消弧線圈的功能

消弧線圈的功能\原理和現(xiàn)狀摘要：由于單相接地電容電流超標(biāo)會帶來很多危害，工程上多選用消弧線圈對電網(wǎng)進(jìn)行電容電流補(bǔ)償，補(bǔ)償選用過補(bǔ)償方式。闡述國內(nèi)自動補(bǔ)償消弧線圈的現(xiàn)狀和各種產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地電容電流補(bǔ)償方式接地變壓器消弧線圈一、 問題的提出中性點(diǎn)不接地是指系統(tǒng)中性點(diǎn)對地絕緣。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，故障相的對地電壓為零，而非故障相的對地電壓上升至線電壓，對地電容電流也將增大到原來的寸3倍，故障相的電容電流又是非故障相對地電容電流的寸3倍，致使故障相電容電流變?yōu)檎Ｇ闆r下對地電容電流的3倍。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)當(dāng)發(fā)生單相接地時系統(tǒng)可以帶故障繼續(xù)運(yùn)行1?2個小時，這段時間可以完成尋找故障地點(diǎn)工作，從而大大降低了運(yùn)行的成本，可以保證系統(tǒng)連續(xù)不間斷供電，提高了系統(tǒng)供電的可靠性。由于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)具有以上優(yōu)點(diǎn)，因此我國的城市電網(wǎng)及廠礦企業(yè)的6?35kV供電系統(tǒng)，大部分為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，該系統(tǒng)大大降低因單相接地故障帶來的損失，提高了供電系統(tǒng)的可靠性，但這種系統(tǒng)在單相接地電流較大時容易產(chǎn)生弧光過電壓和相間短路，給供電設(shè)備造成了極大的危害，為了防止這種危害的方法之一就是在中性點(diǎn)和地之間串接一個消弧線圈。二、 單相接地電容電流超標(biāo)的危害根據(jù)我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》DL/T620-1997規(guī)定，3-10kV不直接連接發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)和35kV、66kV系統(tǒng)，當(dāng)單相接地故障電容電流不超過下列數(shù)值時應(yīng)采用不接地方式；當(dāng)超過下列數(shù)值又需在接地故障條件下運(yùn)行時，應(yīng)采用消弧線圈接地方式。1、 3?10kV鋼筋混凝土或金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)和所有35kV、66kV系統(tǒng)，10A。2、 3?10kV非鋼筋混凝土或非金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)，當(dāng)電壓為3kV和6kV時，30A；當(dāng)電壓為10kV時，20A；當(dāng)電壓為3?10kV，由電纜線路構(gòu)成的系統(tǒng)時，30A。我國的城市電網(wǎng)及廠礦企業(yè)6kV、10kV出線電纜線路的增多，單相接地電容電流急劇增加，當(dāng)系統(tǒng)電容電流超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后，將帶來一系列的危害。電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)接地電流小于10A時，帶著接地故障可繼續(xù)運(yùn)行1?2個小時，不致于發(fā)展為相間短路故障。當(dāng)電容電流大于10A時。將帶來一系列危害，具體表現(xiàn)如下:1、當(dāng)發(fā)生間歇弧光接地時，可能引起高達(dá)3.5倍相電壓的弧光過電壓，引起多處絕緣薄弱的地方放電擊穿和設(shè)備瞬間損壞，使中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的高可靠性這一優(yōu)點(diǎn)大受影響。2、配電網(wǎng)的鐵磁諧振過電壓現(xiàn)象比較普遍，時常發(fā)生電壓互感器燒毀事故和熔斷器的頻繁熔斷，嚴(yán)重威脅著配電網(wǎng)的安全可靠性。3、 當(dāng)有人誤觸帶電部位時，由于受到大電流的燒灼，加重了對觸電人員的傷害，甚至傷亡。4、 當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，電弧不能自滅，很可能破壞周圍的絕緣，發(fā)展成相間短路，造成停電或損壞設(shè)備的事故；因小動物造成單相接地而引起相間故障致使停電的事故也時有發(fā)生。5、 配電網(wǎng)對地電容電流增大后，對架空線路來說，樹線矛盾比較突出，尤其是雷雨季節(jié)，因單相接地引起的短路跳閘事故占很大比例。三、 消弧線圈的作用原理消弧線圈的作用是當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，提供感性電流來補(bǔ)償接地故障點(diǎn)的容性電流來減少接地故障殘余電流，使故障相接地電弧兩端電壓的恢復(fù)速度大大降低，從而達(dá)到自動熄滅電弧的目的。當(dāng)消弧線圈正確補(bǔ)償時，不僅可以有效的減少產(chǎn)生弧光接地過電壓的機(jī)率，還可以有效的抑制過電壓的輻值，同時也最大限度的減小故障點(diǎn)熱破壞作用及接地網(wǎng)的電壓。以下是消弧線圈的三種補(bǔ)償方式：1、 過補(bǔ)償：消弧線圈中的感性電流大于電容電流；2、 全補(bǔ)償：消弧線圈中的感性電流等于電容電流；3、 欠補(bǔ)償：消弧線圈中的感性電流小于電容電流。從發(fā)揮消弧線圈的作用上來看，最好是處于全補(bǔ)償狀態(tài)。但是在電網(wǎng)正常運(yùn)行時，采用全補(bǔ)償，電網(wǎng)正常工作時三相對地電容不對稱，易產(chǎn)生串聯(lián)諧振，中性點(diǎn)電壓升高。如煤礦6kV或10kV電網(wǎng)，當(dāng)消弧線圈處于全補(bǔ)償狀態(tài)時，電網(wǎng)正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下其中性點(diǎn)位移電壓是未補(bǔ)償電網(wǎng)的10?25倍，這就是通常所說的串聯(lián)諧振過電壓。單相接地電容電流的補(bǔ)償一般均采用過補(bǔ)償方式。在過補(bǔ)償情況下當(dāng)電網(wǎng)線路減少時，不致成為全補(bǔ)償。如果采用欠補(bǔ)償方式，在切除部分線路后可能會造成全補(bǔ)償，從而帶來全補(bǔ)償方式下的危害。四、 自動補(bǔ)償消弧線圈的現(xiàn)狀早期采用人工調(diào)匝式固定補(bǔ)償?shù)南【€圈，稱為固定補(bǔ)償系統(tǒng)。固定補(bǔ)償系統(tǒng)的工作方式是將消弧線圈整定在過補(bǔ)償狀態(tài)，其過補(bǔ)程度的大小取決于電網(wǎng)正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時不使中性點(diǎn)位移電壓超過相電壓的15%。這種裝置運(yùn)行在過補(bǔ)償狀態(tài)當(dāng)電網(wǎng)中發(fā)生了事故跳閘或重合等參數(shù)變化時脫諧度無法控制，以致往往運(yùn)行在不允許的脫諧度下，造成中性點(diǎn)過電壓，三相電壓對稱遭到破壞，可見固定補(bǔ)償方式很難適應(yīng)變動比較頻繁的電網(wǎng)，這種系統(tǒng)已逐漸不再使用。取代它的是跟蹤電網(wǎng)電容電流自動調(diào)諧的裝置，這類裝置又分為兩種，一種稱之為隨動式補(bǔ)償系統(tǒng)，另一種稱之為動態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)。隨動式補(bǔ)償系統(tǒng)的工作方式是：自動跟蹤電網(wǎng)電容電流的變化，隨時調(diào)整消弧線圈，使其保持在諧振點(diǎn)上，在消弧線圈中串一電阻，增加電網(wǎng)阻尼率，將諧振過電壓限制在允許的范圍內(nèi)。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，控制系統(tǒng)將電阻短接掉，達(dá)到最佳補(bǔ)償效果，該補(bǔ)償系統(tǒng)的消弧線圈不能帶高壓調(diào)整。動態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)的工作方式是：在電網(wǎng)正常運(yùn)行時，調(diào)整消弧線圈遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)，徹底避免串聯(lián)諧振過電壓和各種諧振過電壓產(chǎn)生的可能性，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地后，瞬間調(diào)整消弧線圈到最佳狀態(tài)，使接地電弧自動熄滅。這種補(bǔ)償系統(tǒng)要求消弧線圈能帶高電壓快速調(diào)整，從根本上避免了串聯(lián)諧振產(chǎn)生的可能性。目前，自動補(bǔ)償?shù)南【€圈國內(nèi)主要有三種產(chǎn)品，分別是調(diào)氣隙式、調(diào)匝式和偏磁式。（一）調(diào)氣隙式調(diào)氣隙式屬于隨動式補(bǔ)償系統(tǒng)，其消弧線圈屬于動芯式結(jié)構(gòu)，通過移動鐵芯改變磁路磁阻達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)電感的目的，其調(diào)整只能在低電壓或無電壓情況下進(jìn)行，其電感調(diào)整范圍上下限之比為2.5倍?？刂葡到y(tǒng)的電網(wǎng)正常運(yùn)行情況下將消弧線圈調(diào)整至全補(bǔ)償附近，將約100Q電阻串聯(lián)在消弧線圈上。用來限制串聯(lián)諧振過電壓，使穩(wěn)態(tài)過電壓數(shù)值在允許范圍內(nèi)（中性點(diǎn)電位升高小于15%的相電壓）。當(dāng)發(fā)生單相接地后，必須在0.2S內(nèi)將電阻短接實(shí)現(xiàn)最佳補(bǔ)償，否則電阻有爆炸的危險。該產(chǎn)品的主要缺點(diǎn)為：1、 工作噪音大，可靠性差動芯式消弧線圈由于其結(jié)構(gòu)有上下運(yùn)動部件，當(dāng)高電壓實(shí)施其上后，振動噪音很大，而且隨著使用時間的增長，內(nèi)部越來越松動，噪音越來越大。串聯(lián)電阻約3kW，100MQ。當(dāng)補(bǔ)償電流為50A時，需要250kW容量的電阻才能長期工作，所以在接地后，必須迅速切除電阻，否則有爆炸的危險。2、 調(diào)節(jié)精度差由于氣隙微小的變化都能造成電感較大的變化，電機(jī)通過機(jī)械部件調(diào)氣隙的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。3、過電壓水平高在電網(wǎng)正常運(yùn)行時，消弧線圈處于全補(bǔ)償狀態(tài)或接近全補(bǔ)償狀態(tài)，雖有串聯(lián)諧振電阻將穩(wěn)態(tài)諧振過電壓限制在允許范圍內(nèi)，但是電網(wǎng)中的各種擾動（大電機(jī)投切，非同期合閘，非全相合閘等），使得其瞬態(tài)過電壓危害較為嚴(yán)重。4、安裝該產(chǎn)品后，電網(wǎng)中原有的功率方向型單相接地選線裝置不能繼續(xù)使用。（二） 調(diào)匝式調(diào)匝式屬于隨動式補(bǔ)償系統(tǒng)，它同調(diào)氣隙式的唯一區(qū)別是動芯式消弧線圈用有載調(diào)匝式消弧線圈取代，這種消弧線圈是用原先的人工調(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(dá)到調(diào)節(jié)電感的目的。其工作方式同調(diào)氣隙式完全相同，也是采用串聯(lián)電阻限制諧振過電壓。該裝置同調(diào)氣隙式相比，消除了消弧線圈的高噪音，但是卻犧牲了補(bǔ)償效果，消弧線圈不能連續(xù)調(diào)節(jié)，只能離散的分檔調(diào)節(jié)，補(bǔ)償效果差，并且同樣具有過電壓水平高，電網(wǎng)中原有方向型接地選線裝置不能使用及串聯(lián)的電阻存在爆炸的危險等缺點(diǎn)，另外該裝置比較零亂，它由接地變壓器、消弧線圈、電阻箱、控制柜四部分設(shè)備組成，施工安裝比較復(fù)雜。（三）