自动调谐消弧线圈的工作原理

自动调谐消弧线圈的工作原理

为适应供电系统的实际需要，20世纪90年代末，采用我国自行研制ZTJD型自动跟踪补偿消弧线圈系统，其自动跟踪监测技术达到先进水平，运行证明其效果良好。

ZTJD型自动跟踪补偿消弧线圈系统的构成

该系统在总结老式消弧线圈运行经验的基础上，独立开发成功的高新技术产品，由下列几个部分组成见图1。

(1)接地变压器

消弧线圈必须通过中性点接入系统，对无中性点的角形结线的电源(如6～10kV系统)需配置接地变压器，目前有油浸式或干式两种型式，有如下的功能：

1）提供有效的中性点，接地变压器的特点是零序阻抗很小，单相接地时，零序电压在接地变上的压降很小，95％的电压加到消弧线圈上，具有相当好的补偿能力，这种变压器高压侧绕组由两段组成，并分别位于不同相的心柱上，如图2所示，铁心柱上的磁势为零，匝数n1=n2。

2)接地变的二次可代站用变使用，节省投资。

3)能调整电网的不对称电压，满足自动调谐的需要。

(2)电动式消弧线圈

目前有油浸式或干式两种型式。调分头开关同样也有两种型式，对油浸式消弧线圈配油浸式有载开关(9～15档)，对干式消弧线圈可配空气式有载开关和真空式有载开关(9～19档)。有载开关使用在消弧线圈上，以预调方式工作是很轻松的，几乎在空载状态下切换，因此工作很可靠。这种消弧线圈的电流调节范围比较宽，一般能达到1：4(如20～80A)。消弧线圈的二次线圈增多，不但供测量，而且满足二次阻尼和注入信号的要求。

(3)微机控制部分

ZTJD型接地补偿装置之所以能够达到自动跟踪和自动调谐的目的，主要靠微机控制器来实现。主要完成在线检测位移电压、电容电流等参数，根据测量参数分析判断，如需调整，发出指令进行调整，并有显示、报警、远送等功能。

(4)阻尼电阻及其控制部分

调匝式自动调谐消弧线圈系统之所以能够实现在全补偿状态或很小脱谐度下运行，关键是在消弧线圈回路串人大功率的阻尼电阻只，以提高电网的阻尼率使谐振点的位移电压降到15％相电压以下，所以不必担心谐振时会发生调谐过电压，阻尼电阻在电网正常运行时串入，防止串联谐振，当系统发生接地时，快速将其短接以免影响消弧线圈的输出电流。

(5)中性点专用电压互感器和非线性电阻

在6～10kV电缆网络，其中性点不对称电压很低，为提高测量的精度，采用特制的高压电压互感器，其二次电压为200V，以提高检测的灵敏度。

为增强对消弧线圈系统内过电压的抑制，在中性点上增设了特殊设计的内过电压保护器，与消弧线圈并联接地，这种接地方式既保留了消弧线圈接地系统的优点，当过电压时又发挥小电阻接地限制过电压的优点。

有载开关调匝式自动调谐式消弧线圈系统的特点

与老式消弧线圈系统相比，妥善地解决了自动跟踪自动调谐问题、调谐内过电压问题、内过电压高的问题以及容量系列少、调流范围窄等问题。

(1)为能实现自动跟踪自动调谐的工作方式，手动调匝式消弧线圈必须改成自动的，将手动开关更换为有载开关，这样一方面捉高了开关调节的可靠性，同时为实现自动控制打下了基础，因为有载开关可以在主控制室自动控制远方操作，如再配上微机自动控制器，就可实现消弧线圈的自动跟踪和自动调谐。

(2)比较有效地解决了调谐过电压问题，老式消弧线圈系统由于自身结构上的限制，当消弧线圈的感抗与系统对地的容抗相等时，即产生调谐过电压，其值的高低与系统对地不对称电压的高低、电网的阻尼率的高低以及消弧线圈的脱谐度大小有关，如下式（附1）

式中ubd——电网对地的不对称电压；

v——消弧线圈的整定脱谐度；

d——电网对地的阻尼率：

uNB——中性点对地的位移电压。

从上述可知，如电网对地的不对称电压比较高、阻尼率比较小、消弧线圈的阻抗与电网对地的容抗相等即V=0时，位移电压uNB比较高，可达到不对称电压的25～50倍，造成三相电压的严重不对称，影响设备的安全运行，其波形如图3所示，因此老式消弧线圈规程明确规定在过补点运行图中的A点，使中性点对地电压保持在相电压的15％以下，严禁在全补状态B点运行，防止调谐过电压的出现，其脱谐度不大于10％，实际在调谐时很难达到这一要求，一方面离调谐点比较近，容易出现电压；另一方面如电网对地不对称，电压比较高时这一要求很难达到，因此实际调谐中V达到20％～30％，甚至达到40％，这样消弧线圈系统残流就比较大，影响消弧线圈效果。为提高消弧线圈的灭弧效果和防止调谐过电压的发生，从提高电网的阻尼率着手，从(1)式可知，增加d，UNB即下降，为此我们在消弧线圈中人为地加入阻尼电阻，即增大电网的阻尼率使UNB下降到规程允许的15％相电压以下，这样即实现了残流最小的工作方式，又使谐振点的电压降到允许的数值，如图3中的曲线2。实施方法如图4所示：R1为一次阻尼方式，R2为二次阻尼，根据电网的参数可单独用R1或R2，也可同时使用。阻尼电阻的确定要根据电网参数来选定，可用下式来表示（附2）式中R——需要增加的阻尼电阻值，

ωL——消弧线圈最小分头电流的阻抗，

URB——中性点位移电压的允许值，15％相电压：

ubd——中性点不对称电压值；

P——消弧线圈的阻尼率，一般为2％～3％。

(3)抑制内过电压的效果比较好。从理论上来讲，中性点不接地的35kV及以下中压配电网，内过电压不至于造成设备的损坏，所以从设计上就没有采取限制，内过电压以及传递过电压等在配电网上时有发生，严重地威胁着配电网的安全运行。铁磁谐振过电压激发起间歇性弧光过电压，使PT保险熔断，烧毁PT，甚至发展成“火烧连营”事故，电容电流较大的地方，由单相接地电弧不能熄灭，引起弧光过电压波及的面比较大，往往造成大面积停电事故。从多次事故分析和现场录到的事故波形图分析可知：由于一次事故激发起几种内过电压时，由于波形叠加造成的设备的薄弱环节被击穿造成事故。因此中压电网采取一些必要的限制内过电压措施势在必行。我们在开发研制自动跟踪自动调谐式消弧线圈时，从两个方面来限制内过电压：一方面从改变参数人手，中性点不接地电网易发生串联谐振过电压，因为当容抗XC与感抗XL相等时，即发生铁磁谐振过电压，那么在中性点不接地的电网接入消弧线圈，破坏产生谐振的条件；另一方面在中性点上增设内过电压保护器，进一步加强对内过电压的保护，如图5所示。这种具有非线性电阻性质的内过电压保护器在正常运行时不起作用，是消弧线圈接地系统，当系统出现内过电压时，中性点就成为小电阻接地系统，把过电压的能量释放了。