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消弧线圈自动调谐与接地选线


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消弧线圈自动调谐与接地选线
技术研讨汇报
产品经理部 安君

上海交大-思源电力技术研究中心 思源电气股份有限公司
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第1部分

中性点接地方式

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配电网中性点接地方式
1
不接地方式
供电变压器中性点绝缘或三角形接线;

2

电阻接地方式
中性点与地之间接入电阻,按阻值有小 电阻 电阻和中电阻两种方式;

3

谐振接地方式
中性点与地之间接入消弧线圈,使感性 消弧线圈 电流与系统容性电流互相抵消;

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中性点不接地方式
6~66kV配电网,电容电流小于10A,由于发生单 相接地故障时,接地电弧能够自动熄灭,系统可 带故障运行2小时。 缺点:
当系统电容电流过大时,接地电弧无法自动熄灭,将 导致故障扩大; 容易导致PT铁芯饱和,引发铁磁谐振过电压。

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电阻接地方式
系统绝缘水平较低; 比较容易隔离故障线路; 跳闸停电次数较多; 短路电流非常大:
电流冲击对电缆绝缘造成的损伤较大; 对电子通讯设备的电磁干扰比较严重; 较大的跨步电压威胁人身安全; 对于高阻接地不能准确及时跳开,电弧有可能连带烧 毁同一电缆沟里的其它相邻电缆,扩大事故,造成火灾 。

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谐振接地方式——经消弧线圈
自动消弧,避免弧光过电压的产生,抑制铁磁谐振 的发生。 大大降低了对通讯设备的干扰和对人身安全的威胁 允许系统带故障运行2小时,保障了供电可靠性。 传统的选线理论不再成立,使选线成为长期困扰电 力系统的难题。

IL L

Ig

Ic

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谐振接地方式

降低瞬时性单相接地故障发展成 永久性单相接地故障的概率
消弧线圈 的 基本功能

降低永久性单相接地故障 演变成相间短路的概率

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谐振接地方式
消弧线圈使用效果

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谐振接地方式
规程规定 电力行业标准DL/T 620-1997《交流电气装置的 过电压保护和绝缘配合》中明确规定:
3~10kV架空线路构成的系统和所有35kV、66kV电网, 当单相接地故障电流大于10A时,中性点应装设消弧线 圈; 3~10kV电缆线路构成的系统,当单相接地故障电流大 于30A时,中性点应装设消弧线圈。

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谐振接地方式
规程规定

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谐振接地方式
规程规定 2004年11月3日国家安全生产监督管理局、国家 煤矿安全监察局令第16号公布《煤矿安全规程》 中明确规定:
第四百五十七条 矿井高压电网,必须采取措施限制 单相接地电容电流不超过20A。

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国外接地方式的发展
德国 德国Peterson在1916年发明消弧线圈(德 国专利第304832号),现在中低压电网仍广泛 采用消弧线圈接地。供电可靠性很高,用户年 平均停电时间不到20分钟。

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国外接地方式的发展
意大利 中压电网主要采用不接地方式,采用瞬时 短接接地相母线的方法灭弧。 为提高供电可靠性,2000年开始实施谐振 接地改造,已完成1/4变电所的改造。 采用自动调谐消弧线圈后,接地故障引起 的停电减少50%以上。

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国外接地方式的发展
法国

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国外接地方式的发展
英国 中压电网主要采用小电阻接地方式,目前 正在尝试部分改为消弧线圈接地方式,如英格 兰北部约克郡(YORK)电力公司已经对50个变 电所中压电网进行了谐振接地改造。

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国外接地方式的发展
德国,奥地利、芬兰、意大利、丹麦、比利时及瑞典、俄 罗斯及其周边地区等许多国家,现在依然采用小电流接地 (中性点不接地或经消弧线圈接地)方式。 法国电力公司(EDF)早在80年代末期就将城乡中压电网, 在全国范围内分阶段地全部改为谐振接地方式运行。 美国电工协会明确承认谐振接地方式的优点,现在保持电 阻接地主要是经济因素。 日本开始采用谐振接地,战败后使用美国电力产品采用大 电流接地,但现在又开始推广谐振接地,现在主要是谐振 接地或不接地。

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国内接地方式的发展
我国从解放初期就开始采用苏联的方式,中性点采用不接 地或经消弧线圈接地方式。 改革开放初期,我国有的地区从国外购买了低绝缘水平的 电力电缆等设备,无法直接在我国的中压电网投入运行, 遂出现了引进低电阻接地方式(配合快速保护和开关装 置,瞬间跳开故障线路)。 从90年代中开始国内接地方式已经推广使用自动调谐的消 弧线圈接地方式。随着选线技术的发展,已经形成行业标 准方式。

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供电可靠性与接地方式密切相关

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第2部分

消弧线圈分类及比较分析

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消弧线圈分类及产品分析
消弧线圈类型
预先调节式
系统正常运行时,消弧线圈预先调节,等在补偿位 置;单相接地故障时,消弧线圈零延时进行补偿; 有效限制铁磁谐振; 通过阻尼电阻降低中心点电压

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消弧线圈分类及产品分析
消弧线圈类型
随后调节式
系统正常运行时,消弧线圈远离补偿位置;发生单相接 地故障后,随后调节消弧线圈到补偿位置,至少需要60ms, 速度慢,效果差; 有可能出现铁磁谐振; 采用可控硅等器件,一般会产生谐波,复杂可靠性低

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消弧线圈分类及产品分析

正常运行时,串联关系
U00 XL XC R

单相接地故障时,并联关系
Un

Rd

XL

XC

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消弧线圈分类及产品分析
为什么要进行快速补偿 (一)

彼得生(W.Peterson)理论
假定首次电弧发生在电压负最大开始,第一次过零熄弧 时,非故障相暂态电压+ 13/6Um ,以 Udv =+ 5/3Um 为轴线 正旋波变化;经过半个工频周期后,非故障相暂态过电压 为-25/6Um,以Udv=-25/9Um为轴线正旋波变化;再经过半 个工频周期后故障相达到负最大值时重燃,随着过零次数 增加,过电压逐渐增大。 由于相间电容的抑制作用,过电压最大到-3.5Um。 如果补偿速度超过60ms,过电压已经发生。

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消弧线圈分类及产品分析
为什么要进行快速补偿 (二)

系统名称 瑞典国家电力局 奥地利电力系统 科罗拉多公用事业公司 巴登电厂 密西根电力公司

电压等级
22kV 110kV 13.8kV 20kV 34.5kV

瞬时性故障 96% 90% 80.5% 86~90% 83.3%

摘自-- 《NEUTRAL GROUBDING IN HIGH-VOLTAGE TRANSMISSION 》R.Willheim

M.Waters

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消弧线圈分类及产品分析
根据美国加州公共事业委员会的报 告,因配电线路故障居民每年死亡40 人,伤150人。

瑞士采用小电流接地,因配电线 路故障居民每年死亡少于1人, 伤4-5人。
摘自-- 《NEUTRAL GROUBDING IN HIGH-VOLTAGE TRANSMISSION》 R.Willheim M.Waters

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消弧线圈分类及产品分析

2004年4月8日广东揭阳市钢铁公司,在工人 搬运了望亭架时,触到10kV高压线,造成12 人惨死的特大事故 2004年8月7日天津市的3位农民,抬铁架通过 高压线时,触电后全部死亡

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消弧线圈分类及产品分析
按消弧线圈不同调感方式可分为:
调匝式 调容式 相控式(高短路阻抗式) 可控硅调节式 直流偏磁式

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消弧线圈分类及产品分析
1.调匝式(预调):抽头档位调节
A X

2n

2n-1

.…….

.…….
6 4 2 5 3 1

结构简单 性能可靠

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消弧线圈分类及产品分析
2.调容式:投切电容器组

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消弧线圈分类及产品分析
调容式消弧线圈

调容式消弧线圈结构 过于复杂

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消弧线圈分类及产品分析
3.相控式(高短路阻抗式) ——调节可控硅导通角
一次绕组

可控硅控制 导通相位 O 滤波器滤除谐波 T

T t

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消弧线圈分类及产品分析
可控硅保护触发滤波器复杂

可靠性?

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各种消弧线圈对比 如何考核消弧线圈?
可靠性

补偿速度

谐波污染

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各种消弧线圈对比
运行特性
类型 调匝式 调容式 相控式 直流偏磁式 说明
预先补偿不依赖控制设备,无谐波污染,补偿 速度快,可靠性高,一般有3-5倍可调范围 补偿依赖控制设备,电容器维护困难,可靠性 低,一般有10倍可调范围 补偿依赖控制设备,有较大的谐波污染,补偿 速度慢,可控硅和电容器维护困难,可靠性 低,理论上连续可调 补偿依赖控制设备,谐波大,补偿速度慢,可 靠性中,理论上连续可调

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各种消弧线圈对比
补偿电流到位时间
类型 调匝式 调容式 相控式 直流偏磁式 说明
预先调节方式,结合自触发技术的阻尼电阻保 护,接地后立刻补偿电流到位 预先调节方式,结合可控硅自触发技术的阻尼 电阻保护,补偿电流到位时间为40ms以上; 随后调节方式,补偿电流到位时间为60ms以上 随后调节方式,补偿电流到位时间为60ms以上 随后调节方式,调节铁心饱和度,补偿电流到 位时间为100ms以上。

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各种消弧线圈对比
——实际录波情况

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各种消弧线圈对比
——调节范围比较
调匝式:20%-100%,档位调节;

消弧线圈
Arc Suppression Coil

调容式:10%-100%,档位调节;

相控式:0%-100%,连续调节;

直流偏磁式:0%-100%,连续调节。

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各种消弧线圈对比
国 电 公 司 观 点
国家电网生(2006)51号

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各种消弧线圈对比
国 电 公 司 观 点

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各种消弧线圈对比
国 电 公 司 观 点

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各种消弧线圈对比
国 电 公 司 观 点

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国内权威机构对消弧线圈研究
1.动态响应时间 2.暂态过电压系数 3.故障相电压恢复初速度 4.故障相电压恢复时间 5.首半波内接地残流有效值 6.灭弧能力高压试验研究 7.自动跟踪电网电容电流调谐消弧线圈的能力 8.补偿电流的稳定度 9.对铁磁谐振的抑制作用 10.对电网不良影响的强度

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各种消弧线圈对比
改 用 调 匝 式 消 弧 线 圈

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各种消弧线圈对比

调容式消弧线圈 发现谐波被放大

“安装了调容式消弧线圈的单位应对安 装了该类消弧线圈的变电所的运行方 式进行调查,防止在有些运行方式下 发生单相接地谐波电流被放大。”

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消弧比较汇总
调匝式 可靠性 补偿速度 谐波污染 调节范围 铁磁谐振
高 10μs 无谐波 20%~100% 可以抑制

调容式
一般 40ms 谐波小 10%~100% 可以抑制

相控(高阻抗)
差 60ms 谐波很大 0%~100% 不可以

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各种消弧线圈对比
——补偿可靠性 单相接地发生时在任何情况下(包括失电)必 须保证系统得到正确补偿; 现场设备设计寿命满足长期使用的要求; 参数稳定,不随着季节时间的变化; 维护工作量小;

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各种消弧线圈的对比

新型消弧线圈结构简单、工作稳定可靠,运行经验丰 富,将传统工艺和现代计算机通讯技术有机结合。 采用预先调节方式,结合由无源自触发技术保护的阻 尼电阻,可使系统获得最迅速的补偿。 能彻底防止弧光过电压、断线过电压、铁磁谐振以及 系统的串联谐振,给系统最可靠的保护。

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思源电气消弧装置系列

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思源电气消弧装置系列

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第3部分

预调式消弧线圈并联中电阻选线

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小电流选线遇到的实际问题

消弧线圈的补偿作用,使原有选线理论不再成立; 实际电缆出线的长短差异性; 测试手段和精度的影响;

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小电流选线
ABC 1 C 01 o 2 C 02
& IL

k C03
& IL
& IC

3

谐振接地电网单相接地时电流分布图

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并联中电阻选线准确率
对于瞬时性单相接地,由于消弧线圈采 用预调式,零延时补偿,将故障消除。

对于永久性单相接地故障,装置延时投 入并联中电阻准确选线。

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消弧线圈并联中电阻选线方案
系统原理图

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并联中电阻安全可靠

中 电 阻 柜

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并联中电阻安全可靠
成套装置

成 套 组 合 式 中 电 阻 装 置

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并联中电阻安全可靠

户 外 组 合 式

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并联中电阻选线特点
此方案综合了预先调节式消弧线圈和电阻接地的 优点。 此方案的选线原理,与零序CT的极性、线路长短 、CT变比及其一致性差异等无关,弥补了普通选 线装置的缺陷。 并联中电阻的短时投入,能降低中性点电压,对 系统没有危害。

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并联中电阻选线现场验证

XHK-II-ZP型消弧线圈自 动调谐装置 现场验证范例

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并联中电阻选线现场验证 试验目的
验证装置电容电流计算的准确性及补偿 效果

九 亭 站 现 场 试 验

验证并联中电阻选线的准确性。

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并联中电阻选线现场验证

九 亭 站 现 场 试 验

线路号 线路名 选线号 CT变比 CT变比

九31 大唐 1 300/5

九32 富丽 2 300/5

九33 八伴 3 400/5

九34 汇亭 4 300/5

九35 繁荣 5 300/5

九36 黄泥 6 300/5

九37 横泾 7 400/5

九38 九泾 8 400/ 5

九39 电容 9 300/5

九亭变电站10kV系统Ⅲ段母线电气主接线图

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并联中电阻选线现场验证
实际接地线路 并联电阻选线结果 32 32 2003-12-23 11:22:48到2003-12-23 11:23:17 实际接地电阻 0 欧姆

九 亭 站 现 场 试 验

试验时间

金属接地

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并联中电阻选线现场验证
实际接地线路 并联电阻选线结果 32 32 2003-12-23 12:33:23到2003-12-23 12:33:46 实际接地电阻 107 欧姆

九 亭 站 现 场 试 验

试验时间

107Ω电阻接地

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并联中电阻选线现场验证
实际接地线路 并联电阻选线结果 32 32 2003-12-23 13:12:10到2003-12-23 13:12:34 实际接地电阻 201 欧姆

九 亭 站 现 场 试 验

试验时间

201Ω电阻接地

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并联中电阻选线现场验证
实际接地线路 并联电阻选线结果 32 32 2003-12-23 14:11:44到2003-12-23 14:12:12 实际接地电阻 507 欧姆

九 亭 站 现 场 试 验

试验时间

507Ω电阻接地

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并联中电阻选线现场验证

九 亭 站 现 场 试 验

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并联中电阻选线现场验证
中电阻投入 中电阻切除

九 亭 站 现 场 试 验

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并联中电阻选线现场验证

九 亭 站 现 场 试 验

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并联中电阻选线现场验证

现 场 试 验 结 论

1 调匝式消弧线圈具有快速、良好的补偿性能。 2 并联电阻投切在1s内完成,满足技术要求。 3 并联电阻投入时,中性点电压降低,且无冲击 过程。 4 消弧线圈并联中电阻装置选线全部正确。

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并联中电阻选线现场验证
华 东 电 力 试 验 研 究 院 报 告

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并联中电阻选线现场验证
上 海 松 江 局 现 场 运 行 报 告

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并联中电阻选线现场验证
杭 州 局 现 场 运 行 报 告

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并联中电阻选线现场验证
杭 州 局 现 场 运 行 报 告

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并联中电阻选线现场验证
厦 门 局 现 场 运 行 报 告

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并联中电阻选线现场验证
太 原 钢 厂 现 场 运 行 报 告

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并联中电阻选线
应用论文文献

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并联中电阻选线
应用论文文献

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并联中电阻选线
应用论文文献

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并联中电阻选线
应用论文文献

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并联中电阻选线
应用论文文献

论 文 观 点

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并联中电阻选线
应用论文文献

论 文 观 点

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并联中电阻选线
应用论文文献

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并联中电阻选线
在 发 电 机 中 性 点 应 用

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并联中电阻选线

引 起 广 泛 关 注

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并联中电阻选线

引 起 广 泛 关 注

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并联中电阻选线

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并联中电阻选线

出 口 项 目

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并联中电阻选线

出 口 非 洲

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并联中电阻选线

出 口 非 洲

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第4部分

最新技术研发介绍

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最新研发进展
消弧线圈录波系统 预调式和随调式优劣的争议:
补偿速度的疑惑; 补偿电流波形的疑惑; 暂态过程的问题;

事故分析的有力依据;

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最新研发进展
录波系统功能介绍 记录接地故障前、接地故障初始时、接地故障消 失前、接地故障消失后四个时段的零序电压及补 接地故障消失后 偿电流波形 ,清晰还原故障发生和故障消失全 过程; 利用高速PC104内核和多路高速AD转换器,数据 内核 采样、处理集中完成,高度实时,可对单段或两 段母线故障进行录波;

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最新研发进展
故障录波和消弧线圈接地补偿完美结合,可靠性 和实时性高,录波波形按接地时间存储,和控制 器内历史接地信息一一对应; 波形存储介质采用即插即用大容量CF卡存储/USB 接口,可以移动存储所有的接地故障波形,并且 移动存储所有的 可以转存在任何一台计算机。 配有专业的消弧线圈波形查看软件,方便波形查 看、分析、打印;并可将打包的波形文件转化为 COMTRADE通用格式,与其他通用波形软件兼容。 通用格式

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最新研发进展

新 型 控 制 器

与消弧控制系统有机结合

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最新研发进展

新 型 控 制 器

实现故障录波

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最新研发进展
产品获得国家知识产权局授予的一项发明专利

新 型 成 套 装 置

和四项实用新型专利,成为同类产品中唯一获 “国家级重点新产品”称号的产品,产品性能指 标达到国际先进水平; 国内唯一有能力生产三种消弧线圈,并且一二 次设备均自行生产的上市公司; 电容电流的计算方法获得教育部科技进步二等 奖,电容电流测量误差<2%; 补偿电流到位速度最快,<10μs;

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最新研发进展

新 型 成 套 装 置

故障录波和消弧线圈接地补偿完美结合,可靠性和 实时性高 记录接地故障发生、消失前后四个时段的零序电压 接地故障发生、消失前后 及补偿电流波形 波形存储介质采用USB存储,存储方便 有专业的波形查看软件,方便波形查看、分析、 打 印

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最新研发进展
可记录500次故障信息,具有故障类型统计功

新 型 成 套 装 置

能,帮助运行人员进行故障分析; 采用进口大屏幕LCD汉化显示屏,所有菜单均 以图文汉字显示,便于运行人员操作; 采用先进的生产设备和生产工艺,确保产品 质量; 一次设备(消弧线圈、接地变)具有噪音低 、温升和局放量小、抗冲击能力强等优点。

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最新研发进展

新 型 成 套 装 置

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最新研发进展

新 型 成 套 装 置

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最新研发进展

新 型 成 套 装 置

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德国进口真空浇注设备

车 间 一 角

全自动真空浇注系统 EPZSILON211-250/150/100-B-A-VDK 103

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乔格铁芯自动剪切线

新 型 成 套 装 置

104

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高压电抗测试线

新 型 成 套 装 置

105

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重点高新技术企业

国 家 火 炬 计 划

106

国家重点新产品

XHK-II-ZP消弧线圈自动调谐及接 地选线装置等 荣获“2005年国家重点新产品称 号” (2005ED680034)

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