消弧产品技术交流_讲义2010-2-28

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1、1 自动跟踪消弧选线成套装置技术交流 河北旭辉电气股份有限公司0311 8511862885118606 2 中性点不接地的电力网的单相接地 当中性点不接地电力网发生单相接地时 情况将发生明显变化 下图表示C相发生金属性接地时的情况 接地后故障点C相的电压变为零 既Udc 0 这时 按故障相条件 可写出下列电压方程式 UO UC Udc 0式中UO 中性点对地电压UC C相电源电压故有UO UC 3 中性点不接地的电力网的单相接地 4 上式表明 当C相发生单相接地时 中性点的对地电压不再是零 而变成了 UC 于是A B相的对地电压相应地为 UdA UO UA UC UA 3UCe j150Ud

2、B UO UB UC UB 3UCej150 5 其相量关系如图1 3所示 UdA及UdB之间的夹角变为60o 这时AC相之间的电压等于UdA BC相之间的电压等于UdB 而A B相间的电压则等于UAB 即相当于原有的线电压三角形ABC平移到了A B C 的位置 换句话说 三个线电压仍保持对称和大小不变 但是 从式中均可看出 两个非故障相A和B的对地电压却升高 3倍 由于线电压仍保持不变 故对电力用户的继续工作没有什么影响 6 单相接地时所产生的接地电流将在故障处形成电弧 这种电弧可能是稳定的或是间歇性的 当接地电流不大时 则电流过零值时电弧将自行熄灭 于是接地故障随之消除 这种情况是最理想的

3、 如果接地电流较大 30安以上时 则将产生稳定的电弧 形成持续性的电弧接地 这时电弧的大小与接地电流成正比 强烈的电弧将会损坏绝缘并导致两相甚至三相短路 当电弧持续燃烧时 故障相的对地电压可看作零 7 中性点经消弧线圈接地的电力网 中性点不接地电力网具有当发生单相接地故障时仍可继续供电的优点 但在单相接地电流较大时却不适用 出现了经消弧线圈接地的电力网 消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈 他装设于变压器或发电机的中性点 当发生单相接地故障时 可形成一个与接地电流的大小接近相等但方向相反的电感电流 这个电流与电容电流可互相补偿 最终使接地点的电流变得很小或等于零 从而消除了接地处的电弧以及由它

4、所产生的一切危害 8 9 10 当C相发生单相接地时 中性点电压U0将变成 UC 这时消弧线圈处于的相电压 如忽略线圈电阻 则有一感性电流流过线圈 其数值等于 IL UC XL Uc L 式中L和XL 消弧线圈的感抗和电抗 当C相接地时 健全相A和B的电压将升高到线电压 而A相和B相的对地电容电流ICA和ICB将分别超前U A和U B90 从相量图上还可以看出 ICA和ICB所组成的总电容电流IC将超前U 090 这样一来 电感电流IL与电容电流IC正好相位相反 而且IL也必然流经故障点 从而实现了对单相接地时所产生的电容电流的补偿 随着接地电流的减小 电弧将自行熄灭 故障消失 11 主流消弧

5、线圈的特点介绍消弧线圈的工作原理分析成套装置的组成 投运 运行及维护试验关于消弧线圈技术标书的建议 自动跟踪消弧选线成套装置技术交流 12 主流消弧线圈特点介绍 调匝式消弧线圈调容式消弧线圈高短路阻抗变压器式 相控式 13 优点 可靠性极高 在系统正常运行时计算并跟踪到补偿位置 档位为机械保持 断电影响小 残流稳定时间短 即接地发生到稳定输出补偿感流的时间 只受系统本身特性的影响 一般在几十到一百毫秒之间 不易发生危险的位移电压 虽然运行在补偿状态会在一定程度上放大系统的不对称电压 但是由于阻尼电阻的存在 无论过补偿 全补偿还是欠补偿运行 都不会产生危险的位移电压 调匝式 14 缺点 调节级数

6、少 目前最大为25档 调节范围小 一般为30 100 调档速度慢 约十秒 档 调匝式 15 优点 可靠性高 在系统正常运行时计算并跟踪到补偿位置 残流稳定时间短 同调匝式相同 不易发生危险的位移电压 同调匝式 调节级数多 最大为32 2档 调节范围大 0 100 调档速度快 40毫秒 档 调容式 16 缺点 抑制谐波能力差 但谐波含量小于相控式 高短路阻抗变压器式 电容会衰减 但不会影响跟踪补偿 调容式 17 相控式即高短路阻抗变压器式优点 随调式 不需要阻尼电阻 无级调节 调节范围大 0 100 相控式 18 缺点 谐波含量大 需要配备滤波箱 滤波器的电容一旦衰减 刚投入时是在出厂前调好的

7、两三年后就有问题啦 Q值急剧下降 谐波将非常大 在盐城试验时 每次谐波分量都很大 远高于调容式 设备一直运行在满载状态 发热严重 需要配备风扇可靠性可想而知 福建发生过设备冒烟现象 计算时需要调节相角 一旦有失误极易常产生谐振过电压 实际上过电压崩坏PT的事多次发生 厂家解释为PT质量问题 但用户并不同意 福建 上海等地已明文规定不采用相控式线圈 残流稳定时间长 接地发生后 装置检测单元检测到接地的时间 控制器向执行机构发出进入设定补偿状态的命令的时间 执行机构接受命令后动作到位的时间 装置由开始输出补偿电流到残流稳定所需过渡过程的时间 一般不会少于100毫秒 甚至会到700毫秒以上 相控式

8、19 可控硅调感式 旭辉公司自2000年开始研制 研究出了一种综合调匝式 调感式优点的新一代快速无级连续可控硅调感式消弧线圈 目前已经取得成功并在多个变电站使用 20 可控硅调感式 优点 可控硅调感式消弧线圈吸取了调匝式 调感式消弧线圈的优点 采用粗调细调结合的方式 粗调采用有级控制 细调采用可控硅调节 既保留了调匝式的高可靠性 又实现了无级调节 当系统发生较小变化时 只需调节可控硅角度不需要调节档位 大大减少有载开关动作次数 失电时粗调部分可以保持 可控硅低压调节 安全可靠 21 可控硅调感式 缺点 成本增加 相当于额外增加了一只电抗器和一组可控硅 不能实现从零起调 22 跟踪补偿运行方式

9、预调方式 在正常运行时 根据测量的系统电容电流将消弧线圈调节到残流最小的合适位置 接地后不进行调节 优点 系统接地后无需进行跟踪调节 因而无额外跟踪调节时间 可即时输出补偿电流 缺点 需装设阻尼电阻 23 随调方式 在正常运行时将消弧线圈调至远离谐振点位置 发生故障时将消弧线圈调节至合适位置 优点 不需装设阻尼电阻 缺点 接地后需经一定时间延时方可输出额定补偿电流 系统进行试探性调节计算时易引起串联谐振过电压 跟踪补偿运行方式 24 消弧线圈工作原理分析 消弧线圈接地系统分析消弧线圈工作原理 容流计算 接地选线方法系统电容电流的测算消弧线圈的容量 25 串联谐振电路的特点 XL XC 故回路总

10、阻抗Z R2 XL XC R这时阻抗最小 电路呈电阻性 2 电压E0不变时 电路中电流为最大值I E0 R 3 在谐振接地系统中 位移电压U0 UL UR XL R I0结论 改变阻尼电阻R的阻值将会控制位移电压的大小 谐振接地电力网的正常运行 消弧线圈接地系统分析 26 为了避免在运行中出现过高的位移电压 旭辉公司的消弧线圈控制装置提供了自适应跟踪功能 控制装置根据检测到的位移电压的大小 将自动调整残流控制值 保证系统运行在满足位移电压要求的同时 运行在残流最小的状态 谐振接地电力网的正常运行 消弧线圈接地系统分析 27 并联谐振电路的特点 电路呈电阻性 回路阻抗为最大值 Z0 L RC 2

11、 回路电流最小值I0 U Z0 URC L 结论 阻尼电阻越大 通过接地点的电流就越大 越不利于灭弧 因此 1 在满足位移电压要求的前提下 阻值应适当减小 2 接地后 短接阻尼电阻的速度越快越好 谐振接地电力网的单相接地 消弧线圈接地系统分析 28 谐振接地电力网的单相接地 旭辉公司可控硅短接采用独创的无源动态自触发技术 不需要电源 不需要二次控制电路 实时进行投入和切除阻尼电阻 1 发生接地时切除阻尼电阻的延时时间为零 对消弧的影响为零 2 接地消失后零序电压的第一个过零点之前阻尼电阻就会投入 彻底避免谐振过电压 消弧线圈接地系统分析 29 通过二次回路投切阻尼电阻的弊病 1 有可能在发生接

12、地时不能可靠触发 从而造成阻尼电阻烧毁 已经增加熔断器 2 接地消失时需要二次回路的判断 有可能判断失误 造成可控硅没有及时切断 造成接地消失后又发生谐振过电压 消弧线圈接地系统分析 30 谐振接地电力网的一个重要概念 脱谐度脱谐度又称失谐度是指残流I 中的无功分量 IC IL 与补偿电网的电容电流IC之比 即 IC IL IC 其符号的正负和数值的大小表示电流谐振等值回路的不同工作状态和偏离谐振 或距离谐振点的远近 的程度 1 全补偿 0 当电流谐振回路恰好在谐振点工作时 IC IL 电容电流与电感电流大小相等 方向相反 彼此完全抵消 故I IR 残流中仅含有有功分量 不仅其值最小 且其相位

13、与零序性质的中性点位移电压U0同相 2 欠补偿 0 当电流谐振回路在欠补偿状态下工作时 因 0 IC IL 此时I 中不仅含有有功分量 同时含有容性无功电流分量 其相位超前于U0 3 过补偿 0 当电流谐振回路在过补偿状态下工作时 因 0 IC IL 此时I 中主要为感性无功电流分量 其相位滞后于U0 消弧线圈接地系统分析 31 谐振接地电力网的跟踪控制标准 因为消弧线圈的临界息弧值取决于系统的电容电流值 因此应以残流作为跟踪控制的标准 脱谐度是个相对值 同样的脱谐度对应于不同的电容电流时 残流大小不同的 因此有的厂家以脱谐度作为跟踪控制标准是不合理的 尤其是在系统电容电流较大的情况 消弧线圈

14、接地系统分析 32 未投消弧线圈时接地消失后电压波形 2004年10月10日GYC 2过电压监测装置录波图 消弧线圈对电压恢复的影响 33 投入消弧线圈时接地消失后电压波形 2004年11月2日GYC 2过电压监测装置录波图 消弧线圈对电压恢复的影响 34 消弧线圈的工作原理 谐振系统接地容流的在线计算 位移电压法实时测量法 消弧线圈工作原理 35 假定E0 XC不会突变 消弧线圈位于1档时回路方程 E0 I01 XL1 I01 XC消弧线圈调至2档时回路方程 E0 I02 XL2 I02 XC于是可解得系统容抗值 XC I02 XL2 I01 XL1 I01 I02 系统接地容流 IC U相

15、 XC注 式中的量都是向量 位移电压法原理 位移电压法 36 位移电压法的特点 位移电压法的基础是在测量时必须对消弧线圈进行调档操作 因此 计算准确 精度高 消弧线圈频繁调档 调节开关的使用寿命降低 受调节开关固有动作时间的影响 测量周期较长 位移电压法 37 实时测量法原理 实时测量法 上电时采用位移电压法测量出系统对地容抗XC 将 2 式中的参数I02 XL2和XC存储记忆 在下个测量周期到来时 可得到回路电压方程 E0 I0XL2 I0XC1 3 设系统不平衡电压不变 则 3 2 I0XL2 I0XC1 I02XL2 I02XC 推导得 XC1 I02XL2 I02XC I0XL2 为避

16、免误差 每次跟踪调档后用位移电压法计算XC并将新值存储记忆 38 系统的不平衡电压E0是在不停变化的 每次跟踪调档后都进行位移法计算 并用最新的计算结果刷新保存的XC的值 同时在E0发生较大变化时 也会启动位移法计算 确保系统容流计算的准确性 计算速度快 可达到每秒刷新一次 基本上避免了因计算容流而引起的调档 在正常运行的情况下 系统不平衡电压E0不会有很大波动 也就不需要专门进行计算调档了 实时测量法特点 实时测量法 39 中性点不接地系统的选线群体比幅法群体比相法消弧线圈接地系统的选线五次谐波比幅法五次谐波比相法基波有功功率法信号注入法残流增量法并联中电阻法 说明 红色标示的为旭辉公司采用的技术 接地选线方法 40 在中性点不接地系统中 故障线路零序电流为其它非故障线路电容电流之和 非故障线路零序电流为自身电流 因此 零序电流幅值最大的就是接地线路 群体比幅法 41 故障线路零序电流方向为从支路流向母线 非故障线路则是从母线流向支路 根据各线路的零序电流相位就可以选出故障线路 对零序CT极性一致性要求高 群体比相法 42 消弧线圈对谐波影响较小 可以认为在接地故障时 零序电流的五次