長期以來，我國3～35KV(含66KV)的電網多采用中性點不接地的運行方式。此類電網在發生單相接地時，非故障相的對地電壓將升高到線電壓（UL），但系統的線電壓保持不變，所以我國國傢標準規定，3~35KV(66KV)的電網在發生單相接地故障後允許短時間帶故障運行，因而這類電網的各類電氣設備，如變壓器、電壓/電流互感器、斷路器、線路等一次設備的對地絕緣水平，都應滿足長期承受線電壓而不損壞的要求。

傳統觀念認為:3~35KV(含66KV)電網屬於中低壓的變壓配電網，此類電網中的內部過電壓的絕對值不高，所以危及電網絕緣安全水平的主要因素不是內部過電壓，而是大氣過電壓（即雷電過電壓），因而長期以來采取的過電壓保護措施僅是以防止大氣過電壓對設備的侵害。主要技術措施僅限於裝設各類避雷器，避雷器的放電電壓為相電壓的4倍以上，按躲過內部過電壓設計，因而僅對保護雷電侵害有效，對於內部過電壓不起任何保護作用。

然而，運行經驗證明，當這類電網發展到一定規模時，內部過電壓，特別是電網發生單相間歇性弧光接地時產生的弧光接地過電壓及特殊條件下產生的鐵磁諧振過電壓，已成為這類電網設備安全運行的一大威脅，其中以單相弧光接地過電壓最為嚴重。

隨著我國對城市及農村電網的大規模技術改造，城市、農村的配電網必定向電纜化發展，系統對地電容電流在逐漸增大，弧光接地過電壓問題也日益嚴重起來。為瞭解決上述問題，不少電網采用瞭諧振接地方式，即在電網中性點裝設消弧線圈，當系統發生單相弧光接地時，利用消弧線圈產生的感性電流對故障點電容電流進行補償，使流經故障點殘流減小，從而達到自然熄弧。運行經驗表明，雖然消弧線圈對抑制間歇性弧光接地過電壓有一定作用，但在使用中也發現消弧線圈存在的一些問題:

(1)由於電網運行方式的多樣化及弧光接地點的隨機性，消弧線圈要對電容電流進行有效補償確有難度，且消弧線圈僅僅補償瞭工頻電容電流，而實際通過接地點的電流不僅有工頻電容電流，而且包含大量的高頻電流及阻性電流，嚴重時僅高頻電流及阻性電流就可以維持電弧的持續燃燒。

(2)當電網發生斷線、非全相、同桿線路的電容耦合等非接地故障，使電網的不對稱電壓升高，可能導致消弧線圈的自動調節控制器誤判電網發生接地而動作，這時將會在電網中產生很高的中性點位移電壓，造成系統中一相或兩相電壓升高很多，以致損壞電網中的其它設備。

(3)消弧線圈體積大，組件多，成本高，安裝所占場地較大，運行維護復雜。

(4)隨著電網的擴大，消弧線圈也要隨之更換，不利於電網的遠景規劃。

目前國外對3～35KV電網采取中性點直接接地的方式，國內也有少數地區采取瞭經小電阻接地的方式，雖然抑制瞭弧光接地過電壓，克服瞭消弧線圈存在的問題，但卻犧牲瞭對用戶供電的可靠性。這種系統發生單相接地時，人為增加短路電流使斷路器動作，不論負荷性質及重要性，一律切除故障線路而且也不能分辨出金屬性或弧光接地。使並不存在弧光接地過電壓危害的金屬性接地故障線路也被切除，擴大瞭停電范圍和時間。由於加大瞭故障電流，對於弧光接地則加劇瞭故障點的燒損。

★20毫秒消弧速度是消弧的關鍵

1.彼得生（W.Peterson)理論：故障點接地電弧在暫態高頻振蕩電流通過第一個零點時熄滅，此時非故障相上的自由電荷延對地電容重新分佈，於是在各相上產生瞭位移電壓Udv；此後每經過半個工頻週波，接地電弧重燃一次，由於非故障相上積聚的自由電荷不斷增多，位移電壓逐步升高，非故障相的暫態過電壓隨著接地電弧的重燃次數的增多而增高。假定首次電弧發生在電壓負最大開始，第一次過零熄弧時（經歷5毫秒），非故障相暫態電壓＋13/6Um，以Udv＝＋5/3Um為軸線正旋波變化；經過半個工頻周期後（經歷15毫秒），非故障相暫態過電壓為-25/6Um，以Udv＝-25/9Um為軸線正旋波變化；再經過半個工頻周期後（經歷25毫秒），故障相達到負最大值時重燃，隨著過零次數增加，過電壓逐漸增大。由於相間電容的抑制作用，過電壓最大到3.5Um。所以：如果消弧時間超過25ms，過電壓已經發生。

2.瞬時性故障的統計

⒊從彼得生（W.Peterson)理論的過電壓產生的時間和瞬時性故障的統計，得出結論：消弧時間必須小於25ms，否則將失去意義。

★20毫秒消弧速度的實現:永磁真空接觸器

1.傳統真空接觸器--彈簧操動型：由彈簧儲能、維持儲能、合閘與合閘維持及分閘四個部分組成，結構過於復雜、制造工藝復雜、加工精度要求高，盡管成本很高，但產品的可靠性卻不能完全保證，而且因為彈簧儲能、維持儲能需要過程時間，所以合閘速度大於80毫秒，甚至120毫秒。此彈簧操動型是其它廠傢普遍采用的方式。

2.傳統真空接觸器--電磁操動型：要求用戶配備專門的蓄電池組，合閘線圈消耗功率過大，電磁機構結構笨重，動作時間大於60毫秒。

3.新一代真空接觸器--永磁真空接觸器。我公司與華北電力大學及數傢國內知名真空接觸器廠傢合作，引進烏克蘭技術，采用磁能高達50MGOe（397.9kJ/m3）的第三代稀土永磁材料，共同研發出永磁真空接觸器。其具有結構簡單、絕緣強度高、機械性能好、免維護、可靠性高，並且動作的能量由永磁提供，沒有儲能過程的時間，所以合閘速度小於20毫秒，合閘電流隻需3A。

★裝置的基本功能及特點

1.能將系統的大氣過電壓和操作過電壓限制到較低的電壓水平，保證瞭電網及電氣設備的絕緣安全。

2.裝置動作速度快，可在20ms之內動作，能快速消除間歇性弧光及穩定性弧光接地故障，抑制弧光接地過電壓，防止事故進一步擴大，降低線路的事故跳閘率。

3.能夠快速、有效地消除系統的諧振過電壓，防止長時間諧振過電壓對系統絕緣破壞，防止諧振過電壓對電網中裝設的避雷器及小感性負載的損傷。

4.裝置動作後，允許160A的電容電流連續通過2小時，用戶可以在完成轉移負荷的倒閘操作之後再處理故障線路。

5.能夠準確查找單相接地故障線路，對防止事故的進一步擴大，對減輕運行和維護人員的工作量有重要意義。

6.由裝置的工作原理可知，其限制過電壓的機理與電網對地電容電流的大小無關，因而其保護性能不隨電網運行方式的改變而改變，大小電網均可使用，電網擴容也沒有影響。

7.本裝置中的電壓互感器可以向計量機表和繼電保護等裝置提供系統的電壓信號，能夠替代常規的PT櫃。

8.能夠測量系統的單相接地電容電流。

9.裝置設備簡單，體積小，安裝、調試方便，適用於變電站，同樣適用於發電廠的高壓廠用電系統；適用於新建站，也適用於老電站的改造。

10.性價比高，相對於消弧線圈系統而言，性能價格比很高。

★裝置主要組成部件及其功能

ZRXHG-Ⅳ消弧消諧過電壓保護裝置組成原理如圖1所示，其主要有以下六個部件組成：

1.大容量ZNO非線性元件組成的組合式過電壓保護器TBP

TBP是一種特殊的高能容的氧化鋅過電壓保護器，與一般的氧化鋅避雷器（MOA）相比，具有以下優點：

(1)TBP組合式過電壓保護器采用的是大能容的ZNO非線性電阻和放電間隙相組合的結構，由於間隙元件與ZNO閥片的配合，解決瞭保護器的荷電率及工頻老化問題。

(2)TBP組合式過電壓保護器的沖擊系數為1，各種電壓波形下的放電電壓值相等，不受過電壓波形影響，過電壓保護值準確，保護性能優良。

(3)TBP組合式過電壓保護器采用四星型接法，可將相間過電壓大大降低，與常規避雷器相比，相間過電壓降低瞭60-70%，保護可靠性大大提高。

TBP組合式過電壓保護器是本裝置中限制各類過電壓的第一器件，主要用來限制大氣過電壓和操作過電壓。

2.可分相控制的高壓永磁真空接觸器（KA-KC）

這是一種特殊的高壓永磁真空接觸器，其三相分體，各相一端分別接至母線，另一端接地。正常運行時真空接觸器處於斷開狀態，受微機控制器控制而動作，各相之間閉鎖，當其中任一相閉合使該相母線接地後，其它兩相中的任何一相絕對不會動作閉合。

KA-KC的作用是:當系統發生弧光接地時，使其由不穩定的弧光接地故障轉變成穩定的金屬性接地，從而保護瞭系統中的設備。

圖1消弧消諧過電壓保護裝置電氣原理圖

3.多功能微機控制器ZRXHG-Ⅳ（核心技術）

多功能微機控制器是本裝置的技術核心部件，它以高抗乾擾能力的PIC單片機為核心處理器，故障處理速度極快，主要具有以下功能和特點：

(1)自動化程度高。微機控制器的所有功能均為自動執行，無需人工操作，維護和操作簡便。

(2)抗乾擾性能好，可靠性高。微機控制器采用二次電源技術，可抵禦各種電磁乾擾,所有接口均采用光/電隔離，可消除電源及一次系統對控制器的乾擾，控制器還設置瞭Watchdog自復位電路，可實現裝置的自動復位，完全避免瞭外界的各種電磁乾擾。

(3)完善的保護功能。由於微機控制器采用雙處理器作為處理單元，所以能同時完成對消弧、消諧的綜合控制，並且裝置能夠完成電壓互感器短線報警功能。

(4)電壓測量功能。微機控制器能對系統的電壓進行測量，並以數字形式顯示出來。

(5)數據遠傳功能。微機控制器設有RS485通訊接口，能將系統的實時故障信息及裝置的工作情況上報控制中心。

(6)故障記錄查詢功能。微機控制器帶有存儲器，能將系統的故障信息(包括故障類型故障時間等信息)長期保存，用戶可根據需要查詢系統的故障記錄。

4.高壓限流熔斷器FUR2

高壓限流熔斷器是整個裝置的後備保護器件，具有以下特殊功能：

(1)開斷容量大，可達63KA;

(2)開斷迅速，開斷時間小於0.3ms;

(3)限流效果好，可使故障電流限制在最大短路電流沖擊電流的1/5以下。

(4)開斷電弧電壓低，在熔斷器分斷過程中電弧電壓很低,並當用於低於額定電壓系統時，電弧電壓將進一步減小，所以可將12Kv的熔斷器用於7.2Kv系統而沒有損壞系統絕緣的危險。

5.電壓互感器（PT）

電壓互感器可將系統的高壓三相信號轉變成可供微機控制器XHG-Ⅳ處理的三相電壓信號（Ua、Ub、Uc）及中性點信號（Uo）。

6.高壓隔離開關QS

安裝本裝置與電網主母線的連接處，用於本裝置安裝和維護時的投切。

★裝置的基本工作原理

1.消弧原理

(1)系統發生弧光接地時，微機控制器ZRXHG-Ⅳ判斷接地的相別及弧光接地類型，同時發出指令使故障相的真空接觸器閉合，把系統由不穩定的弧光接地故障變為穩定的金屬性接地故障，故障相的對地電壓降為零，原接地故障點的弧光消失，其它兩相的對地電壓升高至線電壓。這種狀態是現行運行規程所允許的。

(2)真空接觸器閉合數秒後(根據接地性質不同,動作時間不同)，微機控制器ZRXHG-Ⅳ令故障相的真空接觸器斷開，若真空接觸器斷開後，再無弧光接地故障現象，說明這一接地故障是暫時性的，系統恢復正常運行；若真空接觸器斷開後，再次出現弧光接地故障，真空接觸器將進行第二次閉合，數秒後，第二次斷開；第二次斷開後，仍然出現弧光接地故障，則微機控制器ZRXHG-Ⅳ認定這一故障為永久性弧光接地，此時發出指令使故障相的真空接觸器第三次閉合，XHG-Ⅳ將按照預先設定的程序發出報警信號，告知值班人員故障發生的相別。在真空接觸器閉合或斷開過程中,出現的短暫過電壓,由TBP進行限制保護。

(3)故障相真空接觸器第三次閉合,閉合時間為2小時，在此期間若故障消除，微機控制器ZRXHG-Ⅳ需手動復位。

2.消諧原理

本裝置采用的是微機二次消諧技術,當系統發生諧振時，微機控制器XHG-Ⅳ在PT的開口三角繞組瞬間接入大功率的消諧電阻,利用消諧電阻破壞系統的諧振參數,消耗諧振能量，從而消除系統的諧振故障。主要具有以下特點:

(1)采用的是微機二次消諧技術,響應時間非常快，消諧效果遠遠優於傳統的消諧裝置;

(2)對電壓互感器保護繞組(開口三角)的電壓輸出無任何影響,避免瞭傳統消諧技術影響電壓互感器保護繞組電壓輸出的影響的缺點。