电力系统微机消谐装置的原理及主要特点

电力系统微机消谐装置的原理及主要特点

为什么需要微机消谐装置

消谐装置是专用于低压电网3次、5次、7次、11次、13次及以上的谐波无源滤波装置。适用于中频冶炼、变频、轧钢、整流设备等的环境。该微机保护装置采用了电感和电容器组成串联谐振吸收回路，

有效的将负载产生的谐波加以吸收，从而避免将谐波电流返送到电力变压器，大大降低电网的谐波量，同时有利于用户电力变压器的运行，降低功耗，提高设备和其它电器组件的可靠性。

在6~35KV中性点不接地电网中的电磁式电压互感器(以下简称PT)，当母线空载或出线较少时，因合闸充电或在运行时接地故障消除等原因的激发，会使电压互感器过饱和，则可能产生铁磁谐

振过电压。出现相对地电压不稳定，接地指示误动作，PT高压保险丝熔断等异常现象，严重时会导致PT烧毁，继而引发其它事故。这种情况就需要安装微机消谐装置。

微机消谐装置的主要组成部分

采用高性能的单片微机作为核心元件，对PT开口三角电压(即零序电压)进行遁环检测。正常工作情况下，该电压小于30V，装置内的大功率消谐元件(固态继电器)处于阻断状态，对系统运行不产生影响。当PT开口电压大于30V时，系统出现故障。消谐装置开始对此信号进行数据采集，通过电路对信号进行数字测量、滤

波、放大等数字信号处理技术，然后对检测到的数据进行分析、

计算，得出故障类型。

CPU采用最新高性能的单片机构成，运算速度快、控制能力强，运行安全可靠等特点。系统设置看门狗电路，可防止系统运行或干扰造成的死机现象。设备可以长期可靠运行，内置大容量数据

存贮器RAM，存贮各类数据运算结果的相关内容。

微机消谐保持装置的主要技术特点

1、CPU采用超低功耗的32位ARM芯片，更适合工业级环境，板卡的模块化设计使维护变得更加简单。数据采集、运算、逻辑判断、控制输出等速度快，精度高。

2、可以判别过电压、铁磁谐振以及单相接地。

3、能够对5种频率（3分频/17Hz、2分频/25Hz、工频/50Hz、3倍频/150Hz、5倍频/250Hz）的铁磁谐振进行消谐。

4、中文界面提示，采用宽温图形液晶显示器（LCD），显示信息丰富、直观。

5、通过中文界面提示和面板按键整定，调试和维护简单、方便。

6、对各种故障均可给出告警信号并显示、保存有关信息。

7、智能化软件技术、原理先进，性能稳定，安全可靠。

8、具有故障录波功能，提供故障前后的波形，包括故障发生前的一个周期和故障发生后五个周期的波形。可保存现场故障录波数据1000次。

9、消谐元件出口功率大、无触点。

10、硬件、软件冗余设计，抗干扰能力强。

11、适用于各种电压等级的PT。

12、可配置硬结点及通信接口把各种故障信息传送至综合自动化系统，并能够接收综合自动化系统的对时信息实现时钟同步，适用于无人职守变电站。

消谐装置的作用：

电力系统中有许多铁芯电感元件，例如变压器、电压互感器、消弧和并联补偿电抗器，这些大都为非线性元件，它和系统的电容组成许多复杂的振荡回路，如果满足一定的条件，就可激发起持续时间较长的铁磁谐振过电压。发生铁磁谐振时产生的较高过电压和较大的过电流，极易使电力设备的绝缘损坏，严重情况下危及运行人员的安全。微机消谐装置实时监测电压互感器测控装置开口三角处电压和频率，当发生铁磁谐振时，装置瞬时启动无触点消谐元件，产生强大阻尼，从而消除铁磁谐振。

消谐装置工作原理：

微机消谐装置采用高性能的单片微机作为核心元件,对PT开口三角电压(即零序电压)进行遁环检测.正常工作情况下,该电压小于30V,装置内的大功率消谐元件(固态继电器)处于阻断状态,对系统运行不产生影响.当PT开口电压大于30V时,系统出现故障.消谐装置开

始对此信号进行数据采集,通过电路对信号进行数字测量、滤波、放大等数字信号处理技术,然后对检测到的数据进行分析、计算,得出故障类型.如果当前是铁磁谐振,系统立即启动消谐电路,使固态继电器导通,让铁磁谐振在阻尼作用下迅速消失.此时,CPU系统进行记录、存贮,并自动报警、显示谐振信息(时间、频率、电压值).如果电路是过电压或单相接地故障,微机综合保护系统检测后,分别给出显示和报警,并记录、存贮有关故障信息.CPU系统处理完最后,返回起始状态,并继续检测电路中的状态.

一般消谐装置具有的特点：

1）无需整定和调试，维护量小；

2）中文蓝色液晶显示，人性化的菜单设计，良好的人机操作界面。

3）实时显示测量数据，时钟，装置运行状态，系统参数等，信息量大，功能全；

4）自动显示记录铁磁谐振发生时间及相关参数（谐振频率、幅值）；

5）可区分铁磁谐振、过电压、单相接地；

6）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，可自动显示或记录发生时刻及相关参数；

7）适用于各个电压等级，各种特征谐振频率（1/3分频、1/2分频、工频、3倍频），适用范围广；

8)诊断准确，消谐迅速、彻底；

9)可分别记录谐振和接地故障次数，按时间顺序可追忆16次接地故障和16次谐振故障的详细信息，进行显示并可通过通讯接口上传打印记录；

10）具有完善的通信功能，RS-232/485通信接口和通信速率可选，采用标准的MOBUS-RTU规约，便于同上位机相连。

消谐装置总结了国内外同行多年应用经验基础上，结合国内综合自动化系统的实际特点，开发研制的针对PT单元的集保护、监视、控制、通信等多种功能于一体的电力自动化高新技术产品，是构成智能化开关柜的理想电器单元。多种功能的高度集成，灵活的配置，友好的人机界面，使得通用型电压综合测控单元可作为35KV及以下电压等级的不接地系统、小电阻接地系统、消弧线圈接地系统、直接接地系统的各类PT柜的电压监视、PT并列、PT消谐、频率电压保护。

二次微机消谐装置内置一个由二十多个标准保护程序构成的保护库，具有对PT柜模拟量和开关量的完整强大的采集功能，配备标准RS485通讯口和工业CAN口双通讯接口。以上基本功能通过合理配置可实现以下间隔的保护和测控功能：

（1）35KV一路PT监测、PT消谐；

（2）10（6）KV两路PT单元的电压监测、PT消谐；

（3）10（6）KV一路PT单元的电压监测、PT消谐；

功能：

具有事件记录功能，可记录与电力系统安全运行相关的所有事件，时间分辨率小于1ms，可在线记录事件100条，掉电不丢失，便于分析故障原因和诊断设备缺陷；

具有故障录波功能，可真实记录故障前后的电流、电压、开关状态等信息，记录密度每周波24点，记录长度为故障前2周波，故障后7周波，掉电不丢失；

具有多套保护定值手动切换功能；

保护功能：

序号功能

1I母过电压保护

2I母低电压保护

3I母零序电压保护（母线绝缘监察）

4I母负序电压保护

5I母高频保护

6I母低频保护

7I母消谐功能

8I母PT断线检测功能

9II母过电压保护

10II母低电压保护

11II母零序电压保护（母线绝缘监察）

12II母负序电压保护

13II母高频保护

14II母低频保护

15II母消谐功能

16II母PT断线检测功能

17I母PT控制功能

18II母PT控制功能

19PT并列功能

20非电量保护1～8

优点：

保护库中配置有二十几种常用保护，满足用户对不同电气设备或线路的保护要求；

用户可根据实际运行需要配置相应的保护，真正实现为用户"量身定做"；

自定义保护功能可实现标准保护库中未提供的特殊保护，最大限度的满足用户要求；

各保护功能相对独立，保护定值、时限、闭锁条件和保护投退可独立整定和配置；

保护功能的实现不依赖于通信网络，满足电力系统二次设备对保护的可靠性要求；

支持多套保护定值手动切换；

与事件记录、故障录波、通信功能紧密配合，使继电保护技术的应用达到一个新的水平；

测量功能：

能测量以下电气参数：

序号测量参数测量精度

1I母三相相电压（Ua、Ub、Uc）0.2%

2II母三相相电压（Ua、Ub、Uc）0.2%

3I母三相线电压（Uab、Ubc、Uca）0.5%

4II母三相线电压（Uab、Ubc、Uca）0.5%

5I母零序电压（3U0）0.2%

6II母零序电压（3U0）0.2%

7I母电压频率（F）0.02Hz

8I母电压频率（F）0.02Hz

9I母二分之一次零序电压谐波（3U0/2）0.5%

10I母三分之一次零序电压谐波（3U0/3）0.5%

11I母三次零序电压谐波（3U0-3）0.5%

12II母二分之一次零序电压谐波（3U0/2）.5%

13II母三分之一次零序电压谐波（3U0/3）0.5%

14I母三次零序电压谐波（3U0-3）0.5%

以上测量值能根据PT接线方式和变比，自动进行工程量转换，并分别显示一次侧值和二次侧值。

消谐功能

本装置采用高性能的单片微机作为核心元件，对PT开口三角电压（即零序电压）进行遁环检测。正常工作情况下，该电压小于设

定值时，装置内的大功率消谐元件（固态继电器）处于阻断状态，对系统运行不产生影响。当PT开口电压大于设定值时，系统出现故障。消谐装置开始对此信号进行数据采集，通过电路对信号进行数字测量、滤波、放大等数字信号处理技术，然后对检测到的数据进行分析、计算，得出故障类型。如果当前是铁磁谐振，系统立即启动消谐电路，使固态继电器导通，让铁磁谐振在阻尼作用下迅速消失。此时，CPU 系统进行记录、存贮，并自动报警、显示谐振信息（时间、频率、电压值）。如果电路是过电压或单相接地故障，微机系统检测后，分别给出显示和报警，并记录、存贮有关故障信息。CPU系统处理完最后，返回起始状态，并继续检测电路中的状态。

事件记录

具有SOE事件记录功能，可在线记录最新发生的100条事件，并可在装置显示屏上显示查看。记录的时间分辨率小于1ms，掉电不丢失，便于分析故障原因和设备缺陷诊断。为了给事件记录提供高精度的时间戳，500内置了由可充电电池供电的内部时钟，并可接收上一级SCADA系统的通信校时和在装置本地修改系统时间。