一、概述

目前系統保護都是被動式的保護，是在故障發生后，防止故障擴大化轉化為事故，只治標不治本，系統依然經常會發生電纜放炮、電機絕緣擊穿、避雷器爆炸、電壓互感器燒壞等事故。

過電壓治理保護方案，從源頭上全面治理過電壓，消除過電壓于萌芽狀態，首先預防故障發生，其次治理故障，達到既防又治的目的。

在335KV中壓系統中，中性點有不接地、諧振接地即消弧線圈接地、小電阻接地、都是被動式保護接地，各種接地方式各有優缺點。本成果提出的虛擬接地方式為主動式保護接地方式，對工頻不接地，對非工頻量接地，充分發揮了各種接地方式的優點，克服它們的缺點。

1、故障發生的根源

系統故障及事故都是由過電壓引起，過電壓的沖擊造成系統絕緣擊穿而發生故障。過電壓是電力系統安全運行 殺手，一方面加速系統絕緣累積老化，另一方面直接引起絕緣擊穿發生故障，對電力系統安全運行造成嚴重危害。

2、過電壓產生的根源

系統受到的“激勵”能量在系統電感、電容中相互交換，電感、電容間產生電磁振蕩產生過電壓。

3、裝置原理

MDT-OXJ系列中性點虛擬接地裝置的核心部件是根據專利方法實施特制的虛擬接地變壓器，二次側三相繞組串聯形成開口三角，接入大功率電阻，等效系統中性點接地，對工頻不接地，對非工頻接地，實現系統中性點虛擬接地。

科學的原理，新穎的方法，近理想化的效果， 的虛擬接地方式，集合各種中性點接地方式的優點，主動吸收泄放產生各種過電壓的能量，從源頭上防止過電壓，拒絕過電壓于萌芽之中;泄放諧振和單相接地的電、磁能量，實現消弧，拒絕系統、PT鐵磁諧振，給系統安全運行 的保障。

可電壓互感器虛擬接地一體化，取代電壓互感器柜，可提供AC220V操作電源。

     二、功 能 介 紹

    1、主動式主動式過電壓保護

電力系統中的電容、電感元件均為貯能元件。當系統中操作或故障使其工作狀態發生變化時，將產生電、磁能量震蕩的過渡過程。在此過程中，電感元件貯存的磁能會在某一瞬間轉換為電場貯存于電容元件之中，產生數倍于電源電壓的過渡過程過電壓。

過電壓是電力系統安全運行 殺手，系統故障及事故都是由過電壓引起。過電壓不僅造成事故且加速系統絕緣累積老化，而且直接引發絕緣擊穿發生故障，對電力系統安全運行造成嚴重危害。

目前主要采用避雷器、組合式過電壓保護器、PT消諧器、消弧線圈、消弧裝置等被動式保護治理。

避雷器、組合式過電壓保護器，過電壓必須超過其整定值才會動作，為防止其在單相接地時吸收能量過多而爆炸，其整定值很高，例如10kV系統其整定值要大于23kV。一方面系統內小于其整定值的過電壓不會動作;另一方面即使大于其整定值的過電壓動作，高于其整定值部分的能量被其吸收，而小于其整定值部分依然存在于系統，沖擊系統絕緣。

因此，我們可以得出這樣的結論：避雷器、組合式過電壓保護器是被動式的過電壓保護，無論系統內過電壓的峰值多大，都有小于其整定值的過電壓沖擊系統絕緣，或加速系統絕緣老化，或使老化的絕緣擊穿發生故障。現有的供電系統均安裝有避雷器或組合式過電壓保護器，依然發生故障就說明了這個問題。

PT消諧器、消弧線圈、消弧裝置等保護裝置，都是故障發生后才動作實施保護，是被動式保護，在后面的內容中闡述。

主動式主動式過電壓保護原理：

點虛擬接地裝置，快速消耗系統電感電容儲存的非工頻等“激勵”能量，大幅度降低系統電感電容可交換的能量，充分阻尼其暫態過程，從源頭上阻止了暫態過電壓的形成，消除過電壓于萌芽狀態，因而防止過電壓沖擊系統絕緣延長系統壽命，大幅降低系統故障概率。

1、元件操作過電壓治理

中壓系統電纜的廣泛應用，遭受雷擊的可能性越來越少，主要是內部過電壓，操作過電壓是系統最主要的過電壓，從源頭治理了過電壓，消除過電壓于萌芽狀態，就可以延長系統絕緣壽命，大幅度降低故障概率。

真空斷路器操作過電壓主要表現為截流過電壓、多次重燃過電壓、三相非同期開斷過電壓。操作過電壓又分為：空載變壓器、電抗器投切過電壓，電容器、空載線路投切過電壓，合空母線過電壓，投切電機過電壓，系統擾動過電壓，突然甩負荷過電壓，發電機并網過電壓等。

其中，以開斷電容器組、空載變壓器、空載線路的過電壓最為嚴重，過電壓水平 ，為此，我公司在武漢高壓研究院做了這三個典型的開斷模擬實驗(見資料三)，圖1、2、3分別為開斷電容器組、空載線路、空載變壓器的模擬試驗示波器波形圖，從三個圖中可以看出，只有開關觸頭打開時刻有一些小毛刺，而沒有幾倍的過電壓，驗證了主動式主動式過電壓保護從源頭上消除過電壓的產生。

2、雷擊后避雷器殘壓下的電荷消耗

雷擊發生后氧化鋅過電壓保護器的1mA參考電壓在2.3倍左右，其對應的電荷儲存在系統對地電容上，其與相電壓迭加形成過電壓。

避雷器動作后的殘余能量被中性點虛擬接地裝置吸收泄放，防止了其與相電壓迭加產生的過電壓危害系統絕緣。也就是說超過避雷器整定值以上的能量被避雷器吸收，避雷器整定值以下的能量被中性點虛擬接地裝置吸收，達到 的配合消除雷擊過電壓。

2、主動式消弧

中壓非有效接地系統，最難解決的問題是單相弧光接地過電壓。目前的消弧裝置有消弧線圈、故障相金屬性接地消弧裝置，都是被動式保護，不能預防故障發生，且這兩種消弧裝置存在著缺陷。特別是故障相金屬性接地消弧裝置存在特別嚴重的技術缺陷，會給系統帶來嚴重的安全隱患。

故障點再次重燃的條件是：故障點對地電壓大于故障點的絕緣強度。這里包含兩種含義，燃弧后故障點弧道被電離，絕緣強度大幅下降，其一故障點對地電壓恢復速度大于故障點絕緣強度恢復速度;其二故障點對地電壓恢復峰值大于故障點絕緣強度。

圖5 弧光接地過電壓的發展過程

如圖5(資料二P31)，是工頻熄弧理論分析圖，從圖中可以看出： 次燃弧暫態過電壓為2.5倍，電容電流過零時弧光熄滅，熄弧時刻系統對地電容儲存的電荷，與工頻電壓相迭加，一方面加快故障相對地電壓的恢復速度，另一方面故障點對地電壓恢復峰值為正常值的2倍，再者使 次及以后燃弧暫態過電壓為3.5倍。

正是弧光熄滅時刻對地電容儲存的電荷，加快了故障相對地電壓的恢復速度，以及故障相對地電壓恢復峰值為正常值的2倍，使得故障點對地電壓大于故障點的絕緣強度，弧光再次重燃。

三、主動式消弧原理

如果快速把熄弧時刻系統對地電容儲存的電荷消耗(泄放)掉，一方面降低故障點對地電壓的恢復速度，使故障點弧道絕緣恢復速度大于故障點對地電壓的恢復速度;另一方面使故障點對地電壓恢復 峰值接近正常值，而不是相電壓的2倍，故障點就不會重燃，從而實現消弧。另外，中性點虛擬接地吸收燃弧“激發”的能量，降低燃弧暫態過程及暫態過電壓的幅值。

如圖6(資料三)是中性點虛擬接地裝置消弧過程圖，試驗證明了主動式消弧，且消弧時間15ms。

3、主動式拒絕PT鐵磁諧振

PT鐵磁諧振是系統較常發生的故障，其危害非常大。PT鐵磁諧振具有7大性質：

⑴很大的范圍內的C值都可能發生;⑵需要“激發”才能發生，如變壓器突然合閘、故障等產生的“激勵”;⑶C值酞大時出現鐵磁諧振的可能性將減少;小系統容易發生鐵磁諧振;⑷過電壓幅值一般不會很高，電流卻很大;⑸諧振狀態可能自保持;⑹電流引起電壓“翻相”現象;⑺具有各次諧波諧振。

資料二P40指出：“要徹底根除基波鐵磁諧振，必須人為地加大電阻R， ……諧振就不能自保持了。…… R>E/I”。

資料一P313 ：“若在回路中人為地增加R值，……，則此非線性電感回路在相應的E值作用下，只有非諧振工作點，根除了產生工頻諧振的可能性。”。“現將產生非線性諧振的條件歸納如下：……，諧振回路的損耗電阻小于臨界值，……”，也就是諧振回路的損耗電阻大于臨界值時，PT就不會發生鐵磁諧振。

主動式拒絕PT鐵磁諧振原理：

需要“激發”才能發生PT鐵磁諧振，中性點虛擬接地裝置快速消耗了“激勵”能量，從而使“激勵”不能激發PT發生鐵磁諧振，PT永遠不會發生諧振。

從另一個角度說，中性點虛擬接地裝置，就是加大零序電阻，使R遠大于E/I，因此根本不會發生鐵磁諧振。從能量的角度來看，就是虛擬接地裝置吸收的能量遠大于鐵磁諧振飽和“激發”的能量，PT鐵芯恢復正常。

從資料一P319可知，無論二次諧波、三次諧波、基波、1/2次諧波PT鐵芯飽和過電壓，開口三角都有輸出，中性點虛擬接地裝置就能消耗諧振能量，只要消耗的能量大于鐵芯飽和“激發”的能量，PT鐵芯就能恢復正常，阻止諧振。

圖7(見資料三)是中性點虛擬接地裝置消除PT鐵磁諧振實驗電壓波形圖，試驗證明了虛擬接地裝置吸收的能量遠大于鐵磁諧振飽和“激發”的能量，PT鐵芯恢復正常，諧振消失。

4、主動式阻止系統線性諧振

資料一P304：如圖8，系統無耗自振頻率ω0= 1/LC，μ=R/2L，對地電容會受溫度、濕度的影響發生變化，而系統的電源頻率也在波動，有可能ω0是電源頻率整倍數。當ω0是電源頻率整倍數時，系統如有風吹草動，就會發生事故。

μ/ω0的比值決定了系統的穩定性，對于供電系統送電距離長有較大的R，且架空線路對地電容很小，而對企業變電所送電距離很短有很小的R，因此，企業變電所更要注意系統可能出現線性諧振，系統操作、不對稱接地故障、斷線(熔斷器一相、兩相熔斷)時系統發生線性諧振。

中性點虛擬接地裝置增大了零序阻抗的電阻R值，增大μ值，使μ/ω0遠大于0.6，系統自振角頻率遠離無耗自振頻率ω0，故可拒絕系統線性諧振。

5、阻止參數諧振過電壓

參數諧振就是系統參數的周期變化，產生周期的“激發”能量，由于系統中的電阻很小，無法消耗掉這種周期的“激發”能量，在系統中積累產生過電壓，這主要對發電機、變壓器而言。參見附件四(資料二P42-43)。

同步自勵磁，發電機轉子受原動機的驅動而旋轉時，定子繞組的電感將周期性的改變，在一定條件下，就會出現參數諧振。快速勵磁自動調節器可以解決。

異步自勵磁，電機處于異步狀態，定子繞組的旋轉磁場將切割轉子繞組，定子繞組將感應出角頻率ω0及2ω-ω0的電動勢，定子的電流將具有拍頻性質。異步自勵磁過電壓上升速度很快，必須立即從系統中切除電機，以免造成事故。

自參數諧振，變壓器鐵芯飽和在工頻作用下以2倍頻率變化，產生諧振。目前由于競爭激烈，變壓器鐵芯的磁通密度設置很高，很容易飽和，必須注意。

中性點虛擬接地裝置可加大消耗參數變化“激發”的能量，使消耗的能量大于參數變化“激發”的能量，從而系統不能形成參數諧振，系統快速恢復正常運行。

6、其它功能(選用功能)

1、可附加電壓互感器功能

2、PT并列切換裝置，判斷PT一、二次斷線故障(備有485或232微機通訊接口，進行數據通訊)。

3、可以增加選線裝置，迅速查找故障線路(建議使用后臺選線)。

4、可提供AC 220V操作電源。 中性點虛擬接地及PT柜 。

一、概述

目前系統保護都是被動式的保護，是在故障發生后，防止故障擴大化轉化為事故，只治標不治本，系統依然經常會發生電纜放炮、電機絕緣擊穿、避雷器爆炸、電壓互感器燒壞等事故。

過電壓治理保護方案，從源頭上全面治理過電壓，消除過電壓于萌芽狀態，首先預防故障發生，其次治理故障，達到既防又治的目的。

在335KV中壓系統中，中性點有不接地、諧振接地即消弧線圈接地、小電阻接地、都是被動式保護接地，各種接地方式各有優缺點。本成果提出的虛擬接地方式為主動式保護接地方式，對工頻不接地，對非工頻量接地，充分發揮了各種接地方式的優點，克服它們的缺點。

1、故障發生的根源

系統故障及事故都是由過電壓引起，過電壓的沖擊造成系統絕緣擊穿而發生故障。過電壓是電力系統安全運行 殺手，一方面加速系統絕緣累積老化，另一方面直接引起絕緣擊穿發生故障，對電力系統安全運行造成嚴重危害。

2、過電壓產生的根源

系統受到的“激勵”能量在系統電感、電容中相互交換，電感、電容間產生電磁振蕩產生過電壓。

3、裝置原理

MDT-OXJ系列中性點虛擬接地裝置的核心部件是根據專利方法實施特制的虛擬接地變壓器，二次側三相繞組串聯形成開口三角，接入大功率電阻，等效系統中性點接地，對工頻不接地，對非工頻接地，實現系統中性點虛擬接地。

科學的原理，新穎的方法，近理想化的效果， 的虛擬接地方式，集合各種中性點接地方式的優點，主動吸收泄放產生各種過電壓的能量，從源頭上防止過電壓，拒絕過電壓于萌芽之中;泄放諧振和單相接地的電、磁能量，實現消弧，拒絕系統、PT鐵磁諧振，給系統安全運行 的保障。

可電壓互感器虛擬接地一體化，取代電壓互感器柜，可提供AC220V操作電源。

     二、功 能 介 紹

    1、主動式主動式過電壓保護

電力系統中的電容、電感元件均為貯能元件。當系統中操作或故障使其工作狀態發生變化時，將產生電、磁能量震蕩的過渡過程。在此過程中，電感元件貯存的磁能會在某一瞬間轉換為電場貯存于電容元件之中，產生數倍于電源電壓的過渡過程過電壓。

過電壓是電力系統安全運行 殺手，系統故障及事故都是由過電壓引起。過電壓不僅造成事故且加速系統絕緣累積老化，而且直接引發絕緣擊穿發生故障，對電力系統安全運行造成嚴重危害。

目前主要采用避雷器、組合式過電壓保護器、PT消諧器、消弧線圈、消弧裝置等被動式保護治理。

避雷器、組合式過電壓保護器，過電壓必須超過其整定值才會動作，為防止其在單相接地時吸收能量過多而爆炸，其整定值很高，例如10kV系統其整定值要大于23kV。一方面系統內小于其整定值的過電壓不會動作;另一方面即使大于其整定值的過電壓動作，高于其整定值部分的能量被其吸收，而小于其整定值部分依然存在于系統，沖擊系統絕緣。

因此，我們可以得出這樣的結論：避雷器、組合式過電壓保護器是被動式的過電壓保護，無論系統內過電壓的峰值多大，都有小于其整定值的過電壓沖擊系統絕緣，或加速系統絕緣老化，或使老化的絕緣擊穿發生故障。現有的供電系統均安裝有避雷器或組合式過電壓保護器，依然發生故障就說明了這個問題。

PT消諧器、消弧線圈、消弧裝置等保護裝置，都是故障發生后才動作實施保護，是被動式保護，在后面的內容中闡述。

主動式主動式過電壓保護原理：

點虛擬接地裝置，快速消耗系統電感電容儲存的非工頻等“激勵”能量，大幅度降低系統電感電容可交換的能量，充分阻尼其暫態過程，從源頭上阻止了暫態過電壓的形成，消除過電壓于萌芽狀態，因而防止過電壓沖擊系統絕緣延長系統壽命，大幅降低系統故障概率。

1、元件操作過電壓治理

中壓系統電纜的廣泛應用，遭受雷擊的可能性越來越少，主要是內部過電壓，操作過電壓是系統最主要的過電壓，從源頭治理了過電壓，消除過電壓于萌芽狀態，就可以延長系統絕緣壽命，大幅度降低故障概率。

真空斷路器操作過電壓主要表現為截流過電壓、多次重燃過電壓、三相非同期開斷過電壓。操作過電壓又分為：空載變壓器、電抗器投切過電壓，電容器、空載線路投切過電壓，合空母線過電壓，投切電機過電壓，系統擾動過電壓，突然甩負荷過電壓，發電機并網過電壓等。

其中，以開斷電容器組、空載變壓器、空載線路的過電壓最為嚴重，過電壓水平 ，為此，我公司在武漢高壓研究院做了這三個典型的開斷模擬實驗(見資料三)，圖1、2、3分別為開斷電容器組、空載線路、空載變壓器的模擬試驗示波器波形圖，從三個圖中可以看出，只有開關觸頭打開時刻有一些小毛刺，而沒有幾倍的過電壓，驗證了主動式主動式過電壓保護從源頭上消除過電壓的產生。

2、雷擊后避雷器殘壓下的電荷消耗

雷擊發生后氧化鋅過電壓保護器的1mA參考電壓在2.3倍左右，其對應的電荷儲存在系統對地電容上，其與相電壓迭加形成過電壓。

避雷器動作后的殘余能量被中性點虛擬接地裝置吸收泄放，防止了其與相電壓迭加產生的過電壓危害系統絕緣。也就是說超過避雷器整定值以上的能量被避雷器吸收，避雷器整定值以下的能量被中性點虛擬接地裝置吸收，達到 的配合消除雷擊過電壓。

2、主動式消弧

中壓非有效接地系統，最難解決的問題是單相弧光接地過電壓。目前的消弧裝置有消弧線圈、故障相金屬性接地消弧裝置，都是被動式保護，不能預防故障發生，且這兩種消弧裝置存在著缺陷。特別是故障相金屬性接地消弧裝置存在特別嚴重的技術缺陷，會給系統帶來嚴重的安全隱患。

故障點再次重燃的條件是：故障點對地電壓大于故障點的絕緣強度。這里包含兩種含義，燃弧后故障點弧道被電離，絕緣強度大幅下降，其一故障點對地電壓恢復速度大于故障點絕緣強度恢復速度;其二故障點對地電壓恢復峰值大于故障點絕緣強度。

圖5 弧光接地過電壓的發展過程