消谐装置的作用及工作原理

1PT二次消谐装置说明书一、概述在电力系统中，由于电压互感器的非线性电感与线路对地电容的匹配而引起铁磁谐振过电压，直接威胁电力系统的安全运行，严重时会引起电压互感器（PT）的爆炸，造成事故。传统的解决办法是在电压互感器开口三角两端并接一个电阻，从理论上讲对频率越低的铁磁谐振阻值应取得越小，但太小的电阻并在PT开口三角上会影响其正常运行，严重时会造成PT烧毁。另外因为铁磁谐振的频率往往不是单一的，所以这种方法就难于消除所有频率的谐振。针对上述情况，国内一些厂家先后研制了一些分频消谐装置。这些装置的原理均是采用模拟选频的原理，功能单一，只对单一频率的谐振有效。由于电网中谐振往往是多种频率同时存在，所以其适应性较差，模拟电路实现的选频与微机选频相比其选频效果也差，有时电网的过渡过程等也会造成误动。PWX-50系列微机消谐装置将微机技术用于电网消谐，利用计算机快速、准确的数据处理能力实现快速傅里叶分析，其选频准确。通过对PT开口三角电压的采集，对电网谐振时的各种频率成份能快速分析，准确地辨别出：①单相接地；②过渡过程；③电网谐振。如果是谐振，计算机发出指令使消谐电路投入，实现快速消谐。经实际运行证明本装置对各种高频、低频、工频谐振均判断准确，动作迅速，较完善地解决了电力系统中电网的消谐问题，并能记录存储谐振的次数及谐振频率，可广泛适用于发电厂、变电站及钢铁、煤炭、石油化工等大型厂矿企业的电力系统。二、装置用途：PWX-50系列微机消谐装置将微机技术用于电网消谐，利用计算机快速、准确的数据处理能力实现快速傅里叶分析，其选频准确。通过对PT开口三角电压的采集，对电网谐振时的各种频率成份能快速分析，准确地辨别出：①单相接地；②过渡过程；③电网谐振。如果是谐振，计算机发出指令使消谐电路投入，实现快速消谐。经实际运行证明本装置对各种高频、低频、工频谐振均判断准确，动作迅速，较完善地解决了电力系统中电网的消谐问题，并能记录存储谐振的次数及谐振频率，可广泛适用于发电厂、变电站及钢铁、煤炭、石油化工等大型厂矿企业的电力系统。2三、功能3.1消谐功能：循环检测PT开口三角的电压，当出现电压升高时，首先判断是单相接地，过渡过程还是电网谐振，如果是谐振，计算机发出指令使消谐电路投入，实现快速消谐。3.2故障报警功能：当系统发生单相接地或谐振、装置故障、装置失电时产生报警信号。3.3显示功能：以中文方式显示实时时钟，装置运行状态，接地或谐振故障的母线序号，故障起始时间等。3.4设置功能：通过汉字菜单提示用户可以设置或修改消谐启动门限电压、实时时钟、通信方式。3.5通信功能：装置具有完善的通信功能，RS-232/485通信接口和通信速率可选。3.6故障追忆功能：按时间顺序可追忆十六次接地故障和十六次谐振故障。四、装置特点1．本产品选用微处理器为Intel公司的十六位单片机芯片80C196。2．设置和调试等人机界面采用汉字菜单选项。3．谐振波形和谐振有效值大小可直接显示，便于对发生的谐振进行分析。4．设置了串行通讯接口RS-232C、RS-422和RS-485。5．可循环记录16条谐振故障信息。6．投运后，本机基本上不需要维护。五、硬件结构装置总体构成如图1所示。主要由CPU主板、信号转换和消谐板：显示键盘板、电源模块等组成，各板的功能如下：5.1CPU主板：为本机的核心部分，完成数据采集、数据处理、消谐控制及与其它设备的通信。5.2信号转换和消谐板：主要部件有电压互感器、可控硅及触发电路。电压互感器用于完成母线零序电压到低电平小信号的转换，消谐部分是当系统发生谐振时，接受CPU命令，可控硅快速导通,将PT开口三角与消谐电阻连接，这时系统的铁磁谐振在这一强阻尼下快速消失，而后可控硅又恢复阻断状态。5.3键盘显示板：由液晶显示电路、键盘电路、CPU接口电路等组成，该板做为人机对话接口，完成各种信息的中文显示及键盘命令的输入。3六、技术指标1、适用范围：3kV―66kV系统2、适用谐振频率：高频、低频、工频谐振3、消谐路数：1~4路4、消谐时间：小于100ms5、电压测量精度：0.5%6、频率测量精度：±1Hz7、型号及功能配置表型号母线段数(最大)消谐路数(最大)跳闸功能通信功能报警功能PWX-50A11无有有PWX-50B22无有有PWX-50C33无有有PWX-50D44无有有WXZ196系列微机消谐装置1概述WXZ196系列微机消谐装置是我公司针对电力部门和用户由于铁磁谐振而时常发生的电压互感器（PT）烧毁甚至爆炸的恶性事故，在广泛征求用户意见的基础上，新近研制生产的一种智能消谐装置。它以美国Atmel公司的精简指令集(RISC)单片微控制器ATmega128为采样运算、逻辑判断和控制中心（CPU），经大功率、无触点消谐元件为出口，以点阵液晶显示器（LCD）、信号指示灯、触摸按键和微型打印机及RS485现场通讯总线为人机接口，配以智能化的软件，组成了技术和原理先进、使用简单方便的“傻瓜型”诊断、消谐、记录装置。该装置实时显示系统时钟及PT开口三角电压17HZ、25HZ、50HZ、150HZ四种频率的电压分量，可以区分过电压、铁磁谐振及单相接地，并配置通信接口把各种故障信息传送至有关部门，适用于无人值守变电站。2型号说明WXZ196-□设计序号合创公司微机产品代码装置消谐微机型表2-1设计序号配置外型尺寸宽×高×深(mm)开孔尺寸宽×高(mm)打印机串行通讯1有无278×185×130228×1792有有278×185×130228×17943无无162×182×160128×1794无有162×182×160128×1793使用条件3.1户内使用，并且室内通风良好。3.2海拔高度≤2Km。3.3环境温度-10～50℃3.4相对湿度≤90%3.5大气压力80～110Kpa。3.6周围介质无导电尘埃与导致金属或绝缘损坏的腐蚀性气体、霉菌等。4技术参数4.1工作电源DC/AC100-260V4.2功耗4.2.1电源回路DC220V≤30W或AC220V≤30VA4.2.2交流电压回路≤1VA4.3交流额定电压100V4.4可以根据用户要求特制。5装置特点5.1CPU采用美国Atmel公司精简指令集(RISC)单片微控制器ATmega128，数据采集、运算、逻辑判断、控制输出等速度快，精度高，自带“看门狗”(Watchdog)电路，抗干扰、自检及自恢复等能力强。5.2采用128×64点阵液晶显示器(LCD)，全中文化，显示信息丰富。5.3智能化软件技术，原理先进，性能稳定，安全可靠。5.4实时显示系统日历、时钟、PT开口三角电压4种频率：3分频(17Hz)、2分频(25Hz)、工频(50Hz)、3倍频(150Hz)的电压分量。5.5可以判别过电压、铁磁谐振及单相接地，并对铁磁谐振迅速消除。5.6对各种故障均可给出告警信号并显示、打印和保存有关信息。5.7微型打印机可以及时打印输出故障报告(故障类型、故障时间及PT开口三角电压4种频率的电压分量)。5.8有记忆功能，可存储10次最近发生的故障信息，掉电后不丢失。5.9消谐元件出口功率大、无触点。5.10通过菜单提示和面板按键整定，调试和维护简单、方便。5.11接线简单，安装方便。5.12硬件、软件冗余设计，抗干扰能力强。5.13适用于各种电压等级的PT。5.14配置通信接口把各种故障信息传送至有关部门，适用于无人值守变电站。5.15配置有压敏元件，可对铁磁谐振进行实时在线消除。5.16使用了最优决策算法，寻找合理的消除点，使消谐操作更趋合理。6工作原理6.1PT产生铁磁谐振的原因5电力系统中有大量的储能元件，如电压互感器、变压器、电抗器等电感元件，电容器、线路对地电容、断路器的断口电容等电容元件。这些元件组成了许多串联或并联振荡回路。在正常的稳定状态下运行时，不可能产生严重的振荡。但当系统发生故障或由于某种原因电网参数发生了变化，就很可能发生谐振。譬如在中性点非有效接地系统中：一相断线接地，受电变压器和相间电容；电压互感器和线路对地电容；空载变压器和空载长架空线电容所形成的振荡回路，都有可能发生谐振。谐振常常引起持续时间很长的过电压。电压互感器一类的电感元件在正常工作电压下，通常铁心磁通密度不高，铁心并不饱和，如在过电压下铁心饱和了，电感会迅速降低，从而与电容产生谐振，这时的谐振称作铁磁谐振。铁磁谐振不仅可在基频下发生，也可在高频和低频下发生。正常运行时，电压互感器开口三角的电压(3U0)理论上是0V，在实际中一般也不超过10V。系统发生单相接地故障时，3U0将迅速升高到30V，有时更高，达到120V，形成过电压。当系统上电时，由于三相不同期等原因（存在有如瞬时接地故障等的现象，）会在电压互感器中产生很大的谐波电流，导致互感器内部铁芯饱和，使二次侧的波形发生畸变，当畸变足够大时，就形成了铁磁谐振。另外也有因磁滞损耗和涡流损耗而形成谐振的情况。在形成的谐波含量中，16.667Hz，25Hz，150Hz三种成分比重较大，其他的分量相对很小，一般忽略。6.2铁磁谐振产生的条件6.2.1中性点非有效接地系统；6.2.2非线性电感元件和电容元件组成的振荡回路。回路线性状态时的自振频率小于某次低频谐振频率，当铁芯饱和而电感减小时，回路自振频率增加到恰好等于某次低频的谐振频率；6.2.3振荡回路中的损耗足够小，所以谐振实际上发生在系统空载或轻载时；6.2.4电感的非线性要相当大；6.2.5有激发作用，即系统有某种电压、电流的冲击扰动，如跳、合闸，瞬间短路等。6.3铁磁谐振消除原理装置实时监测PT开口三角电压，运用DFT算法计算出零序电压四种频率的电压分量。本装置较目前市场上同类设备增加了压敏元件，该元件的电抗随谐波电压而变化，从而破坏PT铁磁谐振的产生条件。达到了实时在线消除运行过程中瞬态谐振的目的，极大地降低了谐振产生的可能性。如压敏元件未能完全消除PT产生的铁磁谐振，则瞬间启动大功率消谐元件予以消除。在消谐过程中，使用了最优决策算法，即寻找合理的消除点。我们知道，谐波电压中16.667Hz(≈17Hz)，25Hz，150Hz谐波分量叠加在50Hz的基波上，将使基波波形发生严重畸变，在消谐元件出口消谐时，如不区分具体的消除点，就很容易造成PT运行的不安全，并且出口在谐波的过零点时就没有意义。所以根据最优决策理论，应该寻找那些基波过零点与谐波峰值之间的黄金分割点(0.618)进行消除，这样既可以消除谐振又能保证基波不受或少受影响(图6—1)。当谐振发生时，每隔一微小时间段启动一次大功率消谐元件，启动3次算作一段，如果在第一段消谐过程中未能完全消除，隔一定时间启动第二段，若仍未能完全消除，则隔一定时间启动第三段。之后如谐振故障依然存在，则为了PT安全的考虑，不再启动大功率消谐元件，只用压敏元件予以实时在线消除。直到谐振完全消除。6.4动作判据6.4.1谐振判据：17Hz谐波电压≥17V，25Hz谐波电压≥25V，150Hz谐波电压≥33V。66.4.2接地判据：基波电压≥30V。6.4.3过压判据：基波电压≥120V。6.4.4返回系数：93.75%。tttV000aba=0.618×b图6—1消谐选点示意图合成波形基波波形谐波波形77使用说明装置加电自检后进入运行状态，绿色“运行”指示灯闪烁，液晶显示器(LCD)实时显示PT开口三角17Hz、25Hz、50Hz和150Hz四种频率的电压分量(图7—1)。在运行状态下按或键可以切换显示界面为日历时钟状态(图7—2)，或由显示日历时钟状态切换回显示谐波电压状态(图7—1)。在运行状态下，若系统发生接地、过电压故障或PT产生铁磁谐振，装置判断出故障类型，点亮面板相应指示灯，通过装置端子发出相应的告警信号，同时在液晶上交替显示故障类型、时间(图7—3)和谐波数据(图7—4)，并根据用户整定情况触发蜂鸣器或打印故障报告(图7—5)。同时与后台监控装置实时通讯，上传当前运行状况，详细通讯规约见第10节“通讯规约”。如故障类型为PT铁磁谐振，则瞬时启动消谐元件予以消除。在运行状态