自動調(diào)諧消弧線圈的工作原理

1、自動調(diào)諧消弧線圈的工作原理     為適應(yīng)供電系統(tǒng)的實際需要，20世紀(jì)90年代末，采用我國自行研制ZTJD型自動跟蹤補償消弧線圈系統(tǒng)，其自動跟蹤監(jiān)測技術(shù)達(dá)到先進(jìn)水平，運行證明其效果良好。     ZTJD型自動跟蹤補償消弧線圈系統(tǒng)的構(gòu)成     該系統(tǒng)在總結(jié)老式消弧線圈運行經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，獨立開發(fā)成功的高新技術(shù)產(chǎn)品，由下列幾個部分組成見圖1。     (1)接地變壓器     消弧線圈必須

2、通過中性點接入系統(tǒng)，對無中性點的角形結(jié)線的電源(如610kV系統(tǒng))需配置接地變壓器，目前有油浸式或干式兩種型式，有如下的功能：     1）提供有效的中性點，接地變壓器的特點是零序阻抗很小，單相接地時，零序電壓在接地變上的壓降很小，95的電壓加到消弧線圈上，具有相當(dāng)好的補償能力，這種變壓器高壓側(cè)繞組由兩段組成，并分別位于不同相的心柱上，如圖 2所示，鐵心柱上的磁勢為零，匝數(shù)n1=n2。     2)接地變的二次可代站用變使用，節(jié)省投資。     3)能調(diào)整電網(wǎng)的不對稱電壓，滿

3、足自動調(diào)諧的需要。     (2)電動式消弧線圈     目前有油浸式或干式兩種型式。調(diào)分頭開關(guān)同樣也有兩種型式，對油浸式消弧線圈配油浸式有載開關(guān)(915檔)，對干式消弧線圈可配空氣式有載開關(guān)和真空式有載開關(guān)(919檔)。有載開關(guān)使用在消弧線圈上，以預(yù)調(diào)方式工作是很輕松的，幾乎在空載狀態(tài)下切換，因此工作很可靠。這種消弧線圈的電流調(diào)節(jié)范圍比較寬，一般能達(dá)到1：4(如2080A)。消弧線圈的二次線圈增多，不但供測量，而且滿足二次阻尼和注入信號的要求。     (3)微機控制部分&

4、#160;    ZTJD型接地補償裝置之所以能夠達(dá)到自動跟蹤和自動調(diào)諧的目的，主要靠微機控制器來實現(xiàn)。主要完成在線檢測位移電壓、電容電流等參數(shù)，根據(jù)測量參數(shù)分析判斷，如需調(diào)整，發(fā)出指令進(jìn)行調(diào)整，并有顯示、報警、遠(yuǎn)送等功能。     (4)阻尼電阻及其控制部分     調(diào)匝式自動調(diào)諧消弧線圈系統(tǒng)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)在全補償狀態(tài)或很小脫諧度下運行，關(guān)鍵是在消弧線圈回路串人大功率的阻尼電阻只，以提高電網(wǎng)的阻尼率使諧振點的位移電壓降到15相電壓以下，所以不必?fù)?dān)心諧振時會發(fā)生調(diào)諧過電壓，阻尼電阻在電

5、網(wǎng)正常運行時串入，防止串聯(lián)諧振，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地時，快速將其短接以免影響消弧線圈的輸出電流。     (5)中性點專用電壓互感器和非線性電阻     在610kV電纜網(wǎng)絡(luò)，其中性點不對稱電壓很低，為提高測量的精度，采用特制的高壓電壓互感器，其二次電壓為200V，以提高檢測的靈敏度。     為增強對消弧線圈系統(tǒng)內(nèi)過電壓的抑制，在中性點上增設(shè)了特殊設(shè)計的內(nèi)過電壓保護器，與消弧線圈并聯(lián)接地，這種接地方式既保留了消弧線圈接地系統(tǒng)的優(yōu)點，當(dāng)過電壓時又發(fā)揮小電阻接地限制過電壓的優(yōu)點。&#

6、160;    有載開關(guān)調(diào)匝式自動調(diào)諧式消弧線圈系統(tǒng)的特點     與老式消弧線圈系統(tǒng)相比，妥善地解決了自動跟蹤自動調(diào)諧問題、調(diào)諧內(nèi)過電壓問題、內(nèi)過電壓高的問題以及容量系列少、調(diào)流范圍窄等問題。     (1)為能實現(xiàn)自動跟蹤自動調(diào)諧的工作方式，手動調(diào)匝式消弧線圈必須改成自動的，將手動開關(guān)更換為有載開關(guān)，這樣一方面捉高了開關(guān)調(diào)節(jié)的可靠性，同時為實現(xiàn)自動控制打下了基礎(chǔ)，因為有載開關(guān)可以在主控制室自動控制遠(yuǎn)方操作，如再配上微機自動控制器，就可實現(xiàn)消弧線圈的自動跟蹤和自動調(diào)諧。 &

7、#160;    (2)比較有效地解決了調(diào)諧過電壓問題，老式消弧線圈系統(tǒng)由于自身結(jié)構(gòu)上的限制，當(dāng)消弧線圈的感抗與系統(tǒng)對地的容抗相等時，即產(chǎn)生調(diào)諧過電壓，其值的高低與系統(tǒng)對地不對稱電壓的高低、電網(wǎng)的阻尼率的高低以及消弧線圈的脫諧度大小有關(guān)，如下式（附1） 式中 ubd電網(wǎng)對地的不對稱電壓； v消弧線圈的整定脫諧度； d電網(wǎng)對地的阻尼率： uNB中性點對地的位移電壓。     從上述可知，如電網(wǎng)對地的不對稱電壓比較高、阻尼率比較小、消弧線圈的阻抗與電網(wǎng)對地的容抗相等即V=0時，位移電壓uN

8、B比較高，可達(dá)到不對稱電壓的2550倍，造成三相電壓的嚴(yán)重不對稱，影響設(shè)備的安全運行，其波形如圖3所示，因此老式消弧線圈規(guī)程明確規(guī)定在過補點運行圖中的A點，使中性點對地電壓保持在相電壓的15以下，嚴(yán)禁在全補狀態(tài)B點運行，防止調(diào)諧過電壓的出現(xiàn)，其脫諧度不大于10，實際在調(diào)諧時很難達(dá)到這一要求，一方面離調(diào)諧點比較近，容易出現(xiàn)電壓；另一方面如電網(wǎng)對地不對稱，電壓比較高時這一要求很難達(dá)到，因此實際調(diào)諧中V達(dá)到2030，甚至達(dá)到40，這樣消弧線圈系統(tǒng)殘流就比較大，影響消弧線圈效果。為提高消弧線圈的滅弧效果和防止調(diào)諧過電壓的發(fā)生，從提高電網(wǎng)的阻尼率著手，從(1)式可知，增加d，UNB即下降，為此我們在消弧

9、線圈中人為地加入阻尼電阻，即增大電網(wǎng)的阻尼率使UNB下降到規(guī)程允許的15相電壓以下，這樣即實現(xiàn)了殘流最小的工作方式，又使諧振點的電壓降到允許的數(shù)值，如圖3中的曲線2。實施方法如圖4所示：R1為一次阻尼方式，R2為二次阻尼，根據(jù)電網(wǎng)的參數(shù)可單獨用R1或R2，也可同時使用。阻尼電阻的確定要根據(jù)電網(wǎng)參數(shù)來選定，可用下式來表示（附2） 式中 R需要增加的阻尼電阻值， L消弧線圈最小分頭電流的阻抗， URB中性點位移電壓的允許值，15相電壓： ubd中性點不對稱電壓值； P消弧線圈的阻尼率，一般為23。     (

10、3)抑制內(nèi)過電壓的效果比較好。從理論上來講，中性點不接地的35kV及以下中壓配電網(wǎng)，內(nèi)過電壓不至于造成設(shè)備的損壞，所以從設(shè)計上就沒有采取限制，內(nèi)過電壓以及傳遞過電壓等在配電網(wǎng)上時有發(fā)生，嚴(yán)重地威脅著配電網(wǎng)的安全運行。鐵磁諧振過電壓激發(fā)起間歇性弧光過電壓，使PT保險熔斷，燒毀PT，甚至發(fā)展成“火燒連營”事故，電容電流較大的地方，由單相接地電弧不能熄滅，引起弧光過電壓波及的面比較大，往往造成大面積停電事故。從多次事故分析和現(xiàn)場錄到的事故波形圖分析可知：由于一次事故激發(fā)起幾種內(nèi)過電壓時，由于波形疊加造成的設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)被擊穿造成事故。因此中壓電網(wǎng)采取一些必要的限制內(nèi)過電壓措施勢在必行。我們在開發(fā)研制

11、自動跟蹤自動調(diào)諧式消弧線圈時，從兩個方面來限制內(nèi)過電壓：一方面從改變參數(shù)人手，中性點不接地電網(wǎng)易發(fā)生串聯(lián)諧振過電壓，因為當(dāng)容抗XC與感抗XL相等時，即發(fā)生鐵磁諧振過電壓，那么在中性點不接地的電網(wǎng)接入消弧線圈，破壞產(chǎn)生諧振的條件；另一方面在中性點上增設(shè)內(nèi)過電壓保護器，進(jìn)一步加強對內(nèi)過電壓的保護，如圖5所示。這種具有非線性電阻性質(zhì)的內(nèi)過電壓保護器在正常運行時不起作用，是消弧線圈接地系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)內(nèi)過電壓時，中性點就成為小電阻接地系統(tǒng)，把過電壓的能量釋放了。這種接地方式既發(fā)揮了消弧線圈接地的優(yōu)點，又發(fā)揮了小電阻接地的優(yōu)點。     (4)采用多種在線測量電容

12、電流的方法，以適應(yīng)不同電網(wǎng)的需要。自動跟蹤自動調(diào)諧式的消弧線圈系統(tǒng)測量電容電流的方法尤為重要。只要測量準(zhǔn)確，才能保證調(diào)諧的準(zhǔn)確，但是由于配電網(wǎng)的情況不一樣，很難用一種方法來適合不同的配電網(wǎng)，所以研究多種的測量方法，適應(yīng)配電網(wǎng)的不同情況，才能保證調(diào)諧的準(zhǔn)確性。     (5)功能完善的微機控制器滿足電網(wǎng)自動化的要求并作為成套裝置的核心。     (6)考慮到微電子技術(shù)使用到強電方面的控制，設(shè)置了獨立的手動部分，也就是微機處在異常狀態(tài)時，用切換開關(guān)打到手動位置，這樣消弧線圈正常運行，只不過不能自動跟蹤，不會影響系統(tǒng)的補

13、償。     (7)阻尼電阻是解決調(diào)諧過電壓的有效措施，它的可靠性如何直接影響到整套裝置的可靠問題，為此，我公司為提高阻尼部分工作的可靠性，采取了如下措施：     1)阻尼電阻在正常時，接入運行，當(dāng)電網(wǎng)接地時利用真空接觸器快速將其短接，為保證可靠短接，采用零序電壓和零序電流雙套短接措施，而且操作電源一套為直流，另一套為交流，防止短按時保險器熔斷。     2)電阻結(jié)構(gòu)上采用連續(xù)纏繞，減少接點，而且為提高測量精度采用無感電阻。     3)熱容量大，且耐壓水平較高(達(dá)到20000V)。     實際應(yīng)用存在的問題及措施     該系統(tǒng)依然存在些小的問題：消弧線圈投入運行后，原有的零序保護繼電器很難發(fā)揮作用，對系統(tǒng)進(jìn)行了完善，在該系統(tǒng)加裝了LH諧波方向型單相接地保護裝置，使該系統(tǒng)不僅可以限制單相接地故障電流在5A以下，而且還可以準(zhǔn)確地判斷出故障線路。阻尼電阻箱在出廠時，為雙電源真空開關(guān)控制回路，在正常情況下，防止串聯(lián)諧振；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地時，快速將其短接，以避免影響消弧線圈出力，假如真空開關(guān)沒有動作