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1、 消弧线圈基本原理介绍赵东生电网产品技术部2008年11月 消弧线圈的作用1 减小接地故障电流消弧线圈的电感电流补偿了电网的电容电流 限制了接地故障电流的破坏作用 使电弧更加容易熄灭2 降低故障相恢复电压的初速度当残流过零电弧熄灭后 还能降低恢复电压的初速度 避免电弧重燃 使接地电弧彻底熄灭 单相接地故障电流分布图 消弧线圈减小接地电流的数学分析 自动跟踪补偿消弧线圈装置可以自动适时的监测跟踪电网运行方式的变化 快速地调节消弧线圈的电感值 以跟踪补偿变化的电容电流 使接地点残流始终处于规定的范围内 目前 国内自动跟踪补偿消弧线圈按改变电感方法的不同 大致可以分为以下几种 1 有分接头的调匝式消
2、弧线圈2 调容式消弧线圈3 调气隙式消弧装置4 磁阀式调节的消弧线圈5 高短路阻抗变压器式消弧线圈 消弧线圈的分类 调匝式消弧线圈采用有载调压开关调节电抗器的抽头以改变电感值 它可以在电网正常运行时 通过实时测量流过消弧线圈电流的幅值和相位变化 计算出电网当前方式下的对地电容电流 根据预先设定的最小残流值或失谐度 由控制器调节有载调压分接头 使之调节到所需要的补偿档位 在发生接地故障后 故障点的残流可以被限制在设定的范围之内 调匝式消弧线圈原理 调容式消弧线圈在绕组的二次侧并联若干组用真空开关或晶闸管通断的电容器 用来调节二次侧电容的容抗值 以达到减小一次侧电感电流的要求 电容值的大小及组数有
3、多种不同排列组合 以满足调节范围和精度的要求 调容式消弧线圈原理 调气隙式消弧线圈是将铁芯分成上下两部分 下部分铁芯同线圈固定在框架上 上部分铁芯用电动机带动传动机构可调 通过调节气隙的大小达到改变电抗值的目的 调气隙式消弧线圈原理 磁阀式消弧线圈原理 磁阀式消弧线圈原理 高短路阻抗式消弧线圈 现场实物 高短路阻抗消弧线圈原理 变压器的一次绕组作为工作绕组接入配电网中性点 二次绕组作为控制绕组由2个反向连接的晶闸管短路 通过调节晶闸管的导通角来调节二次绕组中的短路电流 从而实现电抗值的可控调节 由于采用了晶闸管调节 因此响应速度快 可以实现零至额定电流的无级连续调节 此外 由于是利用变压器的短
4、路阻抗作为补偿用的电感 因而具有良好的伏安特性 短路阻抗定义将二次侧短路 一次侧通过调压器接到电源上 施加的电压比额定电压低的多 以使一次侧电流接近额定值 测得此时一次电压UK 电流IK 此时一次侧电压UK IK ZK称为短路电压 变压器的短路阻抗通常是用百分值 短路电压与额定电压的比值 的形式来表示如电压等级为10KV 容量为900KVA的变压器标明的短路阻抗为4 它短路阻抗是多少 高短路阻抗消弧线圈原理 可控硅在不同导通情况下的消弧线圈电感及输出电流的变化情况 高短路阻抗消弧线圈原理 高短路阻抗消弧线圈原理 KD XH消弧系统技术特点 KD XH消弧线圈是利用漏抗 而不是励磁阻抗 因此KD
5、 XH型高短路阻抗消弧线圈的伏安特性在0 110 额定电压范围内保持极佳线性度 高短路阻抗消弧线圈原理 系统电容电流测量方法 高短路阻抗消弧线圈原理 接地变压器 消弧线圈 就地控制柜 微机控制器 中性点PT 中性点CT 避雷器 控制屏 消弧成套系统介绍 配置 KD XH消弧系统一次接线图 消弧成套系统介绍 单相接地试验室 接地变压器作用 制造出一个中性点主变10KV侧是多是三角形接线 所以需要制造出一个中性点 对于有星形接法的地方 可以直接与消弧线圈连接具有低阻抗特点 消弧成套系统介绍 接地变压器 消弧成套系统介绍 接地变压器 消弧成套系统介绍 滤波回路 滤波回路消弧线圈有两个二次绕组 一个接
6、可控硅 另一个接滤波回路 由于可控硅在导通时刻会产生很大的谐波电流 所以通过在滤波回路配置电容电感 将3次 5次谐波个过滤 消弧线圈自动调谐及接地选线 目录 电容电流接地方式国内国外现状谐振接地的实效谐振接地与低电阻接地继电保护的选择性 自动调谐必要性计算方法XHK II型选线原理XHK II型产品特点运行维护证书报告服务 电容电流 在单相接地故障时 线路对地电容和接地电阻在零序电压的作用下流经回路的电流 电容电流主要由线路的长度 导线的截面面积 介电常数 距地距离 额定电压决定 和系统的负荷大小无关 电容电流的估算与测量 一 架空电力线路 10kV绞联聚氯乙烯电缆接地电流估算一览表注 1 此
7、表适用于小电流接地系统中铜芯电缆 2 电缆绝缘厚度为4 5mm 3 估算公式Ic 2 f 3C 106 Ue A km Ue取11kV系统相电压 二 电缆线路 电容电流的测量一 中性点外加电容法二 母线外挂电容法三 金属接地法 电容电流的影响 单相接地是电力系统中最常见的故障形式 约占60 以上 对于中性点不接地电网 由于电容电流的存在 在接地瞬间形成接地电弧 而接地电弧不易熄灭 电弧的发展会引起相间短路 接地电弧产生间歇性弧光过电压 电磁式电压互感器铁心饱和引起谐振过电压等 将造成烧保险 避雷器 PT的爆炸 线路的跳闸等事故发生 其中尤以相间短路和间歇性弧光接地过电压最为严重 接地方式 中压
8、电网的发展 形成了两类中性点接地方式 1 中性点非有效接地 小电流接地方式 中性点不接地 电容电流大时不能灭弧 消弧线圈 谐振 接地 高电阻接地特点 单相接地电弧能够瞬间自动熄灭2 中性点有效接地 大电流接地方式 X0 X1 3R0 X1 1 直接接地 低 500A 中 100A 200A 电阻和低电抗接地等 特点 需要断路器遮断单相接地故障 适用范围 根据最佳技术经济指标要求 110kV以上电力系统主要矛盾为降低绝缘水平 采用直接接地 有效接地 中低压电力系统主要降低单相接地故障电流的危害 提高系统供电可靠性 保证人身与设备安全 降低通讯干扰等 110kV以下系统 小电容电流电网采用不接地系
9、统 以电弧能自行熄灭为前提 电容电流大时采用谐振接地 补偿电容电流 或电阻接地 故障跳闸 单相电弧接地过电压 理论上的最高过电压不超过3 5p u国内 外实测结果1 中性点不接地系统最高为3 9p u 2倍以上概率为64 2 谐振系统最高为2 8p u 2倍以上概率为5 3 电阻接地最高为2 5p u 2倍以上概率34 4 接地系统最高为1 5p u 摘自C L Gilkeson和P A Jeanne的实验结论 谐振接地 残流 在单相接地故障时 流经故障点电流 Ig IL Ic 脱谐度 IL IC IL 正常运行时 单相接地故障时 电弧熄灭原理1 补偿电容电流 减少残流 电弧易于熄灭 2 残流
10、过零熄弧后 降低恢复电压初速度 避免电弧重燃 国内现状 1 我国从解放初期就开始采用苏联的方式 中性点采用不接地或经消弧线圈接地方式 2 改革开放初期 我国有的地区从国外购买了低绝缘水平的电力电缆等设备 无法直接在我国的中压电网投入运行 遂出现了引进低电阻接地方式 配合快速保护和开关装置 瞬间跳开故障线路 目前已逐步更换 3 从90年代中开始国内接地方式已经推广使用自动调谐的消弧线圈接地方式 随着选线技术的发展 已经形成行业标准方式 国内规程 DL T 620 1997 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 的标准规定 1 110kV 500kV系统应采用有效接地方式 2 35kV 66kV系统
11、单相接地故障电容电流超过10A时应采用经消弧线圈接地 3 城网10kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路 当单相接地电容电流超过10A时 应采用经消弧线圈接地 国外情况 德国 而且奥地利 芬兰 意大利 丹麦 比利时及瑞典 独联体及其周边地区等许多国家 现在依然采用小电流接地 中性点不接地或经消弧线圈接地 方式 法国电力公司 EDF 早在80年代末期决定将运行了近30年的 中性点采用低阻抗接地方式的城乡中压电网 在全国范围内分阶段地全部改为谐振接地方式运行 现已基本完成 近来英国也正在研究 考虑采用谐振接地方式等 国外情况 3 美国 AIEE 电工协会明确承认谐振接地方式的优点 过去未采用 是由于技
12、术原因 美国曾使用空心消弧线圈不当发生严重过电压而形成 惯例 而现在保持电阻接地主要是经济因素 美国IEEE143对工业设施的接地电流限制为400A 4 日本开始采用谐振接地 战败后使用美国电力产品采用大电流接地 但后来又开始推广谐振接地 将中压电网的单相接地故障电流 由 大 改 小 将是未来发展趋势 谐振接地的实效 供电可靠性 供电可靠性是国家对电网的考核指标瞬间接地 小电流接地系统对于瞬间接地能自动灭弧 可有效提高供电的连续性 永久接地 谐振接地系统在一定的时间内可带单相故障继续运行 有足够的时间转移负荷 避免突然中断供电 低电阻接地系统由于不论接地故障是瞬间还是永久 都必须切除线路 但保
13、护动作可靠性并不理想 谐振接地的实效 供电设备安全 1 谐振接地系统中 接地电流与故障点无关 由于消弧线圈补偿了对地电容电流 使故障点残流很小 接地电弧可瞬间熄灭 限制了电弧接地过电压的危害 谐振接地延长了残压恢复时间 降低了恢复电压的速度 避免电弧重燃 降低了电弧过电压发生的概率 减少了事故扩大的可能性 谐振接地可避免零序PT铁磁谐振过电压 降低断线过电压和雷击过电压 谐振接地的实效 人生安全 谐振接地系统单相接地故障时 故障点电流很小 因此 故障点周围电位梯度较低 相应的接触电压和跨步电压较小 对人身和设备的威胁大为降低 不接地系统电容电流较大 低电阻接地系统在高阻接地时不能瞬间可靠跳闸
14、电流值仍然很大 故障电流的减小也避免了电弧烧伤事故的发生 谐振接地的实效 用户设备安全 谐振接地系统限制单相接地故障电流 防止低压用户的地电位升高 有的电网将接地故障电流提高到1000A 如接地电阻为4 地电位升高的稳态值便可达4000V 而暂态值更高 美国为此将低压设备的工频耐压水平提高到4000V 1min 我国现行低压设备的工频耐压标准为2000V 1min 同时 谐振接地也降低了对接地装置的要求 谐振接地的实效 电磁兼容 电力系统在正常运行和发生故障的情况下 因电磁耦合 静电耦合 地中电流传导和高频电磁辐射等原因 对信息网络产生干扰 主要表现为音频干扰 工频干扰 接触干扰 地电位升高和
15、纵向电势等 通信干扰的危害性很大 轻则影响通信质量 重则危害通信设备和人身的安全 大电流接地方式单相接地故障电流大 其电磁干扰影响明显 而谐振接地方式的干扰甚小 这早已是不争的事实 谐振接地的实效 经济效益和社会效益 谐振接地系统提高了电网运行的可靠性 降低了停电所带来的损失 减少了故障的危害 降低了设备损坏的损失 减少了运行的操作 提高了安全可靠性 据金华电业局义乌变运行结果 继电保护的选择性 大电流接地系统故障选线简单 但受故障点接地电阻影响 小电流接地系统 谐振接地系统 故障选线已经不能使用传统的选线方法 目前使用效果较好的方式有 1 增大有功电流2 增大无功电流3 增大接地电流4 谐波
16、与暂态分析 谐振接地与低电阻接地 1 短时间带故障运行对电缆绝缘老化的影响 远不及短路电流的冲击对电缆绝缘造成的损伤 2 消弧线圈可靠近谐振点运行 电弧接地过电压为2 3p u 一般不超过2 5p u 而且出现2 0p u 以上过电压的概率小于5 而间歇电弧接地过电压自然也不会存在了 3 电压互感器铁心饱和引起的中性点不稳定过电压 主要限于中性点不接地电网 只要采用谐振接地方式 便可根除此种过电压 再者 谐振接地系统中的断线过电压 即使采用人工调谐的消弧线圈 最高也不会超过线电压 4 谐振接地故障选择方式不断改进 特别是并电阻方式已经取得了一定经验 而低电阻接地在接地电阻大时 也不能马上跳闸 自动调谐的必要性 固定式的消弧线圈在我国运行了几十年 存在以下问题 1 调节不方便 2 运行人员判断困难 3 系统发展 4 无人值班变电站的推广消弧线圈自动调节 计算准确 自动跟踪 调节方便采用计算机在线实时计算 结果准确 线路的变化反映在电容电流的变化上 又可带电调节 通过计算机可实现实时跟踪补偿过电压限制更有效消弧线圈运行于合适的脱谐度 恢复时间长 过电压低 电网运行更安全适应自动化要求由于采
