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1、、F1前言随着经济的发展，社会的进步，自动调谐的消弧线圈得到了越来越广泛的应用。在许多 城市、石油、化工、钢铁、煤碳的高压供电网中都安装使用了消弧线圈补偿装置，大大地降 低了由于弧光接地过电压造成危害的机率。本书主要介绍天变航博公司ZDB-II,系列自动调谐消弧线圈系统的结构原理、操作方法 以及安装调试的步骤等。目录1 使用范围32 使用环境33 性能指标34 规格型号35 原理概述46 性能特点87 操作说明98 通讯协议169 附录18一、使用范围1.1 它可广泛用于供电局、发电厂、钢铁、煤炭、石油化工等大型厂矿企业的 366KV 系 统的变电站、开闭所。二、使用环境2.1 海拔高度 20
2、00m 以下。2.2环境温度：-10C40C。2.3 大气压力：80110KPa2.4 相对湿度20C时小于90%, 40C时小于50%2.5 无腐蚀性气体、蒸汽、导电尘埃和爆炸性气体，无较强的振动与冲击并应具有防水、防 尘设施。三、性能指标工作电压：三相四线制380V10%通讯接口： RS232 或 RS485通讯方式：应答式 电容电流测量精度：5%残流范围：小于 5A 档案容量：128 个四、规格型号ZDB - IIA设计序号 产品型号五、自动跟踪原理5.1 引言 在中性点不接地电网中,治理单相接地电容电流过大造成危害的方法之一是中性点加装消弧线圈。消弧线圈的作用是当电网发生单相接地故障后
3、，提供一个电感电流IL补偿接地电 容电流Ic,使接地电流减小，也使得故障相接地电弧两端的恢复电压速度降低,达到自动熄灭 电弧的目的。当消弧线圈正确调谐时,不仅可以有效地减少产生弧光接地过电压的机率，同 时也最大限度地减少了故障点热破坏作用及接地网电压等。对补偿系统的基本要求是:(1)在 发生单相接地故障时,补偿装置使流经故障点的残流减小 ,尽可能只有主接地电流的有功分 量和不能被补偿的高次谐波电流；(2)在电网正常和故障情况下,因中性点位移引起的相对地 电压升高值不得危害电网的正常绝缘。要想达到第一条的要求 ,还必须实现对电网电容电流 的自动跟踪问题,而(1)、(2)两条又是矛盾的,本章提出动
4、态补偿的概念解决这一矛盾。5.2 消弧线圈接地系统的中性点电压位移5.2.1 正常运行时的中性点电压位移消弧线圈接地系统等效电路如图一所示，其中L是消弧线圈的电感,r。代表消弧线圈有功损耗的等效电阻,设三相电源电压完全平衡,其值为U ，各相泄漏电阻彼此相等，ra=rb=rc=r，且以 UA 作为参考相量。j(C +a2C +aC )+ Cb + Cc)- j(1L)+1r+ 3rz 0C +a 2 C +aC ab. UC + C + C 申a bc (C + C + C) 1La b c/ L + jbcJ R (C + C + C )abCB Uv jd 式中kb =C + a 2C +
5、aCabCC + C + Cabc电网的不对称度1R (C + C + C )abc电网阻尼率j(C + C + C ) j(1/ L)V =abj (C+ C + C )bc电网的脱谐度1 3 1=+ Rrr0中性点位移电压的大小kUU 8 .二Nvv 2 + d 2 v 2 + d 2(1)式中为U 0中性点未加消弧线圈时电网的自然不平衡电压II-ILI fiI I r IIIN图一消弧线圈正常运行时的等值图图二 谐振曲线从式（1）可见，补偿系统中性点位移电压随着脱谐度变化而发生变化，其变化曲线即谐振 曲线如图二所示，可见脱谐度v越趋近于零，中性点位移电压愈高，当v=0即全补偿时，其 值为
6、U /d。所以加装消弧线圈后，对中性点位移电压起到了放大作用，脱谐度愈小，放大作 0用愈强，放大倍数约为1040。5.2.2故障时的中性点电压位移当电网中出现单相断线，非全相合闸等故障时， U 增大， U 将可能超过限值。另外， 0N电网中出现非同期合闸或大型异步电动机投切操作都可能产生过电压，只有一点补偿电网同 未补偿电网是相同的，即发生单相金属性接地时，中性点电压位移都是U。5.2.3小结(1) 在电网正常运行情况下,正确调谐的消弧线圈对电网安全运行有害无利,为了满足正 常中性点位移电压不超过某一限值的要求而不得不将消弧线圈的脱谐度整定在较大 的数值,使接地残流加大，补偿效果降低。(2)
7、在电网发生断线故障，断路器非同期合闸事故或大型电动机投切操作时，小脱谐度的 消弧线圈使中性点电压位移比无补偿电网严重得多，将出现危险的过电压。(3) 消弧线圈发挥有利作用是在电网出现单相接地后，并且脱谐度越小越好，最好是全补 偿。可见(1)、(2)与(3)条是矛盾的，如何解决这种矛盾呢？一种方法是采用增大电网阻尼 率d的方法，如采用消弧线圈并联电阻或串联电阻接地方案，这种方案在生产实践中也都发 挥了有益的作用。但是 d 增大必然造成接地残流增大。另外,附加大容量的电阻从设计制造 安装等方面都有一定的困难。由于现代微电子科学和电力电子技术的发展，完全可以实现动 态补偿的方案，即在电网正常运行时，
8、消弧线圈工作在远离谐振点位置，出现单相接地后， 瞬间调整消弧线圈实施全补偿。5. 3自动跟踪动态补偿系统 5.3.1自动跟踪原理目前国内外已有的自动跟踪调节消弧线圈补偿系统实际上都是一种随动系统，即消弧电 抗器的电抗自动跟踪电网电容电流的变化而调整，这种调整发生在单相接地故障之前。其基 本工作原理有两种，一种是利用中性点位移电压和参考电压之间的相位移与消弧线圈脱谐度 之间的关系来跟踪调整消弧线圈电感，对于一个实际的电网，即使电容电流不变，仍变化很 大，这就给调谐带来误差，为了弥补这一缺点，需要在某相对地之间附加一电容C，增大电 网的不平衡度。另一种方法是利用中性点位移电压的幅值随脱谐度变化的关
9、系来跟踪调整消弧线圈电 感。从图二可见，随着脱谐度向零点逼近中性点位移电压趋近其最大值，可见以上两种调节 的过程也就是电网出现串联谐振过电压的过程。另外，这些方法都不能实时检测电网电容电 流的具体数值，也很难定量地调节线圈的脱谐度。根椐式 (1)vd 时(2)UU C0 二 0 s -式中 :C = C + C + C sabcNv C 1/wLs所以在远离谐振点处，当消弧电抗器电感值为L1时，测得中性点位移电压为UN1调整电感为L2时，测得中性点位移电压幅值为U ，则可以利用式(3)计算出C :N 2s小 U /(U L ) -1/L“、C 二一N1N2 1 (3)工(U / U -1)N1
10、N2如果利用微机的计算能力强等特点，在具体算法上采取一系列提高精度的措施，设定 检测灵敏度上采取某种处理方法，可以利用上述原理较为精确地实时测定电网电容电流值, 并给以直观的显示。5.3.2连续可调消弧电抗器动态补偿要求消弧电抗器在电网出现单相接地后能够瞬间调整至全补偿状态。这就对消 弧线圈有两点基本要求:一是能够带额定电压连续调节电感值,二是调节速度迅速。利用机械 运动改变铁芯中气隙长度，从而改变电抗器电感的方法不能满足这一要求。可以采用在交流 工作线圈内布置一个铁芯磁化段，通过改变铁芯磁化段磁路上的直流助磁磁通大小来调节交 流等值磁导，实现电感连续可调的目的。其基本结构如图三所示，其直流励
11、磁绕组采取反串 联连接方式，使各绕组上感应的工频电压相互抵消。通过对三相全控整流电路输出电流的闭 环调节，实现消弧电抗器励磁电流的控制，利用微机的数据处理能力，对这类电抗器伏安特 性上固有的不大的非线性实施动态校正。六、性能特点ZDB-II系列消弧补偿成套装置为原煤炭部1998年新技术推广项目，成套装置96年度 获部科技进步三等奖，98 年度系列产品再获煤炭工业科技进步三等奖，产品已在电力、 煤炭、钢铁、石化等 200 余个电网挂网运行。这种消弧线圈的基本工作原理是利用施加 直流励磁电流，改变铁芯的磁阻，从而达到改变铁芯电抗值的目的，它可以带高电压以 电的速度调节电感值。一、成套装置的组成成套
12、装置由消弧装置和消弧装置控制器组成。其中 Z 型接法的接地变压器和消弧线 圈为环保型 H 级干式变压器。控制器为大屏幕液晶显示。二、成套装置的性能特点(1) 电控无级连续可调消弧线圈，全静态结构，内部无任何运 动部件， 任何触点，可靠性高、调节速度快、使用寿命长。(2) 消弧线圈调节范围大，补偿电流上下限之比可达 40 倍。(3) 无需外加阻尼电阻，不存在由于控制死区而引发电阻着火、崩烧的 问题。(4) 采用动态补偿方式，从根本上解决了补偿系统串联谐振过电压的问 题。(5) 是唯一一种可以同电网中原有方向型接地选线装置配套使用的补偿 装置。(6) 控制系统功能齐全，可实时显示电容电流，补偿后残
13、流，具有电容 电流追忆功能及接地故障追忆功能。(7) 具有 RS-232/485 串行接口，可同上位机通讯，实时传送电网电容电 流、中性点电压、上下限报警、装置自检信息，电网发生接地故障后传 送补偿电流、残流等信息。(8) 具有双套并用功能。(9) 成套装置装有打印机。(10) 成套装置可选装选线装置三、成套装置的主要技术指标1) 电网电容电流跟踪灵敏度：不大于 0.5A；2) 励磁电流从零至最大调节时间：不大于 20ms；3) 补偿后接地电流工频无功分量：不大于 5A；4) 补偿后系统脱谐度：不大于5。七、操作说明本装置调试完毕投入运行，监视跟踪电容电流的变化，自动调整补偿参数。当发生接地
14、故障时自动补偿并记录接地信息。该装置设置了六个键：复位键、Fl、F2、F3、F4和自检键。其中复位键是系统直接进 入复位状态的功能键，任何时候按下此键，系统均进行复位，程序重新进入正常监控状态。 自检键是系统进入自检状态的功能键。其他键为功能复用键，具体功能见液晶屏上的提示。 下面将分别介绍其中的主要界面和具体的操作方法。1、开关机顺序开机：先投入消弧线圈，再投入控制装置 关机：先关控制装置，再关消弧线圈2、开机运行开机后显示如图 l 界面，停留 8 秒进入测量状态，如图 2 所示。ZDB- II电容电流自动跟踪动态补偿装置天津市航博公司图 l ZDB-2A 主界面02-01-18/16：3&
15、34开口电压：001.2V正在检测电容电流自动跟踪动态补偿装置 天津市航博公司F1参数 F2调时 F3档案 F4消音图2在此界面中“02-01-18/16:38:34”表示当前的时间是 2002 年 1 月 18 日 16 时 38 分 34 秒此为实时时钟，接地故障发生与否不影响此时钟。“开口电压”右面的“001.2V表示当前母线的开口零序电压值，无论是否发生接地故障, 此值总是实时显示该段母线的开口零序电压值。“正在检测”表示了该装置的状态 “电容电流自动跟踪动态补偿装置”表示产品的名称；“天津市航博公司”是该装置的开发商；“F1 参数 F2 调时 F3 查档 F4 消音”是对操作者提供的操作提示，其具体操作将在 下面作详细的介绍。控制器处于测量电网电容电流的状态，缓慢递加施加直流励磁，此期间控制柜的“助磁 电流”表指针
