《消弧线圈的工作原理及动态消弧补偿系统的提出》由会员分享，可在线阅读，更多相关《消弧线圈的工作原理及动态消弧补偿系统的提出（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2. 消弧线圈的工作原理及动态消弧补偿系统的提出2.1 消弧线圈的工作原理2.1.1 中性点不接地系统单相接地时的电容电流电力线路导线间及导线与大地之间均存在分布电容，电器设备与大地之间 也存在电容。对于中压配电网，由于线路长度相对于工频波长来讲要短得多， 这些分布电容可以用集中参数电容代替。 一般来讲，各相对地电容C丰C丰C , abc 相间电容C丰C丰C。对于电缆网络和经过换位处理后的架空线路，各相参 ab bc ca数相差很小，可以认为C = C = C = C , C = C = C = C ，于是得到图2-la。a b c 0 ab bc ca m 当发生单相接地时，例如 A 相接地
2、，则 A 相对地电压 U =0，中性点对地电压 A 将由零变为相电压，B相和C相对地电压升高为线电压。于图2-1|】c7【Idcc2-la等值电路2-lb向量图是B相和C相的对地电容电流为：I = I = 3o C U(2-1-2)B C03=2 nf 工频角频率U 系统相电压，其方向分别领先于 U和U 90。，见图2-lbBACA从图 2-1b 中可以看出接地电流：I = I cos30 +1 cos30 = 3oC UDC BC0这个接地电容电流由故障点流回系统，它的大小等于正常时一相对地充电电流 的 3 倍，方向落后于 A 相正常时相电压 90。由于接地电流和接地相正常时的相电压相差 9
3、0。，所以当接地电流过零时加在弧隙两端的电源电压为最大值，因此故障点的电弧不易熄灭。当接地电容 电流较大时，容易形成间歇性的弧光接地或电弧稳定接地。间歇性的弧光接地 能导致危险的过电压。稳定性的弧光接地能发展成多相短路。2.1.2 中性点不接地系统的中性点位移电压中性点不接地系统在正常运行时，其中性点也具有一定的对地电位，这个对地电位叫中性点的位移电压，这一电压的产生主要是由于各相对地电容不相等所造成的。设各相对地电容分别为 C ,C ,C，各相绝缘的对地泄漏电阻分别a b c为r , r , r且r = r = r = r，三相电源电压平衡且以U为参考量，如图2-2所示,a b ca b c
4、AU = a2 U = a2U ,U = aU = aU，a = eo。，则不对称电压为D4NACCC,rrr图2-2中性点不接地系统自然不平衡电压U =PDjo (C + a 2 C + aC )abc UJ-c3 jo (C + C + C ) + a b c rjo (C + a2C + aC ) abcjo (C + C + C )abc1 j oR (C + C + C )abcBArR=-3C + a2 C + aC K = abcc C + C + Cabc1(2-1-2)K=cU1 - jd式中d= o R (C + C + C ) bK , d 分别称为中性点不接地电网的不对
5、称度和阻尼率。 c正常运行时因导线不对称布置所引起的电网不对称度是不高的，尤其是电缆网 络其值更小，表 2-1 列出了作者对 67 个煤矿 6KV 电缆电网的测定结果，从表 中可见，占实测总体 85%的电网其自然不对称度小于 0.54% ，所以中性点电压 位移较小。但是当系统中发生一相导线断线、或两相导线同一处断线、或开关 动作不同步都将使故障相的对地电容减小，从而使不对称度有较大的增长，中 性点的位移电压可能达到很高的数值。表 1-1 煤矿 6KV 电网自然不对称度分布规律Kc0.020.280.540.801.061.321.58(%)0.280.540.801.061.321.581.8
6、4频数f461143102i频率0.6870.1640.060.0450.01500.030f / ni2.1.3 消弧线圈的作用原理 中性点加入消弧线圈后，起到三个方面的作用，即大大减小故障点接地电 流；减缓电弧熄灭瞬时故障点恢复电压的上升速度；避免由于电磁式电压互感 器饱和而引发铁磁谐振。2.1.3.1 补偿原理如图 2-3 所示系统中性点接入消弧线圈。当 A 相接地时，中性点电压 U 将N 由零升高到相电压，于是消弧线圈中将产生电流 I. ，它的大小为LI U Ul其方向由故障点流回系统，较中性点的电压滞后 90。，亦即较A相正常时的相电压领先90。此时由故障点流回系统的接地电容电流 I
7、-滞后正常运行时的相C电压 90 。 ，所以消弧线圈电感电流和接地电容电流的方向相反。如果适当选择 消弧线圈 L 值的大小，使1UL =,贝I：I = 4 = 3(bC U3Cl Lo0那么通过故障点的电流将等于零。即接地电容电流 I 全部被消弧线圈的电感电C流I所补偿，从而使得电弧自动熄灭。L(b)向量图(a)等值电路图2-3消弧线圈接地系统发生单相接地时的等值回路和向量图通常，我们用脱谐度U表示消弧线圈的调谐情况,(C + C + C )-丄I Ia b CV =-C L =叫I(C其定义为+ C + C )bC(2-1-3)(1)(2)(3)当消弧线圈电感满足当消弧线圈电感满足当消弧线圈
8、电感满足L二1/3C的条件时,0L 1/3rnC的条件时,0I 二 I = 0LCI I 0LCI 0LC称为全补偿 称为过补偿。 称为欠补偿。对消弧线圈调谐的一个基本要求就是使接地点的残流小于一定值。由于实 际接地电流中不仅含有电容电流,还有少量的阻性电流和一定量的谐波电流, 而阻性电流和谐波电流是不能被消弧线圈电感电流补偿掉的,所以补偿后的残 流应由三部分组成,即工频电流 I 50(它可能是容性、也可能是感性、也可能被 完全补偿掉 ) 、阻性电流 I 和谐波电流 I ,其表达式为RXI = JI 2 + 12 + 12 = ；(U I )2 + (dI )2 + 12(2-1-4)g50
9、R XCCX式中 d 为消弧线圈补偿电网的阻尼率,它同未补偿电网 d 是有区别的,详细讨论见下节。2.1.3.2 关于串联谐振问题的讨论图 2-4 为考虑了各相绝缘泄漏电阻和消弧线圈的有功损耗后的补偿电网等值电路，其中L是消弧线圈电感，r0代表消弧线圈有功损耗的等值电阻。设三 相电源电压完全平衡、各相泄漏电阻彼此相等，且以A相作为参考相量。用戴维南定理可以得到补偿电网正常运行时的零序等效电路如图2-5a所示，图中u-为电网末补偿时的不平衡电压，u-为补偿后中性点位移电压。可见等效电PDN路是一个串联LC电路，当接近谐振条件时回路中电流很大，消弧线圈上电压 也即中性点位移电压很大。运行中规定中性
10、点位移电压不应大于 15%的相电压, 其表达式为：图2-4消弧线圈正常运行时的等值图jw (C + a2C + aC ) abcU113jw (C + C + C ) - j + + a b c wL r r0jw (C + a2C + aC ) abcU1 1 jw (C + C + C ) - j+a b cwL Rjw(C + a2C + aC ) abcjw (C + C + C ) abc jw (C + C + C ) - j 1abcjw (CawL _ -+ C + C ) j Rw (C + C + C )b c a b c u.沁 PDU 一 jd(2-1-5)式中113=
11、 + Rr0 rd 二-Rw (C + C + C )abc补偿电网的阻尼率电网的阻尼率一般约为 3%5% ，但煤矿 6KV 电网，由于井下电缆工作环境 恶劣，其电网阻尼率偏大，实测结果表明其值约在 7%左右 。中性点位移电压 的大小为：KU 二 =U(2-1-6)N 2 2 + d 2 图2-6为中性点位移电压随脱谐度变化的关系曲线。可见消弧线圈接地系 统中性点电压的大小与脱谐度有关，脱谐度越小，中性点位移电压越高；脱谐 度等于零即谐振补偿时，中性点的电压最高，此时的电压即为补偿系统的串联 谐振电压。PD3QK、-M N(a)正常运行时(b)单相接地时图2-5补偿电网正常运行时及单相接地时的
12、零序等值电路U : UN PD0 . 50.45xuhu0 . 40.350 . 30.250 . 20.150 . 10.05-1-0.8-0.6-0.4-0.200 . 20 . 40 . 60 . 81vU0图 2-6 不同 d 值下中性点位移电压与脱谐度的关系曲线2.1.3.3 弧隙恢复电压与脱谐度的关系 减缓接地点恢复电压的上升速度是消弧线圈的第二个作用， 当电网 A 相发 生单相接地时，其零序等效电路如图 2-5b所示，图中C二(C + C + C )二3C ,工abc0流过开关K的电流代表残流，当电弧熄灭时，相当于 K打开；M、N两点间电 压相当于弧隙的恢复电压，M点电压取决于实
13、际电网 A相电压的变化，如果熄 弧时该相的初相位为申角，电源电压最大值为U，则mu (t) = U ej (+申)Am1a =2 RCsN 点电压的变化规律取决于图中 L 两端电压的变化，它对应于补偿电网 中性点电压的变化。由于该零序等值电路的衰减系数为=d2R(C + C + C )2abc电路自振角频率为二 gl-U(1)2故有u (t) = -U e -atej 叫)Lm因此得故障相对地的恢复电压为u(t ) = u (t ) + u (t )AL=U (ej(t+) e-atej(t+)md + j=U ej(t+9)7)m完全调谐时， = 0，上式变为u (t) = U e j(t+9)(1 e2ot)m此时，恢复电压包线按指数规律从零上升至 U ，波形如图 2-7a 所示。当脱谐 m时，0，恢复电压将出现拍振现象，波形如图2-7b，其拍振周期T为u(t)/Um 1u(t)/Um 20.5-0.51050100-2050100(a) u = ，d = 0.05,申=0(b) u = 0.2, d = 0.05,申=0图2-7故障相恢复电压波形恢复电压的包线表达式为d uu (t) = U1 + e一dt 2e 2coscot(2-1-8)0m2或写成专 十2用co哙汕(2-8-9
