消弧線圈補償原理及運行注意事項

1、消弧線圈補償原理及運行注意事項一、消弧線圈補償原理1、中性點接地方式及優(yōu)缺點接地方式適用范圍（電容電流）優(yōu)點缺點不接地35KV：10A10KV：30A1、 接地電流小，瞬時故障時可自行熄弧2、 可帶接地故障運行（一般不超過2h），可靠性較高1、對絕緣要求較高，易引發(fā)絕緣擊穿，引發(fā)相間短路等相繼故障2、故障定位難，操作多3、人員觸電時，因線路不跳閘，安全性較差經(jīng)消弧線圈100A4、易發(fā)生諧振5、中性點電位偏移較大6、運行方式改變時，操作多7、補償易受限制，消弧線圈容量增加可能滯后電網(wǎng)發(fā)展經(jīng)小電阻1001000A1、可抑制諧振過電壓2、中性點電位偏移較小3、可迅速隔離故障點4、設(shè)備的絕緣水平較底5

2、、不受運行方式影響6、人員觸電時，能快速切除故障，安全性好接地故障線路迅速切除，間斷對用戶的供電2、弧光接地的危害(1) 單相接地的一般過程間歇性電弧接地穩(wěn)定性電弧接地金屬性接地(2)弧光接地過電壓及電弧電流發(fā)生單相間歇性弧光接地（弧光接地）時，由于電弧多次不斷的熄滅和重燃，導(dǎo)致系統(tǒng)對地電容上的電荷多次不斷的積累和重新再分配，在非故障相的電感電容回路上引起高頻振蕩過電壓。對于架空線路，過電壓幅值一般可達3.13.5倍相電壓，對于電纜線路，非故障相的過電壓可達471倍?；」饨拥貢r流過故障點的電弧電流為高頻電流和工頻電流的和，在弧光接地或電弧重燃的瞬間,已充電的相對地電容將要向故障點放電,相當于R

3、LC放電過程，其高頻振蕩電流為：其中：U為相電壓，R/2L，o1，o（在輸電線路中）過渡過程結(jié)束后，流過故障點的電弧電流只剩下穩(wěn)態(tài)的工頻電容電流。(3)弧光接地的危害A、 加劇了電纜等固體絕緣的積累性破壞，威脅設(shè)備安全；B、 導(dǎo)致燒PT或保險熔斷；C、 導(dǎo)致避雷器爆炸；D、 燃弧點溫度高達5000K以上，會燒傷導(dǎo)線，甚至導(dǎo)致斷線事故；E、 電弧不能很快熄滅，在風(fēng)吹、電動力、熱氣流等因素的影響下，將會發(fā)展成為相間弧光短路事故；F、 電弧燃燒時會直接破壞電纜相間絕緣，導(dǎo)致相間短路事故的發(fā)生；G、 跨步電壓高，危及人身安全；H、 高頻電流對通訊產(chǎn)生干擾。(4)工頻接地電流與電弧間的關(guān)系維持弧光燃燒取

4、決于高頻振蕩電流衰減的快慢和接地工頻電流，工頻接地電流與電弧間存在如下關(guān)系：工頻接地電流（殘流）電弧狀態(tài)<10A可自行消滅1030A產(chǎn)生間歇性電弧>30A產(chǎn)生穩(wěn)定性電弧A、在20KV以下的系統(tǒng)，由于承受過電壓的能力（過電壓倍數(shù)，不是絕對值）較強，允許產(chǎn)生間歇性電弧，所以，它的接地的電容電流的允許值是小于30A。而20-63KV的系統(tǒng)承受過電壓的能力較差，所以，它的接地的電容電流的允許值是小于10A。B、相同大?。ㄐ∮?0A）的容性殘流和感性殘流均可起到消弧作用，所以當消弧線圈容量不足時，可采用前補償調(diào)諧。C、補償度（）過大，系統(tǒng)殘流超過可能超過10A，可維持電弧燃燒，所以補償度不宜

5、過大。3、消弧線圈補償原理消弧線圈利用流經(jīng)故障點的電感電流和電容電流相位差為180°，補償電容電流減小流經(jīng)故障點電流，降低故障相接地電弧兩端的恢復(fù)電壓速度，來達到消弧的目的。(1)消弧線圈補償原理如圖所示，在正常情況下，三相電壓是基本平衡的。由于各種原因，系統(tǒng)發(fā)生單相（例如相）接地故障，破壞了原有的對稱平衡，系統(tǒng)將產(chǎn)生接地電容電流IC，消弧圈在當時系統(tǒng)中性點相電壓的作用下，將產(chǎn)生電感電流IL它們各自的流動方向如圖所示。從向量圖中，可以看出，L與C相差°，所以是起相互抵消的作用。當系統(tǒng)未發(fā)生單相接地時，根據(jù)電工原理可以知道，在對稱情況下，各相對地電壓相等，在這些電壓作用下，各

6、相對地電容產(chǎn)生的電容電流CACBCCCO，分別越前于A、B、C電壓的°。當發(fā)生單相接地故障時（例如相金屬性接地）相當于在故障相上，加一個與A大小相同，但方向相反的相電壓，則故障相對地電壓A，而中性點對地電壓升高到相電壓，其他兩相對地電壓升高倍，即BCU，在B、C電壓的作用下，所產(chǎn)生的電容電流CB、CC分別越前于B、C電壓的°，其相量和C即為流過A相故障點的電容電流。它的大小是正常時一相對地電容電流的倍，方向滯后于A相正常時電壓°。A、單相接地后，故障相對地電壓為零，中性點電壓升高為相電壓，健全相相電壓升高倍，而電源電動勢及線電壓對稱，且1035KV負荷為對稱性負荷

7、，仍為對稱系統(tǒng)，所以中性點不接地及經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，可帶故障運行，保證用戶的持續(xù)供電。B、故障點的電容電流大小是正常時一相對地電容電流的倍，方向滯后于故障相正常時電壓°。(2)不同接地系統(tǒng)單相接地線路電流情況接地系統(tǒng)非故障線路故障線路大小方向大小方向不接地本線路電容電流流入母線非故障線路電容電流和流出母線小電阻消弧線圈集中補償本線路電容電流流入母線殘流流出母線（欠補）流入母線（過補）分散補償本線路電容及所帶消弧線圈補償電流和流入或流出母線A、經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時，故障線路的零序電流比非故障線路零序電流大得多，而且兩者零序電流相差180°，

8、根據(jù)這一原理（零序電流原理、零序功率原理），可以采用電流元件快速區(qū)分出接地故障線路。B、中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)是利用零序電流及零序功率原理進行快速選線的，當該系統(tǒng)中運行消弧線圈時，因消弧線圈改變了系統(tǒng)電容電流的分布，造成了選線正確率的下降，所以當這兩個不同接地系統(tǒng)間進行負荷調(diào)整前，必須先停用調(diào)整線路的消弧線圈。4、消弧線圈引起的中性點位移電壓根據(jù) “地”接點O的節(jié)電電壓方程：可得： 式中：稱為電網(wǎng)的不對稱度，其值與導(dǎo)線的排列形式，是否有地線及是否換位等因素 有關(guān)。通常架空線的不對稱度值為0.5%1.5%，個別情況可達2.5%及以上，電纜線路的值約為0.2%0.5%。若電網(wǎng)三相對地電容相等，則0

9、，VN0。為補償電網(wǎng)的脫諧度。k為補償電網(wǎng)的補償度。 為補償電網(wǎng)的阻尼率。正常架空線路的阻尼率d約為3%5%，線路污染受潮，d可增至1. 0%；電纜線路d約為2%4%，絕緣老化時，可增至10%。為電網(wǎng)的不對稱電壓，是中性點不接地電網(wǎng)(無消弧線圈) 因三相對地電容不等而引起的中性點位移電壓。A 因中性點不接地電網(wǎng)三相對地電容不等，產(chǎn)生不對稱電壓；B接于B相的備用電纜增加了電網(wǎng)不對稱程度，加大了不對稱電壓（線路特別是電纜線路臨時由運行線路充電時，應(yīng)分別接入三相）；C 系統(tǒng)運行方式或消弧線圈變化時，造成中性點電壓發(fā)生變化，可能引起假接地；D 消弧線圈中的阻尼繞組可有效減小中性點位移電壓；E 經(jīng)小電阻

10、接地系統(tǒng)中性點位移電壓很??；F 通過調(diào)節(jié)消弧線圈分頭，可調(diào)整系統(tǒng)三相電壓平衡；G 因消弧線圈的補償電流是已知的，所以利用不同補償電流時的，中性點電壓位移可計算系統(tǒng)總的電容電流，以及脫偕度，自動補償消弧線圈就是利用這一原理進行自動補償?shù)摹?、消弧線圈的補償方式(1)全補償方式：補償后電感電流等于網(wǎng)絡(luò)電容電流，接地點殘流為0，即IC = IL 。從消除故障點的電弧，避免出現(xiàn)弧光過電壓的角度來看，此種補償方式是最理想的，但在全補償時，L=1/3C，正是電感L和三相對地電容3C對50Hz交流串聯(lián)諧振的條件，在正常情況下，如果線路的三相對地電容不完全相等，則電源中性點對地之間就產(chǎn)生電壓偏移，該偏移電壓在

11、串聯(lián)諧振回路中產(chǎn)生很大的電壓降落，從而使電源中性點對地電壓嚴重升高。因此，在實際應(yīng)用中不能采用該種補償方式。(2)欠補償方式：補償后電感電流小于網(wǎng)絡(luò)電容電流，接地點殘流為容性，即IC IL 。在該種補償方式下，當系統(tǒng)的運行方式發(fā)生改變時，如某個元件或某條輸電線路被切除，在系統(tǒng)電容電流減小的情況下，很可能出現(xiàn)IC和 IL電流相等的情況，發(fā)生串聯(lián)諧振過電壓。因此，該種補償方式一般也很少被采用。(3)過補償方式：補償后電感電流大于網(wǎng)絡(luò)電容電流，接地點殘流為感性，即ICIL 。采用該種補償方式，可以有效避免系統(tǒng)發(fā)生串聯(lián)諧振過電壓的問題，在實際運行中獲得了廣泛的應(yīng)用?？紤]到系統(tǒng)的安全運行及中性點的對地電

12、壓，經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，選取過補償方式較好。6、消弧線圈裝置（自動補償）一次設(shè)備接線如圖 (無中性點)。成套裝置由Z型接地變壓器(系統(tǒng)中有中性點時不用)、有載調(diào)節(jié)式消弧線圈、限壓阻尼電阻箱、微機測量控制器組成。(1) 曲折型接線的接地變壓器A、正常運行時長期處于空載運行狀態(tài)，其零序阻抗、空載損耗很小B、引出理想的人工中性點連接消弧線圈；C、正常運行時長期處于空載運行狀態(tài)，其零序阻抗、空載損耗很小(2) 有載調(diào)節(jié)式消弧線圈帶有載分接開關(guān)的調(diào)匝式消弧線圈，正常不接地的情況下幾乎處在空載狀態(tài)下進行，使用壽命較長，利用每個分接頭工作時確定的電感量可計算電網(wǎng)電容電流和脫諧度。(3) 限壓阻尼電阻箱A、正

13、常運行時，限制中性點位移電壓B、在發(fā)生單相接地時，為避免阻尼電阻降低消弧線圈的補償能力，將電阻短接，同時也避免了電阻的過熱。短接阻尼電阻采用中性點電壓和電流兩套獨立啟動短接回路。一套是根據(jù)中性點電壓值來控制交流接觸器KM，若該值超過設(shè)定值，則電壓繼電器動作，控制交流接觸器閉合接點短接阻尼電阻。另一套是由直流接觸器KM2、中間繼電器、過流繼電器組成，當系統(tǒng)接地流過消弧線圈的電流超過設(shè)定值時，電流繼電器動作，通過中間繼電器使直流接觸器閉合短接阻尼電阻。雙套措施互補，保證了電阻可靠短接。若配有接地選線裝置，阻尼電阻在接地0.5 s后被短接。(4) 微機控制器采用在線實時測量法，可快速、準確、直觀、完

14、整地顯示電網(wǎng)的有關(guān)參數(shù)，根據(jù)設(shè)定值自動或手動調(diào)整消弧線圈分頭，使其隨時運行在最佳工作狀態(tài)。二、消弧線圈運行中的注意事項1、電壓互感器開口三角電壓 目前國內(nèi)均采用電磁式電壓互感器開口三角繞組構(gòu)成的絕緣監(jiān)測裝置來監(jiān)視系統(tǒng)的絕緣狀況，如圖，電壓互感器通常采用兩個二次繞組，其中主二次繞組額定相電壓為100/ 31/2 V，輔助（開口三角）二次繞組額定相電壓為100/3V。電壓互感器變比： 開口三角電壓：開口三角電壓反映3倍中性點電壓（零序電壓）。通常，絕緣監(jiān)測裝置的電壓整定值為1530V（即中性點位移電壓為額定相電壓的15%30%）。若開口三角電壓大于該整定值，則使絕緣監(jiān)測裝置發(fā)出接地信號。（規(guī)程規(guī)定

15、：無接地時中性點位移電壓，長期運行不超過額定相電壓的15%）2、故障判斷由于絕緣監(jiān)測裝置是根據(jù)開口三角電壓反應(yīng)3倍中性點電壓（零序電壓）的原理工作的，而實際電網(wǎng)中除單相接地外，還有多種原因，如鐵磁諧振、PT斷線、線路斷線等都會使開口三角繞組兩端出現(xiàn)零序電壓，并可能導(dǎo)致絕緣監(jiān)測裝置動作。由于此時系統(tǒng)并沒有真正接地，而裝置卻發(fā)出了接地信號，這種接地稱為“假接地”，只有準確、快速的判斷故障，才可能及時、準確的處理故障。故障判斷故障類型故障后電壓變化情況三相相電壓開口三角單相接地金屬性一相為零，另兩相上升為線電壓100V非金屬性接地一相低，不為零；另兩相上升，接近線電壓30100V鐵磁諧振分頻諧振三相

16、電壓依次輪換升高，且電壓表指針在同范圍內(nèi)出現(xiàn)低頻擺動，一般不超過2倍相電壓100V基波諧振一相(兩相)降低，不為零；另兩相(一相)升高，大于線電壓，一般不超過3倍相電壓100V高頻諧振三相同時升高，升高數(shù)值大于線電壓，一般不超過335倍相電壓>100VPT斷線開口三角繞組一相或兩相接反三相正常66.7V二次中性線斷線，同時一次系統(tǒng)單相接地三相正常100V一次一相(兩相)斷線一相(兩相)降低，其他相正常33.3V單回線路斷線及相繼故障單相斷線電源側(cè)一相上升，小于1.5倍相電壓；兩相下降，大于0866倍相電壓兩側(cè)和為50 V負荷側(cè)一相降低，小于05倍相電壓；另兩相降低，大于0866倍相電壓單

17、相斷線且電源側(cè)相繼接地電源側(cè)一相為0，另兩相上升為線電壓；100V 負荷側(cè)一相上升為1.5倍相電壓，另兩相上升為線電壓150V單相斷線且負荷側(cè)相繼接地電源側(cè)一相上升為1.5倍相電壓，另兩相電壓下降為0866倍相電壓50V負荷側(cè)一相下降為0，另兩相下降為0866倍相電壓0兩相斷線電源側(cè)一相降低，另兩相上升兩側(cè)和為100 V負荷側(cè)三相降低兩相斷線且電源側(cè)相繼接地電源側(cè)一相為0，另兩相上升為線電壓；100V 負荷側(cè)三相上升為線電壓173V兩相斷線且負荷側(cè)相繼接地電源側(cè)一相為0，另兩相上升為線電壓100V負荷側(cè)三相下降為00A、PT斷線在某一時刻一般只發(fā)生在一個變電站的一段母線；B、單相接地時，整個小

18、電流接地系統(tǒng)都將發(fā)生相同的電壓變化；C、線路斷線時，其兩側(cè)電壓有較大區(qū)別，線路電流也有明顯變化；D、鐵磁諧振時，其電壓變化特征特別突出。大多數(shù)變電站未裝設(shè)接地保護選線裝置，需要進行人工判斷，并需要人工排除故障。為此，在發(fā)接地信號時，正確地判斷故障的類型和性質(zhì)是關(guān)鍵，因此，要做好以下幾點：A、要根據(jù)變電站內(nèi)并列運行的各段母線三相相電壓及開口三角電壓進行初步判斷；B、要詢問其他變電站的異常情況，并進一步觀察消弧線圈的儀表指示、線電壓、三相電流是否正常；C、必要時要進行適當?shù)臋z查，如PT熔斷器、PT刀閘輔助接點是否完好，用驗電器驗電等。3、消弧線圈的操作(1)倒換分接頭前，必須拉開消弧線圈的隔離開關(guān)

19、，將消弧線圈停電，以保證人身安全。這里必須注意，盡管消弧線圈接于變壓器的中性點上，但在正常運行中，其中性點電壓不一定是零，所以一定要認為運行中的消弧線圈是帶電的。這是由于電力系統(tǒng)三相不完全對稱，而使變壓器的中性點在正常運行時也會出現(xiàn)對地電壓的緣故。這樣，在改換換接器接頭的瞬間有可能發(fā)生接地短路。 (2)倒換分接頭完畢，應(yīng)測量消弧線圈導(dǎo)通良好，檢驗確無接地支路后，合上隔離開關(guān)，投入運行。 (3)采用過補償方式運行時，線路送電前應(yīng)先倒換分接頭位置，以增加電感電流，然后再送電。停電時反之。 (4)當采用欠補償方式運行時，先將線路送電，再提高分接頭的位置。停電時反之。 (5)當系統(tǒng)發(fā)生接地或中性點位移電壓較大時，禁止用隔離開關(guān)投入和切除消弧線圈，禁止更改消弧設(shè)備的調(diào)諧值。因為將消弧設(shè)備斷開，也將補償回路變成中性點不接地的方式運行。當單相短路時，這樣網(wǎng)絡(luò)就改變成中性點直接接地的運行方式。分接頭換接器的傳動裝置位