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KZMGB 母保及過電壓控制柜（母線短路保護及過電壓控制系統）
一、產品概述
電力系統的母線短路和過電壓現象十分普遍。如果沒有防范和應對措施，隨時都有可能對電網和電力設備產生嚴重損壞，甚至使供電網絡癱瘓，影響供電的穩定性、安全性和連續性。各種過電壓(以下同，如:弧光過電壓、諧振過電壓、雷電過電壓、操作過電壓、高頻過電壓等)又是引起母線短路的重要因素之一，同時在母線短路之前會有5-7倍相電壓沖擊電網，為了綜合治理母線短路保護和抑制消除各種過電壓，使電網更加安全、穩定、連續運行，我公司聯合西安交通大學、國電南京自動化研究院、研發出KZMGB母線短路保護及過電壓控制系統系列產品，填補了國內空白，在母線短路故障發生之前，先由過電壓控制系統預防過電壓的產生，如果預防環節在規定時間內無法消除故障，再由母線短路保護系統切除故障點，徹底消除母線短路故障，使電力系統母線短路和各種過電壓得到有效的控制和綜合治理，減輕了電動力和熱動力的危害，大大加強了供電網絡的安全性和人身安全。
名 稱：KZMGB 母保及過電壓控制柜（母線短路保護及過電壓控制系統）
電弧光產生原因及其危害
1.1.1電弧光產生的原因
1）開關設備內電弧光產生的人為原因有：
● 誤入帶電間隔;
● 隔離開關誤操作;
● 帶接地線合閘;
● 忘記測量工作區內的電壓等。
2）開關設備內電弧光產生的技術原因有：
● 設備故障和帶電設備的誤操作;
● 設備正常檢修后，遺漏工具在開關設備內;
● 錯誤的接線和母線連接;
● 絕緣老化、機械磨損、過電壓、小動物(尤其是老鼠)、灰塵、溫度、濕度及腐蝕等環境因素。
1.1.2電弧光的危害
開關設備內部間隔發生故障而產生的電弧光造成開關設備中的壓力和溫度迅速增加，如不及時切除、將造成以下重大危害：
● 電弧光中心溫度相當于太陽表面溫度的2倍，約為20000℃，由于過熱將導致銅排、鋁排融毀氣化;
● 電纜融毀，電纜護套著火;
● 過熱導致壓力上升，使開關設備爆炸;
● 開關設備劇烈振動，使固定元件松脫;
● 使上一級變壓器承受近距離短路故障沖擊，故障電流產生的電動力可能導致變壓器繞組變形發生匝間短路;
● 故障產生的弧光以300m/s的速度爆發，可摧毀途中的任何物質，若波及站內直流系統造成全站直流失電，將造成無法彌補的重大損失;
● 高溫灼傷皮膚，強光刺傷眼睛;
● 爆破音振損傷耳膜，肺臟;
● 爆炸碎片飛射，造成人員傷亡。
電弧光故障的危害程度取決于電弧光電流及切除時間，電弧光產生的能量與 成指數規律快速上升。
基本原理及特點
1、母線短路保護的必要性基本原理及特點
1.1 必要性
中低母線發生短路故障時，所產生的短路電流對設備及人員會造成極大地傷害，下圖為典型的電力系統圖，一般電力系統變壓器主保護有母差保護，母線以下饋線開關柜部分有綜保的速斷保護，但是目前國內中低壓端母線系統中一般不配置專用的快速母線保護，而是依賴上一級變壓器的后備保護切除母線短路故障，這樣導致了故障切除時間延長，加大了設備的損傷程度，破壞嚴重時可能造成事故的進一步擴大，威脅到系統的穩定運行，該問題引起業內人士的高度重視。
裝置耐壓水平
母線短路保護:繼電器動作時間<8ms,完成保護動作時間<100ms.
電弧光產生原因及其危害
1.1.1電弧光產生的原因
1)開關設備內電弧光產生的人為原因有：
● 誤入帶電間隔;
● 隔離開關誤操作;
● 帶接地線合閘;
● 忘記測量工作區內的電壓等。
2) 開關設備內電弧光產生的技術原因有：
● 設備故障和帶電設備的誤操作;
● 設備正常檢修后，遺漏工具在開關設備內;
● 錯誤的接線和母線連接;
● 絕緣老化、機械磨損、過電壓、小動物(尤其是老鼠)、灰塵、溫度、濕度及腐蝕等環境因素。
1.1.2電弧光的危害
開關設備內部間隔發生故障而產生的電弧光造成開關設備中的壓力和溫度迅速增加，如不及時切除、將造成以下重大危害：
● 電弧光中心溫度相當于太陽表面溫度的2倍，約為20000℃，由于過熱將導致銅排、鋁排融毀氣化;
● 電纜融毀，電纜護套著火;
● 過熱導致壓力上升，使開關設備爆炸;
● 開關設備劇烈振動，使固定元件松脫;
● 使上一級變壓器承受近距離短路故障沖擊，故障電流產生的電動力可能導致變壓器繞組變形發生匝間短路;
● 故障產生的弧光以300m/s的速度爆發，可摧毀途中的任何物質，若波及站內直流系統造成全站直流失電，將造成無法彌補的重大損失;
● 高溫灼傷皮膚，強光刺傷眼睛;
● 爆破音振損傷耳膜，肺臟;
● 爆炸碎片飛射，造成人員傷亡。
電弧光故障的危害程度取決于電弧光電流及切除時間，電弧光產生的能量與成指數規律快速上升。
基本原理及特點
1、母線短路保護的必要性基本原理及特點
1.1 必要性
中低母線發生短路故障時，所產生的短路電流對設備及人員會造成極大地傷害，下圖為典型的電力系統圖，一般電力系統變壓器主保護有母差保護，母線以下饋線開關柜部分有綜保的速斷保護，但是目前國內中低壓端母線系統中一般不配置專用的快速母線保護，而是依賴上一級變壓器的后備保護切除母線短路故障，這樣導致了故障切除時間延長，加大了設備的損傷程度，破壞嚴重時可能造成事故的進一步擴大，威脅到系統的穩定運行，該問題引起業內人士的高度重視。
有關專家在安全質量標準化檢查評價后指出：母線無快速保護，破壞了繼電保護的速動性，必須在合適時機進行母線保護改造和完善。為了保證變壓器及母線開關設備的安全運行，根據繼電保護快速性的要求，迫切需要配置專用中低壓母線保護。
合肥凱正電氣技術有限公司(以下簡稱凱正電氣)研制的KZMGB母線短路保護及過電壓控制系統采用弧光檢測和過電流檢測雙判據原理，保護動作快、可靠性高。選用快速繼電器出口跳閘時間為4ms，選用常規繼電器出口跳閘時間為8ms，遠快于傳統母線短路保護，對開關柜內部弧光故障總切除時間為100ms以內。
一般變壓器后備保護動作時間：
●采樣20-30ms
●跳閘啟動10ms
●延時設定500-1000ms
●斷路器動作時間50-80ms
發生故障時總切除時間最少為：20+10+500+50=580ms
母線短路保護動作時間：
●弧光探測1ms
●過流比較1ms
●輸出繼電器動作時間5-8ms
●短路動作時間為50-80ms
發生故障時總切除時間最少為：1+1+8+80=90ms，一般為60ms左右。
當發生母線短路故障時，弧光能在1ms內迅速產生，在燃弧的同時，由于空氣電離的作用，會使附近的電阻迅速發生變化，弧光電阻將會逐步接近0歐姆，故障電流將相繼發生平方關系的變化，能量公式P=I2t從上述能量積聚效應中可看出，弧光的危害，直接與故障電流和燃弧時間有關。如下圖所示：
從上圖中可以看出，只有總切除時間小于100ms，才能保證設備不受結構性損失。以下為各種燃弧時間下對設備造成的損壞程度一覽表：
1.2基本原理及組成
KZMGB是一個模塊化系統，包括主控單元、電流單元、弧光擴展器和弧光單元、系統結構圖如下：
由于配置模塊化，系統適合于各種不同場合的電弧光保護應用, 從只有一個主控單元的簡單系統，到包含多個單元能用于選擇性電弧光保護的復雜解決方案。
系統采用光纖星型連接方式，主控單元和電流單元、主控單元和弧光單元、主控單元和弧光擴展單元、弧光單元和弧光擴展單元之間采用單模通信光纜連接。
主控單元和弧光探頭、弧光單元和弧光探頭之間采用專用光纜連接。本系統通過主控單元和站內監控系統通信，主控單元可選配2路以太網或2路CAN網，通信規約支持部頒IEC60870-5-103標準，可方便地接入站內綜自系統。
系統原理說明
變低開關與饋線開關母線室，母線上其他間隔(PT柜、隔離柜等)屬于母線范疇。每個間隔安裝弧光傳感器，直接或通過擴展器接入主控單元;變低、分段開關CT直接或通過電流單元接入主控單元;主控單元直接或通過電流單元跳變低、分段開關。
◇系統分列運行：
若d1位置發生故障，I母關聯弧光傳感器(S10…S1n)監測到弧光動作，且1#變低電流判據滿足，則I母區域弧光保護動作，跳1#變低開關(Q2)，切除I母故障，若規定時間內故障未切除，則啟動弧光失靈保護，跳上級開關(Q1);
若d2位置發生故障，II母關聯弧光傳感器(S20…S2n)監測到弧光動作，且2#變低電流判據滿足，則II母區域弧光保護動作，跳2#變低開關(Q4)，切除II母故障，若規定時間內故障未切除，則啟動弧光失靈保護，跳上級開關(Q3);
◇系統并列運行：
由1#變帶兩段母線運行時，若d1位置發生故障，I母關聯弧光傳感器(S10…S1n)監測到弧光動作，故障電流由1#變低流向故障點d1,而分段開關無流，1#變低電流判據滿足，分段開關電流判據不滿足，因此只有I母區域弧光保護動作，跳1#變低開關(Q2)，分段開關弧光保護不動;若規定時間內故障未切除，則啟動弧光失靈保護，跳上級開關(Q1)。若d2位置發生故障，II母關聯 弧光傳感器(S20…S2n)監測到弧光動作，故障電流由1#變低經過分段開關流向故障點,1#變低和分段開關的電流判據均滿足，由于1#變低電流只關聯I母上弧光傳感器(S10…S1n),分段開關電流關聯I母、II母上所有弧光傳感器(S10…S1n、S20…S2n)，故分段開關的弧光保護動作，跳開分段開關(Q5)，切除II母故障，I母仍然處于運行狀態，實現系統有選擇性的跳閘，若規定時間內故障未切除，則啟動弧光失靈保護，跳上級開關(Q1或Q2)。同樣由2#主變帶兩段母線運行時情況同上近述。
1.3主要特點
1.3.1選擇性：弧光保護系統綜合弧光保護和高速通信網絡技術，吸收弧光保護、失靈保護和電流保護的特點，是一種基于選擇性的快速保護系統;
1.3.2可靠性：
◇優秀的電磁兼容性能:弧光傳感器采用無源設計;所有單元之間均采用光纖連接，弧光信號通過光纖進入弧光采集單元，光電轉換在采集單元內完成。整個系統可通過國標及IEC最高等級電磁兼容試驗，能夠應用在各種復雜的電磁環境中;
◇多重判據：弧光保護動作判據為弧光和電流，系統可以整定為只檢測弧光、同時檢測弧光和過流兩種方式，檢測光強和電流門檻可整定，過電壓控制部分跟母線短路保護部分是相互通訊，相輔相成的，母線短路保護的失靈保護需要過電壓控制系統提供的零序電壓信號，過電壓控制系統通過母線短路保護提供的相電流信號也可以多一個判據，這樣彼此的判斷都能足夠準確，進一步提高裝置可靠性;
1.3.3靈敏性：KZMGB母線保護系統具備頻譜識別功能，能夠準確識別電弧光特征光譜，有效區分日常工作環境中的反射陽光、照明燈光、檢修用手電光等各種光源，避免其他光源對弧光保護系統的干擾，提高保護裝置動作的靈敏性;
1.3.4速動性：可以選擇電磁繼電器和固態繼電器兩種出口，電磁繼電器時出口時間不超過8ms,固態繼電器時出口時間不超過4ms,遠快于傳統母線保護;
1.3.5智能化數據接口：可選配2路以太網或2路CAN網，可接入GPS同步對時，自適應IRIG—B格式或秒脈沖方式;通信規約支持IEC61850和IEC60870-5-103標準，支持數字化過程層IEC61850-9-2(SMV)和GOOSE高速通訊，滿足數字化廠站需要，適應智能電網未來發展趨勢。
2、過電壓控制系統的必要性原理及特點
2.1必要性
我國3~35kV系統存在如下幾種過電壓：斷路器開閉動作過程產生的操作過電壓、單相接地時產生的弧光過電壓和雷擊時產生的大氣過電壓、諧振過電壓等。目前尚無針對這些過電壓的完整保護方案，經常會發生電纜放炮、電動機絕緣擊穿、避雷器爆炸和電壓互感器燒毀等事故。此類事故發生的原因，除了與系統中裝設的過電壓保護器產品的性能有關系外，系統本身的復雜性對過電壓有著重要的影響，對于不同的系統，使用過電壓保護產品時需要考慮系統輸電線路的類型、輸配電線路的網絡結構、負載的性質和系統的接地方式等。
針對如此復雜的系統，難以孤立的使用某種或某幾種過電壓保護產品來全面抑制各種類型的系統過電壓，如避雷器、組合式過電壓保護器、消弧線圈及各種原理的消弧裝置以及PT消諧器等。盡管在這些系統中裝設各種過電壓保護產品，但因產品保護特性不能很好的匹配，而無法徹底有效地抑制系統過電壓，同一系統中裝設不同廠家的過電壓保護器產品更是如此。
針對目前中低壓系統過電壓防治的現狀，我公司研制生產了配電KZMGB母線保護及過電壓控制系統，該裝置可彌補系統中過電壓保護元件及裝置的不足，提升了系統的過電壓保護水平。
過電壓是形成電力系統母線短路一個重要原因，KZMGB母線短路保護及過電壓控制系統不僅可以預防因各種過電壓引起的母線短路，同時在形成短路之前能把系統過電壓限制在2.5倍相電壓以內，減輕對設備的損壞。
2.2工作原理及特點
1、KZMGB采用本公司研制的專用過電壓抑制保護裝置，能夠抑制過電壓尖峰，該裝置采用動態電阻氧化鋅閥片，能夠很大程度降低殘壓值，并且能夠消除系統過電壓時所產生的大量能量，有效的保證了裝置的自身安全，并且采用了特有的技術，可同時消除系統中的諧振過電壓、斷線過電壓等;
2、KZMGB采用了本公司專有技術，能與系統中的過電壓保護器及消弧裝置等配合使用，更加完善了系統中各種過電壓保護器的安全問題，并進一步優化了系統運行，可以更好的消除系統過電壓保護死區。
3、KZMGB能根本的解決系統單相接地、諧振等因素而造成PT燒毀事故、有效的保證了電力系統的保護、測量事故的發生;
4、KZMGB使用了本公司特有綜合控制裝置，能夠將系統中的PT斷線，過電壓、低電壓、失壓、諧振等事故進行準確的判斷處理;
5、KZMGB具備當系統出現PT斷線、過電壓、低電壓、失壓故障時，則裝置輸出相應的開關量接點信號，用于報警;
6、KZMGB具有故障記憶功能，可實現最近20次歷史故障記錄;
7、中文液晶顯示，菜單式操作，方便使用;
8、KZMGB可以取代傳統的PT柜，性價比極高。
結構示意圖
上一條：DPR360ARC 母線短路保護
