消弧线圈原理、基本结构和作用

二、作用原理
消弧线圈的作用是：当电网发生单相接地故障后，提供一电感 电流，补偿接地电容电流，使接地电流减小，也使得故障相接地电 弧两端的恢复电压迅速降低，达到熄灭电弧的目的。当消弧线圈正 确调谐时，不仅可以有效的减少产生弧光接地过电压的机率，还可 以有效的抑制过电压的辐值，同时也最大限度的减小了故障点热破 坏作用及接地网的电压等。 所谓正确调谐，即电感电流接地或（电感电流）等于电容电流， 工程上用脱谐度V来描述调谐程度 V=（IC-IL）/IC 当V=0时，称为全补偿，当V>0（电容电流>电感电流）时为欠补 偿,V<0（电容电流<电感电流）时为过补偿。 从发挥消弧线圈的作用上来看，脱谐度的绝对值越小越好， 最好是处于全补偿状态，即调至谐振点上。但是在电网正常运行时， 小脱谐度的消弧线圈将产生各种谐振过电压。如煤矿6KV电网，当 消弧线圈处于全补偿状态时，电网正常稳态运行情况下其中性点位 移电压是未补偿电网的10~25倍，这就是通常所说的串联谐振过电 压。
除此之外，电网的各种操作（如大电机的 投入，断路器的非同期合闸等）都可能产生危 险的操作过电压，所以电网正常运行时，或发 生单相接地故障以外的其它故障时，小脱谐度 的消弧线圈给电网带来的不是安全因素而是危 害。 综上所述，当电网未发生单相接地故障时， 希望消弧线圈的脱谐度越大越好，最好是退出 运行。
2、取代人工调匝式固定补偿消弧线圈的是跟踪电网电容电流自动调 谐的装臵，这类装臵又分为两种。 一种是：随动式补偿系统。随动式补偿系统的工作方式是，自动跟踪 电网电容电流的变化，随时调整消弧线圈，使其保持在谐振点上， 在消弧线圈中串一电阻，增加电网阻尼率，将谐振过电压限制在允 许的范围内。当电网发生单相接地故障后，控制系统将电阻短接掉， 达到最佳补偿效果，该系统的消弧线圈不能带高压调整。 一种是：动态补偿系统。动态补偿系统的工作方式是，在电网正常运 行时，调整消弧线圈远离谐振点，彻底避免串联谐振过电压和各种 谐振过电压产生的可能性，当电网发生单相接地后，瞬间调整消弧 线圈到最佳状态，使接地电弧自动熄灭。这种系统要求消弧线圈能 带高电压快速调整，从根本上避免了串联谐振产生的可能性，通过 适当的控制，该系统是唯一可能使电网中原有功率方向型单相接地 选线装臵（高漏）继续使用的系统。
消弧线圈简介
调气隙式
一、发展过程
1、消弧线圈[1]早期采用人工调匝式固定补偿的消弧线圈，称 为固定补偿系统。 固定补偿系统的工作方式是：将消弧线圈整定在过补 偿状态，其过补程度的大小取决于电网正常稳态运行时不 使中性点位移电压超过相电压的15%。（之所以采用过补 偿是为了避免电网切除部分线路时发生危险的串联谐振过 电压。）因为如整定在欠补偿状态，切除线路将造成消弧 线圈电容电流减少，可能出现全补偿或接近全补偿的情况。 但是这种装臵运行在过补偿状态当电网中发生了事故跳闸 或重合等参数变化时脱谐度无法控制，以致往往运行在不 允许的脱谐度下，造成中性点过电压，叁相电压对称遭到 破坏。可见固定补偿方式很难适应变动比较频繁的电网， 这种系统已逐渐不再使用。
三、结构特点
一般的消弧线圈的结构与单相变压器的结构相似，一般 为油浸自冷式，具有油枕、玻璃管油位计，信号温度计， 容量较大的还装有冷却管、呼吸器和气体继电器。内部结 构是一个具有多间隙铁芯的可调线圈，它的阻值很小，感 抗值很大，铁芯间隙用绝缘纸板填充。（消弧线圈的铁芯 和线圈，采用带间隙的铁芯，是为了避免磁饱和，使补偿 电流与电压成线性关系，减少高次谐波分量。消弧线圈的 补偿电流可以通过分接开关改变线圈匝数进行调节。 电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。
五、特征
中性点经消弧线圈接地电网发生单相接地具有以下特征： (1) 同中性点不接地电网一样，故障相对地电压为零，非故障 相对地电压升高至线电压，出现零序电压，其大于等于电网正常运 行时的相电压，同时也有零序电流。 (2) 消弧线圈两瑞的电压为零序电压，消弧线圈的电流IL通过接 地故障点和故障线路的故障相，但不通过非故障线路。（这样就可 利用稳态电流的大小和方向来判别故障） (3)若系统采用完全补偿方式，则系统故障线路和非故障线路的 零序电流都是本身的对地电容电流，电容电流的方向均为母线指向 线路，因此无法利用稳态电流的大小和方向来判别故障。 (4)当系统采用过补偿方式时，流过故障线路的零序电流等于本 线路对地电容电流和接地点残余电流之和，其方向和非故障线路的 零序电流一样，仍然是由母线指向线路，且相位一致，因此也无法 利用方向的不同来判别故障线路和非故障线路。
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四、控制方式
采用动态补偿方式，从根本上解决了补偿系统串联谐振过电压与最佳 补偿之间相互矛盾的问题。 众所周知，消弧线圈在高压电网正常运行时无任何好处，如果这时 调谐到全补偿或接近全补偿状态，会出现串联谐振过电压使中性点电压升 高，电网中各种正常操作及单相接地以外的各种故障的发生都可能产生危 险的过电压。所以电网正常运行时，调节消弧线圈使其跟踪电网电容电流 的变化有害无利，这也就是电力部门规定“固定式消弧线圈不能工作在全 补偿或接近全补偿状态”的原因。 国内同类自动补偿装臵均是随动系统，都是在电网尚未发生接地故 障前即将消弧线圈调节到全补偿状态等待接地故障的发生，为了避免出现 过高的串联谐振过电压而在消弧线圈上串联一阻尼电阻，将稳态谐振过电 压限制到容许的范围内，这并不能解决暂态谐振过电压的问题，另外由于 电阻的功率限制，在出现接地故障后必须迅速的切除，这无疑给电网增加 了一个不安全因素。 偏磁式消弧线圈不是采用限制串联谐振过电压的方法，而是采用避 开谐振点的动态补偿方法，根本不让串联谐振出现，即在电网正常运行时， 不施加励磁电流，将消弧线圈调谐到远离谐振点的状态，但实时检测电网 电容电流的大小，当电网发生单相接地后，瞬时（约20ms）调节消弧线 圈实施最佳补偿。