消弧線圈與接地保護介紹

消弧線圈與接地保護介紹1第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六引言2005版《煤礦安全規(guī)程》第457條規(guī)定：礦井高壓電網，必須采取措施限制單相接地電容電流不超過20A。地面變電所和井下中央變電所的高壓饋電線上，必須裝設有選擇性的單相接地保護裝置；供移動變電站的高壓饋電線上，必須裝設有選擇性的動作于跳閘的單相接地保護裝置。2第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六1.1配電網中性點接地方式相關知識中性點：電力系統(tǒng)中發(fā)電機和變壓器（作為電源）星型連接公共端。中性點的運行方式：指的是中性點與大地之間的連接關系。1配電網中性點接地方式3第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六1.2配電網采用中性點非有效接地的原因這類電網中，發(fā)生單相接地故障的比例很大。采用中性點不接地方式可以減少單相接地電流，從而減輕其危害。發(fā)生單相接地時，系統(tǒng)可以繼續(xù)運行不超過2小時，從而提高了供電的可靠性。綜合考慮各種因素，配電網中電氣設備的絕緣按照線電壓設計所增加的投資遠小于運行中所取得的經濟效益。4第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六1.3各種中性點非有效接地方式

中性點不接地5第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六

中性點經消弧線圈接地6第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六

中性點經電阻接地7第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六1.4配電網擴大帶來的問題單相接地故障造成二次故障概率增大。配電網增大，造成電容電流增大，導致單相接地時，接地電流較大，接地點電弧不能自行熄滅而形成穩(wěn)定電弧，很可能發(fā)展成相間短路，造成用戶停電或設備損壞事故。易產生單相電弧接地過電壓。當配電網發(fā)生在接地電流大于5～10Ａ時，單相接地可能出現周期性地熄滅和重燃的間歇電弧。間歇電弧將導致相與地之間產生過電壓，其值可能達到2.5～3倍相電壓峰值。易產生鐵磁諧振過電壓。在相電壓時PT特性已趨于飽和拐點，當系統(tǒng)中運行電壓偏高并出現某些擾動(如單相接地故障)，能使PT飽和程度加劇，就有可能激發(fā)鐵磁諧振過電壓，致使母線電壓互感器(PT)燒毀和熔斷器熔斷，嚴重威脅著配電網的安全和供電可靠性。8第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六1.5中性點接地方式比較序號中性點接地方式中性點不接地經電阻接地經消弧線圈接地經消弧線圈并電阻接地1單相接地電流大小大大小，同脫諧度有關小，同脫諧度有關2人身觸電危險性大大減小減小3單相電弧接地過電壓最高低較高，過電壓概率小低，過電壓概率小4單相接地保護實現易易難較復雜，不難5鐵磁諧振過電壓高低過補低欠補高低6保護接地安全性危險危險安全安全9第9頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六2、消弧線圈2.1消弧線圈發(fā)展歷史消弧線圈首次于1916年由德國的鼻德遜提出并研制成功。

傳統(tǒng)的消弧線圈（手動式消弧線圈）。靠調節(jié)線圈的抽頭來補償電網對地的電容電流，匝數一定則其所能補償的電容電流就不變，而要改變匝數就必須退出消弧線圈。匝數的整定或者根據運行經驗或者是根據實測電網對地的電容電流值。很不方便。消弧線圈只能運行在過補償方式。殘余電流往往較大。目前配電網大力推廣無人值班變電站，對非自動調節(jié)式消弧線圈的調節(jié)更加困難，造成人員的浪費。10第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六自動跟蹤補償的消弧線圈調節(jié)方便，無須停電。調節(jié)精度高，殘流小。能自動跟蹤系統(tǒng)電容電流的變化，消弧線圈始終運行于全補償狀態(tài)。易于實現無人值守及變電站綜合自動化。2.2消弧線圈作用發(fā)生單相接地時的接地電流（殘余電流）減小。限制和消除弧光接地過電壓及諧振過電壓，降低單相接地故障發(fā)展為相間短路或多點重復性接地故障的幾率。降低雷擊跳閘率。減小人身觸電和設備的傷害程度。11第11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六2.3自動跟蹤補償消弧線圈原理匯總自動消弧線圈是自動跟蹤補償裝置的核心部件，其調諧方式可分為預調式和隨調式2種。預調式是指電網無接地故障情況下，消弧線圈預先自動調諧到合理補償位置。一般需加裝阻尼電阻，以保證中性點位移電壓不大于額定相電壓的15％。隨調式是指電網發(fā)生單相接地故障時，消弧線圈自動調諧到合理補償位置。不需阻尼電阻，但接地瞬間無法達到全補償。12第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六常用的自動跟蹤補償消弧線圈形式：調匝式調氣隙式（動鐵式）偏磁式（直流助磁式）磁閥式調容式調感式13第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六2.3.1調匝式

利用有載開關調節(jié)消弧線圈上設置的若干分接頭，實現電感量的有級調整。所需設備：接地變壓器、抽頭式消弧線圈、高壓有載開關、阻尼電阻箱、殼體、控制柜。調節(jié)方式：有檔調節(jié)、預調式。優(yōu)點：容量大。缺點：有檔調節(jié)、調節(jié)精度低、調節(jié)速度慢。14第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六2.3.2調氣隙式

改變磁路中的氣隙長度實現電感量的連續(xù)可調。所需設備：接地變壓器、可調氣隙消弧線圈、電動機及其機械傳動部件、阻尼電阻箱、開關柜殼體。調節(jié)方式：無級調節(jié)、預調式。優(yōu)點：連續(xù)無級可調。缺點：要求采用精密的機械傳動部件，響應速度慢、噪聲大、機構易失靈。該類型基本已經淘汰！15第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六2.3.3偏磁式通過改變鐵芯磁化段磁路上的直流助磁磁通大小來調節(jié)交流等值磁導以實現電感的連續(xù)可調。所需設備：接地變壓器、可助磁消弧線圈、控制柜（含直流助磁回路）殼體。調節(jié)方式：無級調節(jié)、隨調式。優(yōu)點：連續(xù)無級可調。缺點：隨調式、需外部直流電源、響應時間一般大于20ms、維護量大。16第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六2.3.4磁閥式利用自耦勵磁技術控制鐵心的飽和程度，實現對補償電流的連續(xù)調節(jié)。所需設備：接地變壓器、磁閥式消弧線圈、控制柜殼體。調節(jié)方式：無級調節(jié)、隨調式。優(yōu)點：連續(xù)無級可調。缺點：隨調式、響應時間一般大于20ms、調節(jié)原理復雜、易發(fā)生故障。17第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六2.3.5調容式

采用改變消弧線圈二次側低壓電容電流的方法來調節(jié)消弧線圈的電感電流。所需設備：三相五柱消弧線圈、多組電容器、阻尼電阻箱、控制柜、殼體。調節(jié)方式：有檔調節(jié)、預調式。優(yōu)點：調節(jié)范圍大。缺點：有檔調節(jié)、調節(jié)精度低、占用設備多、維護量大。18第18頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六2.3.6調感式采用改變消弧線圈二次側低壓電感電流的方法來調節(jié)消弧線圈的電感電流。以實現電感的連續(xù)可調。所需設備：三相五柱消弧線圈、電抗器、阻尼電阻箱、殼體。調節(jié)方式：無級調節(jié)、預調節(jié)。優(yōu)點：連續(xù)無級可調、調節(jié)精度高。缺點：容量不能超過80A。19第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六

3、XBSG-6/50型消弧線圈介紹3.1工作原理L——三相五柱式消弧線圈；L1、L2——電抗器；RL——電阻器；SCR1、SCR2、SCR3、SCR4——可控硅；KM——交流接觸器接點

該消弧線圈有五個鐵芯柱，中間三個鐵芯柱繞有高、低壓線圈，邊柱上沒有線圈。高壓繞組一端直接與電網A、B、C三相相接，另一端接在一起與大地相連，低壓繞組接成開口三角形，通過可控硅接通小型電抗器L1、L2。20第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六

當電網正常工作時：三相電壓對稱，即消弧線圈中性點沒有電流入地。電網發(fā)生單相接地故障：加在三相五柱式消弧線圈上的電壓可分解為正序分量和零序分量。

正序電流流過三相高壓繞組，由于大小相等，相位互差120度，矢量和為零，不會流入大地，所產生的正序磁通，也是大小相等，相位互差120度，所以正序磁通在中間三個柱之間流通，互為通道，不經過邊柱。由于中間三個柱沒有氣隙，磁阻很小，正序阻抗很大，正序電流很小，其值相當于變壓器的空載電流。

零序電流流入三相高壓繞組，由于大小相等，方向一致，所產生的零序磁通也必然是大小相等，方向相同，通過氣隙，與兩個邊柱構成通道。由于零序磁路有氣隙，磁阻較大，故零序電流較大?？梢酝ㄟ^調整磁路氣隙的大小，改變零序電感值，進而改變消弧線圈的零序電感電流。21第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六

低壓繞組接成開口三角形，取出二次零序電壓，并通過可控硅調節(jié)低壓電抗器L1、L2，的導通角，即可調節(jié)付邊電感電流的大小，從而改變原邊的零序電感電流，實現消弧線圈電感電流對電網對地電容電流的自動跟蹤補償。在二次線圈上還經過交流接觸器的接點KM接通一電阻R，以增加電網的阻尼率，限制諧振過電壓。22第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六

3.2

XBSG系列消弧線圈特點整套裝置由三相五柱干式消弧線圈、電抗器、阻尼電阻箱、控制器及其附件、高壓開關柜殼體及附件等構成；主體消弧線圈采用三相五柱干式結構，將消弧線圈和接地變壓器合二為一，占用空間小，可實現變電所內單柜一體化安裝，對GG1A、KGN等柜型可節(jié)省一臺投切高壓開關柜。通過可控硅調節(jié)電感電流，自動跟蹤補償電網對地電容電流，無須人為干預，無機械傳動部分，響應速度快（0毫秒）。具有日歷時鐘顯示、電網電容電流值顯示、補償脫諧度設定和顯示、電網電壓值顯示、電網零序電壓值顯示、自動跟蹤補償狀態(tài)指示、故障追憶、補償追憶以及通道精度整定等功能，可以選擇自動或手動運行、可以多臺聯機運行。具有RS232、RS485通信接口，便于接入變電站綜合自動化系統(tǒng)。具備完善的零序過壓、過流、短路、閉鎖等保護功能，能充分保證消弧線圈的可靠運行。23第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六KGN柜型24第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六KYN28柜型定制柜型25第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六4小電流接地選線原理4.1小電流接地系統(tǒng)常用的選線原理零序過電流原理零序無功功率方向型原理五次諧波原理零序有功功率方向型原理注入法原理首半波原理26第26頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六

零序過電流原理：利用單相接地時故障線路的零序電流幅值大于非故障線路，為其它非故障線路之和，而非故障線路零序電流幅值為它本身的電容電流的特點來實現保護。適用于中性點不接地且各支路單相接地電容電流均勻的系統(tǒng)。該原理選擇性差，基本已經淘汰。27第27頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六零序無功功率方向型原理

利用接地故障支路零序無功電流同正常支路方向相反實現選擇性。僅適用于中性點不接地系統(tǒng)。該原理為基波原理，在中性點不接地系統(tǒng)得到廣泛使用，但在中性點經消弧線圈接地系統(tǒng)失效。28第28頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六五次諧波原理

利用電網包含的5次諧波分量，在消弧線圈接地系統(tǒng)，由于消弧線圈對5次諧波呈現的感抗為基波的5倍，而線路容抗為基波的1/5，因此5次諧波感性電流可以忽略，系統(tǒng)單相接地時，5次諧波容性電流分布與中性點不接地系統(tǒng)中基波容性電流幾乎相同，據此進行接地選線。適用于各種接地系統(tǒng)，但其靈敏度受電網五次諧波含量影響較大。

在煤礦電網使用效果不理想。29第29頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六零序有功功率方向型原理

利用消弧線圈在實現全補償時需要并聯或串聯的阻尼抑制諧振，該阻尼在接地時產生的有功電流僅流過接地支路來實現選線，使用基波分量利于選線。僅適用于中性點經消弧線圈并或串電阻接地的系統(tǒng)。目前在消弧線圈接地系統(tǒng)得到廣泛應用，但受互感器角度特性影響較大。30第30頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六注入法原理

通過運行中的電壓互感器向接地線注入信號，利用信號尋蹤原理，實現接地選線。適用于各種接地系統(tǒng)，但需在電網中注入信號且受電網出線均勻程度和諧波含量影響。

31第31頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六首半波原理

利用單相接地瞬間，故障線路暫態(tài)零序電流第1個周期的首半波與非故障線路相反的特點構成?？蛇m用于各種接地系統(tǒng)，但其靈敏度受接地故障過渡電阻影響較大。處于理論研究階段，產品大都不成熟。32第32頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六4.2WLD系列小電流接地系統(tǒng)微機選線

WLD系列小電流接地系統(tǒng)微機選線裝置采用基波選線原理，在中性點不接地系統(tǒng)采用無功功率方向型原理，群體比幅選線方案；在中性點經消弧線圈并或串電阻接地系統(tǒng)，選用有功功率方向型原理，群體比幅選線方案。為保證選線的準確率，該裝置配套使用了專利產品FLH0-2型零序電流互感器，從信號取樣來保證原理實現的準確性，由于基波信號強，其選線的靈敏度也較高。33第33頁，共38頁，2023年，2月20日，星期六4.3WLD-5型微機選線高壓漏電保