调匝式消弧线圈说明Word格式.docx

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所以各相对地电容电流的相量和为零，没有电容电流流过大地。

于是，变压器的中性点和等值集中电容器组的中性点之间就不会有电位差，而电容器组的中性点是接地的，所以变压器的中性

点也同样具有地的电位。

从上述可知，对中性点不接地的三相电力网，当三相电压对称，而各相的对地电容又相等时，中性点电位为零。

因此，从正常传输电能的观点来看，中性点接地与否并对运行无任何影响。

可是，当中性点不接地系统的各相对地导纳（主要是容性电纳）大小不相等时，即使在正常运行状态，中性点的对地电位也不再是零。

通常，把这种情况称为“中性点位移”，即中性点对地的电位偏移。

这种现象的产生多数是由于架空线路排列不对称而又换位不完全的原因造成的。

图1-2为有中性点位移时的相量图。

图中UA、UB、UC为对称的三相电源电压。

UO为中性点对地电压（位移电压）。

UAO、UBO、UCO分别为各相对地电压。

它们之间的关系为：

UAO=UA+UO，UBO=UB+UO，UCO=UC+UO。

即相对于各相电容对称的情况而言，相对地电压的中性点由O点位移至了O′点。

一般的情况下，在电缆网络三相对地电容对称，正常运行时中性点所产生的位移电压非常小的，而架空线路对地电容是不对称的，一般采用换位解决，当中性点经消弧线圈接地并采用完全补偿时，位移电压的影响将不可忽视，所以通常要求中性点位移电压不超过电源相电压的3.5%左右

2、中性点不接地的电力网的单相接地

当中性点不接地电力网发生单相接地时，情况将发生明显变化。

图1-3表示C相发生金属性接地时的情况。

接地后故障点C相的电压变为零，既Udc=0。

这时，按故障相条件，可写出下列电压方程式：

UO+UC=Udc=0

式中UO——中性点对地电压，UC——C相电源电压，

故有UO=-UC

上式表明，当C相发生单相接地时，中性点的对地电压不再是零，而变成了-UC,于是A、B相的对地电压相应地为：

UdA=UO+UA=-UC+UA=√3UCe-j150

UdB=UO+UB=-UC+UB=√3UCej150

•上式表明，当C相发生单相接地时，中性点的对地电压不再是零，而变成了-UC,于是A、B相的对地电压相应地为：

•UdA=UO+UA=-UC+UA=√3UCe-j150

•UdB=UO+UB=-UC+UB=√3UCej150

其相量关系如图1-3所示，UdA及UdB之间的夹角变为60o。

这时AC相之间的电压等于UdA，BC相之间的电压等于UdB，而A、B相间的电压则等于UAB，即相当于原有的线电压三角形ABC平移到了A′B′C′的位置。

换句话说，三个线电压仍保持对称和大小不变。

但是，从式中均可看出，两个非故障相A和B的对地电压却升高√3倍。

由于线电压仍保持不变，故对电力用户的继续工作没有什么影响。

同时，尽管相对地电压升高了√3倍，但对电力网以及各种电气设备也无多大危险，因为在中性点不接地的电力网中，各种设备的绝缘是按线电压来设计的。

但是，由于A、B两相对地电压升高了√3倍，该对地的电容电流也相应地增大了√3倍，即ICA=ICB=√3ICO（ICO=ωCUφ）。

由于C相接地，其对地电容被短接，所以C相的对地电容电流变为零。

于是经过C相接地点流进地中的电容电流（即接地电流）不再是零，而是：

•IC=-（ICA+ICB）（1-1）

假定线路各相的对地电容均相等，即CA=CB=CC=C，则两健全相的电容电流分别为：

•ICA=UdA/-jXc=j√3ωCUce-j150=√3ωCUce-j60

•ICB=UdB/-jXc=j√3ωCUcej150=√3ωCUce-j120

• 

将ICAICB的值代入式，可得：

•IC=-（ICA+ICB）=√3ωCUc（e-j60+e-j120）=j3ωCUc

其绝对值为：

IC=3ωCUΦ

•其中UΦ——装置的相电压（伏）

•ω——角频率（弧度/秒）

•C——相对地电容（法拉）

上式表明，在中性点不接地的电力网中，单相接地电流IC等于正常时相对地电容电流的三倍。

综上所述对于不同电压等级的电力系统，其中性点的接地方式是不同的，根据我国国情，我国6~66KV配电系统中主要采用中性点不接地系统即小电流接地运行方式。

实践表明中性点不接地系统（小电流接地系统）也存在许多问题，随着电缆出线增多，配电网络中单相接地电容电流将急剧增加，当系统电容电流大于10A后，将带来一系列危害，具体表现如下:

1）、当配电网发生单相接地时，当容电流一旦过大（超过10A），接地点电弧不能自灭，就会迅速发展为相间短路，造成停电或损坏设备的事故，引起统一线路跳闸，因小动物造成单相接地而引起相间故障造成的停电事故也时有发生，使供电中断。

2）、当出现间歇性电弧接地时，产生弧光接地过电压，这种过电压可达相电压的3～5倍或更高，它遍布于整个电网中，并且持续时间长，可达几个小时，产生的弧光过电压，引起多处绝缘薄弱的地方放电击穿和设备瞬间损坏，击穿电网中的绝缘薄弱环节，而且对整个电网绝缘都有很大的危害。

3）、配电网的铁磁谐振过电压现象比较普遍，时常发生电压互感器烧毁事故和熔断器的频繁熔断，严重威胁着配电网的安全可靠性。

4）、造成接地点热破坏及接地网电压升高：

单相接地电容电流过大，使接地点热效应增大，对电缆等设备造成热破坏，该电流流入接地网后由于接地电阻的原因，使整个接地网电压升高，危害人身安全。

5）、当有人误触带电部位时，由于受到大电流的烧灼，加重了对触电人员的伤害，甚至伤亡。

6）、配电网对地电容电流增大后，对架空线路来说，树线矛盾比较突出，尤其是雷雨季节，因单相接地引起的短路跳闸事故占很大比例。

7）、交流杂散电流危害：

电容电流流入大地后，在大地中形成杂散电流，该电流可能产生火花，引燃瓦斯煤尘爆炸等，可能造成雷管先期放炮，并且腐蚀水管，气管等。

接地电弧引起瓦斯煤尘爆炸。

电力系统中性点经消弧线圈接地的特点：

线路发生单相接地故障时不立即跳闸，按规程规定，电网可带单相接地故障运行二小时。

运行经验和已有的资料表明，当接地电流小于7—10A时，电弧能自熄。

几十年来，中性点经消弧线圈接地方式在我国6—35KV电网上得到了广泛的应用，积累了大量的经验，根据国家原电力工业部《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定，3—66kV系统的单相接地故障电容电流超过10A时，应采用消弧线圈接地方式。

二、设备介绍

1、特点

调匝式是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。

它的不足之处是不能连续调节，需要合理的选择和确定档位数和每档变化范围，使残流在各种运行方式下都能限制在5A左右，以满足工程需要。

2、性能指标

a）电压等级：

6KV~66KV

b）电容电流测量误差：

小于2%

c）调档时间：

小于30ms

d）档位数：

16/32

e）接地残流：

小于5A

f）控制器电源：

220V50Hz

g）控制器适用环境

温度：

-10℃~+45℃

湿度：

小于95%

海拔高度：

小于1000m

h）选线路数：

8~42路

i）通讯接口：

RS232/RS485

3、接地变压器技术参数

35KV

b）额定容量：

50~2500KVA

c）中性点电流：

10~250A

d）额定频率：

50HZ

e）绝缘等级：

H级

f）绝缘水平：

LI170/AC70

g）防护等级：

IP00（无外壳）、IP20、IP23（有外壳）

h）安装方式：

户内/户外

i）执行标准：

GB10229、IEC289

4、消弧线圈技术参数

GB10229、GB6450、GB1094

全套装置包括:

中性点隔离开关、Z型接地变压器（系统有中性点可不用）、有载调节消弧线圈、中性点氧化锌避雷器、中性点电压互感器、中性点电流互感器、阻尼限压电阻箱和自动调谐和选线装置。

三、装置总体构成

该装置由接地变压器、调匝式消弧线圈、微机控制器、阻尼电阻箱等构成，总体构成图如下：

（一）接地变压器

消弧线圈系统在接入时必须有电源中性点，在其中性点上接入消弧线圈。

接地变压器的作用是在电力系统为△型接线或Y型接线中性点未引出时，用接地变压器构造成系统中性点。

接地变压器采用Z型接线的变压器，即ZN，yn11连接的变压器。

由于变压器高压侧采用Z型接线，每相绕组由两段组成，并分别位于不同相的两铁心柱上，两段线圈反极性连接，两相绕组产生的零序磁通相互抵消，故零序阻抗很低，同时空载损耗也非常小，变压器容量可以100%被利用。

用普通变压器带消弧线圈时，消弧线圈容量不超过变压器容量的20%，而Z型变压器则可带90%~100%容量的消弧线圈，可以节省投资。

接地变压器除可以带消弧线圈外，也可带二次负载，代替站用变。

在带二次负载时，接地变压器的一次容量应为消弧线圈与二次负载容量之和；

接地变压器不带二次负荷时，接地变压器容量等于消弧线圈容量。

（二）调匝式消弧线圈

调匝式消弧线圈是在消弧线圈设有多个抽头，采用有载调压开关调节消弧线圈的抽头以改变电感值。

在电网正常运行时，微机控制器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。

当消弧线圈的额定电流小于100A时，一、二次绕组无抽头，其电流调节范围为10A至额定电流。

当消弧线圈的额定电流大于或等于100A时，一、二次绕组带有中间抽头，对于投运初期电容电流小时，可在低电流档运行，其电流起点为100A。

电容电流增大后，可运行于高档位。

（三）微机控制器

1．功能特点

微机控制器采用工业控制计算机（PC104）做为主机，显示部件采用彩色液晶显示器。

工控产品的可靠性保证了系统的稳定运行；

彩色中文显示方式使数据显示更为直观。

微机控制器是整套装置的核心部分，所有的计算、显示、通讯及控制部分都是由它来完成的。

其具有以下功能：

（1）可自动测量电容电流，自动进行调节控制。

（2）可显示系统电压、位移电压。

（3）可显示消弧线圈电流、频率、残流、脱谐度、时间等参数。

（4）具有接地次数统计及对应接地时的系统参数记录功能。

（5）可通过控制器手动操作电容器投切。

（6）随时打印系统故障信息或查询打印。

（7）设有通讯功能，可通过RS-232、RS-485口实现与上位机的通讯。

一台微机控制器可以控制一组消弧线圈，也可以同时控制两组消弧线圈，同时具备两台控制器并联运行功能。

2．控制器构成

控制器由多路开关、信号放大器、A/D转换、光电隔离、I/O口、PC104主板、显示键盘、等构成，原理构成如下图所示。

UAB

U0

I0

零

序

电

流

档位

回读

接地

驱

动

光

隔

离

I

O

接

口

液晶显示器

控制

报警

控制器原理框图

该控制器硬件架构采用标准工业6U机箱，母板加插板式结构，接线端子排直接固定在插件板上，抗干扰能力强，接线及维护方便。

为了使系统有更强的抗干扰能力，在设计线路板时，电源板、信号调理板等均采用了多层板结构。

同时，控制器的接插件、接线端子等均采用进口或台湾生产。

母板垂直安装于控制器内，各插板从控制器后插入，各插板在控制器的位置如下图所示，各插板的位置是固定的，不能插错。

（1）电源板：

为控制器提供高可靠性电源。

提供的电源有+5V、+12V、+15V、-15V、+24V。

各电源地相互独立，提高抗干扰性。

（2）驱动板：

为系统提供输出信号，以控制电容柜真空开关的通断。

（3）主板：

采用PC104工控机主板，该主板为控制器的核心，配有电子盘以存储应用程序。

（4）信号调理板：

该板作用是将现场信号经CT输入板变换后，转换成计算机所需的标准信号。

（5）信号输入板1：

将现场的零序电压互感器信号及零序电流互感器信号（前八路），输入到该板进行信号变换。

（6）信号输入板（2~4）：

将现场的零序电流互感器信号（9~42路）输入到这三个信号输入板中，进行信号变换。

3．控制屏

控制器安装在控制屏上，控制屏标准尺寸为2260mm×

800mm×

600mm，一面控制屏可安装两台控制器。

控制屏除安装有控制器外，还安装有电流表、电压表及各种接触器等低压电器。

4．

开始

上电清屏

显示运行初始化

关中断

中断设置

开中断

上电测控初始化

运行显示

键扫描、键功能

采样中断服务

程序

接地选线中断服务程序

控制程序流程图：

人工方式？

自动方式？

是否测量？

测量、显示测量结果

自动测控

是

否

否

控制程序流程图

（四）阻尼电阻箱

在自动跟踪消弧线圈中，调节精度较高，残流较小，接近谐振点运行，为防止产生串联谐振过电压，在消弧线圈接地回路中串接了阻尼电阻。

从而确保系统正常运行时，中性点位移电压不超过15%相电压。

阻尼电阻选用抗高温且性能优良的不锈钢电阻，当系统发生单相接地故障时，系统将该阻尼电阻短接，以免烧毁阻尼电阻；

当系统恢复正常时，断开阻尼电阻短接触点，使阻尼电阻正常串接消弧线圈回路中，否则系统有可能因失去阻尼电阻而出现谐振过电压。

本公司采用ZX18型不锈钢电阻，根据消弧线圈容量选用不同的阻值。

四、接地选线单元

接地选线单元集成于控制器内，选线线路最大为42路。

设有三种选线方法，即“有功功率法”、“残流增量法”及“有功功率法+残流增量法”可由用户设定。

2.有功率法：

当系统发生单相接地故障时，接地线路的零序功率中包含有消弧线圈、接地变压器铜损、铁损及系统对地绝缘电阻所产生的有功功率；

非接地线路零序功率中只包含自身产生的有功功率，两者相差很大，可判别有功功率较大的为接地线路。

3.残流增量法：

当系统发生单相接地故障时，首先采集各线路的零序电流，并记录下来；

然后控制消弧线圈改变一档，再把各线路的零序电流采集一遍，也记录下来，同时求出各消弧线圈在调档前后零序电流的变化量。

因为非接地线路的零序电流在调档前后无明显变化，而接地线路的零序电流变化量为调档前后电感电流的调节值，所以零序电流变化量最大者即判为接地线路。

4.有功功率法+残流增量法：

该选线采用有功功率及残流增量为综合判据，对接地线路进行判断选线。

由于该方法集成了两种方法的优点，所以选线更为准确。

五、选型须知

a）确定电压等级：

告知供电系统的电压等级，如6KV、10KV等。

b）确定消弧线圈容量

消弧线圈容量的确定主要根据供电系统单相接地故障时电容电流的大小来确定，并应有一定的裕量。

具体步骤如下：

1.间接测量系统单相接地电流Ic。

2.计算消弧线圈容量：

W=（1.2~1.4）Ic×

Un

W—为消弧线圈容量

Ic—为系统对地电容电流

Un—为系统相电压

说明：

对于改造工程，Ic应以实际测量的接地电流值为准，而对于新建供电工程，则应根据设计资料进行计算。

c）确定接地变压器容量

接地变压器的容量应与消弧线圈相配合，当接地变压器只带消弧线圈而不带二次负荷时，其容量即等于消弧线圈容量；

当接地变压器带二次负荷时，其一次侧容量等于消弧线圈容量加上二次侧负荷容量。

d）确定零序电流互感器个数