中性点接地系统三相负载综合补偿毕业论文设计.DOC

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1、 中性点接地系统三相负载综合补偿【摘要】电力系统中性点接地运行方式是一个综合的技术问题，它与电压等级、电网结构、供电可靠性、绝缘配合、继电保护、人身安全、电磁兼容等都有很大的关系。近年来，我国6-35KV配电网系统发展迅速，电网单相接地时的电流大多都超过10A，许多甚至超过50A，简单地采用中性点不接地方式显然不合时宜。在总结国内配电网中性点接地方式多年运行经验的基础上，1997年原电力部颁布的电力行业标准DL/620-1997交流电气装置过电压保护和绝缘配合中，修订并增加了关于中性点接地方式的规定，明确规定10.5KV系统中，当单相接地故障电容电流超过30A的时候应采取消弧线圈接地方式。目前

2、，使用的老式的消弧线圈进行人工调节分接头分头补偿，己经不能满足电力系统日益发展的需要。基于传统的消弧线圈补偿中存在的一些问题和人工调谐的局限性，研究一种自动调谐系统，使消弧线圈自动地、准确地跟踪补偿电网电容电流，充分发挥消弧线圈接地方式的优越性是十分必要的。 配电网中性点采用消弧线圈的方式，对于改善电网供电质量、提高供电可靠性和保证整个统安全运行都有十分重要的意义。本文所做的工作就是在了解国内外配电网中性点接地方式发展及其现状的基础上，设计一套自动跟踪补偿消弧控制装置的设计方案。该装置在系统正常运行情况下能够在线自动跟踪补偿电网对地电容电流的变化，而且在故障情况下能够对电网提供补偿电流，以减小

3、故障电流，避免单相接地故障发展成为相间故障。本文针对谐振接地系统正常运行情况下运行特点进行研究，探讨了消弧线圈自动跟踪补偿装置的工作原理及系统对地电容电流的测量方法，并指出了本装置用的电容电流跟踪方法-信号注入法，该方法解决了传统消弧线圈分接开关频繁动作的缺点。关键词:中性点接地方式，消弧线圈，自动跟踪补偿【ABSTRACT】The problem about neutral grounding mode of the electric power system is an all-around technical problem which associated with not only

4、power system reliability，insulation coordination electromagnetic interference，but also personal safety， etc.6-35kV electricity net controlling system has been developed under fast speed recently，the current in most single-phase grounding systems will exceed 10A，or even 50A.It is not fitted if only u

5、sing the way of neutral contact non-grounding simply.on the base of summarizing the experiments of many years in the way of neutral contact grounding in our country，the regulation about neutral contact grounding has been mended and added in the electric standard DL/620-1997 which was made by Electri

6、c Power Department-“alternating electric device voltage exceeding protection and insulation fitting”.It is Prescribed that the mode of are suppression coil must be used if the fault current through capacitance exceeds 30A on the condition of single-phase grounding in 10KV system. Nowadays，the need o

7、f the development in electric power system cannot be fulfilled if using the old arc suppression coil.Based on the problem of traditional are suppression coil compensated system and the localization in man tuning，it is very necessary that studying an automatic tuning and arc suppression system to mak

8、e arc suppression coil follow the current in compensated capacitance. The arc suppression coil grounding manner of the distribution system is vital to the quality and reliability of the power supply，and it increases the security of the circulating network.By knowing the development and the present s

9、ituation of the foreign and internal distribution networks grounding manners.This paper presents a auto一track compensating controlling device which not only can track but also compensate the changing capacitance current when the power system happens single-phase-to-earth fault.It decreases the fault

10、 current avoid the single-phase-to-earth fault become phase-to-phase fault.This paper through analysising the performance of the distribution system grounded by arc suppression coil，then the author analysises the work pr1nciple of the arc suppression coil and its signal injection way to measure the

11、capacitance current.This way solves the problem of tapping switchs frequently action.KEYWORDS:neutral grounding mode，Arc-suppression coil，auto-track compensating目录第一章 绪论11.1概述11.2本论文的主要工作1第二章 中性点接地方式的分析22.1中性点不接地系统的特点22.2中性点经小电阻接地方式在配网中的应用22.3中性点经消弧线圈接地方式42.3.1国外消弧装置的发展42.3.2国内消弧装置的发展52.3.3传统消弧装置的不足

12、62.3.4自动跟踪补偿消弧线圈7第三章 消弧线圈补偿原理及控制123.1消弧线圈成套装置简介123.2消弧线圈的补偿原理143.3阻尼电阻的作用和选取163.4调容式消弧线圈的控制策略163.5电容电流的测量18351系统对地电容的测量计算18352系统电容电流的计算213.6本装置电容电流算法213.7调谐估算法223.8消弧线圈补偿状态的退出233.9特殊问题243.10 解决方法25第四章 结论27参考文献28第一章 绪论1.1概述 中性点接地运行方式的确定涉及到供电可靠性、过电压与绝缘配合、电保护和自动装置的正确动作、通讯干扰、系统稳定等许多问题，我国目前采用的中性点接地方式有：中性

13、点不接地、经消弧线圈接地及经小电阻接地等几种方式。近几十年来，电力系统中性点运行方式的研究和应用，一直是国内外研究者的关注问题。长期以来，我国6-66KV配电网的运行主要采用中性点不接地或经消弧线圈接地两种方式。随着配电网络的扩大以及电缆线路的增加，电网对地电容电流急剧增加。对于中性点不接地系统而言，发生单相接地故障后，自然熄弧变得越来越困难。对于中性点己经采用消弧线圈接地系统而言，许多配电网中的消弧线圈的容量己经远远不能满足配电网中电容电流的补偿要求。运行经验表明在10kV架空线路上，当接地电流超过10A时，自然熄弧就己经很困难。在此种情况下，易产生间歇性电弧过电压或电磁式电压互感器的铁磁谐

14、振过电压，或由单相接地发展为相间短路故障，直接威胁电网的安全运行。 新颁布的电力行业标准DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合中规定3-10KV架空线路构成的系统和所有35KV，66KV电网，当单相接地故障电流大于10A时，中性点接地应采用消弧线圈接地;3-10KV电缆构成的系统，当单相接地电流大于30A时，中性点应装设消弧线圈。装设消弧线圈以后，对于10KV系统和大量的如煤炭、石油、冶金等行业的6KV系统，由于配电网络结构简单，这样在发生单相接地故障时，可以在不必马上切除故障线路的情况下持续运行2小时，从而提高了供电可靠性。消弧线圈也经历了由固定消弧线圈补偿到自动调谐补偿

15、的发展。1.2本论文的主要工作 本文主要对10KV配网中性点接地方式的阐述，其中包括中性点不接地系统，中性点经小电阻接地系统，和中性点经消弧线圈接地系统。本文对消弧线圈接地中的问题进行了重点的研究，如消弧装置的发展，消弧线圈接地方式的补偿，补偿原理的分析，自动跟踪补偿，电容电流的计算等问题。对以后配网的中性点接地方式的选择提供了理论依据，也提出了消弧线圈接地存在的不足。- 32 -第二章 中性点接地方式的分析2.1中性点不接地系统的特点 中性点不接地方式的主要特点是简单，不需任何附加设备，投资省，运行方便，特别适用于以架空线为主的电容电流比较小的、结构简单的辐射形配电网。在发生单相接地故障时，

16、流过故障点的电流仅为电网的对地电容电流。由于电流较小，一般能自动熄弧。又由于中性点绝缘在单相接地时并不破坏系统的对称性，可带故障连续供电2小时，相对提高了供电的可靠性。 中性点不接地系统最根本的弱点就是其中性点是绝缘的，电网对地电容中储存的能量没有释放通道，在发生弧光接地时，电弧反复熄灭与重燃的过程，也是反复向电网电容充电的过程。由于电容中能量不能释放，每个循环使电容电压升高一个阶梯，所以中性点不接地系统弧光接地过电压达很高的倍数，对系统设备绝缘危害很大。同时系统存在电容和电感元件，在一定的条件下，由于倒闸操作或故障，很容易引发线性谐振或铁磁谐振。一般说，对于馈线较短的电网会激发起高频谐振，引

17、起较高的谐振电压，特别容易引起电压互感器绝缘击穿，而对于馈线较长的电网却容易激发起分频铁磁谐振，在分频谐振时，电压互感器呈较小阻抗，通过电压互感器的电流成倍增加，引起熔丝熔断或使电压互感器过热烧毁。2.2中性点经小电阻接地方式在配网中的应用 小电阻接地系统又称大接地电流系统，不接地系统又称小接地电流系统，在不接地系统，中压系统发生单相接地故障时，流过故障点的只是系统的电容电流（称3）一般不超过30A，此时电力系统三相电压的平衡并未被破坏，可继续运行12个小时，对供电可靠有利。然而近年来一些大城市负荷大增，线路长度不断增加，且多为电缆（电缆线路对地的电容大，容抗小，电容电流大），故障电流可高达1

18、00A，不但不能自熄反而会引起反复振荡，引发电缆燃烧，威胁系统安全，因此近年来一些大城市，如广州深圳、珠海、北京、苏州、上海等城市相继将部分不接地系统改为中性点经小电阻接地发生单相接地故障后，由继电保护动作，切断故障。 中性点经电阻接地方式，即在中性点与大地之间接入一定阻值的电阻。该方式可认为是介于中性点不接地和中性点直接接地之间的一种接地方式。当电阻值为无穷大时，即是中性点不接地；当电阻值为零时，即是中性点直接接地。根据电阻值的大小，又可分为高、中、低电阻接地。中性点经电阻接地与中性点不接地或经消弧线圈接地相比较可以有效地防止间歇性弧光接地过电压和谐振过电压。中性点经电阻接地方式，在系统发生

19、单相接地时，通过流过接地电阻的电流来启动零序保护动作，从系统中切除故障线路。从广义上说，中性点经电阻接地也属大电流接地，因此具备大电流接地的优缺点。 中性点经电阻接地其优点除以上叙述过的可以有效防止过电压外，还有，当系统发生单相接地时，健全相的电压升幅较小或不升高，不会象中性点不接地系统电压升高为线电压，因此电气设备的绝缘等级可以按相电压选择；系统发生单相接地时，故障电流较大，零序保护动作，易切除故障线路。其缺点是，当系统发生单相故障时，无论故障是永久性还是非永久性，线路均跳闸，线路跳闸次数大大增加；当单相故障时，接地电流较大，当零序保护动作失灵，接地点附近的电气设备受到动热稳定的考验，可能导

20、致损坏而发展成为相间故障；另一种情况，在架空绝缘导线断线，裸导线断线接触的是沙砾、沥青、混凝土等干燥地面时，由于接地电流小，继电保护不动作，可能会酿成严重的人身伤亡事故。这些年因城镇用电负荷剧增，电网中大量采用10KV电缆供电。由于电容电流的增大，理想的方式是将10KV网络由过去的不接地系统改为经小电阻接地系统。但这一改变使变电所的接地故障电压由过去的百伏左右剧增到2000V3000V，这被称作暂态过电压。这一过电压经变电所共用的接地系统沿低压线传导到用户的电气设备上。低压设备的绝缘，特别是老旧设备的绝缘，因承受不了如此高的过电压很容易被击穿短路而导致起火危险，这些都是因电气技术的发展而增加的

21、一个电气火灾新隐患。 发达国家也有采用经小电阻接地系统，但为了防止引起电气火灾采取了有效的技术措施。具体措施是将变电所低压系统的接地另打接地极分开设置，使上述危险暂态过电压无法由此传导到低压用户去。也可大大减小变电所接地电阻值和10KV供电系统的接地短路电流值，使上述暂态过电压不致达到危险值。但我国的电网设计安装在某些局部只片面地仿效了国外的经小电阻接地系统，却未学习国外配套的电气安全措施，由此引起的电气事故已时有所闻，如果不及时消除这一新的电气隐患，我国的某些地区电气火灾发生率居高不下，有增无减的势头将越发难以遏制。 对10KV来说，一般指变压器中性点经1020欧姆电阻接地，相应的单相接地电

22、流为4001000A。关于中性点经小电阻接地系统的接地电阻如何选取？接地电阻的选择，即接地点电流值控制在什么范围为好，日本按中电阻接地方式考虑时建议为100200A，而美国按低电阻接地方式考虑时认为控制在500A左右。要根据供电网络的实际情况来定，总的原则应该是在保护检测到接地并动作的期间，尽可能在故障相接地间隙中不发生弧光重燃的现象，避免产生过电压。这包括两个方面：总的接地电流不能比容性电流大得太多尽可能使接地电流与接地间隙中恢复电压的相角差减小，以免电压过零时，接地电流还很大难以熄灭。如此一来，如果在接地电流超前电压45度左右，则能较好的避免电弧重燃。国外也对此做过研究实验，结果表明确实是

23、阻性电流与容性电流相差不大时灭弧效果最好。 随着电力的快速发展，用电量每年都在攀升，10KV做为主要的电力输出系统时，对它的安全运行又有了新的要求，现在电力的各种故障时时都影响电力系统的正常运行，目前对于10kV接地采用消弧线圈接地，这个系统在单相接地是系统是还可以运行1-2小时，但这样就有很大的可能性发展成多相、多线故障。 随着配电网容量的日益扩大和广大用户对供电可靠性的要求越来越高，目前中性点不接地的方式已越来越不适应系统的发展要求。而中性点经小电阻接地的方式由于跳闸率高、接地电流过大可能对人身和设备安全构成威胁，在配电网日益发展的今天，尤其随着微电子技术的广泛应用，其应用也将不可避免受到

24、某些限制；从系统长远的发展观点而言，两种接地方式共存符合电力系统的实际需要。2.3中性点经消弧线圈接地方式2.3.1国外消弧装置的发展 自1591年在德国莱茵和法兰克福之间的三相高压交流输电试验成功以来，三相高压电网在世界各地迅速发展。随着中压配电网的不断扩大，对地电容在电网发生单相接地故障时的短路电流引起的弧光过电压问题也日趋严重，直接威胁电力系统的安全可靠运行。为了解决系统中出现的这些问题，当时世界上主要推出的有两种方法。德国为了避免对通信线路的干扰和保障铁路信号的正确动作，采用了中性点经消弧线圈接地的方式，自动消除瞬间的单相接地故障。1916年，由德国工程师彼得逊首先提出并应用中性点经消

25、弧线圈接地方法来解决因电网对地电容电流引起的单相接地弧光过电压问题。而后，在多种电压等级的电力网中大量发展采用中性点经消弧线圈接地方式保护。如柏林市的30KV电力网中电缆长达1600km，对地电容电流高达4000A，于是分别在18个变电站装设41台消弧线圈，较好的解决了单相接地引起的弧光过电压，同时很好的解决了电网这个强干扰源对电信和铁路通信的危害。美国采用了中性点直接接地和经低电阻、低电抗等接地方式，并配合快速继电保护和开关装置，瞬间跳开故障线路。前苏联曾规定了3-66KV电网中性点采用消弧线圈接地方式，莫斯科市配电电缆网络至今仍是中性点经消弧线圈接地的运行方式。美国在20年代中期至40年代

26、中期，在22-70KV电网中，中性点直接接地方式占多数(72%)，且发展很快，逐步取代了不接地的运行方式，一直延续至今。英国66KV电网中性点采用经电阻接地方式，而对33KV及以下由架空线路组成的配电网，中性点逐步由直接接地改为消弧线圈接地，由电缆组成的配电网，仍采用中性点经小电阻接地方式。日本各级电网除个别地区外，11- 33KV配电网中性点接地方式大体如下:消弧线圈接地占28%，电阻接地占30%，直接接地占2%，不接地占4%，采用电阻接地方式时，一般限制接地电流数值为100-200A。东京电力公司所属配电网，其中性点接地方式为66KV电网分别采用电阻、电抗、消弧线圈接地，22KV系统采用电

27、阻接地方式。 总之，世界各国的配电网中性点在50年代前后，大都采用经消弧线圈接地方式。到60年代以后，逐步采用直接接地和低电阻接地方式，但也不尽相同.通观世界各国电力系统中性点接地方式和EIC规定，可分为4类9种:(1)中性点电阻接地系统，又分高、中、低电阻接地方式;(2)中性点电抗接地系统，又分高、中、低电抗接地方式;(3)中性点不接地或消弧线圈(谐振)接地方式;(4)中性点直接接地系统。目前，国内6-66KV电网中性点主要采用经消弧线圈接地、不接地以及小电阻接地等方式，其中经小电阻接地方式只在极少数城市采用。2.3.2国内消弧装置的发展 我国是较早在电力系统中性点采用消弧线圈接地运行方式的

28、，尤其在35KV系统中采用消弧线圈接地方式取得了明显的效果。80年代消弧线圈开始应用于煤矿等企业的6KV系统，效果也不错。如邯郸矿务局九龙矿投产初期，单相接地时曾发生过多起电缆放炮事故，直接影响了安全生产，后来装设了工台型号为XDJI-175/6的传统消弧线圈后，电缆放炮次数明显下降。我国6-10KV中压配电网是采用中性点不接地或者经消弧线圈接地方式，实践证明，这两种运行方式基本上合适中压配电网的实际情况，运行效果显著。在电网规模及单相接地电容电均较小的情况下，这种不接地方式的优点是发生单相接地故障后，允许继续运行2小时，不至于引起用户断电，提高了供电可靠性。但是，近年来中压配电网容量不断扩大

29、，城市配电网大量采用电缆线路，致使电网对地电容电流随电网运行方式变化而变化，也受环境条件的影响，要很好的实现对地电容电流的补偿，消弧线圈的电感值应该随电容电流的变化而不断得到调节，实现电网精确调节。由于故障电容电流的增大己经危害到电网的安全运行，因此改变配网中性点运行方式、提高供电可靠性己成为供电部门的当务之急。电力设备过电压保护设计技术规程中规定:3-10KV的电力网，当单相接地故障电流大于30A时应装设消弧线圈。电力行业标准交流电气装置的过电压保护和绝缘配合中规定:10KV架空线路系统单相接地故障电流大于20A或10KV电缆线路系统单相接地故障电流大于30A时应装设消弧线圈。其理由是在此电

30、流下电弧能自行熄灭.国内有不少单位研究证明，单相接地电容电流的上限值应取10A，以便于提高配电网供电的可靠性。城市配电网长期以来一直未采用中性点经消弧线圈接地方式，主要原因是:1.受技术条件限制，对地电容的具体数值不是很清楚;2.受规程规定约束，有的配电网电容电流未超过30A，从而没有引起足够的重视;3.有的中压配电网无中性点，若考虑补偿措施，需专用的人工中性点变压器，实现上有困难。电力系统的运行经验表明，单相接地故障绝大多数是瞬间性的，特别是架空线路电网，只要是小电流接地系统，便无需继电保护和断路器动作，在系统和用户几乎无感觉的情况下，接地电弧便可以自动熄灭，系统可以保持连续供电:对于极少数

31、的永久性单相接地故障，可以允许电网在一定时间内带故障运行。过去，由于接地继电保护不能有选择性的动作，要依靠人工逐条试拉以检验出故障线路，待负荷转移后再将故障切除。以前长期如此运行，避免了许多停电事故，但是很不方便，现在则利用了微机选线或者微机接地保护装置自动检验出故障馈线，可以瞬时或者延时自动切除，也可以延时手动切除，进一步提高了供电的可靠性。2.3.3传统消弧装置的不足根据实际电网中接地补偿的需要，传统消弧线圈接地补偿装置主要存在以下一系列问题:1.由于缺少快速的控制装置与之配合，传统的消弧线圈不能实时测量电网对地电容电流和位移电压，从而也就不能跟踪调节消弧线圈的档位和投切与消弧线圈串连的阻

32、尼电阻，因此保证不了脱谐度小于10%，中性点位移电压15%相电压，不易达到最佳补偿。2.传统消弧线圈调谐时由于缺乏先进的传动装置，从而需要停电并且退出消弧线圈，因此失去了消弧补偿的连续性。3.传统消弧线圈保护装置无人机界面，或者只有简单的人机操作界面，因而对于对装置的运行不是很熟悉的操作人员来讲操作起来比较困难。4.传统消弧线圈的调节级数一般只分为有限的几级，级数少级差电流大。这样的线圈很难正好调节到完全补偿状态或者很接近完全补偿状态，因而补偿精度很低。5.传统消弧线圈为了避免谐振，当系统运行方式改变时必须同时调整消弧线圈的抽头，而频繁的操作又会降低消弧线圈机械转动部分的寿命。6.运行中的消弧

33、线圈补偿方式不明确，当运行在欠补偿状态时，若遇到电网断线事故则易产生谐振过电压，这种过电压对电力系统绝缘的危害性比由电弧接地过电压更大，因而潜伏着很大的危险。7:消弧线圈抑制过电压的效果与脱谐度有关，只有当脱谐度小于某值时，才能限制过电压的水平，而传统消弧线圈由于不能运行在完全补偿状态下，因此在电网发生其他故障时容易使得中性点位移电压超标。8.传统消弧线圈由于大多数没有串连阻尼电阻(其与电网对地电容构成串联谐振回路)，因此不能运行在全补方式(即电压谐振状态)。为了保证中性点位移电压不超标，往往将脱谐度控制在15%-25%，甚至更大，这样消弧线圈抑制弧光过电压的效果就很差，很难达到规定的要求。9

34、.单相接地时，由于补偿方式、残流大小均不明确，不能得到比较准确的计算值，因此补偿以后的微机选线难以实现。10.传统消弧线圈不具备变电站自动化技术的应用条件，难以实现无人值守和“四”功能。如今，变电站自动化系统是发展方向，因此传统消弧线圈必须要进行改进。 因此综上所述，我国配电网中传统消弧线圈必须及早改造或新装自动跟踪补消弧装置，以增加中压配电网的安全性与可靠性。2.3.4自动跟踪补偿消弧线圈(一)消弧线圈自动跟踪补偿装置的意义在以往的传统做法中，在6-66KV系统中采用的普通消弧线圈和人工调匝变电感的消弧线圈，在解决系统发生单相接地故障时电容电流引起的间歇性电弧电压问题方面起到了积极的作用。但

35、由于人工调感的消弧线圈不能及时跟随电运行方式的变化，系统对地电容电流要通过人工计算或估算，误差较大，经常生脱谐失调及谐振过电压等现象，新颁布的电力行业标准将10KV电网装设消线圈的对地电容电流界限值修改为10A，因此老式的手动消弧线圈难以适应配网自动化和供电高可靠性的要求。在德国、日本和前苏联国家，由于成功广泛地采用了自动跟踪补偿消弧线圈，其电网可在全补偿方式下运行。在国内调匝式动跟踪补偿消弧线圈也已经开始采用，但还存在许多问题。首先，调匝式消弧线圈在电网未发生单相接地故障前自动调整电感值使得电网在接近谐振状态下运行，为了防止谐振带来的过电压在消弧线圈和大地之间接了一个阻尼电阻，阻尼电阻的阻值

36、和容量只是根据经验选取，使阻尼电阻往往不能达到阻尼效果，其容量不够使阻尼电阻烧坏事故也时有发生;其次，在计算电容电流时，传统的方法是将消弧线圈的分接开关动作两次，采样动作前后中性点电流来计算电容电流，该方法也称为两点式算法。这种两点式算法使得消弧线圈分接开关频繁动作，大大的降低了消弧线圈运行的可靠性和分接开关的寿命;再次，在电网发生单相接地故障时，以前运行值班人员为了找出故障线路，传统方法是采用推拉线路的选线办法，即逐条拉掉线路，一直到故障消除为止。采用这种选线办法，严重影响了供电可靠性和选择性的切除故障线路，失去了系统发生单相接地故障后再运行l-2小时的意义;最后，现场使用的自动控制装置由于

37、抗高温冲击、湿气、电磁干扰、粉尘等能力不强导致频繁死机，严重影响了补偿效果。而自动跟踪补偿装置能够迅速而准确的在发生故障时补偿电流，提高了供电可靠性。（二） 自动跟踪消弧线圈的类型 (1)调匝式消弧线圈 图2-1为调匝式消弧线圈结构示意图，L为浸油式或干式电感线圈，其容量大，线性度好，不容易饱和。调匝式消弧线圈实际上是利用有载分接开关来调节具有多级分接抽头的消弧线圈，改变其电感值，在系统单相接地时补偿电容电流。自动跟踪补偿消弧控制装置通过电压互感器PT可以监视消弧线圈上的电压，通过CT可以监视流过消弧线圈的电流。这种消弧线圈具有简单、制造技术成熟、经济、可靠等优点，目前在国内应用是最多的。-图

38、2-1 调匝式消弧线圈结构示意图图2-1中的调匝式消弧线圈利用有载分接开关来改变电感值，不能实现电感值的连续调节，它是一种预调式的消弧线圈，必须加装阻尼电阻:另外，消弧线圈运行的可靠性往往受到分接开关动作寿命的影响，为了提高整套系统运行的可靠性，采用这种消弧线圈必须尽量减少分接开关的动作次数。(2)调容式消弧线圈 调容式消弧线圈跟调匝式的消弧线圈类似，不能实现电感的连续调节。但是，它采用不同容量电容组配合，比如说4组电容可以实现16种不同容量的调节;5组电容可以实现32种不同容量的调节。因此，它比调匝式的消弧线圈有更宽的调节范围。它依靠电气手段实现电感值的自动调节，这种方法响应时间短，没有机械

39、的传动部件。在电网正常运行时，它远离系统的谐振点运行，不需要阻尼电阻就可以实现限制线性谐振过电压;在系统发生单相接地故障时，控制晶闸管的导通与关断就能够迅速的使消弧线圈调节到谐振点运行，待接地故障消除后消弧线圈又继续恢复到过补偿运行状态，但这种消弧线圈控制复杂。图2-2为调容式消弧线圈结构示意图。图2-2 调容式消弧线圈结构示意图图2-2所示调容式消弧线圈，一次绕组吞无分接头，设计和绕制比较简单，二次绕组几采用小截面导体，尽可能减少绕组的涡流损耗，电抗和变比计算充分考虑了漏磁场的影响，C1，C2，C3，C4，C5这五个电容的投切通过晶闸管实现。(3)调气隙式消弧线圈 图2-3所示的调气隙式的消

40、弧线圈靠改变可动铁芯在气隙中的位置来调节电感L值，它使电感可以连续可调，从而避免了电感不能连续可调的缺点。但是，这种靠调节铁芯位置来改变电感的方法与调匝式的消弧线圈类似，存在机械传动环节，使消弧线圈的整个响应时间大大加长，它只能采用预调节方式，在消弧线圈和地之间加装阻尼电阻来限制线性谐振过电压。另外，这种调气隙式的消弧线圈结构和控制都相当复杂，生产消弧线圈的成本也大大增加，影响了整个消弧线圈的经济性.。 图2-3 调气隙式的消弧线圈结构示意图(4)直流偏磁式消弧线圈 直流偏磁是最新出现的一种调节电感方法，利用这种技术可连续调节电感，且具有调节响应速度快、调节范围宽等优点。但是，直流偏磁式的消弧

41、线圈控制非常复杂，不利于消弧线圈运行可靠性，特别是晶闸管移相控制会给系统带来了大量的谐波污染，在特别恶劣的情况下，甚至超过了系统对谐波的要求。此外，直流偏磁是一种非线性调节方式，往往使补偿误差大，难以达到调谐的目的。这种消弧线圈价格低，与其他几种调感方式相比较，具有明显的经济效益优势。作为一种新型的、待完善的消弧线圈，目前在电网中的运用也比较少。直流偏磁式消弧线圈结构示意图，如图2-4所示。 图2-4直流偏磁式消弧线圈结构示意图图2-4中，直流控制绕组的存在，铁心中的磁通可以分为恒定分量和交变分量，改变直流控制电流的大小就可以改变铁心的饱和度，从而改变了交流绕组等效电抗。第三章 消弧线圈补偿原

42、理及控制3.1消弧线圈成套装置简介消弧线圈主要由接地变压器、消弧线圈、阻尼电阻和控制柜等四部分组成，其一次接线图如图3-l所示。 图3-1 一次接线图谐振接地方式当用于6KV、10KV系统时，因为主变压器的6KV或10KV侧三绕组一般为三角形接线，没有可供接消弧线圈的中性点，所以为了接入消弧线圈，需要人为的建立一个中性点，在6KV或10KV母线上接上一个星型接地变压器，它的中性点接消弧线圈。一般接地变压器具有以下特点:第一、采用Z型接线(或称曲折型接线)，其零序阻抗小于10，可带其90%-100%容量的消弧线圈;第二、Z型接地变压器还具有在系统非常平衡时增大系统不平衡电压的功能，解决了于系统不

43、平衡电压太小而不能准确测量电容电流的问题。阻尼电阻串接在消弧圈和大地之间，其主要作用是在系统正常运行时限制谐振过电压。在系统发生单相接地故障时，阻尼电阻通过保护装置退出运行。控制柜由两部分组成，一部分控制器，另一部分为继电保护装置。控制器是整套消弧装置的控制中心，它不可以实时在线自动跟踪电容电流的变化，而且可以控制消弧线圈二次侧电容组投切，补偿系统电容电流，使系统在发生单相接地故障时故障点的接地电流最小达到自动补偿的目的:同时，控制器还可以在系统发生单相接地故障时启动电流选线。继电保护装置包括一个电压继电器、一个电流继电器和一个中间继器，以保证系统在发生单相接地故障时可靠短接阻尼电阻，使其安全

44、运行。2调容式消弧线圈阻抗变换原理 调容式消弧线圈电感的改变是通过改变二次绕组并联电容的容量来实现的。3-2为调容式消弧线圈原边等效电路图。 图3-2 调容式消弧线圈原边等效电路图图中左边为调容式消弧线圈示意图，Cl-CS为并联的电容器，一次绕组匝数为，二次绕组匝数为，一次绕组电感为L，为一定值。根据变压器的等效原则，可以得到图中右边的原边等效电路。因此，原边等效阻抗为: （3-1） (3-1)上式中，Z为原边等效阻抗：为一次绕组阻抗：为副边等效到原边后的阻抗。将和的值带入式（3-1）中可得： （3-2）根据原边等效阻抗的计算公式（3-2）可以看出，原边等效阻抗Z既可以为感性，也可以是容性，为

45、了使原边等效阻抗为感性，对电容值C的大小有如下要求： （3-3）系统发生单相接地故障时，加在消弧线圈上的电压为系统的相电压。那么，消弧线圈提供的补偿电流为： (3-4)根据式(3-2)可知，当二次绕组并联的电容C改变时，原边等效阻抗Z随着改变。通过分别投切二次绕组并联电容Cl-C5的组合，可以实现电容C的32级改变，从而实现原边等效阻抗Z的32级改变。因此，据式(3-4)所示，调容式消弧线圈可以实现补偿电流的32级调节。3.2消弧线圈的补偿原理 调容式消弧线圈的原理是通过改变消弧线圈二次绕组并联电容C，来改变其原边等效电抗 (，其中L为消弧线圈原边等效电感)，从而改变流过消弧线圈的电感电流。电

46、感电流补偿系统对地电容电流，使系统发生单相接地故障时，流过接地故障点的残流达到最小。 图3-3所示为中性点经消弧线圈接地后电网A相发生接地故障时的等值电路图，若忽略故障点的接地电阻与弧光电阻的影响，即相当于发生单相金属性接地故障。 图3-3 经消弧线圈接地后电网A相发生接地故障等值电路图如图3-4A相接地故障时的电流电压相量图所示，故障相的电压降低到零，中性点电压U。位移移至-，非故障相的电压与升高到相电压与，相当于三相电压均叠加了一个-。在这种情况下，电网非接地电压变为原来的行倍，但三相电压并不发生变化，因此时的电网仍然可以对用户正常供电。图3-4为对应图3-3的相量分析图。 图3-4 A相

47、接地故障时的电流电压相量图图3-4中，参照图3-3，它包括系统对地泄漏电流（，有功电流）和系统对地电容电流,(，无功电流)，流过中性点的电流。也包括有功分量和无功分量，为所有有功电流分量之和（），根据向量图可知系统的电容电流经过消弧线圈补偿电流补偿后，系统残流的无功分量为（）。 调容式消弧线圈向系统提供的补偿电流；可以由式（3-2）和（3-4）推得： 式(3-7)中，L为消弧线圈原边电感，C为消弧线圈二次绕电容的电容值，为消弧线圈原边匝数，由以上分析，为二次绕组匝数可以得出调容式消弧线圈对系统的补偿方式:（1） 当，即时，本装置对系统进行过补偿;（2） 当，即时，本装置对系统进行欠补偿；（3） 当，即时，本装置对系统进行全补偿。3.3阻尼电阻的作用和选取 为了有效抑制自动调谐消弧线圈调谐过程中出现的谐振过电压，阻尼电阻的阻值与消弧线圈等效感抗、系统对地容抗相关。在稳态谐振下，阻尼电阻值越小，位移电压越大。可以通过加大阻尼电阻的阻值来限制中性点的位移电压的增大。但