滤波实验

防止铁磁谐振实验

消弧实验

消弧实验电容电流40A

中性点虚拟接地装置主要功能：
1、拒绝系统谐振及其过电压，系统设计时无需考虑参数匹配。
在供电系统设计时，系统中感性元件的阻抗容易计算，但系统对地容抗很难计算，这主要是设备安装的位置、线路敷设的路径及高度、海拔高度、气候环境、空气的湿度、环境污染程度等都影响着系统对地的电容值。设计时计算参数匹配合理，而现场实际参数匹配不合理。
系统参数匹配不合理的情况如：零序阻抗与正序阻抗的比值在（-1）～（-20）之间；系统固有频率接近基频或某次谐波频率；系统对地电容容抗与电压互感器励磁电抗之比大于0.01；负载变压器绕组感抗与线路对地等效容抗满足一定关系等。
参数匹配不合理的系统，当受到某种“激励”（如操作、故障、雷击等）时，系统往往就会发生谐振，过电压倍数很高造成事故。
虚拟接地吸收泄放“激励”和谐振的能量，从源头上消除其影响，防止产生过电压，因此设计上可以不考虑系统参数匹配问题。
2、拒绝电压互感器铁磁谐振过电压
电压互感器发生谐振时，虚拟接地吸收泄放谐振能量，从源头消除谐振过电压，三相电压很快恢复到正常电压水平，不仅保护了系统的绝缘安全，防止了谐振过电压对系统绝缘的危害，同时保证电压互感器的特性永远处于线性区域，呈高感抗，保障谐振不会发展，具有小电阻、高阻接地的优点。
3、实现瞬间故障（架空线路、电缆接头）消弧
一方面接地燃弧期间，虚拟接地吸收了接地激发的能量，大幅度降低接地振荡过程，降低暂态过程对系统的危害；另一方面虚拟接地快速消耗弧光熄灭时刻对地电容储存的电荷，降低故障点弧道对地电压恢复的速度，有利于弧道绝缘介质绝缘强度的恢复，使弧道绝缘强度恢复速度大于对地电压的恢复速度，同时虚拟接地使故障点对地电压接近相电压（没有虚拟接地时故障点对地电压恢复最大值为2倍相电压），因此故障点不会再次击穿，从而实现消弧。
电缆线路很多单相弧光接地发生在电缆接头部位，也是瞬间故障。
4、电缆线路弧光接地过电压的抑制
当有虚拟接地装置时，由于虚拟接地装置吸收泄放了故障点击穿激发的能量，大幅度降低燃弧期间过渡过程，使暂态过电压小于2.5倍；弧光熄灭时，虚拟接地快速消耗弧光熄灭时刻对地电容储存的电荷，降低对地电压的恢复速度，消除了对地电容储存电荷的影响，使燃弧次数减少一半，对于故障点再次击穿电压小于线电压的故障虽然不能消弧，但由于虚拟接地装置吸收泄放了故障点燃弧熄弧激发的能量，可以抑制过电压倍数在2.5以内，燃弧次数减少一半，且大幅度降低燃弧时的过渡过程。
由于过电压倍数较低，可延时切除或快速切除故障，满足各种用户不同的运行要求，具有极大的灵活性。
5、雷击过电压的抑制
三相组合式过电压保护器限制雷击过电压4.0倍以下。
雷击发生后氧化锌过电压保护器的1mA参考电压在2.3倍左右，其对应的电荷储存在系统对地电容上，其能量被虚拟接地吸收泄放，防止了其与相电压叠加产生的工频过电压危害系统绝缘。
6、拒绝断线谐振过电压
电网中出现断线谐振过电压时，可发生系统中性点位移、负载变压器相序反转、绕组电流急剧增加、铁芯发出响声、导线发出电晕声等现象。在严重情况下，会使绝缘闪烙，避雷器爆炸，甚至损坏电力设备。虚拟接地吸收泄放因断线产生的“激励”能量，使断线根本无法引发断线谐振。
7、防止发电机投切过电压
发电机并网不可能是完全意义上的“同期”，以及切除发电机，必然给系统带来冲击，尤其是小系统。虚拟接地吸收泄放这种冲击产生的能量，消除其产生的影响。
8、其他过电压的抑制
●合空母线
●投切空线路
●投切电容器
●投切空载变压器
●投切电机
●投切电抗器
●系统扰动
●突然甩负荷
等等都会“激发”能量，虚拟接地主动吸收泄放“激发”的能量，从根本上防止过电压的产生。
9、抑制零序谐波，降低零序谐波对变压器的影响，减小变压器噪声及发热。
10、判断PT一、二次断线故障。
11、PT并列切换。
12、备有485（232）微机通讯接口，进行数据通讯。
13、可以增加选线装置，迅速查找故障线路（建议使用后台选线）。
14、电压互感器功能及提供AC220V操作电源。
15、装置具备电压互感器功能，精度为0.5或0.2级，
16、可提供AC 220V操作电源。

一、过电压的危害及产生的根源
1、危害
电压是电力系统安全运行最大杀手，系统故障及事故都是由过电压引起。过电压不仅造成事故且加速系统绝缘累积老化，而且直接引发绝缘击穿发生故障，对电力系统安全运行造成严重危害。
2、过电压产生的根源
系统受到的“激励”能量注入到系统电感、电容中，电感电容储存的非工频能量相互交换产生过电压，系统存在很小的电阻消耗此能量，经过700～1500ms消失。

3、虚拟接地装置原理介绍：
如果系统有一定的电阻消耗“激励”能量，过电压就不会发生，但是系统增加电阻会消耗工频能量。
PT有开口三角，三相工频之和等于0，非工频之和不等于0，但是开口的功率只有50～100VA，无法快速消耗“激励”能量，我公司使用特殊材料的变压器形成开口三角接入大功率电阻，功率几～几十kVA，快速消耗“激励”能量从源头根除过电压。
目前所有的过电压保护都是被动式保护，我们是主动式的从源头根除过电压。
二、过电压的分类
过电压分为：内部过电压和外部过电压
内部过电压分为：工频过电压、操作过电压、谐振过电压、断线谐振过电压、PT饱和过电压。

三、 设计中应注意的问题
1. 单相接地故障工频电压升高----系统参数匹配
如图1，k =Xo/X1（零序阻抗/正序阻抗）如落在（-20，-1）之间，单相接地故障会产生很高的工频过电压，k值越靠近-2工频过电压值就越高，k=-2时出现工频谐振，线路上各点电压趋于无穷大。

图1
Xo实际中不能精确计算，无法验算k∈（-20，-1）。在供电系统设计时，系统中感性元件的阻抗容易计算，但系统对地容抗很难计算，这主要是设备安装的位置、线路敷设的路径及高度、海拔高度、气候环境、空气的湿度、环境污染程度等都影响着系统对地的电容值。一方面不能精确计算k值，另一方面即使设计时计算参数匹配合理，而现场实际参数匹配也不能保证合理。
资料1的P302：“当线路长度在250km以内，相应的k﹤-20，即非故障相对地电压会升高接近运行线电压Ue的1.1倍”，10kV系统250km以内架空线路对应的电容电流为8.14A，10kV电缆线路8km以内的系统，天然满足k﹤-20，系统发生单相接地工频电压的升高是1.1倍，系统是安全的。k=-3，-4，-5，-6对应的工频电压升高值是4.58，3.12，2.64，2.41。
而为什么规程规定6～10kV系统（针对架空线路）电容电流﹥30A采取消弧措施？30A以下电容电流时，单相接地工频电压的升高还在系统可承受的范围内，架空线路绝缘子高250mm且具有自熄弧能力。但当电容电流大于30A时，k值很靠近-2，单相接地即使金属性接地工频电压的升高值很高，系统无法承受，必须采取措施，消弧线圈可以使Xo/X1要么过补等于+∞，要么欠补等于-∞，使单相接地工频电压的升高值在安全范围内，这才是消弧线圈在系统中广泛使用的原因。只谈消弧线圈的消弧过程是个误区，消弧线圈不能在电缆中消弧，但会使单相接地工频过电压小于1.1倍线电压。
这里所要说的是，电容电流大于30A时，即使金属性接地工频过电压也很高系统无法承受。金属性接地法只能用于小于30A的系统。
简单的降低数值规定20A、10A作为电缆线路是否采取消弧措施的依据，因此是认识上的误区。
资料二P12：“如果为了其他目的而人为地加大电网对地电容时，例如在三相导线与地之间加电容（有时在电机防雷上使用，有时在防铁磁谐振时使用），在中性点上加电容（有时在测量电网参数时使用，有时限制电容传递过电压时使用），系统上使用阻容式避雷器，无功补偿电容三相不对称，滤波时的滤波支路接地等，应当验算并防止Xo/X1∈（-20，-1）”
设计时为了防止PT铁磁谐振（PT的感抗是固定的），而增加三相对地电容，使系统对地电容容抗与电压互感器励磁电抗之比小于0.01。
中性点虚拟接地增大了零序阻抗的电阻部分，增加系统阻尼，使Xo/X1永远不会落在（-20，-1），单相接地工频电压升高在1.1倍以内。

2.单相弧光接地过电压
资料二P29：“运行经验证明，在线路较短、接地电流很小（例如几安到十几安）的情况下，单相接地电弧会迅速熄灭，使电网自动恢复正常；当接地电流大时，电弧将不能自熄，但又不能稳定燃烧，出现熄弧与重燃交替进行的现象，使系统中电感、电容间产生电磁振荡，会造成遍及全系统的电弧接地过电压”
根据工频熄弧理论，第一次燃弧暂态过电压为2.5倍，而第二次及以后燃弧暂态过电压为3.5倍，这是熄弧时刻系统对地电容储存的电荷与相电压叠加造成的。熄弧时刻系统对地电容储存的电荷，与各相电压叠加使中性点漂移一个相电压幅值，一方面加快故障点弧道对地电压的恢复速度大于故障点绝缘恢复速度，另一方面故障点对地电压恢复值为2倍，使故障点再次重燃，系统无法恢复正常运行。
中性点虚拟接地消弧的原理：
如果在10ms内把熄弧时刻系统对地电容储存的电荷泄放掉，一方面降低故障点弧道对地电压的恢复速度，使故障点绝缘恢复速度大于故障点对地电压的恢复速度；另一方面使故障点对地电压恢复最大幅值接近相电压，而不是相电压的2倍，故障点就不会重燃，从而实现消弧。另外，中性点虚拟接地吸收燃弧“激发”的能量，降低燃弧暂态过程及暂态过电压的值大幅。
中性点虚拟接地装置，一方面改变系统的X0，Xo/X1永远不会落在（-20，-1），单相接地工频电压升高在1.1倍以内；另一方面快速消耗熄弧时刻系统对地电容储存的电荷，降低故障点对地电压恢复速度，使故障点对地恢复电压接近相电压，来达到消弧的目的。
对于电缆本体发生单相弧光接地，由于故障点击穿后的绝缘不能承受正常的相电压，故无法实现消弧，但可以降低弧光接地过电压的倍数小于2.5倍，一方面快速消耗熄弧时刻系统对地电容储存的电荷，降低各相对地电压的恢复值，降低再次燃弧时的起始值；另一方面吸收再次燃弧“激发”的能量，使暂态过电压的值大幅降低。
电缆线路本体发生单相接地的概率极低，主要是电缆头，由于电缆头施工时环境、施工工人操作时的污秽进入电缆头，给电缆头带来杂质，使电缆头的绝缘极易弱化，根据供电系统的统计电缆头和电缆本体发生单相接地的比例在100：3左右。由于虚拟接地装置从根源上治理了过电压，过电压不能形成系统不受过电压的危害，系统绝缘弱化大幅度降低，故障发生的概率也大幅降低。

系统电容电流的来源：线路对地分布电容，变压器、电机等元件对地分布电容，无功补偿三相不对称，LC电力滤波装置。
人们往往忽略无功补偿三相不平衡对单相接地电容电流的影响，其影响非常大。
LC电力滤波装置注入的电容电流也很大，等于3ωU∑（n-1/n）×C = 3∑（n-1/n）×P/U，U为相电压，n为所滤谐波的次数，C为滤除每次谐波的电容值。

消弧线圈可以撇开X0/X1直接考虑如何消弧，但故障相金属接地消弧方法却不能撇开X0/X1只谈消弧过程，当Ic﹥30A时，X0/X1比较靠近-2，就是金属性接地工频电压也会很高系统无法承受，因此其只能用于Ic﹤30A的系统。
如果变压器、电机绕组发生单相接地，故障相金属接地消弧方法动作后等于短接一部分电源，短路电流可达几千安乃至几十千安，烧坏变压器绝缘造成事故，本来油变压器拉弧可自愈不会造成事故，烧坏电机绝缘和定子槽造成电机报废。特别是小容量的10KV/0.38的变压器，只有后备瓦斯保护，一旦绕组发生单相接地，消弧动作短接一部分电源，微机保护又不会动作，只有瓦斯保护动作时间很长会造成很大的事故。
更可笑的是中性点经氧化锌接地能消弧，中性点经氧化锌接地是110KV以上变压器保护中性点绝缘之用，移花接木用到中压系统说却能消弧，其整定值必须大于等于相电压，无论燃弧还是熄弧期间中性点的电位都不会超过相电压，怎可能参与消弧。
资料一P327，附件一