YHXH型智能消弧（消谐）综合诊断系统和传统消弧（消弧柜）系统的比较
YHXH型智能消弧（消谐）综合诊断系统和传统消弧（消弧柜）系统的比较
一、传统消弧线圈的熄弧原理与存在的缺点
消弧线圈保护原理是基于交流消弧理论,即接地电弧电流特性为交流,在接地电流过零时,电弧熄灭电弧的重燃与电流有关,当故障点的电流小于5A时,电弧不宜重燃。据此,将三相电网的中性点通过消弧线圈接地亦称谐振接地。
用消弧线圈产生的感性电流人对故障点电容电流进行补偿,利用二者180°的相位差,使流经故障点的残流减小,从而达到自然熄弧,防止事故进一步扩大甚至消除故障的目的。
交流消弧理论有两个分支以工频电流过零时电弧熄灭来解释间歇电弧接地过电压发展过程,叫作工频熄弧理论。以高频振荡电流第一次过零时电弧熄灭来解释间隙电弧接地过电压的发展过程,则叫作高频熄弧理论。
（1）高频熄弧理论假定故障相在工频电压最大值时发生绝缘击穿,忽略弧道电阻,近似为金属接地,且故障点的接地电弧在暂态高频振荡电流通过第一个零点时熄灭。
（2）工频熄弧理论也假定故障相在工频电压最大值时发生绝缘击穿,接地电弧随之产生但是,其熄弧不是在高频振荡电流的过零时刻,而是在工频电流过零时发生,即燃弧时间将持续半个工频周期,在此时间内,故障相的高频自由振荡分量已衰减完毕。
“高频熄弧”与“工频熄弧”两种理论的分析方法和考虑因素是相同的,二者均将电弧接地看作金属接地,认为弧道电阻为零,无论高频振荡电流还是工频电流经过零点电弧熄灭后,故障点的介质强度必然瞬间恢复到能够耐受恢复电压的强度,等等。而这些假定和实际情况不完全符合,具有原理性的缺陷。
综上所述，传统的消弧线圈基于电流熄弧原理，通过补偿单相接地故障时产生的电容电流来达到熄弧的目的。但是其所依据的理论存在缺陷，不能保证可靠熄弧。
传统消弧线圈存在以下两个缺点：
（1）只能补偿工频无功分量，对于谐波或有功电流不能补偿，在某些特殊的情况下，接地电弧不能完全熄灭。
（2）由于补偿作用，使得工频电流大为减小，影响选线准确度。
二、YHXH型智能消弧（消谐）综合诊断系统的优势
1、新的熄弧原理
YHXH型智能消弧（消谐）综合诊断系统除了消弧子单元采用的电流熄弧方式外，还采用了过电压保护子单元，它采用了新的熄弧原理即电压熄弧法。
到目前为止,在分析电弧过程方面有三种理论,既高频熄弧理论、工频熄弧理论见和熄隙恢复抗电强度理。
熄隙恢复抗电强度理论由前苏联人别列柯夫提出,即不论高频振荡电流过零时熄弧,还是工频电流过零时熄弧,只要由回路电感和电流陡度所决定的恢复电压峰值亦称熄弧峰压小于弧道介质的恢复强度,接地电弧便不会发生重燃反之,若弧道介质的抗电强度恢复速度或幅值小于故障相电压恢复速度或幅值熄弧峰压,则电弧会再次重燃,形成间歇性弧光接地故障。试验研究结果表明,一的中性点不接地电网,电容电流=5-100A，当其恢复电压峰值分别为0.37Uxm和0.23Uxm时,接地电弧便不会重燃。
分析上述三种理论和实践,可以得出熄隙恢复抗电强度理论比其它两种理论更准确地描述了熄弧的基本要素,故障点的恢复电压的大小比流经故障点的电流更能决定电弧的重燃与否,若在弧光接地故障发生时,能够将故障点的电压限制到一定范围,即可达到熄弧的目的。从此引导出的消弧方法为电压消弧法,即当弧光接地故障发生时,将故障相电压限制到小于弧道介质的恢复强度,弧道就被强制切断,电弧不得重燃。
2、目前市面上已有的电压消弧产品的缺陷
国内已有的电压消弧产品可分为两类,一类是将弧光接地转为金属接地的消弧装置；另一类是将弧光接地转为通过氧化锌接地的消弧装置。这两类装置在电力用户工程中已得到为数不少的应用,但由于它们在安全性上都存在一定的缺陷,而一直被拒绝在电力系统之外。
（1）使弧光接地转为金属接地的消弧装置
这种消弧装置的保护机理是：当检测到有弧光接地故障时,使故障相的接地开关闭合,将弧光接地转变成金属接地,使电弧过零熄灭后无法达到其恢复电压而熄弧。此装置的缺陷是：
（a）保护动作对系统的冲击大,安全可靠性差。由于它的保护动作的恢复就是金属性接地的恢复,系统的三相线电容因单相接地故障而累积的电荷都将重新分配：两非故障相的线电容处于放电状态,从线电压向下过渡到相电压而故障相的则处于充电状态,从零电压向上过渡到相电压。三相系统中出现大的电压扰动,极易使系统中的非线性电感元件受激而引发谐振。该装置在保护动作恢复时,由于引发谐振而烧坏电压互感器的高压熔管是它难以克服的缺点。
（b）更为严重的是,如它的保护动作投错相,或保护动作后系统又发生异相接地,将形成相间短路,对系统造成更大的危害,不符合电力系统对保护装置安全性的要求。
（2）使弧光转为通过氧化锌电阻接地的消弧装置
该消弧装置的保护机理是：当检测到有弧光接地故障时,将氧化锌阀片组并接在故障相与地之间,用氧化锌阀片组的残压限制故障点相电压,以达到熄弧的目的。这种装置的缺陷是：
（a）其设计的氧化锌阀片组的残压为>0.5倍的相电压。实践证明如此高的残压只对5A以下的电容电流有熄弧作用,对于电流大于5A的弧光接地就无法熄弧,而在10kV系统中一般配网的电容电流都超过5A,所以此装置基本不能满足消弧的要求。
（b）氧化锌的能容量为焦耳Q=,它所能承受能量与电流作用时间的长短密切相关。如1000kJ的氧化锌阀片组,设其开通电阻R=30Ω,则当流过电流I=100A时,t=Q/=3.3s，即氧化锌阀片组所能承受的时间仅为3.3s,通流时间稍长,就会使氧化锌阀片组能量击穿而爆炸,安全性极差。
3、YHXH型智能消弧（消谐）综合诊断系统过电压保护单元的作用
智能消弧综合诊断系统过电压保护单元能有效阻尼并抑制真空断路器瞬间恢复电压的上升率和幅值，防止截流（单相或三相）过电压的产生。在断路器开断的过程中，无论电源侧还是负载侧（单频或双频回路）均能阻尼及抑制由于电能与磁能相互转化而产生的振荡操作过电压。它可具备超级防雷、阻尼及抑制相-相、相-地间的谐振及操作过电压，尤其是对单相间歇性弧光接地过电压有较强的抑制作用。
过电压保护单元有三大部分组成：
（1）、每相两只1Rr高能非线性阻尼元件串联后并接在真空断路器触头的两端，其超低的漏电流和非线性限压特性，可阻尼并抑制真空断路器瞬间恢复电压的上升率和幅值，防止截流过电压的产生，在高截流开断时，它能起到换流消能灭磁的作用。因断路器灭弧成功与否主要取决于截流过电压的大小与瞬态恢复电压的上升率和幅值。本电路能起到阻尼和抑制单频、双频及三相电路开断造成的瞬态恢复电压的上升率和幅值的作用。
（2）、断路器闭合时，A相两只1Rr并联后与2Rr串联，再与相应的B相、C相组合成星型接线，在O点形成一个人为的中性点，其中AO(BO&CO)间的非线性阻尼组件阈值电压按相电压的幅值来设定，利用其超低的高能漏电非线性限压特性，同样可以达到有效阻尼并抑制相-相之间的谐振过电压和操作过电压。
（3）、在人为中性点O与地G之间，设置有零序电流通道的大功率3Rg非线性阻尼器件，它与每相（A、B、C）到中性点O之间的1Rr、2Rr串联，具有超低的阻抗特性和非线性限压特性，能起到超级防雷及阻尼与消除谐振的作用，更能杜绝单相接地间歇性弧光接地过电压的产生。
系统原理图如下：
4、过电压保护单元与消弧线圈配合使用的优势
目前电网中是通过消弧线圈来解决弧光接地等故障，利用消弧线圈自身产生的电感电流补偿电网的接地电容电流，减小故障点的接地电流。但随着电网规模的扩大和电网中各类负荷的增多，消弧线圈的消弧效果受到了严重影响。一是消弧线圈的容量已无法满足补偿要求；二是消弧线圈不能补偿接地电流中的高次谐波分量；三是现行所有为消弧线圈设计的自动跟踪补偿装置都是在电网工频（50Hz）下工作的，在间歇性电弧引起的高频振荡过电压下，消弧线圈和电网电容两者的频率特性相差悬殊，是不可能互相补偿或调谐；四是消弧线圈是无功补偿装置，它不能补偿接地电流中的有功分量。本装置的基本思路是利用材料实现能量吸收，而不是通过电感电容实现能量转移，从而从源头上抑制了能量震荡产生的过电压及过流问题。高能非线性阻尼材料具有低残压、高能容、低场强特性，材料居里温度高达1000多度，材料兼具PTC特性及SiC特性，使得材料能容可以较现有氧化锌提高数倍。材料低残压特性可以对系统设备起到深度保护作用。
本装置若与消弧线圈配套使用，可以弥补消弧线圈的不足，同时发挥消弧线圈提供感性无功的优势。通常消弧线圈需要配套选线及选相装置使用，当系统若出现间歇性弧光接地过电压或是谐振过电压时，若选线及选相装置电压判断阈值高于材料启动阈值则本装置会优先作用将电压抑制住；若选线及选相装置电压判断阈值低于材料启动阈值则消弧线圈会优先动作，对消弧线圈补偿容量没有影响。
五、YHXH型智能消弧（消谐）综合诊断系统小电流选线单元优势
传统的小电流选线装置识别故障线路的算法，大都采取单一的判据（稳态算法为主）或以注入信号（如残流增量，中阻等）算法。
这些类型的选线存在一下问题：判据单一，有效域狭窄，需要附加设备（比如中阻），或者需要改变消弧线圈补偿值，不利于熄弧，而且需要的时间长，有效的信号小，难以正确迅速选线。
智能消弧综合诊断系统综诊单元中小电流接地选线采用了基于故障过程滤波分析以暂态法为主，稳态法（智能功率方向算法）为辅，并且采用D-S判据融合算法的选线原理，同时为了提高选线的准确率，我们还运用人工智能的设计思想，采用了基于故障特征库识别的算法，该算法主要针对一些及其特殊的故障样本，用正规的选线方法难以可靠的判别，则提取这类故障样本的故障特征，并将该次故障的故障特征及故障信息保存下来，作为一个参考样本。当再一次出现类似的故障时，通过与保存过的样本故障特征进行匹配，就可以推断出新故障样本的故障线路。不断地收集和充实样本库，就可以处理各类特殊样本的选线问题。