消弧线圈补偿原理及运行注意事项

1 消弧线圈补偿原理及运行注意事项 一、消弧线圈补偿原理 1、中性点接地方式及优缺点 接地 方式 适用范围 （电容电流） 优点 缺点 不接 地 35KV：〈10A 10KV：〈30A 1、对绝缘要求较高，易引发绝缘 击穿，引发相间短路等相继故障 2、故障定位难，操作多 3、人员触电时，因线路不跳闸， 安全性较差 经消 弧线 圈 〈100A 1、接地电流小，瞬时故障 时可自行熄弧 2、可带接地故障运行（一 般不超过2h） ，可靠性较 高 4、易发生谐振 5、中性点电位偏移较大 6、运行方式改变时，操作多 7、补偿易受限制，消弧线圈容量 增加可能滞后电网发展 经小 电阻 100~1000A 1、可抑制谐振过电压 2、中性点电位偏移较小 3、可迅速隔离故障点 4、设备的绝缘水平较底 5、不受运行方式影响 6、人员触电时，能快速切除 故障，安全性好 接地故障线路迅速切除，间断对用 户的供电 2、弧光接地的危害 (1) 单相接地的一般过程 间歇性电弧接地——稳定性电弧接地——金属性接地 (2)弧光接地过电压及电弧电流 发生单相间歇性弧光接地（弧光接地）时，由于电弧多次不断的熄灭和重燃，导致系统对地电容上的电荷多次不断的 积累和重新再分配，在非故障相的电感—电容回路上引起高频振荡过电压。

对于架空线路，过电压幅值一般可达3.1～3.5 倍相电压，对于电缆线路，非故障相的过电压可达4～71倍 弧光接地时流过故障点的电弧电流为高频电流和工频电流的和，在弧光接地或电弧重燃的瞬间,已充电的相对地电容将 要向故障点放电,相当于RLC放电过程，其高频振荡电流为： t e C L U i t   sin   其中：U为相电压，δ＝R/2L，ωo＝1／ ， ≈ωo（在输电线路中 ） 过渡过程结束后，流过故障点的电弧电流只剩下稳态的工频电容电流 (3)弧光接地的危害 A、加剧了电缆等固体绝缘的积累性破坏，威胁设备安全； B、导致烧PT或保险熔断； C、导致避雷器爆炸； D、燃弧点温度高达5000K以上，会烧伤导线，甚至导致断线事故； E、电弧不能很快熄灭，在风吹、电动力、热气流等因素的影响下，将会发展成为相间弧光短路事故； F、电弧燃烧时会直接破坏电缆相间绝缘，导致相间短路事故的发生； G、跨步电压高，危及人身安全； H、高频电流对通讯产生干扰 (4)工频接地电流与电弧间的关系 维持弧光燃烧取决于高频振荡电流衰减的快慢和接地工频电流，工频接地电流与电弧间存在如下关系： 工频接地电流（残流） 电弧状态 30A 产生稳定性电弧 A、在20KV以下的系统，由于承受过电压的能力（过电压倍数，不是绝对值）较强，允许产生间歇性电弧，所以，它 的接地的电容电流的允许值是小于30A。

而20-63KV的系统承受过电压的能力较差，所以，它的接地的电容电流的允许值是2 小于10A B、相同大小（小于10A）的容性残流和感性残流均可起到消弧作用，所以当消弧线圈容量不足时，可采用前补偿调谐 C、补偿度（ ）过大，系统残流超过可能超过10A，可维持电弧燃烧，所以补偿度不宜过大 Ic I k L  3、消弧线圈补偿原理 消弧线圈利用流经故障点的电感电流和电容电流相位差为180°，补偿电容电流减小流经故障点电流，降低故障相接地 电弧两端的恢复电压速度，来达到消弧的目的 (1)消弧线圈补偿原理消弧线圈补偿原理图 如图所示，在正常情况下，三相电压是基本平衡的由于各种原因，系统发生单相（例如Ａ相）接地故障，破坏了原 有的对称平衡，系统将产生接地电容电流IC，消弧圈在当时系统中性点相电压的作用下，将产生电感电流IL它们各自的流 动方向如图１所示从向量图中，可以看出，Ｉ L 与Ｉ C 相差１８０°，所以是起相互抵消的作用UC’ UB’ ICC’ ICB’ 单相接地向量图 当系统未发生单相接地时，根据电工原理可以知道，在对称情况下，各相对地电压相等，在这些电压作用下，各相对 地电容产生的电容电流Ｉ CA ＝Ｉ CB ＝Ｉ CC ＝Ｉ CO ，分别越前于Ｕ A 、Ｕ B 、Ｕ C 电压的９０°。

当发生单相接地故障时（例如Ａ相 金属性接地）相当于在故障相上，加一个与Ｕ A 大小相同，但方向相反的相电压—Ｕφ，则故障相对地电压Ｕ A ＝０，而中性 点对地电压升高到相电压，其他两相对地电压升高 倍，即Ｕ′ B ＝Ｕ′ C ＝ Uφ，在Ｕ′ B 、Ｕ′ C 电压的作用下， 所产生的电容电流Ι′ CB 、Ι′ CC 分别越前于Ｕ′ B 、Ｕ′ C 电压的９０°，其相量和Ｉ C 即为流过A相故障点的电容电流 它的大小是正常时一相对地电容电流的３倍，方向滞后于A相正常时电压９０° A、单相接地后，故障相对地电压为零，中性点电压升高为相电压，健全相相电压升高 倍，而电源电动势及线电 压对称，且10~35KV负荷为对称 性负荷，仍为对称系统，所以中性点不接地及经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，可带故障运行，保证用户的 持续供电 B、故障点的电容电流大小是正常时一相对地电容电流的３倍，方向滞后于故障相正常时电压９０° (2)不同接地系统单相接地线路电流情况 A、经小电阻接地系统， 发生单相接地故障时，故障 线路的零序电流比非故障线 路零序电流大得多，而且两 者零序电流相差180°，根 据这一原理（零序电流原理、 零序功率原理），可以采用 非故障线路 故障线路 接地系统 大小 方向 大小 方向 不接地 小电阻 本线路电容电流 流入母线 非故障线路电 容电流和 流出母线 集中 补偿 本线路电容电流 流入母线 消弧 线圈 分散 补偿 本线路电容及所带消 弧线圈补偿电流和 流入或流出 母线 残流 流出母线（欠补） 流入母线（过补）3 电流元件快速区分出接地故障线路。

B、中性点经小电阻接地系统是利用零序电流及零序功率原理进行快速选线的，当该系统中运行消弧线圈时，因消弧线 圈改变了系统电容电流的分布，造成了选线正确率的下降，所以当这两个不同接地系统间进行负荷调整前，必须先停用调 整线路的消弧线圈4、消弧线圈引起的中性点位移电压ÙC ÙB ÙA O 中性点位移电压原理图 根据 “地”接点O的节电电压方程： 0 ) ( ) ( ) ( 3 2 1               O L O C O B O A U Y U U Y U U Y U U Y 可得：jd U jd U G G L j C C C j C C C j U U bd A C L A O                            3 1 ) ( ) ( 3 2 1 3 2 2 1 3 % 15 2 2 0 e bd U d U U     式中：ρ——称为电网的不对称度，其值与导线的排列形式，是否有地线及是否换位等因素 有关通常架空线的不对称度 ρ值为0.5%～1.5%，个别情况可达2.5%及以上，电缆线路的ρ值约为0.2%～0.5%。

若电网三相对地电容相等，则 ρ＝0，V N ＝0——为补偿电网的脱谐度 k——为补偿电网的补偿度——为补偿电网的阻尼率正常架空线路的阻尼率d约为3%～5%，线路污染受潮，d可增至1. 0%；电缆线路 d约为 d 2%～4%，绝缘老化时，可增至10%——为电网的不对称电压，是中性点不接地电网(无消弧线圈) 因三相对地电容不等而引起的中性点位移电压 bd U中性点位移电压相量图 A 因中性点不接地电网三相对地电容不等，产生不对称电压； B接于B相的备用电缆增加了电网不对称程度，加大了不对称电压（线路特别是电缆线路临时由运行线路充电时，应分 别接入三相） ； C 系统运行方式或消弧线圈变化时，造成中性点电压发生变化，可能引起假接地； D 消弧线圈中的阻尼绕组可有效减小中性点位移电压； E 经小电阻接地系统中性点位移电压很小； F 通过调节消弧线圈分头，可调整系统三相电压平衡；4 G 因消弧线圈的补偿电流是已知的，所以利用不同补偿电流时的，中性点电压位移可计算系统总的电容电流，以及脱 偕度，自动补偿消弧线圈就是利用这一原理进行自动补偿的 5、消弧线圈的补偿方式 (1)全补偿方式：补偿后电感电流等于网络电容电流，接地点残流为0，即I CΣ= I L。

从消除故障点的电弧，避免出现弧光过电压的角度来看，此种补偿方式是最理想的，但在全补偿时，ωL=1/3ωC Σ ，正 是电感L和三相对地电容3C Σ 对50Hz交流串联谐振的条件，在正常情况下，如果线路的三相对地电容不完全相等，则电源 中性点对地之间就产生电压偏移，该偏移电压在串联谐振回路中产生很大的电压降落，从而使电源中性点对地电压严重升 高因此，在实际应用中不能采用该种补偿方式2)欠补偿方式：补偿后电感电流小于网络电容电流，接地点残流为容性，即I CΣ＞ I L 在该种补偿方式下，当系统的运行方式发生改变时，如某个元件或某条输电线路被切除，在系统电容电流减小的情况 下，很可能出现I CΣ 和 I L 电流相等的情况，发生串联谐振过电压因此，该种补偿方式一般也很少被采用3)过补偿方式：补偿后电感电流大于网络电容电流，接地点残流为感性，即ICΣ＜IL 采用该种补偿方式，可以有 效避免系统发生串联谐振过电压的问题，在实际运行中获得了广泛的应用 考虑到系统的安全运行及中性点的对地电压，经消弧线圈接地系统，选取过补偿方式较好 6、消弧线圈装置（自动补偿） 一次设备接线如图 (无中性点)成套装置由Z 型接地变压器(系统中有中性点时不用)、有载调节式消弧线圈、限压阻 尼电阻箱、微机测量控制器组成。

(1) 曲折型接线的接地变压器 A、正常运行时长期处于空载运行状态，其零序阻抗、空载损耗很小 B、引出理想的人工中性点连接消弧线圈； C、正常运行时长期处于空载运行状态，其零序阻抗、空载损耗很小(2) 有载调节式消弧线圈 带有载分接开关的调匝式消弧线圈，正常不接地的情况下几乎处在空载状态下进行，使用寿命较长，利用每个分接头 工作时确定的电感量可计算电网电容电流和脱谐度3) 限压阻尼电阻箱 A、正常运行时，限制中性点位移电压 B、在发生单相接地时，为避免阻尼电阻降低消弧线圈的补偿能力，将电阻短接，同时也避免了电阻的过热短接阻尼 电阻采用中性点电压和电流两套独立启动短接回路 一套是根据中性点电压值来控制交流接触器KM１，若该值超过设定值，则电压继电器动作，控制交流接触器闭合接点 短接阻尼电阻 另一套是由直流接触器KM2、中间继电器、过流继电器组成，当系统接地流过消弧线圈的电流超过设定值时，电流继电 器动作，通过中间继电器使直流接触器闭合短接阻尼电阻双套措施互补，保证了电阻可靠短接若配有接地选线装置， 阻尼电阻在接地0.5 s后被短接4) 微机控制器5 采用实时测量法，可快速、准确、直观、完整地显示电网的有关参数，根据设定值自动或手动调整消弧线圈分头， 使其随时运行在最佳工作状态。

二、消弧线圈运行中的注意事项 1、电压互感器开口三角电压电磁式电压互感器接线图 中性点位移电压相量图 目前国内均采用电磁式电压互感器开口三角绕组构成的绝缘监测装置来监视系统的绝缘状况，如图，电压互感器通常 采用两个二次绕组，其中主二次绕组额定相电压为100/ 3 1/2 V，辅助（开口三角）二次绕组额定相电压为100/3V 电压互感器变比： 3 100 / 3 100 / 3 U 开口三角电压： o U o U c U o U U o U U U b a x a                 3 ) ( ) ( ) ( 1 1 开口三角电压反映3倍中性点电压（零序电压） 通常，绝缘监测装置的电压整定值为15～30V（即中性点位移电压为额定相电压的15%~30%） 若开口三角电压大于该 整定值，则使绝缘监测装置发出接地信号 （规程规定：无接地时中性点位移电压。