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    HT8201型微機智能消諧裝置

    發(fā)布日期: 2014-07-02

    1 概述

    HT8102系列智能消諧裝置是我公司針對電力部門(mén)和用戶(hù)由于鐵磁諧振而時(shí)常發(fā)生的電壓互感器(PT)燒毀甚至爆炸的惡性事故,在廣泛征求用戶(hù)意見(jiàn)的基礎上,新近研制生產(chǎn)的一種智能消諧裝置。它以美國Atmel公司的精簡(jiǎn)指令集(RISC)單片微控制器ATmega128為采樣運算、邏輯判斷和控制中心(CPU),經(jīng)大功率、無(wú)觸點(diǎn)消諧元件為出口,以點(diǎn)陣液晶顯示器(LCD)、信號指示燈、觸摸按鍵和微型打印機及RS485現場(chǎng)通訊總線(xiàn)為人機接口,配以智能化的軟件,組成了技術(shù)和原理先進(jìn)、使用簡(jiǎn)單方便的“傻瓜型”診斷、消諧、記錄裝置。

    該裝置實(shí)時(shí)顯示系統時(shí)鐘及PT開(kāi)口三角電壓17HZ、25HZ、50HZ、150HZ四種頻率的電壓分量,可以區分過(guò)電壓、鐵磁諧振及單相接地,并配置通信接口把各種故障信息傳送至有關(guān)部門(mén),適用于無(wú)人值守變電站。

     

    2 型號說(shuō)明

     

              表2-1

         型號

    配置

    外型尺寸

    寬×高×深(mm)

    開(kāi)孔尺寸

    寬×高(mm)

    打印機

    A型

    278×185×130

    228×179

    B型

    無(wú)

    162×182×160

    128×179

     

     

    3 使用條件

    3.1 戶(hù)內使用,并且室內通風(fēng)良好。

    3.2 海拔高度≤2Km。

    3.3 環(huán)境溫度-10~50℃

    3.4 相對濕度≤90%

    3.5 大氣壓力80~110Kpa。

    3.6 周?chē)橘|(zhì)無(wú)導電塵埃與導致金屬或絕緣損壞的腐蝕性氣體、霉菌等。

     

     

    4 技術(shù)參數

    4.1 工作電源DC/AC100-260V

    4.2 功耗

    4.2.1 電源回路  DC220V≤30W或AC220V≤30VA

    4.2.2 交流電壓回路 ≤1VA

    4.3 交流額定電壓 100V

    4.4 可以根據用戶(hù)要求特制。

    5 裝置特點(diǎn)

    5.1  CPU采用美國Atmel公司精簡(jiǎn)指令集(RISC)單片微控制器ATmega128,數據采集、運算、邏輯判斷、控制輸出等速度快,精度高,自帶“看門(mén)狗”(Watchdog)電路,抗干擾、自檢及自恢復等能力強。

    5.2  采用128×64點(diǎn)陣液晶顯示器(LCD),全中文化,顯示信息豐富。

    5.3  智能化軟件技術(shù),原理先進(jìn),性能穩定,安全可靠。

    5.4  實(shí)時(shí)顯示系統日歷、時(shí)鐘、PT開(kāi)口三角電壓4種頻率:3分頻(17Hz)、2分頻(25Hz)、工頻(50Hz)、3倍頻(150Hz)的電壓分量。

    5.5  可以判別過(guò)電壓、鐵磁諧振及單相接地,并對鐵磁諧振迅速消除。

    5.6  對各種故障均可給出告警信號并顯示、打印和保存有關(guān)信息。

    5.7  微型打印機可以及時(shí)打印輸出故障報告 (故障類(lèi)型、故障時(shí)間及PT開(kāi)口三角電壓4種頻率的電壓分量)。

    5.8  有記憶功能,可存儲10次最近發(fā)生的故障信息,掉電后不丟失。

    5.9  消諧元件出口功率大、無(wú)觸點(diǎn)。

    5.10 通過(guò)菜單提示和面板按鍵整定,調試和維護簡(jiǎn)單、方便。

    5.11 接線(xiàn)簡(jiǎn)單,安裝方便。

    5.12 硬件、軟件冗余設計,抗干擾能力強。

    5.13 適用于各種電壓等級的PT。

    5.14 配置通信接口把各種故障信息傳送至有關(guān)部門(mén),適用于無(wú)人值守變電站。

    5.15 配置有壓敏元件,可對鐵磁諧振進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)消除。

    5.16 使用了優(yōu)化決策算法,尋找合理的消除點(diǎn),使消諧操作更趨合理。

    6 工作原理

    6.1 PT產(chǎn)生鐵磁諧振的原因

    電力系統中有大量的儲能元件,如電壓互感器、變壓器、電抗器等電感元件,電容器、線(xiàn)路對地電容、斷路器的斷口電容等電容元件。這些元件組成了許多串聯(lián)或并聯(lián)振蕩回路。在正常的穩定狀態(tài)下運行時(shí),不可能產(chǎn)生嚴重的振蕩。但當系統發(fā)生故障或由于某種原因電網(wǎng)參數發(fā)生了變化,就很可能發(fā)生諧振。譬如在中性點(diǎn)非有效接地系統中:一相斷線(xiàn)接地,受電變壓器和相間電容;電壓互感器和線(xiàn)路對地電容;空載變壓器和空載長(cháng)架空線(xiàn)電容所形成的振蕩回路,都有可能發(fā)生諧振。諧振常常引起持續時(shí)間很長(cháng)的過(guò)電壓。電壓互感器一類(lèi)的電感元件在正常工作電壓下,通常鐵心磁通密度不高,鐵心并不飽和,如在過(guò)電壓下鐵心飽和了,電感會(huì )迅速降低,從而與電容產(chǎn)生諧振,這時(shí)的諧振稱(chēng)作鐵磁諧振。鐵磁諧振不僅可在基頻下發(fā)生,也可在高頻和低頻下發(fā)生。

    正常運行時(shí),電壓互感器開(kāi)口三角的電壓(3U0)理論上是0V,在實(shí)際中一般也不超過(guò)10V。系統發(fā)生單相接地故障時(shí),3U0將迅速升高到30V,有時(shí)更高,達到120V,形成過(guò)電壓。當系統上電時(shí),由于三相不同期等原因(存在有如瞬時(shí)接地故障等的現象,)會(huì )在電壓互感器中產(chǎn)生很大的諧波電流,導致互感器內部鐵芯飽和,使二次側的波形發(fā)生畸變,當畸變足夠大時(shí),就形成了鐵磁諧振。另外也有因磁滯損耗和渦流損耗而形成諧振的情況。在形成的諧波含量中,16.667Hz,25Hz,150Hz三種成分比重較大,其他的分量相對很小,一般忽略。

     

    6.2 鐵磁諧振產(chǎn)生的條件

    6.2.1 中性點(diǎn)非有效接地系統;

    6.2.2 非線(xiàn)性電感元件和電容元件組成的振蕩回路?;芈肪€(xiàn)性狀態(tài)時(shí)的自振頻率小于某次低頻諧振頻率,當鐵芯飽和而電感減小時(shí),回路自振頻率增加到恰好等于某次低頻的諧振頻率;

    6.2.3 振蕩回路中的損耗足夠小,所以諧振實(shí)際上發(fā)生在系統空載或輕載時(shí);

    6.2.4 電感的非線(xiàn)性要相當大;

    6.2.5 有激發(fā)作用,即系統有某種電壓、電流的沖擊擾動(dòng),如跳、合閘,瞬間短路等。

     

     

    6.3 鐵磁諧振消除原理

    裝置實(shí)時(shí)監測PT開(kāi)口三角電壓,運用DFT算法計算出零序電壓四種頻率的電壓分量。本裝置較目前市場(chǎng)上同類(lèi)設備增加了壓敏元件,該元件的電抗隨諧波電壓而變化,從而破壞PT鐵磁諧振的產(chǎn)生條件。達到了實(shí)時(shí)在線(xiàn)消除運行過(guò)程中瞬態(tài)諧振的目的,極大地降低了諧振產(chǎn)生的可能性。

    如壓敏元件未能完全消除PT產(chǎn)生的鐵磁諧振,則瞬間啟動(dòng)大功率消諧元件予以消除。

    在消諧過(guò)程中,使用了優(yōu)化決策算法,即尋找合理的消除點(diǎn)

    我們知道,諧波電壓中16.667Hz(≈17Hz),25Hz,150Hz諧波分量疊加在50Hz的基波上,將使基波波形發(fā)生嚴重畸變,在消諧元件出口消諧時(shí),如不區分具體的消除點(diǎn),就很容易造成PT運行的不安全,并且出口在諧波的過(guò)零點(diǎn)時(shí)就沒(méi)有意義。所以根據優(yōu)化決策理論,應該尋找那些基波過(guò)零點(diǎn)與諧波峰值之間的黃金分割點(diǎn)(0.618)進(jìn)行消除,這樣既可以消除諧振又能保證基波不受或少受影響(圖6—1)。

    當諧振發(fā)生時(shí),每隔一微小時(shí)間段啟動(dòng)一次大功率消諧元件,啟動(dòng)3次算作一段,如果在第一段消諧過(guò)程中未能完全消除,隔一定時(shí)間啟動(dòng)第二段,若仍未能完全消除,則隔一定時(shí)間啟動(dòng)第三段。之后如諧振故障依然存在,則為了PT安全的考慮,不再啟動(dòng)大功率消諧元件,只用壓敏元件予以實(shí)時(shí)在線(xiàn)消除。直到諧振完全消除。

     

    6.4 動(dòng)作判據

    6.3.1 諧振判據:17Hz諧波電壓≥17V,25Hz諧波電壓≥25V,150Hz諧波電壓≥33V。

    6.3.2 接地判據:基波電壓≥30V。

    6.3.3 過(guò)壓判據:基波電壓≥120V。

    6.3.4 返回系數:93.75%。

     



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