有载开关调匝式自动调谐消弧线圈系统介绍

有载开关调匝式自动调谐消弧线圈系统介绍

（ZTJD系列产品）

顾精彩

一、概述

消弧线圈自动调谐技术，我国从九十年代初才起步。第一台自动调谐式消弧线圈是珠海金洪实业公司生产调铁芯间隙结构，在山东泉台煤矿投入运行。紧接着就有有载调匝式自动调谐式消弧线圈在邯郸恒山通用电气公司开发成功。投入电网使用。后来相继开发了调偏瓷式、调容式、调阻抗式等。从实际使用情况看，有载调匝式结构的自动调谐式消弧线圈占了90%以上的市场份额，说明这种产品比较成熟，获得了满意的使用效果。从调谐的方式上不同分两大类：一种为预调试，即在电网正常运行的情况下，就自动跟踪调到最佳的工作点上，等待接地。当接地时分头是不动的，并加以闭锁，这样保证了准确地补偿，可以做到零秒响应，是一种比较可靠的调谐方式。另一种是随调式这种调谐方式是正常时远离工作点，接地时快速地调到工作点跟踪时间约30~60ms，它不需要阻尼电阻可以连续调节。自动调谐的消弧线圈是发展方向，仍需要不断完善和改进。

二、老式消弧线圈系统存在的问题与改进措施

1、存在问题

[1]手动式消弧线圈不能随着电网参数的变化及时改变其脱谐度，只有在检修时，运行方式有大的变化时才调整一下，所以运行中残流忽大忽小，不能保证在最佳工作点下运行，影响了消弧线圈功能的发挥；

[2]老式消弧线圈系统没有人为加大阻尼率的措施，电网的固有阻尼率又比较小，所以脱谐不敢整定得小，从灭弧的角度，脱谐度越小越好，但脱谐小易发生调谐过电压。规程规定脱谐度不得小于10%，就是防止位移电压过高。为安全起见都整定在20~30%。如电网三相不对称比较大时，脱谐度整定得更大。这样接地时的残流就比较大，消弧线圈对弧光过电压的抑制效果就很差，几乎就不起作用；

[3]老式消弧线圈系统内过电压水平比较高。如弧光过电压、谐振过电压、断线过电压和传递过电压等时有发生，造成停电事故影响安全生产；

[4]老式消弧线圈容量系列少，调流范围窄，调节开关分头少，间隔电流大，实际使用中带来不少问题，如新建工程按终期规模选的容量和参数，初期一般都用不上，消弧线圈不能发挥作用。

2、改造措施：

为了解决老式消弧线圈存在的问题，使其在电网上充分发挥作用，必须对老式消弧线圈系统进行技术改造。可分两大类：

[1]简单改造方案：

针对大量的老式消弧线圈不可能一下子就更新换代，这是不现实的，必须逐步实施：（1）先解决安全调谐问题，要把位移电压偏高问题降低下来方法有多种。如消弧线圈回路增设串联阻尼电阻这种方法使用范围受到限制只适用在电网不对称电压不高的地方。

还有一种是增设阻尼限压装置和阻尼式电抗器。能大范围的调节电网的阻尼率大幅度的降低位移电压，这是一种比较好的方法。

（2）设内过电压保护器，加强内过电压的抑制。

（3）装设电容电流在线测量仪以及指导调谐。

[2]彻底改造方案

对新上的工程或消弧线圈容量不足使用年久，需要更新换代时改成全自动调谐式的消弧线圈系统。

（1）弧线圈采用有载调匝带阻尼的消弧线圈，它可在大范围内调节电网的阻尼率也可大幅度的降低位移电压保证自动调谐的安全进行如图一所示：①为消弧线圈，②为阻尼调

节装置，电网的位移电压，曲线如图二。当不加阻尼谐振时（X

C =X

L

）中性点上的位移

电压达到不对称电压的20~33倍。采取阻尼措施后谐振点的位移电压降到5~10%的相电压水平。这样调谐过电压就彻底被抑制了，保证了自动调谐的安全进行。消除了高压串联阻尼所带来的隐患。这种阻尼方式真正的做到了0秒响应。亦即接地一发生就

（2）要解决内过电压水平高的问题

从理论上讲35~66KV及以下中性点不接地系统，单一的过电压水平不高。最严重的弧光过电压达到相电压的3.8倍，极少数达到4倍。不至于造成绝缘的损坏。所以规程就不考虑限制内过电压的措施。但实际生产实践中曾多次发生内过电压事故。因此系统运行中有几种内过电压同时存在波形叠加造成很高的过电压。也是一个重要因素，如九江某厂先是铁磁谐振后又激发起间歇性弧光过电压，造成了柱上开关爆炸和电线头击穿的大面积停电事故。因此应当考虑采取一些限制措施。利用特制的非线性电阻式的内过电压保护器与消弧线圈并联接地。如图三，在电网不接地时，MOA不起作用仍是消弧线圈接地系统。当系统发生内过电压时MOA动作中性点变为小电阻接地的特点，抑制了过电

（3）解决好自动跟踪和自动控制问题

①自动跟踪问题消弧线圈的自动跟踪和自动调谐的核心是微机控制器。我公司开发的微机控制器最初用8098高档单扳机由于抗干扰问题改用可编程控制器。抗干扰问题得到改善，由于技术的发展和用户要求的功能不断加多，因此又改为微型工业控制机PC-104。这种机型是可以满足消弧线圈自动调谐的需要，内存大达4兆，又配置了8兆的电子盘。所以储存大量信息如接地次数可储存300次而且是滚动式的显示采用大屏幕汉显，故障和异常报警，闭锁记忆功能齐全。同时能满足双机及远程通讯功能的要求，工作稳定可靠。

②自动控制方式的选择

目前国内消弧线圈自动控制方式有两大类：一类是预调式，另一类是随调式。目前已投入电网使用的比较多的是预调式约占90%以上，随调式是近几年来才研制试用，现将两调谐方式的特点介绍如下：

a 预调式（有载开关调匝式、调铁芯间隙式、调容式等）这种调谐方式工作在谐振点附近。所以必须配置阻尼电阻。因为它随着电网参数的变化，随时跟踪测量计算需要调整时，计算机发出指令，调到最佳工作点等待接地。工作是十分可靠的，也不存在跟踪速度问题，不存在调不到位的问题，调整是在没有接地的情况下进行的如发现有异常，随时可以处理保证在良好的状态下运行。

b随调方式（调励磁式、阀控式、调感式等）这种调谐方式可以连续调节，平时远离工作点，所以不存在位移电压高的问题。不需要阻尼电阻，当接地时约20~60ms调到位，这就有一个跟踪速度问题。从接地发生到调到位的时间内，很可能发生间歇性弧光过电压。另一个问题如果由于某种原因调不到位问题就严重了。等于没有消弧线圈失去补偿，所以这种调谐方式的电子元器件的选择以及工作的可靠性要求是很高的。这是比较难做到的。

③电容电流的在线测量方法：

目前国内在消弧线圈自动调谐中所采用的电容电流测量方法大体上有幅值法、相位法、相位幅值法、调档计算法、外加注入信号法等。这些测量方法各有其优缺点，在不同的场合采用不同的测量方法才能取得好的效果。现分别介绍几种测量方法：

a幅值法（电流幅值或电压幅值）采用中性点上位移电压或位移电流的变化曲线找到最高点即谐振点。此时的电感电流等于电容电流。这种比较简单直观易实现。对于电压比较高的电网使用起来效果不错。但遇天气变化，负载不对称等因素造成位移电压变化造成空调现象。对于Q值比较低的电网位移电压曲线比较平的电网可能出现频繁调档现象，调档次数比较多。

b为了克服单纯幅值法的不足，采用相位闭锁幅值法，利用相位来控制起调可以获得满意的效果。

c调档计算法：如果位移电压比较陡的情况下，利用调一档计算法即未调前测出U1，I1调一档后测出U2，I2即可计算出电容电流I C=（U2I2-U1I1）/（U2-U1）这种方法计算误差较大，必须进行修正才能获得满意的结果。

d外加注入信号法

上述介绍的几种方法也不同程度的存在着测量精度差。受到电网谐波的影响和平衡电网位移电压幅值小等影响测量准确性。为此根据法国在自动调谐方面的经验，利用外加注入信号法测量电容电流。我公司经研究试验摸索到了一套外加注入信号测量法分扫频法和单频法，扫频法是通过消弧线圈二次侧注入30-70频率的信号，发送电压10-40V，通过另一个二次线圈电阻上接收的信号，总有一个频率与电网参数发生谐振。此时R上的