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1、目录1选题的背景以及研究的意义11.1选题的背景11.2研究的意义22本课题研究领域国内外动态及发展趋势32.1调匝式消弧线圈42.2调气隙式消弧线圈42.3直流偏磁式消弧线圈42.4磁阀式消弧线圈42.5高短路阻抗变压器式可控消弧线圈42.6调容式消弧线圈研究选题的提出43本课题拟采取的研究方案53.1消弧线圈的整定原则53.2电容电流的测量63.2.1 最大位移电压法63.2.2两点法63.2.3改进的方法73.3电网脱谐度的计算83.4消弧线圈的选择84论文完成的任务95本设计预期达到的目标96论文的工作量107经费的来源108时间安排109参考文献10调容式自动调谐消弧装置与研究1.选
2、题的背景以及研究的意义1.1选题的背景电力系统中性点运行方式的确定涉及到供电可靠性、过电压与绝缘配合、继电保护和 自动装置的正确动作、通讯干扰、系统稳定等许多问题，因此近几十年来，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关注的问题。中性点不接地系统因在发生单相接地时，线电压不变，对接于电网中的三相用电设备 的正常运行没有影响，在366Kv系统得到广泛运用。但随着电网的发展，变配电网中电 缆增多及加长，发生单相接地时，电容电流增大，由此引起的弧光过电压问题也日益严重, 直接威胁着电力系统的安全可靠运行。德国工程师彼得生(W.Petersen) 1916年首次提出并 应用消弧线圈接
3、地又称谐振接地来解决上述问题1。此后，消弧线圈的研究和应用得到广 泛的重视和加强。二十世纪八十年代末，法国电力公司从安全效果和供电质量两个方面经 过周密考虑后将中压电网的中性点全部改用谐振接地方式。德国是消弧线圈的故乡，起初, 包括220Kv的高压电网在内，中性点一律采用消弧线圈接地方式。现在，德国和周边的丹 麦、比利时、卢森堡和奥地利等诸国的中压电网、东欧的捷克、斯洛伐克、波兰、匈牙利、 罗马尼亚、保加利亚和南斯拉夫，以及独联体的欧洲诸国的中压电网，依旧和苏联当时一 样中性点采用谐振接地方式2。我国也于八十年代将消弧线圈应用于中压电网，也取得了 明显的效果。运行经验表明，采用谐振接地方式可显
4、著提高系统运行的可靠性和安全性。在我国，地面635kV的中低压电网普遍采用小电流接地方式。优点在于发生单相接 地故障时不形成短路回路，只在系统中产生较小的零序电流，三相线电压依然对称，不影 响三相对称负载的正常工作，所以不必立即跳闸，可以带故障继续运行12小时。但是小 电流接地系统发生单相接地后，非接地相对地的电压升高至线电压，这对单相运行设备是 不允许的，同时，间歇性电弧接地会产生弧光过电压3,4，可能会损坏其绝缘，引发严重的 相间故障。所以，我国电力部门有关规程规定5，小电流接地系统发生单相接地时，虽不 必立即跳闸，但带单相接地故障运行的时间不宜超过12小时。所以，当系统出现单相接 地故障
5、后，应设法使接地故障消除，在不能消除的情况下，应尽快的找出故障的线路，在 进行必要的负荷转移后，人为地将故障点从系统中切除。小电流接地系统中，主要是中性点不接地和中性点经消弧线圈接地两种形式。中性点 不接地系统发生单相接地时，流过接地点的电流为系统对地分布电容的电流，其大小与本 电压等级、电网规模的大小及线路的结构相关，当电网规模较大或电缆线路较多时，接地 电容电流就可能比较大，如果该电流大至一定程度时，就可能形成间歇性电弧，如果不切第1页共11页 断电源，电弧就不会熄灭，可能使许多本属于瞬时性的接地故障发展成为永久性的接地故 障，有可能造成故障设备烧毁、同时引发相间短路等严重的情况。安装消弧
6、线圈可以使接地点的基波电容电流减小，有利于故障点电弧的自行熄灭，可 使故障点的危害程度降低。过去，我国曾规定4,5,6： 35kV电网电容电流超过10 A，10k 电网电容电流超过20 A，6kV电网电容电流超过30 A时，应该装设消弧线圈。但近年来逐 步形成的共识是：不论电压等级大小，只要系统的电容电流超过10 A时，就应该考虑加装 消弧线圈。1.2研究的意义从本质上讲，消弧线圈就是接于电网中性点与大地之间的可变电感线圈，其作用就是 在电网发生单相接地时，产生一个可变的感性电流，来补偿电网分布电容产生的接地容性 电流，使流入接地点的残流值减小到电弧自行熄灭的程度。根据消弧线圈产生的感性电流
7、与电网自身的容性电流大小关系的不同，消弧线圈的状态有欠补偿、过补偿、全补偿三种 工作模式。在欠补偿方式下，消弧线圈所提供的感性电流小于电网的电容电流，单相接地 时接地点处仍然有一个容性的电流从大地流向线路；过补偿方式，感性电流大于容性电流, 此时在接地点的电流具有感性的性质；全补偿时感性流与容性电流相等，使接地点仅剩下 量值很小的有功电流和谐波分量。从减小接地点的残流、有利于电弧熄灭的角度看，全补偿效果最好。但是，电网的结 构及运行方式是不断变化的，系统分布电容电流并不是一个恒定不变的量，所以要实现全 补偿，消弧线圈必须采用可变电感，自动实时跟踪系统的电容电流，在系统发生单相接地 故障时，自动
8、调节电感量，使产生的感性电流始终与容性电流相等，即消弧线圈的自跟踪 补偿。自动跟踪补偿实质上是一种自适应的补偿方法，根据实时监测电网电容电流大小，自 动调节消弧线圈产生的感性电流，使两者处于平衡状态，从而使流过接地点的剩余残流值 减小到使电弧不能维持、自动熄灭的程度。当瞬时性故障时，电弧熄灭后，电网自动恢复 正常。对永久性的故障，虽然不能自动恢复正常，但由于已使接地点的电流很小，故障电 弧已不能维持，不会出现弧光接地过电压、烧毁接地点设备等严重的情况，接地故障的危 害程度大为降低。消弧线圈也经历了由固定消弧线圈补偿到自动调谐补偿的发展。随着配电网的迅速发 展，系统运行方式的多变，固定消弧线圈补
9、偿因其存在的缺点已不能适应电网的要求。因 此，近年来自动补偿消弧装置成为研究的热点，多种形式的消弧装置研制并应用于电力系 统。目前自动调谐消弧装置主要有调匝式、调气隙式、调容式、直流助磁式包括偏磁式和 磁阀式、高短路阻抗变压器式、还有其它的一些类型。本课题讨论的调容式消弧线圈具有 结构简单、装置成套化、无油化、无谐波污染且控制简单等优点。当系统中性点经消弧线圈接地时，流经消弧线圈的感性电流可抵消系统电容电流，使 故障点电流减小。当发生单相接地故障时，为使消弧线圈的感性电流能最大限度地补偿电 第2页共11页容电流，应调节消弧线圈的电感量至某一数值，使之和系统对地电容处于并联谐振状态7； 而当系统
10、正常运行时，应调节消弧线圈电感量偏离该数值，以避免消弧线圈和系统对地电 容发生串联谐振，保证中性点位移电压不越限(规程规定应小于0.15倍的额定相电压。为了满足系统在正常运行时和发生单相接地故障时对消弧线圈电感量调节的不同要 求，消弧线圈电感量必需进行调节。传统手动调节的消弧线圈，不能实时测量电网对地电 容和中性点位移电压；消弧线圈档位须离线调节，补偿精度低，限制中性点过电压能力差, 同时自动化程度低，完全不具备变电站自动化的要求8。因此，在配电网中迫切需要一种 能自动跟踪电网对地电容变化的消弧补偿装置。随着电力电子技术和计算机控制技术的迅速发展，为智能化的消弧补偿装置研究迎来 新的契机，它能
11、够在正常运行时对电网对地容性电流进行自动测量，跟踪电网的运行状态, 智能识别出单相接地故障后，快速调节消弧线圈的电感量，实现对地容性电流的完全补偿, 从而使接地电弧自行熄灭，因此对提高配电网供电安全可靠性、减小设备损坏、消除铁磁 谐振和保护运行人员人身安全等方面都具有重要意义9。2本课题的国内外动态及发展趋势电力系统的中性点运行方式主要有中性点不接地，中性点经阻抗接地，中性点直接接 地三种方式10-13。在中性点不接地的系统中，当发生单相接地时，线电压不变，对三相 用电设备的正常运行无影响。因此，这种中性点运行方式供电可靠性较高，在366kV系 统中广泛采用。但随着配电网的扩大，工业企业中变配
12、电网中电缆增多、加长，尤其是近 几年交联电缆增多，使用电网的对地电容电流大幅上升，不少610kV配电网的单相接地 电容电流己达50A，当发生单相接地时故障点的电弧不能自行熄灭，有可能产生稳定的或 间歇性弧光过电压，对系统中的绝缘薄弱部分构成威胁，易发生由于对地电容电流过大而 使电缆放炮，开关绝缘子爆炸等事故，从而影响电力系统运行的安全性和可靠性14-16。 因此，交流电气装置的过电压保护和绝缘配合规定：当310kV不直接连接发电机的系 统和35kV、66kv系统，当单相接地电容电流超过下列数值又需在接地故障条件下运行时， 应采用消弧线圈接地方式：(1) 对310kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线
13、路构成的系统和所有35kV、66kV系统, 10A。(2) 对310kV非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线路构成的系统，当电压为：3kV、 6kV时，30A； 10kV时，20A。对310kV电缆线路构成的系统，30A。为保证供电的可靠性，中压系统366kV电网的中性点一般采用中性点不接地方式。 当单相接地电容电流大于一定值时，为减小残流，抑制弧光过电压，采用中性点经消弧线 圈接地的方式17,18。在中性点经消弧线圈接地的电网中，当发生单相接地故障时，利用消弧线圈提供电感 电流补偿接地点的电容电流，使残流限制在一定范围内，从而达到熄灭电弧的目的19。消弧线圈经历了由老式固定消弧线圈补偿到自动调谐
14、补偿的发展。随着配电网的迅速 第3页共11页发展，系统运行方式的多变，固定消弧线圈补偿因其存在的缺点已不能适应电网的要求。 因此，近年来自动补偿消弧装置成为研究的热点，多种形式的消弧装置研制并应用于电力 系统。目前自动调谐消弧装置主要有调匝式、调气隙式、调容式、直流助磁式（包括偏磁式 和磁阀式）、高短路阻抗变压器式等等20,21-27。2.1调匝式消弧线圈调匝式消弧线圈配有多档有载开关和阻尼电阻，通过改变绕组的匝数来改变电感，由 于电感量与绕组匝数的平方成正比，因此，这种消弧绕组的分接头与有载分接开关相联， 即可实现电感调节。但绕组匝数是分级分档的，所以电感电流不能连续调节。调匝式解决 了老式
15、消弧线圈谐振或远离谐振点而残流大等缺点，但由于档位（一般不超过16档）的限制, 级间残流仍较大，调流精度也不高，调流范围为50100%额定电流之间。2.2调气隙式消弧线圈调气隙式消弧线圈配有阻尼电阻，利用电动机驱动传动机构带动铁芯上下调节铁芯气 隙从而改变磁导率而改变绕组电感，以达到最大位移电压，实现电感电流的连续调节。但 这种方式需采用精密的机械传动机构，且响应速度慢，噪声大，易产生机械动作失灵。2.3直流偏磁式消弧线圈直流偏磁式消弧线圈在零序电压或外加可控直流电源作用下利用晶闸管触发角来控制 磁饱和程度以实现调感来控制残流。具有电感电流连续可调，响应速度快等优点，但消弧 线圈使用强励磁会使
16、其补偿电流波形畸变，反而增大了残流。2.4磁阀式消弧线圈磁阀式消弧线圈也属直流助磁类型，但磁阀式消弧线圈的直流是利用电网电压本身经 绕组自耦变压后由晶闸管整流获得，工作绕组与控制绕组有机结合在一起，有利于减少损 耗，简化结构，利用直流控制铁芯的磁饱和度达到平滑调节补偿电流的目的。2.5高短路阻抗变压器式可控消弧线圈高短路阻抗变压器式可控消弧线圈其结构与普通变压器一样，具有高压绕组和低压绕 组，芯柱无气隙，结构简单。高压绕组即工作绕组，低压绕组即控制绕组由两个反并联的 晶闸管组成。通过调节晶闸管的触发控制角来调节绕组中的短路电流，从而实现电抗值的 可控调节。补偿电流可在0100%额定电流之间无级调节。因无阻尼电阻的投切，可
