發布日期： 2014-07-02
1 概述
HT8102系列智能消諧裝置是我公司針對電力部門和用戶由于鐵磁諧振而時常發生的電壓互感器（PT）燒毀甚至爆炸的惡性事故，在廣泛征求用戶意見的基礎上，新近研制生產的一種智能消諧裝置。它以美國Atmel公司的精簡指令集(RISC)單片微控制器ATmega128為采樣運算、邏輯判斷和控制中心（CPU），經大功率、無觸點消諧元件為出口，以點陣液晶顯示器（LCD）、信號指示燈、觸摸按鍵和微型打印機及RS485現場通訊總線為人機接口，配以智能化的軟件，組成了技術和原理先進、使用簡單方便的“傻瓜型”診斷、消諧、記錄裝置。
該裝置實時顯示系統時鐘及PT開口三角電壓17HZ、25HZ、50HZ、150HZ四種頻率的電壓分量，可以區分過電壓、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部門，適用于無人值守變電站。
2 型號說明
表2-1
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型號 |
配置 |
外型尺寸 寬×高×深(mm) |
開孔尺寸 寬×高(mm) |
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打印機 |
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A型 |
有 |
278×185×130 |
228×179 |
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B型 |
無 |
162×182×160 |
128×179 |
3 使用條件
3.1 戶內使用，并且室內通風良好。
3.2 海拔高度≤2Km。
3.3 環境溫度-10～50℃
3.4 相對濕度≤90%
3.5 大氣壓力80～110Kpa。
3.6 周圍介質無導電塵埃與導致金屬或絕緣損壞的腐蝕性氣體、霉菌等。
4 技術參數
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 可以根據用戶要求特制。
5 裝置特點
5.1 CPU采用美國Atmel公司精簡指令集(RISC)單片微控制器ATmega128，數據采集、運算、邏輯判斷、控制輸出等速度快，精度高，自帶“看門狗”(Watchdog)電路，抗干擾、自檢及自恢復等能力強。
5.2 采用128×64點陣液晶顯示器(LCD)，全中文化，顯示信息豐富。
5.3 智能化軟件技術，原理先進，性能穩定，安全可靠。
5.4 實時顯示系統日歷、時鐘、PT開口三角電壓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 可以判別過電壓、鐵磁諧振及單相接地，并對鐵磁諧振迅速消除。
5.6 對各種故障均可給出告警信號并顯示、打印和保存有關信息。
5.7 微型打印機可以及時打印輸出故障報告 (故障類型、故障時間及PT開口三角電壓4種頻率的電壓分量)。
5.8 有記憶功能，可存儲10次最近發生的故障信息，掉電后不丟失。
5.9 消諧元件出口功率大、無觸點。
5.10 通過菜單提示和面板按鍵整定，調試和維護簡單、方便。
5.11 接線簡單，安裝方便。
5.12 硬件、軟件冗余設計，抗干擾能力強。
5.13 適用于各種電壓等級的PT。
5.14 配置通信接口把各種故障信息傳送至有關部門，適用于無人值守變電站。
5.15 配置有壓敏元件，可對鐵磁諧振進行實時在線消除。
5.16 使用了優化決策算法，尋找合理的消除點，使消諧操作更趨合理。
6 工作原理
6.1 PT產生鐵磁諧振的原因
電力系統中有大量的儲能元件，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或并聯振蕩回路。在正常的穩定狀態下運行時，不可能產生嚴重的振蕩。但當系統發生故障或由于某種原因電網參數發生了變化，就很可能發生諧振。譬如在中性點非有效接地系統中：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地電容；空載變壓器和空載長架空線電容所形成的振蕩回路，都有可能發生諧振。諧振常常引起持續時間很長的過電壓。電壓互感器一類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，如在過電壓下鐵心飽和了，電感會迅速降低，從而與電容產生諧振，這時的諧振稱作鐵磁諧振。鐵磁諧振不僅可在基頻下發生，也可在高頻和低頻下發生。
正常運行時，電壓互感器開口三角的電壓(3U0)理論上是0V，在實際中一般也不超過10V。系統發生單相接地故障時，3U0將迅速升高到30V，有時更高，達到120V，形成過電壓。當系統上電時，由于三相不同期等原因（存在有如瞬時接地故障等的現象，）會在電壓互感器中產生很大的諧波電流，導致互感器內部鐵芯飽和，使二次側的波形發生畸變，當畸變足夠大時，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，其他的分量相對很小，一般忽略。
6.2 鐵磁諧振產生的條件
6.2.1 中性點非有效接地系統；
6.2.2 非線性電感元件和電容元件組成的振蕩回路?；芈肪€性狀態時的自振頻率小于某次低頻諧振頻率，當鐵芯飽和而電感減小時，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，所以諧振實際上發生在系統空載或輕載時；
6.2.4 電感的非線性要相當大；
6.2.5 有激發作用，即系統有某種電壓、電流的沖擊擾動，如跳、合閘，瞬間短路等。
6.3 鐵磁諧振消除原理
裝置實時監測PT開口三角電壓，運用DFT算法計算出零序電壓四種頻率的電壓分量。本裝置較目前市場上同類設備增加了壓敏元件，該元件的電抗隨諧波電壓而變化，從而破壞PT鐵磁諧振的產生條件。達到了實時在線消除運行過程中瞬態諧振的目的，極大地降低了諧振產生的可能性。
如壓敏元件未能完全消除PT產生的鐵磁諧振，則瞬間啟動大功率消諧元件予以消除。
在消諧過程中，使用了優化決策算法，即尋找合理的消除點
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，將使基波波形發生嚴重畸變，在消諧元件出口消諧時，如不區分具體的消除點，就很容易造成PT運行的不安全，并且出口在諧波的過零點時就沒有意義。所以根據優化決策理論，應該尋找那些基波過零點與諧波峰值之間的黃金分割點(0.618)進行消除，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)。
當諧振發生時，每隔一微小時間段啟動一次大功率消諧元件，啟動3次算作一段，如果在第一段消諧過程中未能完全消除，隔一定時間啟動第二段，若仍未能完全消除，則隔一定時間啟動第三段。之后如諧振故障依然存在，則為了PT安全的考慮，不再啟動大功率消諧元件，只用壓敏元件予以實時在線消除。直到諧振完全消除。
6.4 動作判據
6.3.1 諧振判據：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：基波電壓≥30V。
6.3.3 過壓判據：基波電壓≥120V。
6.3.4 返回系數：93.75%。