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(duì)電力部門(mén)和用戶由于鐵磁諧振而時(shí)常發(fā)生的電壓互感器（PT）燒毀甚至爆炸的惡性事故，在廣泛征求用戶意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，新近研制生產(chǎn)的一種智能消諧裝置。它以美國(guó)Atmel公司的精簡(jiǎn)指令集(RISC)單片微控制器ATmega128為采樣運(yùn)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(hào)指示燈、觸摸按鍵和微型打印機(jī)及RS485現(xiàn)場(chǎng)通訊總線為人機(jī)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(tǒng)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(qū)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(hào)說(shuō)明
表2-1
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型號(hào) |
配置 |
外型尺寸 寬×高×深(mm) |
開(kāi)孔尺寸 寬×高(mm) |
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打印機(jī) |
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A型 |
有 |
278×185×130 |
228×179 |
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B型 |
無(wú) |
162×182×160 |
128×179 |
3 使用條件
3.1 戶內(nèi)使用，并且室內(nèi)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(duì)濕度≤90%
3.5 大氣壓力80～110Kpa。
3.6 周?chē)橘|(zhì)無(wú)導(dǎo)電塵埃與導(dǎo)致金屬或絕緣損壞的腐蝕性氣體、霉菌等。
4 技術(shù)參數(shù)
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(jù)用戶要求特制。
5 裝置特點(diǎn)
5.1 CPU采用美國(guó)Atmel公司精簡(jiǎn)指令集(RISC)單片微控制器ATmega128，數(shù)據(jù)采集、運(yùn)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(fù)等能力強(qiáng)。
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(wěn)定，安全可靠。
5.4 實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)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(duì)鐵磁諧振迅速消除。
5.6 對(duì)各種故障均可給出告警信號(hào)并顯示、打印和保存有關(guān)信息。
5.7 微型打印機(jī)可以及時(shí)打印輸出故障報(bào)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(chǔ)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(diào)試和維護(hù)簡(jiǎn)單、方便。
5.11 接線簡(jiǎn)單，安裝方便。
5.12 硬件、軟件冗余設(shè)計(jì)，抗干擾能力強(qiáng)。
5.13 適用于各種電壓等級(jí)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(duì)鐵磁諧振進(jìn)行實(shí)時(shí)在線消除。
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(tǒng)中有大量的儲(chǔ)能元件，如電壓互感器、變壓器、電抗器等電感元件，電容器、線路對(duì)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(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，不可能產(chǎn)生嚴(yán)重的振蕩。但當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或由于某種原因電網(wǎng)參數(shù)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(tǒng)中：一相斷線接地，受電變壓器和相間電容；電壓互感器和線路對(duì)地電容；空載變壓器和空載長(zhǎng)架空線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(xù)時(shí)間很長(zhǎng)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(yùn)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(tǒng)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(dá)到120V，形成過(guò)電壓。當(dāng)系統(tǒng)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(xiàn)象，）會(huì)在電壓互感器中產(chǎn)生很大的諧波電流，導(dǎo)致互感器內(nèi)部鐵芯飽和，使二次側(cè)的波形發(fā)生畸變，當(dāng)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(duì)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(tǒng)；
6.2.2 非線性電感元件和電容元件組成的振蕩回路?；芈肪€性狀態(tài)時(shí)的自振頻率小于某次低頻諧振頻率，當(dāng)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(tǒng)空載或輕載時(shí)；
6.2.4 電感的非線性要相當(dāng)大；
6.2.5 有激發(fā)作用，即系統(tǒng)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(jiān)測(cè)PT開(kāi)口三角電壓，運(yùn)用DFT算法計(jì)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(shè)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(dá)到了實(shí)時(shí)在線消除運(yùn)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(yán)重畸變，在消諧元件出口消諧時(shí)，如不區(qū)分具體的消除點(diǎn)，就很容易造成PT運(yùn)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(jù)優(yōu)化決策理論，應(yīng)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(dāng)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)在線消除。直到諧振完全消除。
6.4 動(dòng)作判據(jù)
6.3.1 諧振判據(jù)：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(jù)：基波電壓≥30V。
6.3.3 過(guò)壓判據(jù)：基波電壓≥120V。
6.3.4 返回系數(shù)：93.75%。