消弧線圈自動調(diào)諧地原理總結(jié)材料

1、消弧線圈自動調(diào)諧的原理一、消弧線圈的工作原理電力系統(tǒng)中中性點接地方式主要分為中性點直接接地和中性點不直接接地 或中性點經(jīng)消弧線圈接地。中性點不接地系統(tǒng)單相接地時，由于沒有形成短路回路，流入接地點的電流 是非故障相的電容電流之和，該值不大，且三相線電壓不變且對稱，不必切除接 地相，允許繼續(xù)運行，因此供電可靠性高，但其它兩條完好相對地電壓升到線電 壓，是正常時的v3倍，因此絕緣水平要求高，增加絕緣費用，對無線通訊有一 定影響。中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地時，除有中性點不接地系統(tǒng)的優(yōu)點外， 還可以減少接地電流，通過消弧線圈的感性補償，熄滅接地電弧，但接地點的接 地相容性電流為3倍的未接地相電容電

2、流，隨著網(wǎng)絡(luò)的延伸，接地電流增大以致 使接地電弧不能自行熄滅而引起弧光接地過電壓，甚至發(fā)展成系統(tǒng)性事故，對無線通訊影響較大。該方式具有線路接地故障電流較小和自動消除瞬時性接地故障 的優(yōu)點，在我國10 kV配電網(wǎng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。中性點直接接地系統(tǒng)單相接地時，發(fā)生單相接地時，其它兩完好相對地電壓 不升高，因此絕緣水平要求低，可降低絕緣費用，但短路電流大，要迅速切除故 障部分，對繼電保護的要求高，從而供電可靠性差，對無線通訊影響不大。中性點經(jīng)消弧線圈接地后的電路圖及相量圖見圖 01，發(fā)生單相對地短路時 短路點的電流Id |l Ic。電感電流補償電容電流的百分數(shù)成為消弧線圈的補 Il 1償度，

3、用kr表示為 =匚=喬正，用Y表示脫諧度。當kr 0時，消弧線圈電感電流小于線路的電容電流，稱為欠補償；當kr 1，y d，有U0 = V = 3wC-1/ wL ,k? -L-k? L調(diào)整電感值從L1到L2，計算得到三相對地電容公式為3 C=丄古 J，k =Iu02l,這種調(diào)節(jié)方法要求消弧線圈調(diào)節(jié)迅速，目前采用在連續(xù)可調(diào)的直流勵磁消弧線圈上。1 1- JK -3(l+?l )(kcS 4 -1) 1如計及電阻率3 3C = k2sin y+(kcos 4 -1)2 + 7L，為消弧線圈改邊前后中 性點電壓的相角差。這種調(diào)諧方法常運用在投切電容器組消弧線圈的自動調(diào)諧裝 置中。與前面幾種方法相比

4、，中性點位移電壓曲線法，在電網(wǎng)正常運行狀態(tài)下僅檢 測電容電流，而消弧線圈工作在遠離諧振點處，發(fā)生單相接地故障后瞬時調(diào)節(jié)消 弧線圈至完全補償狀態(tài)?？梢?，中性點位移電壓曲線法無需串、并聯(lián)電阻，且能 實時檢測電網(wǎng)電容電流的具體數(shù)值，從而定量地調(diào)節(jié)消弧線圈的脫諧度?，F(xiàn)在國外消弧線圈的自動調(diào)諧一般都采用了這種傳統(tǒng)方法，但這種調(diào)諧法要求在測量電容電流過程中調(diào)節(jié)消弧線圈，使得消弧線圈動作頻繁，壽命降低，響應時間(從系統(tǒng)電容電流發(fā)生變化起，至消弧線圈跟蹤調(diào)節(jié)到合適位置所需時間) 勢必也不可能做到很短。再者，由于人為地改變系統(tǒng)的運行狀態(tài)，給系統(tǒng)的安全 穩(wěn)定運行帶來潛在威脅。因而這種調(diào)諧方法在實際應用中效果不佳。

5、(5)實時測量法(進一步調(diào)研U un為系統(tǒng)線電壓， Uo 為帶消弧線圈時系統(tǒng)的實時中性點偏移電壓 )在中性點位移電壓曲線法的基礎(chǔ)上，改進而成實時測量法。該算法首先需要 用特殊的方法測量出系統(tǒng)不對稱電壓？，然后每隔一定時間測量一次電網(wǎng)的線電 壓、中性點位移電壓和消弧線圈中的電流等參數(shù)，用式XL=( Uun U0)/ Io計算電網(wǎng)的對地電抗(參見圖1 )。這樣，便可得電網(wǎng)的實時接地電容電流。這一 改進方法的優(yōu)點是可以減少對消弧線圈的操作次數(shù)，所得電容電流值也比較準確，跟蹤補償可直接到位。(6)變頻信號法當中性點電壓較小時，特別是在電纜電網(wǎng)中，不對稱度很小的情況下，要測 量參數(shù)，不僅費時、費力，而且

6、測量結(jié)果難以準確。外加變頻信號法只需在電壓 互感器的低壓端注入變頻電流信號，找出系統(tǒng)諧振頻率即可，不需對消弧線圈電感進行試探性調(diào)整，不需對消弧線圈的任何參數(shù)進行測量，而且把測量回路從高 壓側(cè)移到低壓側(cè)，更加安全方便。圖4注入信號等值回路中消弧線圈感抗與三相電容并聯(lián)。通過改變注入信號的頻率，使電感和電容發(fā)生并聯(lián)諧振，找到系統(tǒng)諧振頻率fo,則:fa 系統(tǒng)單和金屬性接地故障時的電容電流為: te = I 龐U. =* wjf.式中為蘇統(tǒng)角頻率心=冊/ = 3Hrad/St則脫諧度為:圖:注人館號法測*電客電流尊值團由式（8）可以直接通過系統(tǒng)諧振頻率計算脫諧度。對于具有多個消弧線圈的配電網(wǎng)，只需選定一

7、個消弧線圈向系統(tǒng)注入信號， 測量系統(tǒng)諧振頻率，在式（8）中取Il為系統(tǒng)所有消弧線圈的電感電流之和，就可完成整個配電網(wǎng)脫諧度、 電容電流的測量，無需通信配合。系統(tǒng)諧械，即類幸為-一吋*PC電路導納為,7（） = G =牛崇個電路相當于一個純電阻同相盤因為電壓信號U包括高于被測電壓幾倍的噪聲信號，必須濾掉噪聲信號。 采用高階帶阻濾波器，其輸入輸出頻率特性如圖5。對于50 Hz，Uo0系統(tǒng)零序阻抗折算到電壓互感器二次側(cè)一般小于 10Q，采用信號注入法測 量電容電流，向系統(tǒng)注入的信號功率一般小于 20 W，不影響系統(tǒng)正常運行。系 統(tǒng)發(fā)生接地故障時，注入信號電流源相對系統(tǒng)零序回路處于開路狀態(tài)， 不影響消

8、 弧線圈的熄弧效果。當發(fā)生單相接地故障時，雖然電網(wǎng)對地電壓不對稱，然而，電網(wǎng)的線電壓還 是對稱的。按電業(yè)部門的規(guī)定，電網(wǎng)可以繼續(xù)運行12 h，在這段時間，電網(wǎng)對地電容電流還會發(fā)生變化，比如，有些支路退出或投入運行。消弧線圈的電感 電流在這種情況下，若不能自動跟蹤電網(wǎng)對地電容電流的變化，則接地點的電流將會增加，達不到自動跟蹤補償?shù)哪康摹槌浞职l(fā)揮消弧線圈的補償作用，在電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，也必須實行自動跟蹤調(diào)諧，就是說，采用全狀態(tài)調(diào)諧。當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，接地點是不可預知的，電容電流、殘余電流不 能直接測量。圖6中性點諧振接地的電網(wǎng)中，當線路 3的A相發(fā)生永久性接地 故障時，流過非故障線

9、路，線路1和線路2的零序電流互感器的電流分別為， 3loi= j3UoCi、3102 = j3UoC2，方向為母線流向線路。流過故障支路零序電 流互感器的電流是所有非故障支路零序電流、消弧線圈電感電流和電阻電流之和，其電流無功分量 3103 = j3U03 V ( C01 + C02 ) + (V 1 ) C03 。當過補償 v v 0時，殘余零序電流3103為正，方向是由母線流向線路；當 v= 0時，則3I03 =j3U0wC03，方向由母線流向線路；當欠補償 v0時，殘余零序電流3103方向 可正可負，vv C03 /( C01 + C02+ C03 )時，由母線流向線路，而 C03 /(

10、 C01 + C02 + C03)v V V 1時，由線路流向母線。圖&單韌機地敝陽挨恣下電ife分布圖如果能保證流過故障支路零序電流互感器電流的無功分量為3103 ,且在相位上超前Uo9O的話，就能保證消弧線圈工作在全補償狀態(tài)，接地電流最小。實現(xiàn) 的方法是：發(fā)生單相接地故障時，由配合使用的微機接地選線保護裝置選出故障 支路，并將故障支路告訴消弧線圈的自動控制裝置，自動控制裝置讀取故障支路零序電流互感器電流值及零序電壓值， 計算出3103/Uo的比值。當電網(wǎng)非故障支 路電容電流發(fā)生變化(包括有些支路投入或退出運行)時，調(diào)節(jié)消弧線圈，改變 電感電流，以保證流過故障支路零序電流互感器電流的無功分量

11、與零序電壓值的 比值始終為固定值3103/Uo,而且零序電流的無功分量3103在相位上超前Uo9O 這就可以保證消弧線圈工作在全補償狀態(tài)， 接地電流為最小。該方法也完全適用 單相非金屬性接地的情況。三、消弧線圈的分類及各個工作原理(1 )調(diào)匝式消弧線圈，調(diào)諧方式為預調(diào)式。調(diào)匝式消弧線圈采用有載調(diào)壓開關(guān)調(diào)節(jié)電抗器的抽頭以改變電感值。這種消弧線圈一般可利用原有的人工調(diào)匝消弧線圈改造而成，即采用有載調(diào)節(jié)開關(guān)改變 工作繞組的匝數(shù)，達到調(diào)節(jié)電感的目的。它可以在電網(wǎng)正常運行時，通過實時測 量流過消弧線圈電流的幅值和相位變化，計算出電網(wǎng)當前方式下的對地電容電流， 根據(jù)預先設(shè)定的最小殘流值或失諧度，由控制器調(diào)

12、節(jié)有載調(diào)壓分接頭，使之調(diào)節(jié) 到所需要的補償檔位，在發(fā)生接地故障后，故障點的殘流可以被限制在設(shè)定的圍 之。優(yōu)點：由于采用預調(diào)制使其對容性的補償在可視方面更具可靠性，切其對容性電流的補償通過調(diào)檔方式實現(xiàn)也比較直觀易解；缺點：不能平滑調(diào)節(jié)，補償效果不能達到最佳狀態(tài)；機械部分過多易出現(xiàn)機 械故障，女口：當系統(tǒng)發(fā)生接地時如不能迅速切開阻尼電阻則就會將其燒毀；過度頻繁的調(diào)節(jié)檔位易導致有載開關(guān)卡死、燒毀電機。（2 ）調(diào)容式消弧線圈調(diào)容式消弧線圈是二次調(diào)節(jié)消弧線圈，消弧線圈本體由主繞組、二次繞組組 成。二次繞組連接電容調(diào)節(jié)柜。由45組真空接觸器控制投切二次調(diào)節(jié)電容器， 當二次電容器全部斷開時，主繞組感抗最小，

13、電感電流最大，二次繞組有電容器 接入后，根據(jù)阻抗折算原理，相當于主繞組兩端并接了相同功率的電容， 使主繞 組電感電流減小。因而，通過調(diào)節(jié)二次電容的容量即可控制主繞組的感抗及電感 電流的大小。咋亡：苫rHH二二ni- hciLT調(diào)容式消弧線圈在繞組的二次側(cè)并聯(lián)若干組用真空開關(guān)或晶閘管通斷的電 容器，用來調(diào)節(jié)二次側(cè)電容的容抗值， 以達到減小一次側(cè)電感電流的要求。 電容 值的大小及組數(shù)有多種不同排列組合，以滿足調(diào)節(jié)圍和精度的要求。基于晶閘管的投切電容式消弧線圈結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示，圖中的R為消弧線圈阻尼電阻，K為阻尼電阻控制接觸器的觸點，L1為消弧線圈的一次繞組 （電感），L2為消弧線圈的二次繞組（

14、電感），C1C5二次側(cè)調(diào)節(jié)電容器，S1S5 為調(diào)節(jié)控制晶閘管。顯然，通過多組晶閘管（也可以采用交流接觸器的觸點）的 通斷可以實現(xiàn)不同電容器的組合。當二次側(cè)的電容器全部斷開時，消弧線圈一次繞組感抗最小，可提供的電感 電流最大；二次繞組有電容器接入后根據(jù)阻抗折算原理， 相當于一次繞組兩端并 聯(lián)了相同功率的電容，使消弧線圈電感電流下降。因而，通過調(diào)節(jié)二次側(cè)電容器 的容量即可控制消弧線圈一次繞組的感抗及電感電流的大小。由于電網(wǎng)電容電流的大小不同，補償精度要求不一樣，所以消弧線圈的調(diào)節(jié) 圍和調(diào)節(jié)精度也不同，在選擇電容器容量時要根據(jù)實際要求進行計算。對于圖5中的5組電容器，電容器值可以根據(jù)二進制組合原理進

15、行配置， 即：C1 : C2: C3: C4: C5=1 : 2: 4: 8: 16可見5組電容器可實現(xiàn)32種組合方案，通過控制晶閘管的導通與關(guān)斷將產(chǎn) 生32種方案，即消弧線圈分為32檔。每檔的調(diào)節(jié)量取決于電容器 C1，C1值選的越小，貝U級差電流越小，但相應的消弧線圈的補償圍也越小。若設(shè)電容C1的容量為QC1，二次繞組輸出電壓為U2，則可得級差電流IC 為：2ciC U2該類型消弧線圈的容量是消弧線圈電感的容量與所有并聯(lián)電容器的容量之 和，可見容量比較大，接地變壓器的容量也要增大，占用的設(shè)備也比較多。但是， 如果變電所原來就有老式的消弧線圈，再投入一定得電容器組合電容器的投切控 制裝置，實現(xiàn)

16、對電兩單相接地電容電流的自動跟蹤補償功能，該方案是可行的。采用晶閘管投切電容器的消弧線圈控制簡單、 速度快。但同樣不能實現(xiàn)電感的連續(xù)調(diào)節(jié)，特別是當電網(wǎng)單相接地電容電流較大時， 精度較低，無法達到最佳 補償。另外，由于需要較多的電容器和附加設(shè)備，造價高。（3）直流偏磁式消弧線圈，調(diào)諧方式為隨調(diào)式。該裝置的消弧線圈是利用外加直流勵磁電流，改變鐵芯的磁阻從而達到改變 消弧線圈電抗值的目的。在電網(wǎng)正常運行時不施加勵磁電流， 將消弧線圈調(diào)整到 遠離諧振點的狀態(tài)，避免串聯(lián)諧振過電壓的產(chǎn)生而無須阻尼電阻。 同時實時檢測 電容電流的大小，當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，瞬間調(diào)節(jié)消弧線圈，實施最佳補 償?？蓪崿F(xiàn)連續(xù)調(diào)

17、節(jié)，全靜態(tài)結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)圍大，調(diào)節(jié)速度快。但缺點是存在需補 加直流電流問題。悴克式泊剋堆腔h干.電閤（4 ）相控式消弧線圈，調(diào)諧方式為隨調(diào)式也）基本結(jié)構(gòu)圖1相控式消弧線圈基本結(jié)構(gòu)和等效電路圖 1 (a) 為相控式消弧線圈基本結(jié)構(gòu) , 一次繞組 (BW) 接入電網(wǎng) , 二次繞組 (CW) 用晶閘管短路 ,通過調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角來控制 CW 的電流 ,實現(xiàn)輸 出電流的可控調(diào)節(jié) ,三次繞組 ( FW) 連接的是 LC 濾波器電路 ,用來平衡 CW 產(chǎn)生的 3 次和 5 次諧波電流 ,從而使 BW 的總諧波電流畸變率控制在設(shè)計圍之。 圖 1 (b) 為消弧線圈的等效電路圖 , 其中 Z0 為變壓器的勵磁電抗 , Z1 , Z2 , Z3 為 各繞組的漏抗 ,L3 , C3 和 L5 , C5 組成為消除 3 次和 5 次諧波的 LC 濾波電路。目前消弧線圈的調(diào)諧原理主要有：中性點最大位移電壓法、阻抗三角形法、 相位角法、 電容電流間接測量法、 附加電源法及信號注入法等。 這些方法各具特 點，但又都存在一定的局限性， 沒有達到完美的程度。 中性點最大位移電壓法和 阻抗三角形