消弧线圈的综合讲义
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消弧线圈讲义(孙朝芳)大庆油田化工有限公司综合服务分公司电力服务部前言随着经济的发展,社会的进步,自动调谐的消弧线圈得到了越来越广泛的应用。
在许多城市、石油、化工、钢铁、煤碳的高压供电网中都安装使用了消弧线圈补偿装置,大大地降低了由于弧光接地过电压造成危害的几率。
化工集团醋酸变电所于2007年11月18日一次送电成功,该所安装了自动调谐消弧线圈装置,型号ZDB-II,本讲义介绍该消弧装置的使用范围、环境、性能特点、结构原理、操作方法、通讯协议等。
通过该讲义的学习,使操作岗位职工达到四懂三会目的。
提高技术水平,完善操作技能。
成为合格的变电运行工人。
目录1.使用范围--------------------------------------------------4 2.使用环境--------------------------------------------------4 3.性能指标--------------------------------------------------4 4.规格型号--------------------------------------------------4 5.原理概述--------------------------------------------------5 6.性能特点--------------------------------------------------8 7.操作说明--------------------------------------------------9 8.通讯协议-------------------------------------------- --- --16 9.结束语------------------------------------------------------17第一章使用范围1.1 它可广泛用于供电局、发电厂、钢铁、煤炭、石油化工等大型厂矿企业的3—66KV系统的变电站、开闭所。
专题二:消弧线圈的工作原理、补偿方式、构造及运行接线一. 消弧线圈的工作原理63kV 及以下电力系统是中性点不接地系统。
电力系统各相导线存在分布电容。
在电力系统正常运行状态下,系统中性点的对地电压基本为零,而各相导线的对地电压也基本等于相电压。
各相导线在对地相电压的作用下,通过对地电容流过电容电流。
由于三相电力系统是对称的,所以各相导线对地的电容电流也是对称的。
当电力系统发生单相对地短路时,则故障相的对地电压降为零,非故障相的对地电压由相电压升至线电压,而中性点的对地电位升至相电压,如图1b )电压电流相量图所示,在这种情况下,故障相的对地电容被短路,非故障相的对地电容电流经过故障相的对地短路点流向非故障相导线中,如图1a )所示;接地点的合成电容电流)(3 3A CU I I AC C ω==,式中: BC AC I I 、——非故障相的对地电容电流;ω——电源角频率(Hz );C ——导线对地电容(F );U ——相电压(V );流过接地点的电流将产生间歇性电弧。
在间歇性电弧的作用下,电力系统将产生过电压,可能危及绝缘薄弱的环节,造成事故扩大;为了使对地间歇性电弧很快熄灭,而且不在重燃,必须使接地点流过电感电流,来补偿电容电流。
消弧线圈即用于此目的的一种电抗器。
在中性点不接地的电力变压器中,通过接地变压器引出一个人为中性点,在中性点与地之间接入一个消弧线圈;在电力系统正常运行状态下,系统中性点的对地电压基本为零,所以消弧线圈中无电流通过;当电力系统中发生单相对地短路时,系统中性点的电压升至相电压,消弧线圈中流过的电流为:(A ),式中:L L o L X U X U I //==O U ——中性点对地电压(V );——消弧线圈的电抗(Ω);L X 适当地选择消弧线圈的电抗,使得流过接地点的电感电流恰等于电容电流,这样接地点的电流将会熄灭;为了避免串联谐振现象的发生而引起的过电压,通常采用过补偿,即将流过消弧线圈的电感电流稍大于流过接地点的电容电流。
调匝式消弧线圈成套装置简要技能培训资料培训资料内容一、消弧线圈及接地变的基本参数二、线圈成套装置常识资料三、现场安装调试相关四、现场常见问题解决五、消弧线圈现场投运的操作规程及日常维护六、关于控制屏控制器的操作一、消弧线圈及接地变的基本参数1、消弧线圈的作用;电容电流的危害:(一)电容电流对供电系统的危害: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。
在国家煤矿安全操作规程中也规定了矿井高压电网单相接地电流超过20A时,必须采取措施以限制接地电流。
(二)消弧线圈的作用:当系统出现单相接地时,可通过消弧线圈对大地产生一个电感电流,感性电流是由系统流向大地,其电位呈感性为“-”。
2. 消弧线圈的工作原理及动态消弧补偿系统的提出2.1 消弧线圈的工作原理2.1.1 中性点不接地系统单相接地时的电容电流电力线路导线间及导线与大地之间均存在分布电容,电器设备与大地之间也存在电容。
对于中压配电网,由于线路长度相对于工频波长来讲要短得多,这些分布电容可以用集中参数电容代替。
一般来讲,各相对地电容c b a C C C ≠≠,Φ=︒+︒=U C I I I C B DC 0330cos 30cos ω这个接地电容电流由故障点流回系统,它的大小等于正常时一相对地充电电流的3倍,方向落后于A 相正常时相电压︒90。
由于接地电流和接地相正常时的相电压相差︒90,所以当接地电流过零时,加在弧隙两端的电源电压为最大值,因此故障点的电弧不易熄灭。
当接地电容电流较大时,容易形成间歇性的弧光接地或电弧稳定接地。
间歇性的弧光接地能导致危险的过电压。
稳定性的弧光接地能发展成多相短路。
2.1.2 中性点不接地系统的中性点位移电压为U B .Φ--=U jdK c'.1 (2-1-2) 式中)(13''2.'c b a cb a cb ac C C C Rd C C C aC C a C K r R ++=++++==ω'.,d K c 分别称为中性点不接地电网的不对称度和阻尼率。
正常运行时因导线不对称布置所引起的电网不对称度是不高的,尤其是电缆网络其值更小,表2-1列出了作者对67个煤矿6KV 电缆电网的测定结果,从表中可见,占实测总体85%的电网其自然不对称度小于0.54%,所以中性点电压位移较小。
但是当系统中发生一相导线断线、或两相导线同一处断线、或开关动作不同步都将使故障相的对地电容减小,从而使不对称度有较大的增长,中性点的位移电压可能达到很高的数值。
2.1.3消弧线圈的作用原理中性点加入消弧线圈后,起到三个方面的作用,即大大减小故障点接地电流;减缓电弧熄灭瞬时故障点恢复电压的上升速度;避免由于电磁式电压互感器饱和而引发铁磁谐振。
消 弧 线 圈一、中性点不接地系统的运行特点电网系统按中性点接地方式可分为:中性点直接接地系统和中性点不直接接地系统在中性点直接接地系统中,当发生单相接地故障时,接地短路电流很大,故称其为大接地电流系统。
要求保护能灵敏、可靠、快速地切除接地短路故障。
一般应用在110KV 以上电网中。
中性点不直接接地系统,包括经消弧线圈或电阻接地系统,也称为小接地电流系统。
1、正常运行情况下:ϕU U UUC BA===...AAC CU j I ϕω=说明:每相都有超前相电压︒90的电容电流。
2、A 相接地后(见左图1-1):各相对地电压为:.=-DA U150....3j A A B D B eE E E U --=-=150....3j A A C D C e E E E U =-=-故障点d 零序电压为:AD C D B D A dE U U U U .....)(31-=++=--- 非故障相的电容电流为:0..C j U ID B B ω-= 0..C j U ID C C ω-=其有效值为:0C I I C B ωϕ==接地点D 流回的电流为:cB D I I I ...+=其有效值为:3C U I D ωϕ=说明:中性点不接地系统,当发生单相接地后,非故障相对地电压升高3倍,对地电容电流也bI cC0AB C EaEb Ec I bI c I dI EaEbEcU C-DU C-D I dI bI bI c相应增大3倍。
三相线电压仍旧保持对称,对负荷的供电没有影响,因此一般情况下,允许再继续运行1--2小时,不必立即跳闸,这也是采用中性点非直接接地运行的主要优点。
但单相接地以后,其它两相对地电压升高了3倍,为了防止故障进一步扩大,应及时发出信号。
3、当网络中有变压器和多条线路存在时,如图1-2所示,变压器和每条线路对地均有电容存在,设以C0t 、C01、C02等集中电容表示。
对于非故障的线路Ⅰ:在线路始端所反映的零序电流为:ⅠⅠⅠC B I I I ..0.3+=其有效值为:ⅠⅠ0033C U I ωϕ=即零序电流为线路Ⅰ本身的电容电流,方向由母线流向线路。
调匝式消弧线圈成套装置简要技能培训资料培训资料内容一、消弧线圈及接地变的基本参数二、线圈成套装置常识资料三、现场安装调试相关四、现场常见问题解决五、消弧线圈现场投运的操作规程及日常维护六、关于控制屏控制器的操作一、消弧线圈及接地变的基本参数1、消弧线圈的作用;电容电流的危害:(一)电容电流对供电系统的危害: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。
在国家煤矿安全操作规程中也规定了矿井高压电网单相接地电流超过20A时,必须采取措施以限制接地电流。
(二)消弧线圈的作用:当系统出现单相接地时,可通过消弧线圈对大地产生一个电感电流,感性电流是由系统流向大地,其电位呈感性为“-”。
2、电容电流:1)是怎么生产的:因为我国供电系统一般为中性点不接地系统。
所以出线电缆或架空线对大地形成一个电容器,因此对地产生电容电流。
(可详细分解)2)电容电流的大小与哪些参数有关:电缆长度、截面积、电缆材料、电缆使用的老化程度。
3)电容电流的点位方向:正常工作时由母线流向大地,单相接地时由大地流回母线。
4)电容电流的电位方向:呈容性为“+”。
5)电容电流的计算方法:估算法、测量法、实接地测量法。
说明:对电容电流的几种算法应了解或熟悉撑握。
注:变压器或带负载的发电机供电系统中的电容电流是时时变化的,影响变化的原因是供电系统所带的出线负荷的变化。
因为每一面出线柜(变电所高压室内的高压开关柜)的下面都带一定长度的用电电缆(或架空线),而电容电流是直接与出线电缆(或架空线)长度有关的。
因为每天用户都会根据自己实际生产的需要来改变自己的用电负荷,会投切不同的高压开关柜或投切开关柜下面所带的负荷。
所以系统的电容电流也在不断的变化,因此需要用自动跟踪补偿的消弧线圈。
3、消弧线圈的相关参数(参数相关细节可参见消弧线圈的国标)1)消弧线圈的工作电压:供电系统的电压称为:系统标称电压也叫系统电压,分为6KV,10KV,35KV,66KV,110KV等。
消弧线圈的工作电压是指中性点电压,系统正常工作时中性点电压可以视为0,当系统出现接地故障或其它故障时会引起中性点电压升高,最高可升至系统标称电压的: 3 倍。
所以说消弧线圈的额定电压是指:系统电压÷ 3 (1.73)2)消弧线圈的电流调节范围(补偿范围):指上限与下限。
说明;消弧线圈的最大补偿电流:应为实际电容电流的1.5-2倍(实际电容电流指实测的或估算出来的等实际电流值)注意:此处经常会遇到一些因用户对电容电流理解不深,或因一些设计上的原因造成所供消弧线圈与实际供电系统中需要的消弧线圈的电流调节范围(容量)不符。
如何解释及处理参见后“现场安装调试”项内。
3)消弧线圈的容量:如何计算、国标中规定的标准优先值即标准值(详见国标第7页)4)消弧线圈的绝缘形式:干式(分为敞开式和树脂浇注式),油浸式5)消弧线圈的绝缘等级:干式消弧线圈分为F级和H级。
油浸式的绝缘水平一般为A,E,B等(具体详见国标第7页表2)。
6)绝缘水平:指消弧线圈的最大耐压等级(详见国标第7页表3)7)最长通流时间(允许带故障运行的最大时间),详见国标第7页。
4、接地变压器:1)接地变压器的作用:由于配电变压器10 kV侧一般采用△接法或Yd的接法和YNynd的联结法,如果采用消弧线圈系统,就要加装接地变压器用于将供电系统中的三相电源接出一相中性点。
一般35KV及以上的供电系统不需要接地变压器,35KV侧的主变通常都带中性点,但也有个别现象。
接地变压器的连接结构:Z型。
此处应能理解并熟悉撑握关于接地变的接线图,应能画出接地变的接线图2)接地变压器的零序阻抗:详见国标第9页。
3)接地变的容量:详见国标第9页。
4)接地变压器的额定运行时间:不小于所带消弧线圈的额定运行时间。
5)接地变压器的容量:容量计算、国标中规定的标准优先值即标准值(详见国标第9页)6)接地变压器阻抗电压:详见国标第9页。
7)接地变压器额定零序阻抗:详见国标第9页。
8)接地变压器的绝缘形式:干式(分为敞开式和树脂浇注式),油浸式9)接地变压器的绝缘等级(温升):同消弧线圈。
10)绝缘水平:指接地变压器的最大耐压等级(详见国标第9页表4)11)接地变压器的局部放电水平:详见国标第10页。
12)接地变压器的联结组别:ZN(指一次连接)ZN/yn或ZN/yn11(指带二次所变的联结)5、消弧线圈及接地变铭牌上参数:详见国标第8页和第10页。
6、消弧线圈和接地变的冷却方式:AN:空气冷却;ON:风冷。
二、线圈成套装置常识资料1、国标中规定的消弧线圈调节方式(消弧线圈补偿电流的调节原理):调匝式、调容式、偏磁式(直流偏磁式)、相控式(高短路阻抗式)、调气隙式、磁阀式等。
注解:调匝式:是将消弧线圈设有多个抽头,采用有载调节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。
正常运行采用过补偿方式,消弧线圈接地回路串接阻尼电阻。
调容式:利用变压器的折射原理,增设消弧线圈二次电容负荷绕组,同时在该消弧线圈的二次绕组上并联若干组(一般为四至五组)低压电容器,通过控制器控制真空开关或反并联晶闸管的通断组合来控制二次电容器投入的数量,来调节消弧线圈二次容抗的大小,从而改变消弧线圈一次侧电感电流的大小。
偏磁式:偏磁式消弧线圈,用施加直流励磁电流,改变铁芯的磁阻,从而达到改变消弧线圈电抗值的目的,它可以带高压以电的速度按一定的设计曲线调节电感值,故没有抽头,实现了无级、连续、静态的调节。
(利用施加直流励磁电流,改变铁芯的磁阻,从而达到改变消弧线圈电抗值的目的,它可以带高压以电的速度调节电感值。
在电网正常运行时,不施加励磁电流,将消弧线圈调整到远离谐振点的状态,避免串联谐振过电压的产生,而无须阻尼电阻,同时实时检测电容电流的大小,当电网发生单相接地故障后,瞬间调节消弧线圈,实施最佳补偿。
)高短路阻抗式:该消弧线圈是一种新型的变压器式可控电抗器,其一、二次绕组间的短路阻抗很大(达100%或更大),二次绕组用晶闸管短路。
通过调节晶闸管的导通角来调节二次绕组中的短路电流,从而实现电抗值的可控调节,整套装置中设置特殊的滤波电路,用以吸收晶闸管通断时产生的谐波,使电抗器输出工频电流。
当给定晶闸管的触发角α时,工作线圈输出的基波电流为:2、调节状态:预调式和随调式。
调容、调匝为预调节式;偏磁为随调式说明:预调:是指在系统处于正常工作状态时预先将消弧线圈调至与系统电容电流相等的位置,当出现接地故障后,系统的中性点电压升高(即加载在水消弧线圈上的电压)使消弧线圈对地产生电感电流,对系统中的电容电流进行补偿。
随调:是指在系统处于正常工作状态时消弧线圈处于置零状态,当系统发生接地故障后由控制器发出信号立即将消弧线圈调至与系统中电容电流相等的位置,进行跟踪补偿。
属滞后随动补偿。
3、容流,IC的计算方法(控制器的计算方法):当系统未发生接地故障时,消弧线圈与系统对地电容形成串联谐振回路,等效原理图如图所示:其中:E0——系统不平衡电压U0——位移电压I0——零序电流XL——消弧线圈电抗R——阻尼电阻XC——被测电容容抗建立如下方程:E0=U0+I0*XC在该式中,U0、I0可实测,而E0不能测量,无法求出XC。
为此,改变一下消弧线圈挡位,调档前后E0、XC不变,建立如下方程组:E0=U01+I01*XCE0=U02+I02*XC解方程组得:XC=(U02-U01)/(I01-I02)电容电流IC可求得:IC=相电压/XC注:U0信号由PT柜引来的零序电压(或消弧线圈系统中的电压互感器引来),I0是由串在消弧线圈中的电流互感器引来,(一般是安装在阻尼电阻柜内,如果是串阻的就选变比为比5的,如果是并阻的就选比1的)4、消弧线圈系统成套装置中的其它参数:4.1国网公司招标中关于消弧线圈其它参数的一份参照表:(10KV/调匝式)4.2、消弧线圈的极差电流:是指在消弧线圈进行补偿调节时的每一档位间相差的电流。
说明:级差电流越小需要的档位越多,对系统补偿的越平滑,在国标中规定:对不直接连接发电机的系统,级差电流不宜大于5A,对于直接连接发电机的系统级差电流不宜大于DL/T620 规定的发电机接地故障电流允许值(国标DL/T620-1997 第二页)4.3、消弧线圈的残流:指经过消弧线圈补偿后剩余的电流(可能是电容电流也可能是电感电流,是容的话为欠补,是感性电流的话为过补)其值的大小详见国标第6页。
4.4、过补,欠补,等补:4.5、消弧线圈补偿系统中的谐波电流:详见国标第6页4.6、脱谐度:详见国标第6页5、消弧系统中用到的部件:1)电流互感器:型号:LZZB-U,LQZW-0.66变比:50/5,75/5,100/5,150/5……(或比1),如何选择应看消弧线圈的最大补偿电流。
精度:0.2级,0.5级等。
作用:采集系统接地后流过系统的零序电流。
安装位置:串于消弧线圈的回路,如选高压的则放于消弧的前面,如选低压的则放于消弧线圈X端的后面。
2)电压互感器:型号:JDZ-U(JDZ-6,JDZ-10,JDZ-35,JDZ-66等)变比:U/√3/0.1(6/√3/0.1, 10/√3/0.1, 35/√3/0.1等)如何选择应看系统的标称电压.精度:0.2级,0.5级等。