消弧線圈自動調(diào)諧的原理總結(jié)

1、消弧線圈自動調(diào)諧的原理一、消弧線圈的工作原理電力系統(tǒng)中中性點接地方式主要分為中性點直接接地和中性點不直接接地或中性點經(jīng)消弧線圈接地。中性點不接地系統(tǒng)單相接地時，由于沒有形成短路回路，流入接地點的電流是非故障相的電容電流之和，該值不大，且三相線電壓不變且對稱，不必切除接地相，允許繼續(xù)運行，因此供電可靠性高，但其它兩條完好相對地電壓升到線電壓，是正常時的3 倍，因此絕緣水平要求高，增加絕緣費用，對無線通訊有一定影響。中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地時，除有中性點不接地系統(tǒng)的優(yōu)點外，還可以減少接地電流，通過消弧線圈的感性補償，熄滅接地電弧，但接地點的接地相容性電流為3倍的未接地相電容電流，隨著網(wǎng)絡(luò)的

2、延伸，接地電流增大以致使接地電弧不能自行熄滅而引起弧光接地過電壓，甚至發(fā)展成系統(tǒng)性事故，對無線通訊影響較大。該方式具有線路接地故障電流較小和自動消除瞬時性接地故障的優(yōu)點，在我國10 kv配電網(wǎng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。中性點直接接地系統(tǒng)單相接地時，發(fā)生單相接地時，其它兩完好相對地電壓不升高，因此絕緣水平要求低，可降低絕緣費用，但短路電流大，要迅速切除故障部分，對繼電保護的要求高，從而供電可靠性差，對無線通訊影響不大。中性點經(jīng)消弧線圈接地后的電路圖及相量圖見圖01，發(fā)生單相對地短路時短路點的電流。電感電流補償電容電流的百分數(shù)成為消弧線圈的補償度，用kr表示為kr=ilic=132lc，用r表示脫諧

3、度。當kr0時，消弧線圈電感電流小于線路的電容電流，稱為欠補償；當kr1，rd，有u0=uunv=uun*3c3c-1/l ,調(diào)整電感值從l1到l2，計算得到三相對地電容公式為3c=k*1l1-k*1l2k-1 ，k=u01u02，這種調(diào)節(jié)方法要求消弧線圈調(diào)節(jié)迅速，目前采用在連續(xù)可調(diào)的直流勵磁消弧線圈上。如計及電阻率3c=1l 1l+l(kcos-1)k2sin2+kcos-12+1l, 為消弧線圈改邊前后中性點電壓的相角差。這種調(diào)諧方法常運用在投切電容器組消弧線圈的自動調(diào)諧裝置中。與前面幾種方法相比，中性點位移電壓曲線法，在電網(wǎng)正常運行狀態(tài)下僅檢測電容電流，而消弧線圈工作在遠離諧振點處，發(fā)生

4、單相接地故障后瞬時調(diào)節(jié)消弧線圈至完全補償狀態(tài)。可見，中性點位移電壓曲線法無需串、并聯(lián)電阻，且能實時檢測電網(wǎng)電容電流的具體數(shù)值，從而定量地調(diào)節(jié)消弧線圈的脫諧度?，F(xiàn)在國內(nèi)外消弧線圈的自動調(diào)諧一般都采用了這種傳統(tǒng)方法，但這種調(diào)諧法要求在測量電容電流過程中調(diào)節(jié)消弧線圈，使得消弧線圈動作頻繁，壽命降低，響應(yīng)時間（從系統(tǒng)電容電流發(fā)生變化起，至消弧線圈跟蹤調(diào)節(jié)到合適位置所需時間）勢必也不可能做到很短。再者，由于人為地改變系統(tǒng)的運行狀態(tài)，給系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來潛在威脅。因而這種調(diào)諧方法在實際應(yīng)用中效果不佳。(5)實時測量法（進一步調(diào)研uun為系統(tǒng)線電壓，u0為帶消弧線圈時系統(tǒng)的實時中性點偏移電壓）在中性點位

5、移電壓曲線法的基礎(chǔ)上，改進而成實時測量法。該算法首先需要用特殊的方法測量出系統(tǒng)不對稱電壓？，然后每隔一定時間測量一次電網(wǎng)的線電壓、中性點位移電壓和消弧線圈中的電流等參數(shù)，用式xl（uunu0）i0計算電網(wǎng)的對地電抗（參見圖1）。這樣，便可得電網(wǎng)的實時接地電容電流。這一改進方法的優(yōu)點是可以減少對消弧線圈的操作次數(shù)，所得電容電流值也比較準確，跟蹤補償可直接到位。（6）變頻信號法當中性點電壓較小時，特別是在電纜電網(wǎng)中，不對稱度很小的情況下，要測量參數(shù)，不僅費時、費力，而且測量結(jié)果難以準確。外加變頻信號法只需在電壓互感器的低壓端注入變頻電流信號，找出系統(tǒng)諧振頻率即可，不需對消弧線圈電感進行試探性調(diào)整，

6、不需對消弧線圈的任何參數(shù)進行測量，而且把測量回路從高壓側(cè)移到低壓側(cè)，更加安全方便。圖4注入信號等值回路中消弧線圈感抗與三相電容并聯(lián)。通過改變注入信號的頻率，使電感和電容發(fā)生并聯(lián)諧振，找到系統(tǒng)諧振頻率f0，則：由式（8）可以直接通過系統(tǒng)諧振頻率計算脫諧度。對于具有多個消弧線圈的配電網(wǎng)，只需選定一個消弧線圈向系統(tǒng)注入信號，測量系統(tǒng)諧振頻率，在式（8）中取il為系統(tǒng)所有消弧線圈的電感電流之和，就可完成整個配電網(wǎng)脫諧度、電容電流的測量，無需通信配合。因為電壓信號u包括高于被測電壓幾倍的噪聲信號，必須濾掉噪聲信號。采用高階帶阻濾波器，其輸入輸出頻率特性如圖5。對于50 hz，u00。系統(tǒng)零序阻抗折算到電

7、壓互感器二次側(cè)一般小于10，采用信號注入法測量電容電流，向系統(tǒng)注入的信號功率一般小于20 w，不影響系統(tǒng)正常運行。系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，注入信號電流源相對系統(tǒng)零序回路處于開路狀態(tài)，不影響消弧線圈的熄弧效果。（7）全狀態(tài)調(diào)諧當發(fā)生單相接地故障時，雖然電網(wǎng)對地電壓不對稱，然而，電網(wǎng)的線電壓還是對稱的。按電業(yè)部門的規(guī)定，電網(wǎng)可以繼續(xù)運行12 h，在這段時間內(nèi)，電網(wǎng)對地電容電流還會發(fā)生變化，比如，有些支路退出或投入運行。消弧線圈的電感電流在這種情況下，若不能自動跟蹤電網(wǎng)對地電容電流的變化，則接地點的電流將會增加，達不到自動跟蹤補償?shù)哪康?。為充分發(fā)揮消弧線圈的補償作用，在電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，也必須實行

8、自動跟蹤調(diào)諧，就是說，采用全狀態(tài)調(diào)諧。當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，接地點是不可預(yù)知的，電容電流、殘余電流不能直接測量。圖6中性點諧振接地的電網(wǎng)中，當線路3的a相發(fā)生永久性接地故障時，流過非故障線路，線路1和線路2的零序電流互感器的電流分別為，3i01j3u0c01、3i02j3u0c02，方向為母線流向線路。流過故障支路零序電流互感器的電流是所有非故障支路零序電流、消弧線圈電感電流和電阻電流之和，其電流無功分量3i03j3u0v（c01c02）（v1）c03。當過補償v0時，殘余零序電流3i03為正，方向是由母線流向線路；當v0時，則3i03j3u0c03，方向由母線流向線路；當欠補償v0時，殘

9、余零序電流3i03方向可正可負，vc03（c01c02c03）時，由母線流向線路，而c03（c01c02c03）v1時，由線路流向母線。如果能保證流過故障支路零序電流互感器電流的無功分量為3i03，且在相位上超前u090的話，就能保證消弧線圈工作在全補償狀態(tài)，接地電流最小。實現(xiàn)的方法是：發(fā)生單相接地故障時，由配合使用的微機接地選線保護裝置選出故障支路，并將故障支路告訴消弧線圈的自動控制裝置，自動控制裝置讀取故障支路零序電流互感器電流值及零序電壓值，計算出3i03u0的比值。當電網(wǎng)非故障支路電容電流發(fā)生變化（包括有些支路投入或退出運行）時，調(diào)節(jié)消弧線圈，改變電感電流，以保證流過故障支路零序電流互

10、感器電流的無功分量與零序電壓值的比值始終為固定值3i03u0，而且零序電流的無功分量3i03在相位上超前u090，這就可以保證消弧線圈工作在全補償狀態(tài)，接地電流為最小。該方法也完全適用單相非金屬性接地的情況。三、 消弧線圈的分類及各個工作原理（1）調(diào)匝式消弧線圈，調(diào)諧方式為預(yù)調(diào)式。調(diào)匝式消弧線圈采用有載調(diào)壓開關(guān)調(diào)節(jié)電抗器的抽頭以改變電感值。這種消弧線圈一般可利用原有的人工調(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)，達到調(diào)節(jié)電感的目的。它可以在電網(wǎng)正常運行時，通過實時測量流過消弧線圈電流的幅值和相位變化，計算出電網(wǎng)當前方式下的對地電容電流，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的最小殘流值或失諧度，由控制

11、器調(diào)節(jié)有載調(diào)壓分接頭，使之調(diào)節(jié)到所需要的補償檔位，在發(fā)生接地故障后，故障點的殘流可以被限制在設(shè)定的范圍之內(nèi)。 優(yōu)點：由于采用預(yù)調(diào)制使其對容性的補償在可視方面更具可靠性，切其對容性電流的補償通過調(diào)檔方式實現(xiàn)也比較直觀易解；缺點：不能平滑調(diào)節(jié)，補償效果不能達到最佳狀態(tài)；機械部分過多易出現(xiàn)機械故障，如：當系統(tǒng)發(fā)生接地時如不能迅速切開阻尼電阻則就會將其燒毀；過度頻繁的調(diào)節(jié)檔位易導致有載開關(guān)卡死、燒毀電機。（2）調(diào)容式消弧線圈調(diào)容式消弧線圈是二次調(diào)節(jié)消弧線圈，消弧線圈本體由主繞組、二次繞組組成。二次繞組連接電容調(diào)節(jié)柜。由45組真空接觸器控制投切二次調(diào)節(jié)電容器，當二次電容器全部斷開時，主繞組感抗最小，電感

12、電流最大，二次繞組有電容器接入后，根據(jù)阻抗折算原理，相當于主繞組兩端并接了相同功率的電容，使主繞組電感電流減小。因而，通過調(diào)節(jié)二次電容的容量即可控制主繞組的感抗及電感電流的大小。 調(diào)容式消弧線圈在繞組的二次側(cè)并聯(lián)若干組用真空開關(guān)或晶閘管通斷的電容器，用來調(diào)節(jié)二次側(cè)電容的容抗值，以達到減小一次側(cè)電感電流的要求。電容值的大小及組數(shù)有多種不同排列組合，以滿足調(diào)節(jié)范圍和精度的要求。基于晶閘管的投切電容式消弧線圈結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示，圖中的r為消弧線圈阻尼電阻，k為阻尼電阻控制接觸器的觸點，l1為消弧線圈的一次繞組（電感），l2為消弧線圈的二次繞組（電感），c1c5二次側(cè)調(diào)節(jié)電容器，s1s5為調(diào)節(jié)控制晶

13、閘管。顯然，通過多組晶閘管（也可以采用交流接觸器的觸點）的通斷可以實現(xiàn)不同電容器的組合。當二次側(cè)的電容器全部斷開時，消弧線圈一次繞組感抗最小，可提供的電感電流最大；二次繞組有電容器接入后根據(jù)阻抗折算原理，相當于一次繞組兩端并聯(lián)了相同功率的電容，使消弧線圈電感電流下降。因而，通過調(diào)節(jié)二次側(cè)電容器的容量即可控制消弧線圈一次繞組的感抗及電感電流的大小。由于電網(wǎng)電容電流的大小不同，補償精度要求不一樣，所以消弧線圈的調(diào)節(jié)范圍和調(diào)節(jié)精度也不同，在選擇電容器容量時要根據(jù)實際要求進行計算。對于圖5中的5組電容器，電容器值可以根據(jù)二進制組合原理進行配置，即： c1：c2：c3：c4：c5=1：2：4：8：16可

14、見5組電容器可實現(xiàn)32種組合方案，通過控制晶閘管的導通與關(guān)斷將產(chǎn)生32種方案，即消弧線圈分為32檔。每檔的調(diào)節(jié)量取決于電容器c1，c1值選的越小，則級差電流越小，但相應(yīng)的消弧線圈的補償范圍也越小。若設(shè)電容c1的容量為qc1，二次繞組輸出電壓為u2，則可得級差電流ic為： 該類型消弧線圈的容量是消弧線圈電感的容量與所有并聯(lián)電容器的容量之和，可見容量比較大，接地變壓器的容量也要增大，占用的設(shè)備也比較多。但是，如果變電所原來就有老式的消弧線圈，再投入一定得電容器組合電容器的投切控制裝置，實現(xiàn)對電兩單相接地電容電流的自動跟蹤補償功能，該方案是可行的。采用晶閘管投切電容器的消弧線圈控制簡單、速度快。但同

15、樣不能實現(xiàn)電感的連續(xù)調(diào)節(jié)，特別是當電網(wǎng)單相接地電容電流較大時，精度較低，無法達到最佳補償。另外，由于需要較多的電容器和附加設(shè)備，造價高。（3）直流偏磁式消弧線圈，調(diào)諧方式為隨調(diào)式。該裝置的消弧線圈是利用外加直流勵磁電流，改變鐵芯的磁阻從而達到改變消弧線圈電抗值的目的。在電網(wǎng)正常運行時不施加勵磁電流，將消弧線圈調(diào)整到遠離諧振點的狀態(tài)，避免串聯(lián)諧振過電壓的產(chǎn)生而無須阻尼電阻。同時實時檢測電容電流的大小，當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，瞬間調(diào)節(jié)消弧線圈，實施最佳補償?？蓪崿F(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，全靜態(tài)結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)速度快。但缺點是存在需補加直流電流問題。（4）相控式消弧線圈，調(diào)諧方式為隨調(diào)式。圖1 (a) 為

16、相控式消弧線圈基本結(jié)構(gòu),一次繞組(bw) 接入電網(wǎng),二次繞組(cw) 用晶閘管短路,通過調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角來控制cw 的電流,實現(xiàn)輸出電流的可控調(diào)節(jié),三次繞組( fw) 連接的是lc 濾波器電路,用來平衡cw 產(chǎn)生的3 次和5 次諧波電流,從而使bw 的總諧波電流畸變率控制在設(shè)計范圍之內(nèi)。圖1 (b) 為消弧線圈的等效電路圖,其中z0為變壓器的勵磁電抗, z1 , z2 , z3 為各繞組的漏抗,l3 , c3 和l5 , c5 組成為消除3 次和5 次諧波的lc濾波電路。目前消弧線圈的調(diào)諧原理主要有：中性點最大位移電壓法、阻抗三角形法、相位角法、電容電流間接測量法、附加電源法及信號注入法等。這些方法各具特點，但又都存在一定的局限性，沒有達到完美的程度。中性點最大位移電壓法和阻抗三角形法為預(yù)調(diào)諧法，即