弧光接地长时间的过电压问题,以前大多数采用在中性点加装消弧线圈补偿电容电流来抑制故障点弧光发生的机率。很显然,这种方法的目的是 为了消除弧光,但由于消弧线圈自身的诸多特点,很难对电容电流进行有效补偿,特别是高频分量部分对供电设备造成的危害无法克服。在研究各种消弧线圈的基础 上,我公司研制出了智能型消弧装置KM-KNX。
  二、装置的适用范围
  (1)本装置适用于3~35KV中压电力系统;
  (2)本装置适用于中性点不接地、中性点经消弧线圈接地或中性点经高阻接地的电力系统;
  (3)本装置适用于电缆线路为主的电网,电缆与架空线路的混合电网,以及架空线路为主的电网;
  三、装置的基本功能
  装置正常工作时,具有PT柜功能;同时具有系统断线报警、闭锁功能;系统金属接地故障报警、转移系统接地故障点功能;消除弧光接地、系统谐振功能;低电压、过电压报警功能;以及故障报警消除时间、故障性质、故障相别、系统电压、开口三角电压、对地电容电流大小等信息进行记录的功能,便于故障处理、分析。
  当系统发生单相接地故障时,装置可在30mS左右将故障相通过特制分相真空接触器直接接地,若是弧光接地,则立即熄灭电弧,将弧光接地过电压稳 定在线电压水平,可有效避免因单相接地引发的相间短路及因弧光接地过电压导致的避雷器爆炸事故;若是金属接地,则可大大降低接触电压和跨步电压,有利于保 障人身安全(金属接地可根据用户要求设定装置是否动作);如果用于以架空线路为主的电网,则装置动作5S后真空接触器自动分闸,若是瞬时性故障,则系统恢 复正常,若为永久性故障则装置再次动作,起到永久限制过电压的作用。
  当发生系统PT断线故障时,装置显示断线故障相别,同时输出接点信号,以便用户对有可能因PT断线导致误动作的保护装置进行可靠闭锁。
  装置特有的“磁悬浮”技术,可以从根本上抑制铁磁谐振的发生,有效地保护因系统谐振引起的PT烧毁、爆炸等事故。
  装置配有RS485接口,采用标准MODBUS通讯规约,确保装置与整个监控系统兼容,实现数据传送、远方操作功能。
  四、装置的附加功能
  本装置可按用户要求配置自动选线功能。
  本公司研制的小电流接地选线装置,在系统金属接地时主要依据线路零序电流的幅值选线,系统弧光接地时主要依据装置动作前后线路零序电流的突变量进行选线。克服了常规的选线装置选线速度慢和弧光接地时选线准确率低的缺点。
  本装置可按用户要求配置消(除)谐(振)功能。
  本装置可配置本公司研制的专用抗饱和电压互感器和一次限流消谐器相配套的方式,从根本上破坏铁磁谐振的条件,避免了因谐振过电压引起“烧PT”和“爆PT保险”的事故;也可以按用户要求配置微机消谐装置来消除铁磁谐振。
  五、装置的工作原理
  系统正常运行时,装置微机控制器ZK持续检测电压互感器PT提供的电压信号。

  当电压互感器PT辅助二次的开口三角电压U  由低电位变成高电位时,表明系统发生故障,此时微机控制器ZK立即启动,同时根据PT二次输出信号Ua、Ub、Uc的变化进行故障类型和相别的判断:


  六、装置的主要特点
  装置动作速度快,可在30~40ms快速动作,大大缩短单相接地电弧的持续时间;
  装置动作后可立即熄灭电弧,并能有效地将弧光接地过电压限制在线电压范围内;
  装置动作后,允许系统电容电流连续通过至少2小时以上,用户可以在完成转移负荷的倒闸操作之后再处理
  故障线路;
  装置的保护功能不受电网规模和运行方式的影响;
  装置具有较高的功能性价比,其中的电压互感器可以向计量及保护提供电压信号,取代常规PT柜;
  装置加装小电流接地选线装置,利用电弧熄灭前后故障线路零序电流突变量最大的特点进行选线,可大大提高
  选线准确率。
  装置采用抗饱和电压互感器和专用一次限流消谐器相结合的方式,可以从根本上抑制铁磁谐振,有效地保护PT;
  装置具有弧光接地故障录波功能,为用户分析事故提供数据。
  七、装置的主要部件及其功能
  1、可分相控制的高压真空快速接触器
  这是我们公司特殊研制的可分相控制的交流快速真空接触器,可在8~12ms完成分合闸。真空接触器一端分接至母线,另一端直接接地。正常运行时ZJ处 于分闸状态,受微机控制器的控制而合闸。各相真空接触器操作回路互相闭锁,当其中任一相合闸使该相母线接地后,其它两相不会再动作。
  ZJ的作用是当系统发生弧光接地时,使其由不稳定的弧光接地迅速转变成稳定的金属性直接接地,从而保护系统设备不受过电压损害。
  2、三相组合式过电压保护器
  KM-GBP是一种新型大能容组合式过电压保护器,起限制系统过电压的作用,与一般的氧化锌避雷器(MOA)结构不同,主要具有以下优点:
  通流容量大,适用范围更广;
  采用四星形接法,可将相间过电压大大降低,保护的可靠性大为提高。
  采用大能容ZnO非线性电阻和放电间隙组合而成,使两者互为保护。放电间隙使ZnO非线性电阻的荷电率为
  零,ZnO非线性电阻不会老化,ZnO非线性电阻的非线性特性又使放电间隙动作后无续流,放电间隙不再承担
  灭弧任务,提高了产品的使用寿命。
  电压冲击系数为1,在各种电压波形下放电电压值相等,不受各种操作过电压波形影响。过电压保护值准确,
  保护性能优良。
  放电瞬时值与残压相近,无截波,有利于保护绕组型设备的匝间绝缘。
  结构简单、体积小、安装方便。
  KM-GBP三相组合式过电压保护器是本装置中限制各类过电压的第一器件,在接触器ZJ未动作之前将过电压限制在安全范围以内。
  3、KM-YXQ一次限流消谐器
  KM-YXQ为我公司的专利技术产品,串联安装在PT一次中性点与地之间,用来抑制PT铁磁谐振,提高电网运行的安全性。
  正常运行状态下电阻为40kΩ左右,而PT一次绕组的阻抗为兆欧级,因此不会对PT的各项性能产生影响,同时也不会明显改变系统的各项参数。当PT发生谐振时铁芯饱和,一次绕组激磁电流增加,KM-YXQ电阻快速增长,能够很好的发挥出阻尼作用。
  KM-YXQ结构简单、体积小巧、安装方便、运行可靠;能够实现连续快速消谐,谐振过电压幅值越大,消谐时间越短;能够限制电压互感器一次绕组的激磁电流突增,防止因电压互感器一次绕组电流增加,熔断器熔断后因能量不足不能灭弧引发的母线短路事故。
  4、微机控制器
  ZK是本装置的核心控制部件,它是根据PT提供的Ua、Ub、Uc、U  的信号来判定故障相别和故障类型 ( PT断线、金属接地、弧光接地 ),按照预先设定好的方式控制高压真空接触器ZJ。
  消弧、选线可合为一体,达到选线和消弧恰当配合的目的。
  技术特点
  控制器采用四CPU结构,一个作为人机交互和实时通讯;一个作为采样和计算;一个作为输出信号的管理,保证输出信号的正确性;一个作为故障录波。
  软件特点
  (1)实时多任务操作系统(RTOS)
  软件设计采用实时操作系统及其功能强大的专家库函数,面向任务的程序设计风格,按全优先服务方式进行资源管理,任务调度,异常处理等工作,工作极为可靠,也使DSP和微控制器的性能得以最大程度的发挥。描述性编程语言,执行速度快,可读性好,易于扩展和移植。
  (2)标准MODBUS通讯协议
  采用标准MODBUS通讯协议,方便接入各种标准的综合自动化系统。采用单独的通讯处理微控制器,通讯的处理能力和通讯速度大大提高了。
  装置动作后,可以远方复归。
  (3)采用高性能
  采样和计算部分选用TI公司TMS320F2812DSP芯片。最高频率可达150MHz。
  通过软件编程可对实时采集的数字信号在短时间内进行快速傅立叶变换,即可直接提取出所需要的各次谐波进行计算。
  (4)14位多通道同步采样数模转换器
  由于系统对采样的精度要求很高,所以AD选用14位的。共计8个通道。每4个通道同步采用的AD,提高了采用的精度,AD的外部CLK为16M,从而保证了我们采样的每个周波64点采样和计算的要求
  (5)使用可编程逻辑器件
  传统器件的功能集中一个芯片中,减少了电路板面积和焊点数量,缩短了总线长度,提高了抗干扰性能和电路可靠性,同时增强了灵活性。
  采用2片ALTERA公司的EPM7128作为整个系统的数字逻辑部分。该芯片可以重复编程,内部有2500可用门,128个宏单元,能满足大部分复杂逻辑的要求。该芯片的使用,大大减少了数字系统工作所需要的分离逻辑器件数目,增强了系统可靠性和保密性。
  (6)故障录波功能
  故障录波可以循环滚动记录8次故障波形,包括故障发生前后的三相电压、零序电压、零序电流、三相接触器、熔断器的状态。
  (7)人机接口为大液晶显示,全中文菜单,并采用图形的方式显示当前的状态量,实时直观;实时显示三相电压值、零序电压值、零序电流值。
  (8)其他特点
  四层印制电路板,表贴工艺,军品级芯片。所有开入,开出、模拟量及电源、485接口全部经过隔离,使输入输出不交叉,消除耦合干扰。模拟量采用有源滤波,同时采用多层屏蔽及抗干扰措施。
  面向功能的结构设计,背插式结构,将强弱电回路完全分开,可大大抑制静电和电磁干扰,增强装置的抗干扰能力。
  5、高压限流熔断器
  FU是整个装置的后备保护器件,可防止因误接线或误操作引起的相间短路故障,具有以下特点:
  (1)  开断容量大,可达63KA;
  (2)  开断迅速,开断时间1~2ms;
  (3)  限流效果好,可把故障电流限制在最大短路冲击电流的1/5以下;
  6、带有辅助二次绕组的专用电压互感器

  装置采用专用抗饱和电压互感器,相对于普通电压互感器,不仅可以有效地为系统计量和测控提供稳定的电压信号而且可靠地保护自身不受系统非线性谐振影响而出现PT损坏、烧毁等事故。

  八、装置的型号及其主要技术参数


  选型设计要求
  装置的额定电压与系统的运行电压相符。
  装置的额定电流不小于被保护系统的最大对地电容电流对于总降变电所的6~35KV母线应选用标准型、附加型或加强型,对于由总降变电所供电的下级配电 所母线,可选用简易型,对于由外系统供电的6~35KV的配(变)电所的电源母线,建议选用加强型,也可根据系统实际需要选用简易型。

  设计单位可选择以下符号进行设计:(见图一)

  九、装置的结构、外形和安装尺寸
  1、装置的柜体结构尺寸 (宽×深×高) (可根据客户要求定制
  6~10KV柜体参考尺寸:1000×1500×
  35KV柜体参考尺寸:1800×2600×

  2、外形结构

  3、柜体安装基础尺寸图
  十、使用环境
  环境温度:户内型-15℃~+60℃,特殊可做到-40℃~+60℃,户外型-40℃~+60℃。
  海拔高度:≤2000m,特殊可做到4000m。
  使用环境:不得有粉尘、煤气、烟气等具有爆炸性的混合物。
  安装地点:应具有防御风、雨、沙和防尘设施。
  超出上述使用环境条件的要求,用户需和本公司协商订制。
  十一、 包装、运输、储存
  包装:一般采用木箱包装,柜体底座固定在包装箱底板上。
  运输:不宜在三级以下公路上长距离运输,必要时可拆散包装,重要配件应在进行处理后方可采用公路运输。
  储存:长期不用时,应储存在干燥、通风的仓库内,不宜在室外存储。
  十二、 安装、调试、维护
  本公司负责根据用户的要求进行图纸设计及参数的选择,设备组装调试完毕后,由专业检测人员进行二次模拟实验及1:1高压仿真实验,检测合格后方能出厂。如用户需要,本公司可负责现场安装指导及调试服务,用户提供必要的配合与协助。
  设备正常工作时不需要维护和检修,但在装置动作后必须仔细检查熔断器是否损坏,撞杆是否弹出。
  用户在遵守保管及使用要求的情况下,从安装使用之日起12个月,或从发货之日起18个月期限内,产品由于质量原因发生损坏或不能正常工作,本公司将无偿地为用户维修或更换。
  本公司对设备实行终身维修,并长期以优惠价提供备品备件。
  十三、订货须知
  (1)  用户应提供相关的系统额定电压、系统最大单相接地电容电流,作为装置的设计依据。
  (2)  柜体的尺寸,由我公司工程师进行设计并经用户签字确认以后,方能最终确定。
  (3)  用户应明确装置的功能(包括基本功能和附加功能),签定相对应的技术协议,如有特殊要求应在订货时提出。
  (4)  需要其它额外附件或备件,应在订货时注明所需的备件名称、规格及数量
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