消弧线圈工作原理分析优质文档.docx

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消弧线圈工作原理分析优质文档

一、消弧线圈的工作原理

配电系统是直接为用户生产生活提供电能支持的系统，其功能是把变电站或小型发电厂的电力输送给每一个用户，并在必要的地方转换成为适当的电压等级。

国内外对于提高以可靠性和经济性为主要内容的配电网运行水平非常重视。

影响配电系统运行水平的因素主要有网架结构、设备、控制策略和线路等，选择适当的中性点接地方式是最重要和最灵活的提高配电网可靠性和经济性的方法之一，因此进一步研究中性点运行方式对于提高配电系统运行水平有重要意义，中性点运行方式选择是一个重要且涉及面很广的综合技术经济问题，其方式对配电系统过电压、可靠性、继电保护整定、电磁干扰、人身和设备安全等影响很大。

电力系统中中性点是指Y型连接的三相电，中间三相相连的一端。

而电力系统中中性点接地方式主要分为中性点直接接地和中性点不直接接地或中性点经消弧线圈接地。

两种接地方式各自优缺点：

中性点不接地系统单相接地时，由于没有形成短路回路，流入接地点的电流是非故障相的电容电流之和，该值不大，且三相线电压不变且对称，不必切除接地相，允许继续运行，因此供电可靠性高,但其它两条完好相对地电压升到线电压，是正常时的√3倍，因此绝缘水平要求高，增加绝缘费用，对无线通讯有一定影响。

中性点经消弧线圈接地系统单相接地时，除有中性点不接地系统的优点外，还可以减少接地电流，通过消弧线圈的感性补偿，熄灭接地电弧，但接地点的接地相容性电流为3倍的未接地相电容电流，随着网络的延伸，接地电流增大以致使接地电弧不能自行熄灭而引起弧光接地过电压，甚至发展成系统性事故，对无线通讯影响较大。

中性点直接接地系统单相接地时，发生单相接地时，其它两完好相对地电压不升高，因此绝缘水平要求低，可降低绝缘费用，但短路电流大，要迅速切除故障部分，对继电保护的要求高，从而供电可靠性差，对无线通讯影响不大。

随着社会经济的迅猛发展，电力系统的重要性日益凸显。

因而近几年电网的安全可靠运行倍受关注。

在电力系统中发生几率最大的故障类型为单相接地故障。

而在发生故障后及时确定及切断线路故障则显得尤为重要

配电网中主要采用第二种中性点接地方式。

但是以前以架空线路为主的配电网采取中性点不接地方式，随着配电系统扩大和线路增加，当中性点不接地电网发生单相接地时，在接地点要流过全系统的对地电容电流，如果此电流过大，就会和接地点燃起电弧，引起弧光过电压，从而使非故障相的对地电压进一步升高，因此，使绝缘损坏，形成两点或多点的接地短路，造成停电事故，所以中性点不接地方式已不能满足电网安全稳定运行的要求，因此以架空线路为主的配电网中性点逐渐采用消弧线圈接地方式。

虽然两种中性点接地方式各有自己的应用范围和优缺点。

但在此主要介绍现代电力系统配电网络采用较多的中性点经消弧线圈接地一种方式。

所谓中性点经消弧线圈接地方式，就是在中性点和大地之间接入一个电感消弧线圈。

该方式在系统发生单相接地故障时，利用消弧线圈中的电感电流对接地电容电流进行补偿，使得流过接地点的电流减小从而使电弧自行熄灭。

消弧线圈是一个带铁心的电抗线圈。

正常运行时，由于中性点对地电压为零，消弧线圈上无电流。

单相接地故障后，接地点与消弧线圈的接地点形成短路电流。

中性点电压升高为相电压，作用在消弧线圈上，将产生一感性电流，在接地故障处，该电感电流与接地故障点处的电容电流相抵消，从而减少了接地点的电流，使电弧易于自行熄灭，提高了用电可靠性。

中性点经消弧线圈接地方式由于具有线路接地故障电流较小和自动消除瞬时性接地故障的优点,在我国10kV配电网系统中得到了广泛的应用。

，由于系统发生单相接地故障时候对地电流小，故称为小电流接地系统。

由于小电流接地电网发生单相接地故障时对电力设备和人身危害小，并且三相之间的线电压基本保持不变。

因此可允许电网在此情况下继续运行一段时间。

不影响系统中用电设备的段时间正常工作。

电力系统中单相接地时故障录最高的一种事故。

现代电力系统中，随着电力系统的发展，配电网采用的电缆线路越来越多，电缆线路的增加导致系统电容电流急剧增加，而电力系统中电容电流产生的原因主要是由于输、配电线路对地存在电容，三相导线之间也存在着电容。

当导线充电后，导线就与大地存在了一个电场，导线会通过大气向大地（另二相导线也拆算到地）放电，将导线从头到尾的放电电流“归算”到一点，这个“假想”的电流就是各相对地电容电流。

既输电线和大地相当于两块极板，构成一个分布电容。

没发生单相接地的时候就存在对地电容电流。

发生单相接地故障的时候这个对地电容电流和各相电压有可能增大。

根据这个电流的大小可分为大电流接地系统和小电流接地系统。

消弧线圈接地电网中单相接地时的电流分布图

第三周汇报补充材料

（1）金属接地就是有一相直接接地，对地电阻为0欧左右，接地电压一般为零，为理想状态下存在，现场作业无法达到；非金属性接地对地电阻比较大，接地电压一般不为零。

（2）串联谐振时的电容、电感、电阻，总阻抗大，电流不易通过，电压抬高；又由于串联的电感、电容相互充放电，产生的电压和原电路的电压相叠加，进一步抬高电压，所以是过电压。

（3）并联谐振时的电感、电容、电阻，总阻抗小，只相当于电阻的值，电路电压正常或下降，电流通过比较方便；又由于并联的电容、电阻相互充放电，使原电路的电流与充放电的电流相叠加，产生高电流。

所以是过电流。

（4）多相交流系统中，实际的或等效的中性点与参考地之间的电位差。

（5）单相接地等值电路图

（6）单相接地故障时候的感性、容性电流图

二、调谐方式及工作原理

消弧线圈的作用是当电网发生单相接地故障后，提供一电感电流，补偿接地电容电流，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，达到熄灭电弧的目的。

早期采用人工调匝式固定补偿的消弧线圈，称为固定补偿系统。

固定补偿系统的工作方式是将消弧线圈整定在过补偿状态。

之所以采用过补偿一是当系统处于全补偿时会形成串联谐振过电压，危及系统绝缘；二是为了避免欠补偿方式下运行时，若部分线路停电检修或系统频率降低等原因都会使接地电流减少，又可能变为完全补偿，使系统产生谐振过电压。

而且当处于全补偿状态时候，消弧线圈留有一定的裕度，即使电网发展使电容电流增加，仍可以继续使用。

但是这种装置运行在过补偿状态当电网中发生了事故跳闸或重合等参数变化时脱谐度无法控制，以致往往运行在不允许的脱谐度下，造成中性点过电压，三相电压对称遭到破坏。

可见固定补偿方式很难适应变动比较频繁的电网，这种系统已逐渐不再使用。

取代它的是跟踪电网电容电流自动调谐的装置，这类装置又分为两种:

（1）预调式。

系统正常运行时候，消弧线圈预先调节，等候在补偿位置；当系统发生单相接地故障时候，消弧线圈零延时进行补偿。

而且预调式一次设备部分电子元器件少，结构简单可靠，故障发生时候补偿不依赖于二次电源。

如调匝式消弧线圈。

（2）随调式。

系统正常运行时候，消弧线圈远离补偿位置；当系统发生单相接地后，系统自动调节消弧线圈到补偿位置，一般至少为60ms，速度较慢而且一次设备部分电子元器件多，影响可靠性，故障发生时补偿要依赖于二次电源。

如相控式消弧线圈，直流偏磁式消弧线圈，调容式消弧线圈等。

当消弧线圈正确调谐时，不仅可以有效的减少产生弧光接地过电压的机率，还可以有效的抑制过电压的辐值，同时也最大限度的减小了故障点热破坏作用及接地网的电压等。

所谓正确调谐，即电感电流接近或等于电容电流，工程上用脱谐度V来描述调谐程度

　　V=（Ic-IL）/IC

当V=0时，称为全补偿。

完全补偿是使电感电流等于接地电容电流，接地处电流为零。

在正常运行时的某些条件下，可能形成串联谐振，产生谐振过电压，危及系统的绝缘。

当V>0时为欠补偿。

欠补偿是使电感电流小于接地的电容电流，系统发生单相接地故障时接地点还有容性的未被补偿的电流。

在欠补偿方式下运行时，若部分线路停电检修或系统频率降低等原因都会使接地电流减少，又可能变为完全补偿。

故装在变压器中性点的消弧线圈，以及有直配线的发电机中性点的消弧线圈，一般不采用欠补偿方式。

当V<0时为过补偿。

过补偿是使电感电流大于接地的电容电流，系统发生单相接地故障时接地点有剩余的感性电流。

消弧线圈选择时留有一定的裕度，即使电网发展使电容电流增加，仍可以继续使用。

故过补偿方式在电力系统中得到广泛应用。

从发挥消弧线圈的作用上来看，脱谐度的绝对值越小越好，最好是处于全补偿状态，即调至谐振点上。

但是在电网正常运行时，小脱谐度的消弧线圈将产生各种谐振过电压。

如当消弧线圈处于全补偿状态时，电网正常稳态运行情况下其中性点位移电压是未补偿电网的10~25倍，这就是通常所说的串联谐振过电压。

除此之外，电网的各种操作（如大电机的投入，断路器的非同期合闸等）都可能产生危险的过电压，所以电网正常运行时，或发生单相接地故障以外的其它故障时，小脱谐度的消弧线圈给电网带来的不是安全因素而是危害。

综上所述，当电网未发生单相接地故障时，希望消弧线圈的脱谐度越小越好，最好是退出运行。

电容电流常用测量方法

（1　）最大位移电压法

　　假设三相电源电压对称，大小为Uφ，以A相电压为参考相量，则由图1的电网正常运行状态下零序等值电路得中性点位移电压U0的表达式

　　当v＝0时，中性点位移电压最大。

因此，根据中性点位移电压的大小调节消弧线圈的电感值，当中性点位移电压最大时，单相接地故障点的残流为最小。

　　这种调节原理很简单，但不能判断电网的补偿状态，而且当电网的参数发生变化后，零序电压也随之改变，需多次调节消弧线圈的电感值，比较零序电压测量值，才能确定调节方向。

而且在最佳补偿点附近区域，零序电压的幅值主要由电网的阻尼率决定，调节脱谐度对零序电压幅值的影响很小，自动调节装置有时甚至无法寻踪到最佳补偿点，从而达不到完全补偿电容电流的目的。

所以，单纯采用零序电压幅值来调节消弧线圈的方案是不完善的。

（2　）阻抗三角形法

　　这种调谐原理适用于消弧线圈串联电阻的接地方式。

常应用在带有载开关调匝式消弧线圈的自动跟踪补偿装置中，无法连续调节电感量，只能将装置调整到离谐振点最近的分接头处，调整精度受到影响。

　　根据图3所示的阻抗三角形关系，可由公式

（2）、（3）、（4）求得脱谐度。

　　阻抗三角形法为预调谐法，即电网正常运行状态时进行调谐，而发生单相接地故障后不再调节。

预调谐中为限制电网正常运行时中性点位移电压低于15％相电压，需在零序回路中串联或并联电阻，该电阻在发生接地故障后将被快速切除。

（3　）相位调谐法

　　为提高电网正常运行时自动调谐的准确性，在电网中一相对地附加一个小电容ΔC，以形成人为中性点位移电压U0。

此时中性点位移电压和接有ΔC的A相电压UA之间存在如下关系：

入附加电容后电网的不对称度。

　　当电网发生单相经过渡电阻Rg接地时（例如A相），中性点位移电压U0和故障相电压UA的关系为：

　　由此可见，不论电网正常运行还是故障运行，中性点位移电压和相电压的相位差角均反映了电网的脱谐状态，由此控制消弧线圈电感值的调节，可实现电网的自动调谐。

　　但是，这种对一相附加电容的相位法仍然存在问题，它只能应用在电网完全对称，或三相不对称，但有两相电容值基本相同，ΔC且加在三相中电容值最大的一相上的情况。

因此全面考虑后发现，相位原则是不能用到实际系统中去的，若用于实际电网中，在所谓的全补偿处，有时是严重偏离全补偿点的，会给系统造成相当大的危险。

（4　）中性点位移电压曲线法

   根据系统正常运行时等值电路（图1）可知：

圈改变前后中性点电压的相角差。

这种调谐方法常运用在投切电容器组消弧线圈的自动调谐装置中。

　　与前面几种方法相比，中性点位移电压曲线法，在电网正常运行状态下仅检测电容电流，而消弧线圈工作在远离谐振点处，发生单相接地故障后瞬时调节消弧线圈至完全补偿状态。

可见，中性点位移电压曲线法无需串、并联电阻，且能实时检测电网电