XBD1型配电网过电压抑制及故障定位隔离成套装置

1 XBD1型配电网过电压抑制及故障定位隔离成套装置装置简介XBD1 型配电网过电压抑制及故障定位隔离成套装置是华北电力大学研制开发的最新型产品， 该产品采用面向用户的开放式标准化软硬件结构，集配电网电容电流自动补偿、过电压抑制、单相接地故障选线、 接地故障区段指示定位以及快速隔离等功能于一体， 重点解决了这些功能的统一协调性问题以及判定高过渡电阻单相接地故障方面， 目前普遍存在的装置灵敏度和准确度偏低等难题， 可广泛用于电力系统及煤炭、钢铁、冶金、化工等大型厂矿企业的 6kV 、 10kV 和 35kV 配电网，既适用于老电厂、变电站的改造，也可用于新建电厂、变电站，为保证电网的安全可靠运行提供一套综合的解决方案，提高供电企业安全生产管理水平、工作效率以及经济效益。装置特色有效降低过电压对设备绝缘造成的危害装置中的中性点电阻器与消弧线圈长期并联， 能够有效的降低弧光接地过电压水平， 并能从根本上抑制电网的谐振过电压，在国内配电网现有运行水平的基础上，进一步降低过电压的危害，避免了由此引发的绝缘薄弱环节击穿、避雷器爆炸、电缆对地击穿短路、虚幻接地以及电磁式电压互感器高压保险熔断，甚至电压互感器烧毁等异常现象的发生，并可以适当的降低设备的绝缘水平，降低氧化锌避雷器的持续运行电压，减少电缆等设备的投资，有利于电网的可靠、安全、经济、稳定运行。灵敏度和准确率高电网发生高过渡电阻的单相接地故障时， 单相接地故障选线及故障区段指示定位功能的灵敏度和准确率高。理论分析计算以及现场人工单相接地试验均证明了该产品对过渡电阻小于 1000 欧姆的单相接地故障，故障选线以及故障指示定位准确率 100%，远远领先于国内同类装置的该项指标，最终突破了“小电流接地选线装置准确率偏低”这一长期困扰人们的难题，使单相接地故障选线和故障区段指示定位的结果真正的具有实用价值。减少查找接地故障线路和接地故障点的时间和劳力，提高了工作效率常规单相接地故障的排除主要靠“试拉”的方法，往往需要数分钟甚至更长的时间才能确定故障线路， 并且在故障处理过程中， 值班员处于高度紧张状态， 不免有时会忙中出错， 甚至造成事故扩大。这个问题令现场运行人员十分头痛， 这也是有些供电部门宁愿用小电阻接地方式的主要原因之一。 利用本装置的单相接地故障选线和故障区段指示定位功能， 运行人员可以准确掌握具体的故障线路以及2 故障区段，使其从紧张繁忙的工作中解放出来，提高了工作效率，并且大大降低了故障查找和排除的时间，有利于电网运行管理。调谐方式灵活，兼容性好该产品的调谐方式多样，既可以采用预调谐方式调谐，也可以采用动态调谐方式调谐，最大限度满足用户的不同需要，并且通用性强，可兼容多种类型的消弧线圈（如调容式、调气隙式、调匝式、高短路阻抗式消弧线圈等） ，方便用户对老站进行技术改造，最大程度的保护已有投资，避免资金和设备的浪费。可靠性高，操作方便该产品采用在业界具有良好口碑的台湾凌华工控机作为硬件平台， 该型工控机采用 PIV 级 32 位通用 CPU，具有强大的整型和浮点运算能力，其运算和处理速度远非 “ 32 位”单片机 CPU 所能比拟。所有元件采用工业级 CMOS 芯片，抗干扰能力强，故障率低。严格的器件选择、独特的布线设计、 电磁屏蔽、 软硬件冗余， 瞬态抑制等功能使本产品具有高抗干扰能力， 并具有完善的纠错、 识别、自检和故障报警、自调试功能，保证装置较高的可靠性。装置显示部分采用 6.4 英寸高亮宽温真彩液晶屏幕，经久耐用，采用全中文图形化菜单，界面丰富，信息量大，可进行人机对话，内置键盘，结构紧凑，操作直观方便。功能全面，集成度高，配置灵活，应用成本低该产品集配电网电容电流自动补偿、过电压抑制、单相接地故障选线、接地故障区段指示定位以及故障区段快速隔离等功能于一体，可克服传统选线装置、故障指示装置和故障隔离装置功能单一、对高过渡电阻的单相接地故障选线、 故障区段指示定位以及故障隔离的效果不理想的缺点， 将故障的影响和危害降低到最小的程度，从根本上提高了配电网供电的可靠性、安全性、和经济性，降低了电网运行维护的要求，具有显著的经济效益以及社会效益，既可成套组合应用，也可根据实际需求选项应用，配置灵活，相对成本较低，性价比高。装置功能电容电流自动补偿装置实时跟踪监测电网电容电流的变化，准确计算消弧线圈的最佳补偿位置，在电网发生单相接地故障后立即动作，极快地输出补偿电流，在实际应用中可将单相接地故障点的无功残流限制在 5A 以下， 确保接地故障点的可靠熄弧， 实现电网发生单相接地故障时电容电流的准确、快速自动补偿。3 过电压抑制装置中的中性点电阻器与消弧线圈长期并联，能够有效的抑制串联谐振过电压、弧光接地过电压和绝大多数的铁磁谐振过电压 , 确保电网的安全可靠运行。单相接地故障选线电网发生单相接地故障后，采用“零序电流有功增量法”和“零序电流有功最大法”对故障线路进行选线，无需事先进行电流整定，单相接地故障选线结果准确可靠。故障区段指示定位电网发生单相接地故障后， 装置向电网注入可靠的特殊信号， 触发线路上的指示器以实现单相接地故障区段的指示定位功能， 便于现场运行人员迅速查找故障点； 此外本指示器还可准确指示线路的相间短路故障区段以及三相短路故障区段， 克服了以往指示器只能指示某一特定的故障类型、 功能单一的缺点。调谐方式装置的调谐方式多样，既可采用预调谐方式调谐，也可采用动态调谐方式调谐，最大限度满足用户的不同需要。中性点长期并接中性点电阻器，在不同的调谐方式下，均不会出现危险的串联谐振过电压。显示功能以彩色图文的方式显示实时时钟、装置运行状态、装置配置参数、装置报警信息以及接地故障信息等，全汉字显示，图文并茂，直观明了，信息丰富。设置功能通过汉字菜单提示用户设置或修改母线参数，出线参数，实时时钟、通信方式等装置配置参数，界面友好，操作方便。通讯功能装置具有完善的通讯功能，配有多种通讯接口，可实现与 RTU或变电站自动化系统的远程通讯，并提供装置故障、装置失电、电网发生单相接地故障等相应的报警硬节点信号输出，满足变电站综合自动化和无人值守变电站的需要。信息记忆具有 50000 次以上故障信息以及报警信息记忆功能，可记录接地故障的起始时间、结束时间、电网的位移电压、零序电压、故障点残流、故障选线结果等实时数据，装置失电后，信息不丢失，并可4 随时将相应的信息以文件的形式导出到移动存储媒体中， 便于用户离线进行分析事故的原因或电网的运行状况。在线自检具有完善的智能化在线自检和故障报警、自调试以及自恢复功能，在装置正常工作的同时完成本身在线自检，发现装置故障后及时发出报警信号并显示相应故障信息。信息打印配有微型高速热敏打印机，可直接打印接地故障发生时刻、解除时刻、电网中性点位移电压、电容电流、消弧线圈补偿电流、单相接地故障线路以及故障区段指示定位状态等信息，便于用户直观的了解电网故障情况。维护工作少装置调试完毕投运后，基本无需现场维护。安全、先进、可靠装置采取可靠的软、硬件设计和多重抗干扰措施，确保长期安全、可靠运行。装置构成XBD1型配电网过电压抑制及故障定位隔离成套装置的经典构成由带有站用变的接地变压器、消弧线圈、控制器、中性点电阻器、线路故障指示装置、智能化负荷开关、控制屏以及相应的附属设备组成，配置灵活，适用性强，用户可根据所需要的功能以及目前自身已有设备的情况灵活的加以选择。5 接地变压器接地变压器通常用来为无中性点的配电网提供一个人为的、 可带负载的中性点， 除可带中性点设备外， 也可带一个连续使用的二次低压绕组， 作为变电站的站用电源， 代替站用变。 在带二次负载时，接地变压器的容量应为中性点设备的容量与接地变压器二次绕组的容量之和。消弧线圈消弧线圈是一个具有铁心的可调电感线圈，它装设于变压器或发电机的中性点，在电网发生单相接地故障时产生电感电流以补偿电网的对地电容电流，使故障点的接地电流变为数值显著减小的残余电流，同时降低了接地电弧过零熄灭后故障相电压恢复的初速度，延长了故障相电压的恢复时间，并且限制了恢复电压的最大值，减小了接地电弧重燃的可能性，达到彻底熄弧的目的。本产品可兼容目前各种已有的消弧线圈。控制器与控制屏控制屏安装于变电站主控室内，为前单开玻璃门、后双门的标准 PK-10 型控制屏，外表面采用静电喷塑工艺，尺寸为 2260mm× 800mm× 600mm（长×宽×深） ，其内装控制器一套以及高速6 热敏打印机一台，均采用抽屉式安装。控制器安装于控制屏内，是整套装置的测控核心，由主控制器、 AD 采集模块、 DIO 采集模块、调理机等构成，主要完成 XBD1型配电网过电压抑制及故障定位隔离成套装置的自动跟踪补偿和故障侦测、处理的所有测量与控制任务，实现对配电网单相接地故障的全过程智能化处理。主要功能如下：自动跟踪配电网的变化，测量配电网的电容电流 , 并由此自动优化有关参数，确保接地故障点残流和过电压水平限制到规定值以下；自动识别电网瞬时性单相接地故障的产生和消失；自动识别电网永久性接地故障并进行单相接地故障选线和故障区段定位指示；自动打印出接地故障发生和消除时间、接地线路编号以及名称、接地时电网中性点电压及与其对应的电容电流、消弧线圈补偿电流以及故障区段指示定位状态等信息。将电网的相关信息可通过装置的 RS-232 口或 RS-485 口远传，适应无人值守变电站要求。中性点电阻器中性点电阻器是实现中性点接地方式性能改进的关键设备， 长期与消弧线圈并联 , 二者协调工作 , 实现过电压抑制以及单相接地故障选线等功能。 电阻器的主要部件全部采用不锈钢材料制成， 具有良好的防腐、防锈能力，以确保电阻器的长期、安全、稳定运行。本电阻器的阻值根据电网的实际情况按照一定的策略进行选择。线路故障指示装置线路故障指示装置是 XBD1 型配电网过电压抑制及故障定位隔离成套装置中用来对电网中发生单相接地故障的区段进行准确指示定位的辅助设备，由故障指示装置注入柜和若干只故障指示器组成，其中故障指示装置注入柜安装在变电站内的中性点处，根据现场实际情况的需要既可采用室内安装也可以室外安装，故障指示器安装在输电线路上，可带电安装与拆卸。当控制器识别故障为永久性接地故障时， XBD1 型配电网过电压抑制及故障定位隔离成套装置控制器启动故障指示装置注入柜从电网中性点注入安全可靠的特殊频率电流信号，该特殊电流信号将通过电力线路流经接地故障点，再经过大地流回注入装置。安装在线路上的故障指示7 器实时在线检测特频电流信号，如果检测到足够强的特频信号电流流经本线路时，则立即启动报警程序，呈红色报警显示。线路故障指示装置工作原理示意图巡线人员沿安装在线路上的故障指示器的报警指示巡查，即可方便迅速找到故障区段，故障区段就在最后一个有报警显示的故障指示器和下一个未报警的故障指示器之间的线路上，又缩短了故障点的查找时间，减轻了巡线人员劳动强度，提高电网的售电量和供电可靠性，并且为查找隐蔽的永久性故障点提供了可靠的技术手段。8 本故障指示器除可指示单相接地故障外，还可以在没有注入信号的情况下，独立准确指示线路的相间短路故障区段以及三相短路故障区段。主要技术指标选线准确率： 过渡电阻小于 1000Ω 时，选线准确率 100％；定位准确率： 过渡电阻小于 1000Ω 时，定位准确率 100％；隔离准确率： 过渡电阻小于 1000Ω 时，隔离准确率 100％；电容电流测量： 测量误差绝对值不大于 3%；接地无功残流： 小于 5A；选线路数： 标准配置不大于 15 路（可根据需要扩展） ；跳闸功能： 标准配置不大于 15 路（需加装跳闸控制箱） ；故障信息记忆： 大于 50000 次；使用条件环境温度：一次设备为 -30 ℃～ +60℃；装置控制器为 -5 ℃～ +40℃；大气相对湿度：日平均不超过 95%，月平均不超过 90%；海拔高度： 1000 m 以下；大气压力： 80～ 110kPa ；具有良好的接地网；装置周围无严重影响装置绝缘性能的污秽及侵蚀性、爆炸性介质；注：若使用条件与以上不同时，需在订货时加以注明。现场试验验证★ 为充分验证 XBD1 型配电网过电压抑制及故障定位隔离成套装置的电容电流补偿精度以及单相接地故障侦测、单相接地故障选线和故障区段指示定位功能的灵敏性及正确性， 20059 年 12 月 25 日，广西电力试验研究院、广西电网公司钦州供电局、华北电力大学联合在广西钦州供电局 110kV 望贤变电站进行了多次不同过渡电阻下的现场人工单相接地试验， 接地故障点过渡电阻的数值分别设置为 0 欧姆 ( 金属性接地 ) 、 120 欧姆、 420 欧姆、 956 欧姆、 1080欧姆、 1192 欧姆、 2150 欧姆、 3070 欧姆，每个过渡电阻值重复做三次试验。试验结果证明 XBD1型消弧线圈并联电阻接地成套装置在过渡电阻 <3070 欧姆时，选线准确率 100%；在过渡电阻 <1080 欧姆时 , 故障区段指示定位准确率 100%。试验大获成功，全面验证了 XBD1型配电网过电压抑制及故障定位隔离成套装置各项功能的设计合理性和动作可靠性。★ 为充分验证 XBD1型配电网过电压抑制及故障定位隔离成套装置单相接地故障侦测、 单相接地故障选线以及故障区段指示定位功能的灵敏性及正确性， 2006 年 4 月 15 日， 华北电网公司张家口供电公司、华北电力大学在张家口供电公司 110kV 柴沟堡变电站进行了多次不同过渡电阻下的现场人工单相接地试验，接地故障点过渡电阻的数值分别设置为 0 欧姆( 金属性接地 ) 、 100 欧姆、 500 欧姆、 1000 欧姆、 2000 欧姆、 3000 欧姆以及 4300 欧姆，每个过渡电阻值重复做三次试验。试验结果证明 XBD1 型配电网过电压抑制及故障定位隔离成套装置在过渡电阻 <4300 欧姆10 时，选线准确率 100%；在过渡电阻 <2000 欧姆时 , 故障区段指示定位的准确率 100%。经过一年的运行，整套装置过电压抑制效果明显，同比设备损坏率大幅下降，该项目被评为华北电网公司 2006 年度科技成果二等奖。部分业绩广西电网公司钦州供电局 华北电网有限公司张家口供电局陕西省电力公司商洛供电局 广东电网公司佛山供电局设备安装尺寸A．一次设备的布置示意图及尺寸 (安装地点：室外 ) 11 B． 中性点电阻器外形以及安装尺寸 (安装地点：室外或室内 ) C． 故障指示装置注入柜外形以及安装尺寸 (安装地点：室外或室内 )12 D． 控制屏外形以及安装尺寸 (安装地点：室内 )