ZROXJ-35KV中性點虛擬接地裝置

目前系統保護都是被動式的保護，是在故障發生后，防止故障擴大化轉化為事故，只治標不治本，系統依然經常會發生電纜放炮、電機絕緣擊穿、避雷器爆炸、電壓互感器燒壞等事故。

過電壓治理保護方案，從源頭上全面治理過電壓，消除過電壓于萌芽狀態，首先預防故障發生，其次治理故障，達到既防又治的目的。

在3～35KV中壓系統中，中性點有不接地、諧振接地即消弧線圈接地、小電阻接地、都是被動式保護接地，各種接地方式各有優缺點。本成果提出的虛擬接地方式為主動式保護接地方式，對工頻不接地，對非工頻量接地，充分發揮了各種接地方式的優點，克服它們的缺點。

1、故障發生的根源

系統故障及事故都是由過電壓引起，過電壓的沖擊造成系統絕緣擊穿而發生故障。過電壓是電力系統安全運行最大殺手，一方面加速系統絕緣累積老化，另一方面直接引起絕緣擊穿發生故障，對電力系統安全運行造成嚴重危害。

2、過電壓產生的根源

系統受到的“激勵”能量在系統電感、電容中相互交換，電感、電容間產生電磁振蕩產生過電壓。

3、裝置原理

本裝置的核心部件是根據實施特制的虛擬接地變壓器，二次側三相繞組串聯形成開口三角，接入大功率電阻，等效系統中性點接地，對工頻不接地，對非工頻接地，實現系統中性點虛擬接地。

科學的原理，新穎的方法，近理想化的效果，獨創的虛擬接地方式，集合各種中性點接地方式的優點，主動吸收泄放產生各種過電壓的能量，從源頭上防止過電壓，拒絕過電壓于萌芽之中；泄放諧振和單相接地的電、磁能量，實現消弧，拒絕系統、PT鐵磁諧振，給系統安全運行最大的保障。

可電壓互感器虛擬接地一體化，取代電壓互感器柜。
二、功  能 介 紹
1、主動式過電壓保護

電力系統中的電容、電感元件均為貯能元件。當系統中操作或故障使其工作狀態發生變化時，將產生電、磁能量震蕩的過渡過程。在此過程中，電感元件貯存的磁能會在某一瞬間轉換為電場貯存于電容元件之中，產生數倍于電源電壓的過渡過程過電壓。

過電壓是電力系統安全運行最大殺手，系統故障及事故都是由過電壓引起。過電壓不僅造成事故且加速系統絕緣累積老化，而且直接引發絕緣擊穿發生故障，對電力系統安全運行造成嚴重危害。

目前主要采用避雷器、組合式過電壓保護器、PT消諧器、消弧線圈、消弧裝置等被動式保護治理。

避雷器、組合式過電壓保護器，過電壓必須超過其整定值才會動作，為防止其在單相接地時吸收能量過多而爆炸，其整定值很高，例如10kV系統其整定值要大于23kV。一方面系統內小于其整定值的過電壓不會動作；另一方面即使大于其整定值的過電壓動作，高于其整定值部分的能量被其吸收，而小于其整定值部分依然存在于系統，沖擊系統絕緣。

因此，我們可以得出這樣的結論：避雷器、組合式過電壓保護器是被動式的過電壓保護，無論系統內過電壓的峰值多大，都有小于其整定值的過電壓沖擊系統絕緣，或加速系統絕緣老化，或使老化的絕緣擊穿發生故障?，F有的供電系統均安裝有避雷器或組合式過電壓保護器，依然發生故障就說明了這個問題。

PT消諧器、消弧線圈、消弧裝置等保護裝置，都是故障發生后才動作實施保護，是被動式保護，在后面的內容中闡述。

 主動式主動式過電壓保護原理：                                                    

中心點虛擬接地裝置，快速消耗系統電感電容儲存的非工頻等“激勵”能量，大幅度降低系統電感電容可交換的能量，充分阻尼其暫態過程，從源頭上阻止了暫態過電壓的形成，消除過電壓于萌芽狀態，因而防止過電壓沖擊系統絕緣延長系統壽命，大幅降低系統故障概率。

1、元件操作過電壓治理

中壓系統電纜的廣泛應用，遭受雷擊的可能性越來越少，主要是內部過電壓，操作過電壓是系統最主要的過電壓，從源頭治理了過電壓，消除過電壓于萌芽狀態，就可以延長系統絕緣壽命，大幅度降低故障概率。

真空斷路器操作過電壓主要表現為截流過電壓、多次重燃過電壓、三相非同期開斷過電壓。操作過電壓又分為：①空載變壓器、電抗器投切過電壓，②電容器、空載線路投切過電壓，③合空母線過電壓，④投切電機過電壓，⑤系統擾動過電壓，⑥突然甩負荷過電壓，⑦發電機并網過電壓等。

其中，以開斷電容器組、空載變壓器、空載線路的過電壓最為嚴重，過電壓水平最高，為此，我公司在武漢高壓研究院做了這三個典型的開斷模擬實驗（見資料三），圖1、2、3分別為開斷電容器組、空載線路、空載變壓器的模擬試驗示波器波形圖，從三個圖中可以看出，只有開關觸頭打開時刻有一些小毛刺，而沒有幾倍的過電壓，驗證了主動式主動式過電壓保護從源頭上消除過電壓的產生。

2、雷擊后避雷器殘壓下的電荷消耗

雷擊發生后氧化鋅過電壓保護器的1mA參考電壓在2.3倍左右，其對應的電荷儲存在系統對地電容上，其與相電壓疊加形成過電壓，如圖4，雷電波入侵變電所，變壓器上電壓實際典型波形，詳細參見資料一P285。

避雷器動作后的殘余能量被中性點虛擬接地裝置吸收泄放，防止了其與相電壓疊加產生的過電壓危害系統絕緣。也就是說超過避雷器整定值以上的能量被避雷器吸收，避雷器整定值以下的能量被中性點虛擬接地裝置吸收，達到完美的配合消除雷擊過電壓。

2、主動式消弧

中壓非有效接地系統，最難解決的問題是單相弧光接地過電壓。目前的消弧裝置有消弧線圈、故障相金屬性接地消弧裝置，都是被動式保護，不能預防故障發生，且這兩種消弧裝置存在著缺陷。特別是故障相金屬性接地消弧裝置存在特別嚴重的技術缺陷，會給系統帶來嚴重的安全隱患。

故障點再次重燃的條件是：故障點對地電壓大于故障點的絕緣強度。這里包含兩種含義，燃弧后故障點弧道被電離，絕緣強度大幅下降，其一故障點對地電壓恢復速度大于故障點絕緣強度恢復速度；其二故障點對地電壓恢復峰值大于故障點絕緣強度。

圖5 弧光接地過電壓的發展過程

如圖5（資料二P31），是工頻熄弧理論分析圖，從圖中可以看出：第一次燃弧暫態過電壓為2.5倍，電容電流過零時弧光熄滅，熄弧時刻系統對地電容儲存的電荷，與工頻電壓相疊加，一方面加快故障相對地電壓的恢復速度，另一方面故障點對地電壓恢復峰值為正常值的2倍，再者使第二次及以后燃弧暫態過電壓為3.5倍。

正是弧光熄滅時刻對地電容儲存的電荷，加快了故障相對地電壓的恢復速度，以及故障相對地電壓恢復峰值為正常值的2倍，使得故障點對地電壓大于故障點的絕緣強度，弧光再次重燃。

主動式消弧原理

如果快速把熄弧時刻系統對地電容儲存的電荷消耗（泄放）掉，一方面降低故障點對地電壓的恢復速度，使故障點弧道絕緣恢復速度大于故障點對地電壓的恢復速度；另一方面使故障點對地電壓恢復最大峰值接近正常值，而不是相電壓的2倍，故障點就不會重燃，從而實現消弧。另外，中性點虛擬接地吸收燃弧“激發”的能量，降低燃弧暫態過程及暫態過電壓的幅值。

如圖6（資料三）是中性點虛擬接地裝置消弧過程圖，試驗證明了主動式消弧，且消弧時間﹤15ms。

3、主動式拒絕PT鐵磁諧振

PT鐵磁諧振是系統較常發生的故障，其危害非常大。PT鐵磁諧振具有7大性質：

⑴很大的范圍內的C值都可能發生；⑵需要“激發”才能發生，如變壓器突然合閘、故障等產生的“激勵”；⑶C值太大時出現鐵磁諧振的可能性將減少；小系統容易發生鐵磁諧振；⑷過電壓幅值一般不會很高，電流卻很大；⑸諧振狀態可能自保持；⑹電流引起電壓“翻相”現象；⑺具有各次諧波諧振。

：“要徹底根除基波鐵磁諧振，必須人為地加大電阻R， ……諧振就不能自保持了?！?R＞E/I”。

：“若在回路中人為地增加R值，……，則此非線性電感回路在相應的E值作用下，只有非諧振工作點，根除了產生工頻諧振的可能性?！??！艾F將產生非線性諧振的條件歸納如下：……，諧振回路的損耗電阻小于臨界值，……”，也就是諧振回路的損耗電阻大于臨界值時，PT就不會發生鐵磁諧振。

主動式拒絕PT鐵磁諧振原理：

需要“激發”才能發生PT鐵磁諧振，中性點虛擬接地裝置快速消耗了“激勵”能量，從而使“激勵”不能激發PT發生鐵磁諧振，PT永遠不會發生諧振。

從另一個角度說，中性點虛擬接地裝置，就是加大零序電阻，使R遠大于E/I，因此根本不會發生鐵磁諧振。從能量的角度來看，就是虛擬接地裝置吸收的能量遠大于鐵磁諧振飽和“激發”的能量，PT鐵芯恢復正常。

，無論二次諧波、三次諧波、基波、1/2次諧波PT鐵芯飽和過電壓，開口三角都有輸出，中性點虛擬接地裝置就能消耗諧振能量，只要消耗的能量大于鐵芯飽和“激發”的能量，PT鐵芯就能恢復正常，阻止諧振。

圖7（見資料三）是中性點虛擬接地裝置消除PT鐵磁諧振實驗電壓波形圖，試驗證明了虛擬接地裝置吸收的能量遠大于鐵磁諧振飽和“激發”的能量，PT鐵芯恢復正常，諧振消失。

   4、主動式阻止系統線性諧振

資料一P304：如圖8，系統無耗自振頻率ω0= 1/√LC，μ=R/2L，對地電容會受溫度、濕度的影響發生變化，而系統的電源頻率也在波動，有可能ω0是電源頻率整倍數。當ω0是電源頻率整倍數時，系統如有風吹草動，就會發生事故。

μ/ω0的比值決定了系統的穩定性，對于供電系統送電距離長有較大的R，且架空線路對地電容很小，而對企業變電所送電距離很短有很小的R，因此，企業變電所更要注意系統可能出現線性諧振，系統操作、不對稱接地故障、斷線（熔斷器一相、兩相熔斷）時系統發生線性諧振。

中性點虛擬接地裝置增大了零序阻抗的電阻R值，增大μ值，使μ/ω0遠大于0.6，系統自振角頻率遠離無耗自振頻率ω0，故可拒絕系統線性諧振。

5、阻止參數諧振過電壓

參數諧振就是系統參數的周期變化，產生周期的“激發”能量，由于系統中的電阻很小，無法消耗掉這種周期的“激發”能量，在系統中積累產生過電壓，這主要對發電機、變壓器而言。參見附件四（資料二P42-43）。

同步自勵磁，發電機轉子受原動機的驅動而旋轉時，定子繞組的電感將周期性的改變，在一定條件下，就會出現參數諧振?？焖賱畲抛詣诱{節器可以解決。

異步自勵磁，電機處于異步狀態，定子繞組的旋轉磁場將切割轉子繞組，定子繞組將感應出角頻率ω0及2ω-ω0的電動勢，定子的電流將具有拍頻性質。異步自勵磁過電壓上升速度很快，必須立即從系統中切除電機，以免造成事故。

自參數諧振，變壓器鐵芯飽和在工頻作用下以2倍頻率變化，產生諧振。目前由于競爭激烈，變壓器鐵芯的磁通密度設置很高，很容易飽和，必須注意。

中性點虛擬接地裝置可加大消耗參數變化“激發”的能量，使消耗的能量大于參數變化“激發”的能量，從而系統不能形成參數諧振，系統快速恢復正常運行。
6、其它功能（選用功能）

1、可附加電壓互感器功能

2、PT并列切換裝置，判斷PT一、二次斷線故障（備有485或232微機通訊接口，進行數據通訊）。

3、可以增加選線裝置，迅速查找故障線路（建議使用后臺選線）。