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自动调谐消弧线圈接地补偿装置的选型与计算_靳利华

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自动调谐消弧线圈接地补偿装置的选型与计算靳利华1，黄寿元2，3（1.五矿邯邢矿业有限公司北?河铁矿，河北武安056300；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，安徽马鞍山243000；3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司，安徽马鞍山243000）摘要：随着电力电缆大幅增多，消弧线圈补偿已达最大档位，阻尼箱及控制部分技术落后，原设备性能已不能满足电网的要求。

针对设备的运行现状，分析了存在的缺陷，提出了增容改造的方案，通过对系统对地电容电流计算确定了消弧线圈、接地变压器的容量，完成了新设备的选型与计算工作，系统实施后供电系统安全运行得到有力的保证，对提高配电网的运行可靠性起到了积极的作用。

关键词：自动调谐消弧线圈；接地补偿装置；增容改造；选型计算Selection and Calculation of the Earth Compensation Device of Automatic Tuning Arc Suppression CoilJIN Lihua 1，HUANG Shouyuan 2，3（1.Beiminghe Iron Mine ，Minmetals Hanxing Mining Co.，Ltd.，Wuan 056300，China ；2.Sinosteel Maanshan Institute of Mining Research Co.，Ltd.，Maanshan 243000，China ；3.Huawei National Engineering Research Center of High Efficiency Cyclic Utilization of MetalMineral Resources Co.，Ltd.，Maanshan 243000，China ）Abstract:With significant increase of power cable ，arc suppression coil compensation has reached its limit and ，due to lag of damping cases and the control part in technology ，the performance of original equipment can not meet requirements of power network.In view of operation status of the equipment,in this paper ，the defects existed are analyzed and upgrading scheme is proposed.The capacity of arc suppression coil and of transformer is determined through calculation of capacitive current of system to earth and the type selection and calculation of new equipment is finished.Implementation of system assures safe operation of power system and plays an active role in improving reliable operation distribution power network.Keywords:automatic tuning arc suppression coil ；earth compensation device ；upgrade ；type selection &calculation——————————————————————————————————————————————————收稿日期：2014-10-130引言北?河铁矿110kV 变电站自动调谐消弧线圈接地补偿装置已投运10余年，随着电力电缆大幅增多，系统参数随之发生了变化，原设备性能已不能满足电网的要求。

采用中心点经消弧线圈接地的方式，可在系统发生单相接地故障时，利用消弧线圈产生的感性电流补偿接地电容电流，防止弧光过零后重燃，降低高幅值过电压出现的几率，避免事故进一步扩大，对提高配电网的运行可靠性起到了积极的作用［1-2］。

而自动调谐消弧线圈接地补偿装置在正常运行中可以不断地对系统电容电流、残流进行测量计算，根据测量结果控制消弧线圈升降档，使残流（脱谐度）保持在最小，系统发生接地故障时迅速补偿电网的对地电容电流，减小故障点残流，使故障相接地电弧两端的恢复电压速度降低，达到熄灭电弧的作用［3-7］。

1自动调谐消弧线圈接地补偿装置概述自动调谐消弧线圈接地补偿装置主要由消弧线圈、接地变压器、微机控制器、阻尼箱及控制部分、过电压保护器、CT 等构成，如图1所示。

该装置DOI:10.14044/j.1674-1757.pcrpc.2015.02.005第36卷第2期：0019-00232015年4月电力电容器与无功补偿Power Capacitor &Reactive Power CompensationVol.36，No.2：0019-0023Apr.201519··2015年第2期电力电容器与无功补偿第36卷在正常运行中不断地对系统电容电流、残流进行测量计算，根据测量结果控制消弧线圈升降档，使残流（脱谐度）保持在最小，系统发生接地故障时迅速响应，达到补偿目的。

1.1消弧线圈消弧线圈主要分为调匝式、调容式、调气隙式、调偏磁式、高短路阻抗式等，目前在用的消弧线圈多为调匝式消弧线圈［8-15］。

它是将绕组按分出的匝数，抽出若干个分接头，将原来的无励磁分接开关改成有载分接开关进行切换，通过改变匝数实现电感量改变。

消弧线圈的调流范围一般为额定电流的30%～100%，相邻分头间的电流数按等差级数排列，相邻分头间电流差一般小于5A ，一般按容量分9~14档分头。

按冷却方式分为干式和油浸式两种，油浸式接地变压器体积大，日常维护量大；干式接地变压器体积小，日常维护量小，但有载切换时分接头动作噪音大。

1.2接地变压器接地变压器的作用主要是为消弧线圈提供有效的中性点。

由于接地变的零序阻抗很小，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。

接地变压器还可以调整电网的不对称，实现消弧线圈自动跟踪补偿，因为当配电网三相对称性比较好时，自动调谐信号的不对称电压很小，消弧线圈很难进行自动调谐，增加接地变压器，人为在接地变高压侧三相之间的设置不对称电源，可以实现消弧线圈自动跟踪补偿的目的。

1.3微机控制器微机控制器主要由工控机主体和外围电路组成，主要是用来实时测量系统电容电流的大小，并按设定的残流值，自动调节消弧线圈的分接头，使系统电容电流一直处于最佳位置。

一般微机控制器的显示器采用图形显示，具有报警、信息储存等功能，通过通讯接口，可以实现远程通讯，可满足综合自动化站的要求［16］。

1.4阻尼箱及控制部分在系统正常运行时，阻尼电阻串接于消弧线圈专用的一次线圈上，可以抑制串联谐振过电压；当系统发生单相接地时，阻尼箱依靠消弧线圈接地时产生的零序电压启动，通过可控硅快速动作，迅速短接阻尼电阻，避免了一次高压通过阻尼电阻箱串到工作电源造成重大事故，消除了可能造成恶性事故的隐患；在接地故障消失后，可控硅过零自然关断，阻尼电阻投用正常使用。

1.5过电压保护器过电压保护器并接于中性点与地之间，对与中性点有关的内部过电压均能起到有效的抑制作用。

1.6高精度电流CT可以为高精度测量提供技术保障，如在软件里加入数字非线性拟合技术，可以补偿CT 测量误差，提高测量精度。

2北?河110kV 站消弧线圈运行现状及存在问题北?河铁矿110kV 站始建于1997年，1998年10月建成投入使用，是北?河铁矿的总降压变电站。

6kV 系统两端母线并列运行，中性点采用经消弧线圈接地的方式，采用了ZGTJD 型自动跟踪调谐消弧线圈装置，1号消弧线圈接6kV Ⅰ母线，2号消弧线圈接6kV Ⅱ母线，11个调节档位，单个消弧线圈补偿电流为34.5A ，可以手动调整消弧线圈的匝数，调节消弧线圈的电感电流，补偿6kV 系统接地电容电流。

经过10多年的运行，随着电力电缆的不断增多，电网参数发生了很大的变化，北?河110kV 站自动调谐消弧线圈已无法满足电网要求，主要存在以下问题。

2.1消弧线圈补偿已达最大档位脱谐度v 表示消弧线圈偏离谐振状态的程度，可以用来描述消弧线圈的补偿程度。

脱谐度计算公式为图1自动调谐消弧线圈原理图Fig.1The principle diagram of the automatic tuning arcsuppression coil20··v=（I c-I L）/I c×100%。

式中：I c为对地电容电流，A；I L为消弧线圈电感电流，A。

当v=0时，称为全补偿，当v>0时为欠补偿，v<0时为过补偿；脱谐度数值v的选取应适当，运行经验表明，脱谐度不大于5%就能很好地灭弧、维持较理想的残余电流和恢复电压的上升速度。

北?河铁矿110kV变电站目前站内2台消弧线圈最大补偿时均在11档位，按照脱谐度计算公式，如果系统电容电流再增加，消弧线圈将运行在全补偿状态、甚至欠补偿状态，根据DL/T620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合规定》要求：消弧线圈接地系统，在正常运行情况下，消弧线圈宜采用过补偿运行方式。

目前运行的消弧线圈装置已达最大容量，随着北?河铁矿电网的不断发展，消弧线圈接地补偿装置将成为制约电网发展的瓶颈。

2.2阻尼箱及控制部分技术落后北?河铁矿110kV站现使用的消弧线圈阻尼箱为外接电源控制，电源取自消弧线圈的控制器，当发生系统接地后，控制器控制真空断路器导通，短接阻尼电阻。

如发生系统接地故障时，阻尼箱外接电源故障，无法立即短接阻尼电阻，这样会造成阻尼箱发热甚至烧毁事故。

2013年10月份，110kV 站出线660架空线路由于雷雨天气造成了接地，消弧线圈控制器故障，真空断路器无动作，阻尼箱没有被短接，造成了阻尼电阻发热烧毁的事故。

随着技术不断的发展，现在市场主流阻尼箱控制已采用了无源可控硅技术，当系统发生接地故障时，依靠消弧线圈接地时产生的零序电压启动，通过可控硅快速动作，无需外接电源，零响应，可靠性高，可以有效避免阻尼电阻烧毁事故的发生。

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110kV变电站消弧线圈自动补偿装置的选型

110kV变电站消弧线圈自动补偿装置的选型

磁 式
【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｌ Ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆ １ １ ０ ｋ Ｖ ｓ ｕ ｂ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
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Ｓｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ Ａｕ ｔ ｏｍａ ｔ ｉ ｃ Ｃｏ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｏ ｆ １ １ ０ｋ Ｖ Ｓｕ ｂ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ａｒ ｃ Ｓｕ ｐ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｃｉ ｒ ｃ ｌ ｅ
引 言
根据 《 交流 电气装置 的过 电压保 护和绝 缘配合 》 规 定，３ ～１ ０ ｋ Ｖ电缆 线路构 成的系统单相 接地 故障 电容 电流 超过 ３ ０ Ａ时 ，应 采 用 消 弧 线 圈 接 地 方 式 。 由于 用 电负 荷 的 不 断增 长 和 城 市 建 设 发 展 的 需要 ， 越来越 多的 ｌ １ Ｏ ｋ Ｖ变 电 站 采 用 １ Ｏ ｋ ｖ电 缆 出线 。 随 着 １ ０ ｋ ｖ电缆线路长度 的增加 ，导致 ｌ Ｏ ｋ Ｖ系统单相 接 地 电 容 电流 明 显增 加 ， 消 弧 线 圈得 到 了广 泛 的 应 用 。由于固定式消 弧线 圈调节不方便 ，运 行人员判 断 困难 ，因此 目前 多采 用消弧线 圈自动补偿装置 。 消弧线 圈 自动补偿装 置种类众多 ，如何合 理的选 用 消 弧装 置 是 １ １ Ｏ ｋ Ｖ变 电站 设 计 的 一 个 关键 问题 。 本 文主要对 消弧线圈 自动补偿装置的选型进行分析 。 消 弧 线 圈 作 用 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 电弧两端恢 复电压速 度 降低 ，达到熄灭 电弧的 目的 。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 限度减 小了故障点热破坏作用及接地 网电压等 。 二 、 消弧线圈 自动补偿装置的类型 消弧线圈 自动跟踪 补偿装置根据调 节电感的方 式不 同 ， 可 以分 为 ： 调 气 隙 式 、 调 匝 式 、 直 流偏 磁 式 、相 控 式 、 调 容 式 等 。 １ ． 调 气 隙 式 调 气 隙 式 属 于 随动 式 补 偿 系 统 ，消 弧 线 圈 的 铁 芯 是 动 芯 式 结 构 ，分 成 上 下 两 部 分 ：下 部 分 同线 圈 固定在 框架上 ，上部分 用 电动机驱动上下移动 ，通 过 调 节 气 隙 的 大 小 达 到 连 续 调 节 电感 的 目 的 。此 类 产 品在 欧洲有一定 的应用 ，瑞士哈弗莱公 司曾经 开 发过此产 品，我 国由于 受到制造水平的限制 ，产 品 质 量 不 稳 定 ， 基 本 已经 停 产 。 该 类 型 的 主 要 缺 点 是
消弧线圈自动调谐及接地选线装置应用及分析

消弧线圈自动调谐及接地选线装置应用及分析

． 着 用 电负荷 的 日益 增长 ， 乡 电网 的扩大 及 电缆 出线 的增 多 ， 城 电网 ２１ Ｚ 型 接 地 变 压 器 在 主变 压 器 为 △型 接 线 或 星 型 但无 中性 点 引 出 时 ， ｚ型 接 地 系 统 的对地 电容不 断加 大 ， 当发 生某 一相 接地 ， 故障 点流过 的 电流
１ 普 通 无载 消弧 线 圈的缺 点
由于 以往 普遍 使用 的都 是手 动 调匝 消弧 线 圈 ，其 存 在着 以下
２ 面缺点。 方
１１ 不 能及 时调 节分 接 头 ．
带 消弧 线 圈外 ， 可带 二 次 负荷 ， 即代 替 所用 变 用 ， 地 变 压器 的容 接 量应 为 消弧 线 圈容 量与 二次 负 荷容 量之 和 。 目前 丽水 电网新 上 的
引出点 接上 消 弧线 接线 ，与 普通 变压 器 的区 别 是每 一 设 消 弧 线 圈 ， 量 地 减 少故 障 接 地 电 流 ， 缓 电弧 熄 灭 瞬 间 故 障 尽 减 相 线 圈分别 绕在 两 个磁 柱上 ，相 当于 由两 个 匝数 相 等 的两 个 串联 点 恢 复 电压 的 上升 速 度 。单 相 接地 ， 消弧 线 圈产 生 的 电感 电流 与 使 Ｂ Ｃ三 相 的零 序 磁通 可 沿 磁 柱流 通 ， 中性 从 流 入 接地 点 的 电容 电流相 位 相 反 ， 地弧 道 的残 流 即 为 电感 电流 分 绕组 组 成 ， 得 Ａ、 、 接 与 电容 电流 的差 值 ， 流 过 故障 点 的残 流 减 小 ， 到熄 弧 的 目的 ， 使 达 防 止 发生 设 备损 坏 等扩 大事 故 的可 能 ， 同时 减 少线 路 的事 故 跳 闸 概率。
（ 水 电业 局 ， 江 丽水 ３ ３ ０ ） 丽 浙 ２ ０ ０
WXHK系列自动调谐及接地选线消弧线圈成套装置使用说明书资料解读

WXHK系列自动调谐及接地选线消弧线圈成套装置使用说明书资料解读

目录第一章自动调谐及接地选线消弧线圈成套装置 (1)一、概述 (1)二、成套装置应用范围 (1)三、成套装置技术参数 (1)四、成套装置的构成 (2)五、型号含义 (5)六、产品特点 (6)第二章自动调谐及接地选线控制器 (7)一、概述 (7)二、控制器的主要作用 (7)三、测量及选线原理 (7)四、组成 (8)五、主要技术性能指标 (8)六、正常使用环境 (8)七、电气原理 (9)八、控制器主要功能 (9)九、控制器操作方法 (11)第三章成套装置安装及调试大纲 (16)第四章成套装置运行维护注意事项 (21)第五章成套装置的选型及订货须知 (24)第六章服务承诺 (25)附录电容电流估算 (26)第一章自动调谐及接地选线消弧线圈成套装置一、概述电力系统中性点接地是防止系统运行事故的一项重要应用技术，目前常用的方式有直接接地、经低电阻接地、经低电抗接地、经消弧线圈接地等多种方式。

随着电力系统的规模越来越大，特别是电缆在配电网中的大量使用，系统电容电流大幅度增长，在这种情况下发生单相接地故障时，接地电容电流在故障点形成的电弧不能自行熄灭，同时，间歇电弧产生的过电压往往又使事故扩大，显著降低了电力系统的运行可靠性。

此时如果采用中性点经消弧线圈接地方式，将能够较好地解决这一问题。

因此，电力行业标准DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中明确规定：3-10kV 架空线路构成的系统和所有35，66kV电网当单相接地故障电流大于10A时，中性点应装设消弧线圈；3-10kV电缆线路构成的系统，单相接地故障电流大于30A时，中性点应装设消弧线圈。

中性点经消弧线圈接地也称为谐振接地，它利用消弧线圈产生的感性电流抵消单相短路时的容性电弧电流，从而自动消除电网的瞬间单相接地故障，而对于永久单相接地故障，因为电弧能够及时熄灭，从而避免了事故扩大。

因此，谐振接地方式在电力系统中得到了越来越广泛的应用。

消弧线圈自动调谐装置在10KV配电网中运用分析

消弧线圈自动调谐装置在10KV配电网中运用分析

消弧线圈自动调谐装置在10KV配电网中运用分析摘要：消弧线圈可以连接变压器中性点以及大地，从而形成接地系统，有效保护电力的安全、稳定输送，是小电流接地的一种系统。

本文深入分析、消弧线圈的结构、补偿原理、特性、接地方式、阻尼电阻以及接地容变量选择等内容，希望对我国的10KV配电网的运行安全有积极的影响。

关键词：消弧线圈；10KV配电网；接地方式引言：在10KV配电网中，如果变压器的中性点不接地，就会导致其出现单相金属性故障的发生。

在以前，这种故障可以在短时间内解决，但是随着城乡居民用电需求的增加，电网的不断扩大，电缆线路众多，因此导致对地电容电流的大量增加，因此在发生短路故障的时候，由于电流较大，就会造成停电事故。

而应用消弧线圈，可以减小接地电流，从而避免故障的扩大。

1消弧线圈的结构以及补偿原理1.1消弧线圈的结构消弧线圈的结构十分简单，中间的三个铁芯和上面的线圈组成了Z型的变压器，并且这个变压器是接地装置，三相引出头1,2,3和配网相互连接，并且中性点和两侧的绕组相互连接，两边的柱子上存在绕组，并且和铁芯上的两个绕组交叉连接，最终与接地变压器的中性点以及大地相连，最终形成了消弧线圈[1]。

在电网运行的时候，三相对称电压会加到接地变压器的三端，可以在铁芯的位置形成正序的磁通，但是在铁芯的上下两端所进行的交汇是零，并且通过消弧线圈的两端的电压也是零。

一旦在配网中存在单相接地的故障，那么就会导致零序电压的数值出现变化，而此时变压器上面所显示的电压数值也会变成零。

因为这个时候的零序电压已经被消弧线圈抵消了。

如图1所示，是消弧线圈的结构示意图。

图1 消弧线圈的结构示意图1.2消弧线圈的补偿原理消弧线圈在应用的时候，其作用是补偿配网中的电流，使其保持平衡的状态，而接地点的电流下降以后，就能够避免在配网短路的时候电弧重燃，确保能够提供稳定安全的用电。

在应用的时候，消弧线圈在应用的时候还可以使电压在恢复的时候速度变低，这样就不会发生电弧重燃所导致的电压急剧升高而造成的恶劣影响。