KQXH智能型

消弧、消谐及过电压保护装置

 

  新型KQXH全自动智能型移开式消弧及过电压保护装置，广泛适用于3～35kV三相非直接接地电力系统中。可以消除系统中的各类过电压（如大气过电压、操作过电压、谐振过电压），特别是当系统发生单相弧光接地时，装置能迅速消除接地点弧光以及弧光接地过电压，以提高电网运行的安全性及供电的可靠性。该装置具有设计新颖，结构简单，安装方便，运行可靠适用范围广等优点。 

 

间歇性弧光接地的危害

随着国民经济的快速发展，企业对电力系统的安全运行及供电的可靠性的要求越来越高。长期以来，我国3～35kV的配电网大多采用中性点不接地运行方式。这种运行方式在发生单相金属性接地时，故障相的电压降为零，非故障相对地电压升高至线电压（UL），这类电网的电气设备，如变压器、互感器、断路器、电缆线路等的对地绝缘水平，都能满足长期承受线电压作用而不损坏的要求。

但是，当中性点非直接接地系统发生单相间歇性弧光接地故障时，由于不稳定的间歇性电弧多次不断的熄灭和重燃，在故障相和非故障相的电感—电容回路上会引起高频振荡过电压，非故障相的过电压幅值一般可达3～5倍相电压。这种过电压是由于系统对地电容上电荷多次不断的积累和重新再分配形成的，是断续的瞬间发生的且幅值较高的过电压，对电力系统的设备绝缘危害极大。

传统观念认为，3～35kV电网属于中压配电网，此类电网中内部过电压的幅值不高，所以危及电网绝缘安全的主要因素不是内部过电压，而是大气过电压。因而长期以来采取的过电压保护措施仅仅针对防止大气过电压，主要技术措施仅限于装设各种类型的避雷器，其保护值较高，对于系统内部过电压（弧光接地过电压、真空断路器操作过电压等）起不到任何保护作用。

随着我国电网的发展，具有固体绝缘的电缆线路逐渐取代架空线路。由于固体绝缘击穿的积累效应，在电网内部过电压的频繁作用下，特别是电网发生单相间歇性弧光接地时产生的弧光接地过电压及由此而激发的铁磁谐振过电压的作用下，导致非故障相的绝缘薄弱环节造成对地击穿，进而发展成为相间短路事故。据统计85％的事故跳闸，都是由于系统发生单相接地引起的。

现有的运行规程规定，当非直接接地系统发生单相接地故障时，允许继续运行两小时，如经上级有关部门批准，还可以延长。但规程中对于“单相接地故障”的概念未做明确界定。如果单相接地故障为金属性直接接地，则故障相对地电压降为零，非故障相对地电压升高至线电压（UL），这类电网的电气设备在正常情况下都能承受这种过电压而不损坏。但是如果单相接地故障为弧光接地，则其过电压达3倍以上正常运行相电压的峰值，在这样高的过电压持续作用下，势必造成电气设备绝缘的积累性损伤，在非故障相绝缘薄弱环节造成对地击穿进而引发相间短路事故。

目前国内外限制弧光接地过电压的措施

随着我国对城市及农村电网的大规模技术改造，原有的架空线路逐渐被电缆线路取代，中等电压等级的电网中固体绝缘的设备逐年增多，以及现有电缆线路随着运行时间的加长绝缘逐年老化。弧光接地过电压的问题越来越突出。国内传统的方法大多采用消弧线圈补偿或自动跟踪补偿式消弧线圈接地方式。

其优点是：

l        降低故障点的残流，有利于接地电弧的熄灭；

l        避免了长时间燃弧而导致相间弧光短路。

其缺点是：

l        固体绝缘电缆发生单相对地绝缘击穿，将是不可恢复的非瞬时性故障，而消弧线圈对非瞬时性故障无法消除。

l        用电感电流补偿电容电流时，对于弧光接地时故障电流中的高频电流和阻性电流无法补偿,严重时仅高频电流和阻性电流就可维持电弧的持续燃烧，导致消弧失败；

l        容易产生串联谐振过电压和虚幻接地现象；

l        放大了变压器高压侧到低压侧的传递过电压；

l        使小电流选线装置灵敏度降低甚至无法选线；

l        由于电网运行方式的多样性及弧光接地的随机性，消弧线圈要对电容电流进行有效补偿难度很大；

l        企业电网的不断扩容，消弧线圈的补偿容量无法满足用户系统要求，必须进行改造或更换，增加了投资。

目前国外对3～35kV中等电压的电网采取中性点直接接地的方式，国内也有少数地区采取了经小电阻接地的方式。虽然抑制了弧光接地过电压，克服了消弧线圈存在的问题，但牺牲了对用户供电的可靠性。这种系统发生单相接地时，人为增加短路电流使断路器速断动作，不论负荷性质及重要性，一律切除故障线路而且也不能分辨出金属性接地或弧光接地。使并不存在弧光接地过电压危害的金属性接地故障线路也被切除，扩大了停电范围和时间。由于加大了故障电流，对于弧光接地则加剧了故障点的烧损。

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KQXH。
一、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；

 二、装置的工作原理

　　系统正常运行时，具有PT柜功能，装置微机控制器KQ-K持续检测电压互感器PT提供的电压信号。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KQ-K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：

　　A、若为单相PT断线故障，则微机控制器KQ-K显示断线故障相别和断线信号，同时输出无源开关量接点信号。

　　B、若为金属接地故障, 则微机控制器KQ-K显示接地故障相别和接地属性信号，同时输出无源开关量接点信号。也可根据用户特殊要求，向柜内真空接触器JZ发出合闸动作命令,可大大降低接触电压和跨步电压，有利于保障人身安全。

C、若为弧光接地故障，则微机控制器KQ-K显示接地故障相别和接地属性信号，同时向故障相真空接触器JZ发出合闸命令，将弧光接地直接转变成金属接地，地接电弧由于两端的弧压被立即降到零，弧光彻底熄灭。若用于以架空线路为主的电网，则装置真空接触器JZ动作5S后自动分闸，若是瞬时性故障，则系统恢复正常，若为永久性故障则再次动作,起到永久限制过电压的作用。并输出无源开关量接点信号。

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。

三、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JZ (见图一) 

　　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JZ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。

　　JZ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KQB(见图二)

KQB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：

　　（1）通流容量大，适用范围更广；
　　（2）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。
　　（3）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。
　　（4）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。
　　（5）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。
　　（6）结构简单、体积小、安装方便。

　　  KQB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JZ未动作之前将过电压限制在安全范围以内。

3、微机控制器KQ-K  

　　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JZ。

消弧、选线可合为一体，达到选线和消弧恰当配合的目的。

4、高压限流熔断器FU (见图九)

　　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；

5、带有辅助二次绕组的专用电压互感器PT (见图十)

　　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。

 

四、装置的型号及其主要技术参数

　　型号的含义

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。

`  KQXH

五、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。

六、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：1000×1500×2300 (mm)
　   35KV柜体参考尺寸：1800×2600×3000 (mm)

2、  外形结构

 

3、    柜体安装基础尺寸图

七、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。

八、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。

九、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 、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。

 

 

当系统发生单相接地或发生PT断线时，PT的辅助二次输出信号UΔ将由低电平变成高电平，控制器VK启动对PT二次输出信号Uao、Ubo、Uco、进行计算处理，判断故障类型和相别，并做出如下处理：

l        如果是间歇性电弧接地，则VK在10ms之内判断出故障相，并向真空断路器该相发出合闸命令，真空断路器的该相操作机构在20ms之内动作将故障相与接地网直接连接，XVDT装置在30ms左右将弧光接地快速转化为金属性接地。装置动作后，若该系统为非全电缆系统，根据现场情况控制器可间隔4～5S，控制真空断路器合闸相分闸，若是瞬间故障且已消失，则装置不再动作，系统恢复正常；若为永久性故障，则真空断路器再次将故障相合闸,待故障线路切除后装置由值班员现场手动复位或在中央控制室远方复位。装置也可和小电流选线装置配合，若被选中的故障支路是非全电缆支路，同上处理。

l        如果是单相金属性接地，则VK面板上显示故障相别和金属性接地信号，同时输出无源开关量接点信号。

l        如果是PT断线故障，则VK面板上显示故障相别和断线信号，同时输出无源开关量接点信号。

l        如果当系统某条出线A相发生弧光接地时，XVDT在30ms内迅速将故障相可靠接地，在XVDT装置未复位情况下，又有另外一条出线B相发生弧光接地，此时由于发生两相对地短路，XVDT中的快速真空断路器在10ms内快速将短路电流开断，保证系统安全。

装置的可选功能

l        本装置可与小电流选线装置配合使用，完成自动选线功能。

若本装置与我公司研制的小电流选线装置配合，则选线装置不需要单独预留时间，大大缩短了弧光接地过电压作用的时间。同时，我公司利用最大增量法研制的小电流选线装置，克服了目前小电流选线装置选线准确率低的问题。

若用户选用其他厂家的小电流选线装置，则通常需要延迟1～3S的选线时间后XVDT装置才动作，大大延长了弧光接地故障的持续时间。

l        本装置采用电子式电压互感器，从根本上避免了PT铁磁谐振的发生。但是装置也可根据用户要求配置普通PT。

l      本装置中的电压互感器可以向计量仪表和继电保护提供电压信号，本公司可按照用户的要求对电压互感器二次回路进行设计，用户无须再单独装设常规的PT柜。

 

装置的使用环境

周围空气温度

最高：≤40℃，（在24小时之内测得的平均值≦35℃）

最低：≧10℃ （允许在－30℃时储运）

周围空气湿度

在24小时之内测得的相对湿度平均值≦95%

在24小时之内测得的水蒸气压力平均值≦2.2kPa

月相对湿度平均值≦90％

月水蒸气压力平均值≦1.8kPa

海拔高度≤2000米 ，（特殊订货可达4000米）

地震烈度不超过8度（水平加速度0.25g，垂直加速度0.105g）

周围空气没有明显受到尘埃、烟、腐蚀性或可燃性气体、蒸气或盐雾的污染

 

 

 

 

 

 

装置的型号及主要技术参数

装置的额定技术参数

序号	名     称				单  位	数            据
1	额定电压				kV	7.2	12	40.5
2	额定绝缘水平	1min工频耐受电压		相间、相对地		23	42	95
3				断口		28	48	110
4		雷电冲击耐受电压		相间、相对地		60	75	185
5				断口		70	85	215
6	额定频率				Hz	50		50
7	额定电流				A	630、1250		1250、1600
8	额定短路开断电流				kA	25、    31.5、   40		25、31.5
9	额定短路关合电流					63、     80、  100		63、80
10	额定短时耐受电流					25、    31.5、  40		25、31.5
	额定峰值耐受电流					63、     80、  100		63、80
	额定短路持续时间				S	4		4
	防护等级					外壳IP4X，断路器室及各隔离室门打开时IP2X
	外形尺寸		宽		mm	800、1000		1200
			深			1500、1660		2650
			高			2300		2450
	质量				kg	800		1200

 

 

 

 

 

三相组合式过电压保护器FGB的性能指标

额定电压（kV）	有 效 值	6	10	35
工频放电电压（≥kV）		14	23.2	72
500A操作电流残压(≦kV)	峰 值	20.4	33.8	105
2mS方波冲击电流(A)		400

选型要求

装置的额定电压等于系统的额定电压。

装置的额定电流不小于被保护系统的最大对地电容电流。

 

装置的结构、外形和安装尺寸

装置按GB3906-91中的移开式铠装金属封闭开关设备而设计。整体是由柜体和中置式可抽出部件（即手车）两大部分组成（见图1）。柜体分四个单独的隔室，外壳防护等级为IP4X，各小室间和断路器室门打开时防护等级为IP2X。装置具有安全可靠的五防联锁装置，确保运行、维护的安全可靠。

   

 

安装、调试、维护

基础构成

l        装置安装基础的施工应符合《电力建设施工及验收技术规范》中的有关条款规定。

l        装置的安装基础一般要分二次浇灌混凝土，第一次为柜体安装构件即角钢、方钢或槽钢构成的安装基础。第二次浇灌混凝土是地面的补充层，在浇灌混凝土补充层时，混凝土高度应低于构件平面3－5mm。

l        开关设备地基安装图详见图2。

l       在基础构件安装时要保证安装质量，框架安装的技术标准为1mm²公差1mm。

 

装置的安装

l        开关设备在运输过程，应使用特定的运输工具如吊车或叉车，严禁使用滚筒撬棍；且严禁断路器手车推入柜体一起托运，断路器手车（以及PT手车）只有在柜体安装好以后再推入相应小室；

l        装置安装施工应符合《电力建设施工及验收技术规范》中的有关条款规定。

l        柜体单列时，柜前走廊以2.5米为宜，双列布置时，柜间操作走廊以3米为宜；

l        在基础上，安装消弧柜不平度不得超过2mm，（包括水平和垂直两方面）；

l        当消弧柜与其它开关柜已完全组合（拼接）好时，可用M12的地脚螺栓将其与基础框架相联或用电焊与基础框架焊牢。

l        将柜内的主母排和接地母排与相邻的开关柜的相应母排按照相关规范可靠连接。

l        当装置安装就位后，清除柜内设备上的灰尘杂物，然后检查全部紧固螺栓有无松动，接线有无脱落。将移开式VDT断路器和移开式PT在柜中推进，推出，观察有无异常，根据二次图检查二次接线是否正确，检查联锁装置是否有效。

 

 

装置使用与维护

装置在运行中，运行人员除应遵守有关规程外，还应注意以下问题：

l        装置为全自动智能型免维护产品。

正常运行时不需要维护和检修，只有当电网发生单相接地故障时装置动作后，运行人员需要检查真空断路器的动作正确情况，报警输出是否正常，并查看故障记录。或装置控制器有内部故障报警输出时，需运行人员检查报警类型，并联系我公司技术部门解决。

l        装置的运行应由专人负责，操作人员在操作前应熟读装置的使用说明书，掌握装置的操作方法，操作时严格遵守有关操作规程。

l        用户在遵守保管和使用规则的情况下，从安装使用之日起12个月，或从发货之日起18个月期限内，产品由于质量原因而发生损坏和不能正常工作，制造厂无偿为用户更换或维修。

 

装置的包装、运输、储存

一般采用木箱包装，柜体底座固定在包装箱底板上。

不宜在三级以下公路上长距离运输，必要时可拆散包装。

长期不用时，应储存在干燥，通风的仓库内，不宜长期在户外储存。

 

 

订货须知

用户应提供相关系统的额定电压、系统最大单相接地电容电流、额定短路开断电流。

用户应确定柜体型号及尺寸以及颜色。

用户应明确装置的功能（包括基本功能和可选功能），如有特殊要求应在订货时提出。

需要其它额外附件或备件，应在订货时注明所需的各种名称、规格及数量。