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KZMGB 母保及过电压控制柜（母线短路保护及过电压控制系统）
一、产品概述
电力系统的母线短路和过电压现象十分普遍。如果没有防范和应对措施，随时都有可能对电网和电力设备产生严重损坏，甚至使供电网络瘫痪，影响供电的稳定性、安全性和连续性。各种过电压(以下同，如:弧光过电压、谐振过电压、雷电过电压、操作过电压、高频过电压等)又是引起母线短路的重要因素之一，同时在母线短路之前会有5-7倍相电压冲击电网，为了综合治理母线短路保护和抑制消除各种过电压，使电网更加安全、稳定、连续运行，我公司联合西安交通大学、国电南京自动化研究院、研发出KZMGB母线短路保护及过电压控制系统系列产品，填补了国内空白，在母线短路故障发生之前，先由过电压控制系统预防过电压的产生，如果预防环节在规定时间内无法消除故障，再由母线短路保护系统切除故障点，彻底消除母线短路故障，使电力系统母线短路和各种过电压得到有效的控制和综合治理，减轻了电动力和热动力的危害，大大加强了供电网络的安全性和人身安全。
名 称：KZMGB 母保及过电压控制柜（母线短路保护及过电压控制系统）
电弧光产生原因及其危害
1.1.1电弧光产生的原因
1）开关设备内电弧光产生的人为原因有：
● 误入带电间隔;
● 隔离开关误操作;
● 带接地线合闸;
● 忘记测量工作区内的电压等。
2）开关设备内电弧光产生的技术原因有：
● 设备故障和带电设备的误操作;
● 设备正常检修后，遗漏工具在开关设备内;
● 错误的接线和母线连接;
● 绝缘老化、机械磨损、过电压、小动物(尤其是老鼠)、灰尘、温度、湿度及腐蚀等环境因素。
1.1.2电弧光的危害
开关设备内部间隔发生故障而产生的电弧光造成开关设备中的压力和温度迅速增加，如不及时切除、将造成以下重大危害：
● 电弧光中心温度相当于太阳表面温度的2倍，约为20000℃，由于过热将导致铜排、铝排融毁气化;
● 电缆融毁，电缆护套着火;
● 过热导致压力上升，使开关设备爆炸;
● 开关设备剧烈振动，使固定元件松脱;
● 使上一级变压器承受近距离短路故障冲击，故障电流产生的电动力可能导致变压器绕组变形发生匝间短路;
● 故障产生的弧光以300m/s的速度爆发，可摧毁途中的任何物质，若波及站内直流系统造成全站直流失电，将造成无法弥补的重大损失;
● 高温灼伤皮肤，强光刺伤眼睛;
● 爆破音振损伤耳膜，肺脏;
● 爆炸碎片飞射，造成人员伤亡。
电弧光故障的危害程度取决于电弧光电流及切除时间，电弧光产生的能量与 成指数规律快速上升。
基本原理及特点
1、母线短路保护的必要性基本原理及特点
1.1 必要性
中低母线发生短路故障时，所产生的短路电流对设备及人员会造成极大地伤害，下图为典型的电力系统图，一般电力系统变压器主保护有母差保护，母线以下馈线开关柜部分有综保的速断保护，但是目前国内中低压端母线系统中一般不配置专用的快速母线保护，而是依赖上一级变压器的后备保护切除母线短路故障，这样导致了故障切除时间延长，加大了设备的损伤程度，破坏严重时可能造成事故的进一步扩大，威胁到系统的稳定运行，该问题引起业内人士的高度重视。
装置耐压水平
母线短路保护:继电器动作时间<8ms,完成保护动作时间<100ms.
电弧光产生原因及其危害
1.1.1电弧光产生的原因
1)开关设备内电弧光产生的人为原因有：
● 误入带电间隔;
● 隔离开关误操作;
● 带接地线合闸;
● 忘记测量工作区内的电压等。
2) 开关设备内电弧光产生的技术原因有：
● 设备故障和带电设备的误操作;
● 设备正常检修后，遗漏工具在开关设备内;
● 错误的接线和母线连接;
● 绝缘老化、机械磨损、过电压、小动物(尤其是老鼠)、灰尘、温度、湿度及腐蚀等环境因素。
1.1.2电弧光的危害
开关设备内部间隔发生故障而产生的电弧光造成开关设备中的压力和温度迅速增加，如不及时切除、将造成以下重大危害：
● 电弧光中心温度相当于太阳表面温度的2倍，约为20000℃，由于过热将导致铜排、铝排融毁气化;
● 电缆融毁，电缆护套着火;
● 过热导致压力上升，使开关设备爆炸;
● 开关设备剧烈振动，使固定元件松脱;
● 使上一级变压器承受近距离短路故障冲击，故障电流产生的电动力可能导致变压器绕组变形发生匝间短路;
● 故障产生的弧光以300m/s的速度爆发，可摧毁途中的任何物质，若波及站内直流系统造成全站直流失电，将造成无法弥补的重大损失;
● 高温灼伤皮肤，强光刺伤眼睛;
● 爆破音振损伤耳膜，肺脏;
● 爆炸碎片飞射，造成人员伤亡。
电弧光故障的危害程度取决于电弧光电流及切除时间，电弧光产生的能量与成指数规律快速上升。
基本原理及特点
1、母线短路保护的必要性基本原理及特点
1.1 必要性
中低母线发生短路故障时，所产生的短路电流对设备及人员会造成极大地伤害，下图为典型的电力系统图，一般电力系统变压器主保护有母差保护，母线以下馈线开关柜部分有综保的速断保护，但是目前国内中低压端母线系统中一般不配置专用的快速母线保护，而是依赖上一级变压器的后备保护切除母线短路故障，这样导致了故障切除时间延长，加大了设备的损伤程度，破坏严重时可能造成事故的进一步扩大，威胁到系统的稳定运行，该问题引起业内人士的高度重视。
有关专家在安全质量标准化检查评价后指出：母线无快速保护，破坏了继电保护的速动性，必须在合适时机进行母线保护改造和完善。为了保证变压器及母线开关设备的安全运行，根据继电保护快速性的要求，迫切需要配置专用中低压母线保护。
合肥凯正电气技术有限公司(以下简称凯正电气)研制的KZMGB母线短路保护及过电压控制系统采用弧光检测和过电流检测双判据原理，保护动作快、可靠性高。选用快速继电器出口跳闸时间为4ms，选用常规继电器出口跳闸时间为8ms，远快于传统母线短路保护，对开关柜内部弧光故障总切除时间为100ms以内。
一般变压器后备保护动作时间：
●采样20-30ms
●跳闸启动10ms
●延时设定500-1000ms
●断路器动作时间50-80ms
发生故障时总切除时间最少为：20+10+500+50=580ms
母线短路保护动作时间：
●弧光探测1ms
●过流比较1ms
●输出继电器动作时间5-8ms
●短路动作时间为50-80ms
发生故障时总切除时间最少为：1+1+8+80=90ms，一般为60ms左右。
当发生母线短路故障时，弧光能在1ms内迅速产生，在燃弧的同时，由于空气电离的作用，会使附近的电阻迅速发生变化，弧光电阻将会逐步接近0欧姆，故障电流将相继发生平方关系的变化，能量公式P=I2t从上述能量积聚效应中可看出，弧光的危害，直接与故障电流和燃弧时间有关。如下图所示：
从上图中可以看出，只有总切除时间小于100ms，才能保证设备不受结构性损失。以下为各种燃弧时间下对设备造成的损坏程度一览表：
1.2基本原理及组成
KZMGB是一个模块化系统，包括主控单元、电流单元、弧光扩展器和弧光单元、系统结构图如下：
由于配置模块化，系统适合于各种不同场合的电弧光保护应用, 从只有一个主控单元的简单系统，到包含多个单元能用于选择性电弧光保护的复杂解决方案。
系统采用光纤星型连接方式，主控单元和电流单元、主控单元和弧光单元、主控单元和弧光扩展单元、弧光单元和弧光扩展单元之间采用单模通信光缆连接。
主控单元和弧光探头、弧光单元和弧光探头之间采用专用光缆连接。本系统通过主控单元和站内监控系统通信，主控单元可选配2路以太网或2路CAN网，通信规约支持部颁IEC60870-5-103标准，可方便地接入站内综自系统。
系统原理说明
变低开关与馈线开关母线室，母线上其他间隔(PT柜、隔离柜等)属于母线范畴。每个间隔安装弧光传感器，直接或通过扩展器接入主控单元;变低、分段开关CT直接或通过电流单元接入主控单元;主控单元直接或通过电流单元跳变低、分段开关。
◇系统分列运行：
若d1位置发生故障，I母关联弧光传感器(S10…S1n)监测到弧光动作，且1#变低电流判据满足，则I母区域弧光保护动作，跳1#变低开关(Q2)，切除I母故障，若规定时间内故障未切除，则启动弧光失灵保护，跳上级开关(Q1);
若d2位置发生故障，II母关联弧光传感器(S20…S2n)监测到弧光动作，且2#变低电流判据满足，则II母区域弧光保护动作，跳2#变低开关(Q4)，切除II母故障，若规定时间内故障未切除，则启动弧光失灵保护，跳上级开关(Q3);
◇系统并列运行：
由1#变带两段母线运行时，若d1位置发生故障，I母关联弧光传感器(S10…S1n)监测到弧光动作，故障电流由1#变低流向故障点d1,而分段开关无流，1#变低电流判据满足，分段开关电流判据不满足，因此只有I母区域弧光保护动作，跳1#变低开关(Q2)，分段开关弧光保护不动;若规定时间内故障未切除，则启动弧光失灵保护，跳上级开关(Q1)。若d2位置发生故障，II母关联 弧光传感器(S20…S2n)监测到弧光动作，故障电流由1#变低经过分段开关流向故障点,1#变低和分段开关的电流判据均满足，由于1#变低电流只关联I母上弧光传感器(S10…S1n),分段开关电流关联I母、II母上所有弧光传感器(S10…S1n、S20…S2n)，故分段开关的弧光保护动作，跳开分段开关(Q5)，切除II母故障，I母仍然处于运行状态，实现系统有选择性的跳闸，若规定时间内故障未切除，则启动弧光失灵保护，跳上级开关(Q1或Q2)。同样由2#主变带两段母线运行时情况同上近述。
1.3主要特点
1.3.1选择性：弧光保护系统综合弧光保护和高速通信网络技术，吸收弧光保护、失灵保护和电流保护的特点，是一种基于选择性的快速保护系统;
1.3.2可靠性：
◇优秀的电磁兼容性能:弧光传感器采用无源设计;所有单元之间均采用光纤连接，弧光信号通过光纤进入弧光采集单元，光电转换在采集单元内完成。整个系统可通过国标及IEC最高等级电磁兼容试验，能够应用在各种复杂的电磁环境中;
◇多重判据：弧光保护动作判据为弧光和电流，系统可以整定为只检测弧光、同时检测弧光和过流两种方式，检测光强和电流门槛可整定，过电压控制部分跟母线短路保护部分是相互通讯，相辅相成的，母线短路保护的失灵保护需要过电压控制系统提供的零序电压信号，过电压控制系统通过母线短路保护提供的相电流信号也可以多一个判据，这样彼此的判断都能足够准确，进一步提高装置可靠性;
1.3.3灵敏性：KZMGB母线保护系统具备频谱识别功能，能够准确识别电弧光特征光谱，有效区分日常工作环境中的反射阳光、照明灯光、检修用手电光等各种光源，避免其他光源对弧光保护系统的干扰，提高保护装置动作的灵敏性;
1.3.4速动性：可以选择电磁继电器和固态继电器两种出口，电磁继电器时出口时间不超过8ms,固态继电器时出口时间不超过4ms,远快于传统母线保护;
1.3.5智能化数据接口：可选配2路以太网或2路CAN网，可接入GPS同步对时，自适应IRIG—B格式或秒脉冲方式;通信规约支持IEC61850和IEC60870-5-103标准，支持数字化过程层IEC61850-9-2(SMV)和GOOSE高速通讯，满足数字化厂站需要，适应智能电网未来发展趋势。
2、过电压控制系统的必要性原理及特点
2.1必要性
我国3~35kV系统存在如下几种过电压：断路器开闭动作过程产生的操作过电压、单相接地时产生的弧光过电压和雷击时产生的大气过电压、谐振过电压等。目前尚无针对这些过电压的完整保护方案，经常会发生电缆放炮、电动机绝缘击穿、避雷器爆炸和电压互感器烧毁等事故。此类事故发生的原因，除了与系统中装设的过电压保护器产品的性能有关系外，系统本身的复杂性对过电压有着重要的影响，对于不同的系统，使用过电压保护产品时需要考虑系统输电线路的类型、输配电线路的网络结构、负载的性质和系统的接地方式等。
针对如此复杂的系统，难以孤立的使用某种或某几种过电压保护产品来全面抑制各种类型的系统过电压，如避雷器、组合式过电压保护器、消弧线圈及各种原理的消弧装置以及PT消谐器等。尽管在这些系统中装设各种过电压保护产品，但因产品保护特性不能很好的匹配，而无法彻底有效地抑制系统过电压，同一系统中装设不同厂家的过电压保护器产品更是如此。
针对目前中低压系统过电压防治的现状，我公司研制生产了配电KZMGB母线保护及过电压控制系统，该装置可弥补系统中过电压保护元件及装置的不足，提升了系统的过电压保护水平。
过电压是形成电力系统母线短路一个重要原因，KZMGB母线短路保护及过电压控制系统不仅可以预防因各种过电压引起的母线短路，同时在形成短路之前能把系统过电压限制在2.5倍相电压以内，减轻对设备的损坏。
2.2工作原理及特点
1、KZMGB采用本公司研制的专用过电压抑制保护装置，能够抑制过电压尖峰，该装置采用动态电阻氧化锌阀片，能够很大程度降低残压值，并且能够消除系统过电压时所产生的大量能量，有效的保证了装置的自身安全，并且采用了特有的技术，可同时消除系统中的谐振过电压、断线过电压等;
2、KZMGB采用了本公司专有技术，能与系统中的过电压保护器及消弧装置等配合使用，更加完善了系统中各种过电压保护器的安全问题，并进一步优化了系统运行，可以更好的消除系统过电压保护死区。
3、KZMGB能根本的解决系统单相接地、谐振等因素而造成PT烧毁事故、有效的保证了电力系统的保护、测量事故的发生;
4、KZMGB使用了本公司特有综合控制装置，能够将系统中的PT断线，过电压、低电压、失压、谐振等事故进行准确的判断处理;
5、KZMGB具备当系统出现PT断线、过电压、低电压、失压故障时，则装置输出相应的开关量接点信号，用于报警;
6、KZMGB具有故障记忆功能，可实现最近20次历史故障记录;
7、中文液晶显示，菜单式操作，方便使用;
8、KZMGB可以取代传统的PT柜，性价比极高。
结构示意图
上一条：DPR360ARC 母线短路保护
