消弧线圈原理及 (2)

各种方式的比较：调气隙式
调气隙式属于随动式补偿系统。其消弧线圈属于动芯式结构，通过移动铁芯改变磁路磁阻达 到连续调节电感的目的。然而其调整只能在低电压或无电压情况下进行，其电感调整范围上 下限之比为2.5倍。控制系统的电网正常运行情况下将消弧线圈调整至全补偿附近，将约100 欧电阻串联在消弧线圈上。用来限制串联谐振过电压，使稳态过电压数值在允许范围内（中 性点电位升高小于15%的相电压）。当发生单相接地后，必须在0.2S内将电阻短接实现最佳补 偿，否则电阻有爆炸的危险。该产品的主要缺点主要有四条： 工作噪音大，可靠性差 动芯式消弧线圈由于其结构有上下运动部件，当高电压实施其上后，振动噪音很大，而 且随着使用时间的增长，内部越来越松动，噪音越来越大。串联电阻约3KW，100MΩ。当补 偿电流为50A时，需要250KW容量的电阻才能长期工作，所以在接地后，必须迅速切除电 阻，否则有爆炸的危险。这就影响到整个装置的可靠性。 调节精度差 由于气隙微小的变化都能造成电感较大的变化，电机通过机械部件调气隙的精度远远不 够。用液压调节成本太高 过电压水平高 在电网正常运行时，消弧线圈处于全补偿状态或接近全补偿状态，虽有串联谐振电阻将 稳态谐振过电压限制在允许范围内，但是电网中的各种扰动（大电机投切，非同期合闸，非 全相合闸等），使得其瞬态过电压危害较为严重。 功率方向型单相接地选线装置不能继续使用 安装该产品后，电网中原有的功率方向型单相接地选线装置不能继续使用
工作原理
系统示意图
图 1 调容式消弧线圈系统原理图
消弧线圈结构原理图
图 2 消弧线圈结构原理图
1．2 调容式消弧线圈调感原理 调容式消弧线圈如图2所示，有一次侧和二次侧 两组电感线圈，通过调节二次侧并列电容器的大 小，改变二次侧电感，从而改变一次测电感值。 C1，C2 ，C3，C4，C5大小分别以C，2C，4C， 8C，16C排列，其中C为C1的大小。这样，就为5 路电容器编码，一共可以有00000～11111，32级 档位。由于使用动作时间为毫秒级的真空接触器 投切电容器，故调容式消弧线圈不但拥有很宽的 调节范围，并且其响应速度快，克服了传统消弧 线圈不能越级调节的困难。电容器在二次侧工 作，降低了电容器的电压等级，大大降低了生产
自动控制消弧线圈
继电保护所保护四班 范永德
消弧线圈的作用
消弧线圈的作用主要是将系统的电容电流加以补偿，使接地点电 流补偿到较小的数值，防止弧光短路，保证安全供电。降低弧隙 电压恢复速度，提高弧隙绝缘强度，防止电弧重燃，造成间歇性 接地过电压。中性点不接地系统的特点 选择电网中性点接地方式是一个要考虑许多因素的问题，它 与电压等级、单相接地短路电流数值、过电压水平、保护配置等 有关。并直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、 主变压器和发电机的安全运行以及对通信线路的干扰。10kV中性 点不接地系统(小电流接地系统)具有如下特点：当一相发生金属 性接地故障时，接地相对地电位为零，其它两相对地电位比接地 前升高√3倍，一般情况下，当发生单相金属性接地故障时，流过 故障点的短路电流仅为全部线路接地电容电流之和其值并不大， 发出接地信号，值班人员一般在2小时内选择和排除接地故障，保 证连续不间断供电。 3、系统对地电容电流超标的危害 实践表明中性点不接地系统(小电流接地系统)也存在许多问 题，随着电缆出线增多，10kV配电网络中单相接地电容电流将急 剧增加，当系统电容电流大于10A后，将带来一系列危害，具体 表现如下： （1）当发生间歇弧光接地时，可能引起高达3.5倍相电压(见 参考文献1)的弧光过电压，引起多处绝缘薄弱的地方放电击穿和 设备瞬间损坏，使小电流供电系统的可靠性这一优点大受影响。
AC220V（两组） 远传接口 各线路零序电流信号
K1 CT
K2
I0(K1) I0(K2)
附图二:电气原理接线图
U0 U0*
中心控制屏
图示说明
第一张图是描述的接地补偿系统的构成图，由接地变 压器引出中性点，经过隔离刀闸到消弧线圈，并由消 弧线圈接地，并且消弧线圈的二次侧并联电容柜，组 成接地补偿的一次系统。 第二张图是描述的接地补偿系统的原理接线图，简单 标出了接地变压器从母线上取三相电压，引出中性点 以及中心控制屏需要引入那些电气信号，便于用户了 解系统接线。
各种方式的比较：磁偏式
控无级连续可调消弧线圈，全静态结 构，内部无任何运动部件，无触点，调 节范围大，可靠性高，调节速度快。这 种线圈的基本工作原理是利用施加直流 励磁电流，改变铁芯的磁阻，从而改变 消弧线圈电抗值的目的，它可以带高压 以毫秒级的速度调节电感值。
需要额外偏磁控制很复杂。
调容式消弧线圈的系统组成
各种方式的比较：调匝式
该装置属于随动式补偿系统，它同调气隙式的唯一 区别是动芯式消弧线圈用有载调匝式消弧线圈取代， 这种消弧线圈是用原先的人工调匝消弧线圈改造而 成，即采用有载调节开关改变工作绕组的匝数，达到 调节电感的目的。其工作方式同调气隙式完全相同， 也是采用串联电阻限制谐振过电压。该装置同调气隙 式相比，消除了消弧线圈的高噪音，但是却牺牲了补 偿效果，消弧线圈不能连续调节，只能离散的分档调 节，补偿效果差，并且同样具有过电压水平高，电网 中原有方向型接地选线装置不能使用及串联的电阻存 在爆炸的危险等缺点，另外该装置比较零乱，它由四 部分设备组成（接地变压器，消弧线圈、电阻箱、控 制柜），安装施工比较复杂。
∈（0，1/M）式时，阻抗值X>0,成感性，此时X值随C值的增大而增大，随C值的减小而减小。当C值趋近于1/M时，C值的改 变会引起X的剧烈变化，故在这个区间内，电容电流的计算值相对误差会稍大一些。
自动跟踪补偿原理 在图5 的等效回路中，考虑的是零序回路的参数【2】，所以导线的相间电容、改善功率 因数用的电容器组、电网内负载变压器及其有功负荷不起作用。因为它们都是接在相间 的。由于消弧线圈一般工作在谐振位置，故在消弧线圈与地之间串接阻尼电阻，来降低 品质因数。控制器在计算电网电容电流时，忽略消弧线圈的等值损耗电导及对地电容的 泄露电导。调谐时,先测量当前档位时流过消弧线圈的电流i1,然后调节消弧线圈的档位,测 量新的电流i2并计算其相对于的相位差θ。根据两档位的电抗之差和θ的关系,可以计算 出对应档位时的脱谐度。
成本。其等效电路如 图3所示。
图3 消弧线圈等效电路图 图 4 (1)式函数曲线
简单的计算
如图3所示为以电感，电容并列支路，其对外等效阻抗 X为：
jωL ⋅ 1
X=
jωC
jωL + jωC
＝ （1） jωL 1 − ω 2 LC
因为 ω ，L 均为常数，令 ω 2 L = M
，画出（1）式函数曲线如图4所示。当C
各部分作用
2：消弧线圈-------消弧线圈是接地补偿系统的主要 设备，主要用于瞬间熄灭接地电弧，抑制间歇性弧光 过电压，抵消接地时的电容电流 3：电容柜————调节消弧线圈电感电流，由于消弧 线圈的容量（即最大补偿电流固定）是固定的，通过 调节消弧线圈二次绕组（低压绕组电压等级为550V） 上成倍数关系的电容（1：2：4：8：16）的容抗，来 达到改变消弧线圈的感抗的目的，这样就能调节消弧 线圈的感性电流。 4：控制屏————控制屏安装控制器，控制器实时监 测中性点电压与中性点电流，正常状态下判断容性电 流的变化，及时调整需投切电容的档位；实时采集三 相电压，保存故障前后和其它异常状态电压。
消弧线圈的作用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 消弧线圈的工作方式
晶闸管调容式消弧线圈 调匝式消弧线圈 调气隙式消弧线圈 老式固定式 磁偏式
各种方式的比较：传统方式
（1）由于传统消弧线圈没有自动测量系统，不能实时测量电网对地电容电流和位移电压，当 电网运行方式或电网参数变化后靠人工估算电容电流，误差很大，不能及时有效地控制残流 和抑制弧光过电压，不易达到最佳补偿。 （2）传统消弧线圈按电压等级的不同、电网对地电容电流大小的不同，采用的调节级数也不 同，一般分五级或九级，级数少、级差电流大，补偿精度很低。 （3）调谐需要停电、退出消弧线圈，失去了消弧补偿的连续性，响应速度太慢，隐患较大， 只能适应正常线路的投切。如果遇到系统异常或事故情况下，如系统故障低周低压减载切除 线路等，来不及进行调整，易造成失控。若此时正碰上电网单相接地，残流大，正需要补偿 而跟不上，容易产生过电压而损坏电力系统绝缘薄弱的电器设备，引起事故扩大、雪上加霜。 （4）由于消弧线圈抑制过电压的效果与脱谐度大小相关，实践表明：只有脱谐度不超过±5% 时，才能把过电压的水平限制在2.6倍的相电压以下(见参考文献1)，传统消弧线圈则很难做到 这一点。 （5）运行中的消弧线圈不少容量不足，只能长期在欠补偿下运行。传统消弧线圈大多数没有 阻尼电阻，其与电网对地电容构成串联谐振回路，欠补偿时遇电网断线故障易进入全补偿状 态（即电压谐振状态），这种过电压对电力系统绝缘所表现的危害性比由电弧接地过电压所 产生的危害更大。既要控制残流量小，易于熄弧；又要控制脱谐度保证位移电压 （U0=0.8U/√d2+ε2 (见参考文献3）不超标，这对矛盾很难解决。鉴于上述因素，只好采用 过补偿方式运行，补偿方式不灵活，脱谐度一般达到15%—25%，甚至更大，这样消弧线圈抑 制弧光过电压效果很差，几乎与不装消弧线圈一样。 （6）单相接地时，由于补偿方式、残流大小不明确，用于选择接地回路的微机选线装置更加 难以工作。此时不能根据残流大小和方向或采用及时改变补偿方式或调档变更残流的方法来 准确选线。该装置只能依靠含量极低的高次谐波（小于5%）的大小和方向来判别，准确率很 低，这也是过去小电流选线装置存在的问题之一。 （7）为了提高我国电网技术和装备水平，国家正在大力推行电网通讯自动化和变电站综合自 动化的科技方针，实现四遥（遥信、遥测、遥调、遥控），进而实现无人值班，传统消弧线 圈根本不具备这个条件。
消弧线圈的作用
消弧线圈的作用
一个电网的存在必然存在着漏电.从那里漏的电呢? 电缆对地的电 容!我们知道,我们采用的是50Hz的频率.而且在传输的过程中是没 有零线的,主要的目的是为了节约成本!代替零线的自然就是大地. 三相点他们对大地的距离不一样也就是对大地的电容也不一样! 既然电容不一样,那么漏电流也不一样.漏掉的电流跑到那里去了呢? 这要取决于那条线路距离大地最近.因为漏掉的电流要跑到另外的 线路中!假如A失去电流,那么B或者C就得到电流!容性电流=AB|A-C 线路越长容性电流就越大!容性电流越大,当发生接地的时候弧光 就不容易熄灭!通过引入消弧线圈来保证整个变电站的接地时候的 电流<5A就可以消灭接地弧光!当然:引入消弧线圈后,变电站的系 统有可能是过补(电感电流大于电容电流)或者是欠补(电感电流小 于电容电流)但绝对不能相同(电感电流等于电容电流)!
消弧线圈结构图
接
地
变
压
避
器
雷
器
中性点隔离开关
电容柜
a
S1
S2
S3
S4
A
消
K1
K2
K3
K4
弧 L1
线
L2
圈X
C1
C2
C3
C4
x
母线
FUDSG
接
DSG
地
变
FUPT(M) 母线PT
BWXH-F电容控制柜
abc
L
n
FUPT FUXH
FL
PT
Aa
aA
nd
Xx
BWXH-F消弧线圈
控制总线 AC220V电源
BWXH-F中心控制器 小电流接地选线
接地变压器
消弧线圈
电容柜
各部分作用
1：接地变压器-----接地变压器主要用于引出接地补偿系统的中性点，如果 是35KV及其以上系统，基本上系统变压器都带有中性点，可以不安装接 地变压器；接地变压器还可以用作站用变。消弧线圈接入系统必须要有 电源中性点，在其中性点上接入消弧线圈，当发生单相接地时，流过变 压器的三相同方向的零序磁通，经过油箱壁绝缘油及空气等介质形成闭 合的回路，在油箱铁芯等处产生附加的损耗，这种损耗是不均匀的，必 然要形成局部过热，影响变压器的正常运行和使用寿命。所以接入此类 接地变压器的消弧线圈的容量不应超过变压器容量的20%；为满足消弧线 圈接地补偿的需要，同时也满足动力与照明混合负载的需要，可采用Z型 接线的变压器ZN，yn11连接的变压器。由于变压器高压侧采用Z型接线， 每相绕组由2段组成，并分别位于不同相的铁芯柱上，2段线圈反极性相 连，零序阻抗非常小。它的空载损耗低；变压器容量可以95%被利用；并 能够调节电网的不对称电压。由此可见，Z型接线的变压器作为接地变压 器是一种比较好的选择。