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GYDQ-2011-5-消弧线圈工作原理及应用

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GYDQ-2011-5-消弧线圈工作原理及应用GYDQ-2011-5-消弧线圈工作原理及应用 编号:GYDQ-2011-5 项目:电石行业供用电系统 消弧线圈工作原理及应用 整理部门:许继工业智能供用电系统部产品方案组 编制:齐庆峰 审核:马志鹏 日期:2011-5-10 目 录 1 2 3 4 5 6 消弧线圈的作用 ............................................................................3 消弧线圈工作原理 .........................

GYDQ-2011-5-消弧线圈工作原理及应用
GYDQ-2011-5-消弧线圈工作原理及应用 编号:GYDQ-2011-5 项目:电石行业供用电系统 消弧线圈工作原理及应用 整理部门:许继工业智能供用电系统部产品 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 组 编制:齐庆峰 审核:马志鹏 日期:2011-5-10 目 录 1 2 3 4 5 6 消弧线圈的作用 ............................................................................3 消弧线圈工作原理 ........................................................................3 消弧线圈容量的选 择 ....................................................................7 接地变压器的选 择 ........................................................................8 消弧线圈的几个问 题 ....................................................................8 结论 ............................................................................................. 10 1 消弧线圈的作用 目前,10 kV、35 kV城乡配电网络多为非有效接地系统,早期供电网络结构比较简单,系统不大,输电线以架空线为主,由于雷击、树木和大风等因素的影响,单相接地故障是配电网中出现概率最大的一种故障,并且往往是可恢复性的故障。由于非有效接地系统的中性点不接地,即使发生单相金属性永久接地或稳定电弧接地,仍能不间断供电,这是这种电网的 一大优点,因此对供电的可靠性起到了积极作用。但随着供电系统的不断完善,电缆线路的增加,配电网的接地电容达到一定数值后,配电网的供电可靠性将受到威胁。首先,当配电网发生单相接地时,接地电流较大,电弧很难熄灭,可能发展成相间短路;其次,当发生间歇性弧光接地时,易产生弧光接地过电压,从而波及整个配电网。为了解决这些问题,在配电网中性点装设消弧线圈是一项有效的措施。 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的恢复电压速度降低,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,同时也最大限度的减小了故障点热破坏作用及接地网的电压等。 2 消弧线圈工作原理 1.1消弧线圈工作原理 消弧线圈是1台带有间隙的分段铁芯的可调电感线圈。其伏安特性组对于无间隙铁芯线圈来说是不易饱和的,消弧线圈的铁芯和线圈均浸在绝缘油中,外形与单相变压器相似。 图1为补偿电网单相接地故障图,其中gx、Lx分别 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示消弧线圈的电导和电感,g1、g2、g3分别代表三相对地电导,C1、C2、C3分别代表三相对地电容。 图2为单相接地的等值电路图,其中的Id为接地点D处的接地电流。 图3为单相接地相量图,其中的Ic为电网电容电流,IL为消弧线圈补偿电流。由于消弧线圈是一个电感元件,因此相量图中Ic和IL为方向相反的电流。如忽略导纳的影响,根据以上分析可以得出Id的数值。 当Id=0时,电网电容电流全部被消弧线圈补偿。 消弧线圈的脱谐度v表征偏离谐振状态的程度,可以用来描述消弧线圈的补偿程度 式中Ic——对地电容电流,A; IL——消弧线圈电感电流,A。 脱谐度数值的选取应适当。一方面,脱谐度的减小不仅能减小单相接地弧道中的残流,还可以降低恢复电压的上升速度,从而可知,脱谐度越小越好;但另一方面,脱谐度的减小会使消弧线圈分接头数量增多,增加设备的复杂程度,还会使有载调节开关频繁动作,降低设备运行的可靠性。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。 种不同的运行方式,即欠补偿、全补偿和过补偿。 ?欠补偿。补偿后电感电流小于电容电流,或者说补偿的感抗ωL小于线路容抗1/3ωCo,电网以欠补偿的方式运行。 ?过补偿。补偿后电感电流大于电容电流,或者说补偿的感抗ωL小于线路容抗1/3ωCo,电网以过补偿的方式运行。 ?全补偿。补偿后电感电流等于电容电流,或者说补偿的感性ωL等于线路容抗1/3ωCo,电网以全补偿的方式运行。 DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定:消弧线圈接地系统,在正常运行情况下,中性点的长时间电压位移不应超过系统标称相电压的15%,消弧线圈宜采用过补偿运行方式。目前的自动调谐接地补偿装置能够实现全补偿运行或很小的脱谐度,主要是由于在消弧线圈的一次回路中串入了大功率的阻尼电阻,降低中性点电压的幅值,使之达到相电压的5%,10%。因为如果当系统的电容电流与消弧线圈工作电流相等时,即在谐振时中性点电压限制在允许值以下,就可实现全补偿方式,这是残流为最小的最佳工作方式。所以,可在消弧线圈的一次回路中串入大功率的阻尼电阻以增大阻尼率的方法来实现。 中性点位移电压 式中d——阻尼率(一般对35 kV及以下架空线路取5%,电缆线路取2,,4%); Ubd——中性点不对称电压,一般取0.8%相电压,kV。 中性点位移电压U0与电网的不对称电压Ubd、消弧线圈的脱谐率v及电网的阻尼率有关。当电网形成后,其不对称电压基本是个固定值,为保证在单相接地时有效地抑制弧光过电压的产生,要求消弧线圈的脱谐度v在?5%以内,那么只有改变阻尼率d才能改变位移电压,因此应当在消弧线圈中串入电阻,保证阻尼率,控制中性点位移电压。在低压电网中由于中性点不对称电压很小,为提高测量精度,采用特制的中性点专用互感器来提高检测灵敏度。 1.2消弧线圈分类 早期采用人工调匝式固定补偿的消弧线圈,称为固定补偿系统。固定补偿系统的工作方式是:将消弧线圈整定在过补偿状态,其过补程度的大小取决于电网正常稳态运行时不使中性点位移电压超过相电压的15%,之所以采用过补偿是为了避免电网切除部分线路时发生危险的串联谐振过电压。因为如整定在欠补偿状态,切除线路将造成电容电流减少,可能出现全补偿或接近全补偿的情况。但是这种装置运行在过补偿状态当电网中发生了事故跳闸或重合等参数变化时脱谐度无法控制,以致往往运行在不允许的脱谐度下,造成中性点过电压,三相电压对称遭到破坏。可见固定补偿方式很难适应变动比较频繁的电网,这种系统已逐渐不再使用。取代它的是跟踪电网电容电流自动调谐的装置,这类装置又分为两种,一种称之为随动式补偿系统。随动式补偿系统的工作方式是:自动跟踪电网电容电流的变化,随时调整消弧线圈,使其保持在谐振点上,在消弧线圈中串一电阻,增加电网阻尼率,将谐振过电压限制在允许的范围内。当电网发生单相接地故障后,控制系统将电阻短接掉,达到最佳补偿效果,该系统的消弧线圈不能带高压调整。另一种称之为动态补偿系统。动态补偿系统的工作方式是:在电网正常运行时,调整消弧线圈远离谐振点,彻底避免串联谐振过电压和各种谐振过电压产生的可能性,当电网发生单相接地后,瞬间调整消弧线圈到最佳状态,使接地电弧自动熄灭。这种系统要求消弧线圈能带高电压快速调整,从根本上避免了串联谐振产生的可能性,通过适当的控制,该系统是唯一可能使电网中原有功率方向型单相接地选线装置继续使用的系统。 目前,自动补偿的消弧线圈国内主要有四种产品,分别是调气隙式、调匝式、偏磁式、调可控硅式。 调气隙式 调气隙式属于随动式补偿系统。其消弧线圈属于动芯式结构,通过移动铁芯改变磁路磁阻达到连续调节电感的目的。然而其调整只能在低电压或无电压情况下进行,其电感调整范围上下限之比为2.5倍。控制系统的电网正常运行情况下将消弧线圈调整至全补偿附近,将约100欧电阻串联在消弧线圈上。用来限制串联谐振过电压,使稳态过电压数值在允许范围内(中性点电位升高小于15%的相电压)。当发生单相接地后,必须在0.2S内将电阻短接实现最佳补偿,否则电阻有爆炸的危险。该产品的主要缺点主要有四条: 工作噪音大,可靠性差 动芯式消弧线圈由于其结构有上下运动部件,当高电压实施其上后,振动噪音很大,而且随着使用时间的增长,内部越来越松动,噪音越来越大。串联电阻约3KW,100MΩ。当补偿电流为50A时,需要250KW容量的电阻才能长期工作,所以在接地后,必须迅速切除电阻,否则有爆炸的危险。这就影响到整个装置的可靠性。 调节精度差 由于气隙微小的变化都能造成电感较大的变化,电机通过机械部件调气隙的精度远远不够。用液压调节成本太高 过电压水平高 在电网正常运行时,消弧线圈处于全补偿状态或接近全补偿状态,虽有串联谐振电阻将稳态谐振过电压限制在允许范围 控制方式的特点 采用动态补偿方式,从根本上解决了补偿系统串联谐振过电压与最佳补偿之间相互矛盾的问题。众所周知,消弧线圈在高压电网正常运行时无任何好处,如果这时调谐到全补偿或接近全补偿状态,会出现串联谐振过电压使中性点电压升高,电网中各种正常操作及单相接地以外的各种故障的发生都可能产生危险的过电压。所以电网正常运行时,调节消弧线圈使其跟踪电网电容电流的变化有害无利,这也就是电力部门规定“固定式消弧线圈不能工作在全补偿或接近全补偿状态”的原因。国内同类自动补偿装置均是随动系统,都是在电网尚未发生接地故障前即将消弧线圈调节到全补偿状态等待接地故障的发生,这了避免出现过高的串联谐振过电压而在消弧线圈上串联一阻尼电阻,将稳态谐振过电压限制到容许的范围内,并不能解决暂态谐振过电压的问题,另外由于电阻的功率限制,在出现接地故障后必须迅速的切除,这无疑给电网增加了一个不安全因素。偏磁式消弧线圈不是采用限制串联谐振过电压的方法,而是采用避开谐振点的动态补偿方法,根本不让串联谐振出现,即在电网正常运行时,不施加励磁电流,将消弧线圈调谐到远离谐振点的状态,但实时检测电网电容电流的大小,当电网发生单相接地后,瞬时(约20ms)调节消弧线圈实施最佳补偿。 调可控硅式 调可控硅式消弧线圈是把高短路阻抗变压器的一次绕组作为工作绕组接入配电网中性点,二次绕组作为控制绕组由2个反向连接的可控硅短接,调节可控硅的导通角由0,180? 之间变化,使可控硅的等效阻抗在无穷大至零之间变化,输出的补偿电流就可在零至额定值之间得到连续无极调节。可控硅工作在与电感串联的无电容电路中,其工况既无反峰电压的威胁,又无电流突变的冲击,因此可靠性得到保障。其特点如下: (1)、利用可控硅技术,补偿电流在0,100%额定电流范围kV?A; Un——系统标称电压, kV; Ic——对地电容电流,A。对于改造 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 ,Ic应以实测值为依据;对于新建工程,则应根据配电网络的规划、 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 资料进行计算。 消弧线圈接地装置的选择首先是由配电网的电容电流确定,主要有2种方法: a. 进行实际测量利用中性点外加电容法、增量法等,可以比较有效地将电容电流测出来,且对系统没有任何影响。 b. 根据配电网参数估算估算电容电流主要包括有电气连接的所有架空线路、电缆线路、变压器以及母线和电气的电容电流。 架空线路的电容电流近似估算公式为: 无架空地线:Ic=2.7×Ue×L×10-3(7) 有架空地线:Ic=3.3×Ue×L×10-3(8) 以上2式中,L为线路的长度,km;Ic为线路的电容电流,A;Ue为额定电压, kV。 同杆双回线路的电容电流为单回路的1.3,1.6倍。 电缆线路的电容电流近似估算公式: 以上2式中,S为电缆截面,mm2;Ic为线路的电容电流,A;Ue为额定电压,kV。 上述公式主要适用于油浸纸电力电缆,对于目前采用较多的交联聚乙烯电缆,其每km的对地电容电流根据制造厂提供的参数比油浸纸电力电缆的大20%左右。 3.2实际应用 石家庄钢铁厂220 kV 中央变电站为比较典型的用户站,该站规模为:2台220 kV/35 kV/6 k V,90 MV?A变压器;220 kV部分为桥型接线;35 kV、6 kV部分均为单母线分段接线;6 kV部分 由于进线额定电流较大,故采用了双开关进线。35 kV出线7回,均为架空线,且线路非常短;6 kV出线15回,分别接在2段母线上。在6 kV 2段母线上分别装1套接地变压器加消弧线圈,出线均采用电缆,业主提供每段母线所接的电缆长度资料为:VLV22--240,15 km;VLV22--35,10 km。根据电缆的长度选择消弧线圈的容量。 根据计算公式(10),计算VLV22-240电缆的单位电容电流: 采用相同的计算方法,得到VLV22-120电缆的单位电容电流为1.124 59 A/km;VLV22-35电缆的单位电容电流为0.482 9 A/km。 根据业主提供的电缆长度,可以得出1段母线上所接电缆的电容电流: 根据上述计算,消弧线圈的容量选择为200 kV?A 。 4 接地变压器的选择 4.1使用Z型接线变压器作为接地变压器 消弧线圈接入系统必须要有电源中性点,在其中性点上接入消弧线圈,当发生单相接地时,流过变压器的三相同方向的零序磁通,经过油箱壁绝缘油及空气等介质形成闭合的回路,在油箱铁芯等处产生附加的损耗,这种损耗是不均匀的,必然要形成局部过热,影响变压器的正常运行和使用寿命。所以接入此类接地变压器的消弧线圈的容量不应超过变压器容量的20%;为满足消弧线圈接地补偿的需要,同时也满足动力与照明混合负载的需要,可采用Z型接线的变压器ZN,yn11连接的变压器。由于变压器高压侧采用Z型接线,每相绕组由2段组成,并分别位于不同相的铁芯柱上,2段线圈反极性相连,零序阻抗非常小。它的空载损耗低;变压器容量可以95%被利用;并能够调节电网的不对称电压。由此可见,Z型接线的变压器作为接地变压器是一种比较好的选择。 4.2容量的选择 接地变压器的容量应与消弧线圈的容量相配合。当接地变压器只带消弧线圈,无二次负载时,接地变压器的容量与消弧线圈的容量相等即可,当接地变压器除带消弧线圈外,还兼作所用变压器使用时,接地变压器的容量应大于消弧线圈的容量,具体应根据接地变压器二次侧的容量来定。系统单相接地时,流过接地变压器的电流是零序电流与二次负荷电流的矢量 和。 5 消弧线圈的几个问题 5.1消弧线圈存在的理由 一个电网的存在必然存在着漏电.在50HZ的工频电中由于在电力的输送过程中没有零线,因此导线和大地构成一个对地电容,这要取决于那条线路距离大地最近.因为漏掉的电流要 跑到另外的线路中!假如A失去电流,那么B或者C就得到电流!容性电流=A-B|A-C 线路越长容性电流就越大!容性电流越大,当发生接地的时候弧光就不容易熄灭!通过引入消弧线圈来保证整个变电站的接地时候的电流<5A就可以消灭接地弧光!当然:引入消弧线圈后,变电站的系统有可能是过补(电感电流大于电容电流)或者是欠补(电感电流小于电容电流)但绝对不能相同(电感电流等于电容电流)! 5.2消弧线圈的补偿方式 中性点装设消弧线圈的目的是利用消弧线圈的感性电流补偿接地故障时的容性电流,使接地故障电流减少。通常这种补偿有三种不同的运行方式,即欠补偿、全补偿和过补偿。 ?欠补偿。补偿后电感电流小于电容电流,或者说补偿的感抗ωL小于线路容抗1/3ωCo,电网以欠补偿的方式运行。 ?过补偿。补偿后电感电流大于电容电流,或者说补偿的感抗ωL小于线路容抗1/3ωCo,电网以过补偿的方式运行。 ?全补偿。补偿后电感电流等于电容电流,或者说补偿的感性ωL等于线路容抗1/3ωCo,电网以全补偿的方式运行。 根据国家原电力工业部《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定,3—66KV系统的单相接地故障电容电流超过10A时,应采用消弧线圈接地方式。一般的110/10kV变电所,其变压器低压侧为?接线,系统低压侧无中性点引出,因此,在变电所设计中要考虑10kV接地变、消弧线圈和自动补偿装置的设置。 10kV中性点不接地系统的特点 选择电网中性点接地方式是一个要考虑许多因素的问题,它与电压等级、单相接地短路电流数值、过电压水平、保护配置等有关。并直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和发电机的安全运行以及对通信线路的干扰。10kV中性点不接地系统(小电流接地系统)具有如下特点:当一相发生金属性接地故障时,接地相对地电位为零,其它两相对地电位比接地前升高?3倍,一般情况下,当发生单相金属性接地故障时,流过故障点的短路电流仅为全部线路接地电容电流之和其值并不大,发出接地信号,值班人员一般在2小时内选择和排除接地故障,保证连续不间断供电。 5.3消弧消谐过电压保护装置(消弧消谐柜)的缺陷 5.3.1只能用于线路消弧。 只能用于电容电流,30A的系统线路消弧,工频过电压小于线电压的1.1倍;暂态过电压是相电压的3.5倍。 电容电流,30A不能使用故障相接地消弧方法。 5.3.2不能用于电容电流,30A的系统。 电容电流,30A的系统X0/X1会落在(-20,-1)之间,单相金属性接地,健全相工频电压也会很高,系统无法承受。 5.3.3直配高压电机的变电所不能使用 一旦电机绕组发生单相接地,消弧装置动作短接一部分电源,短路电流可达几千安乃至几十千安,烧坏电机定子槽烧坏电机。 5.3.4小容量变压器的变电所不能使用 如果变压器绕组发生单相接地,故障相接地消弧方法动作后等于短接一部分电源,短路电流可达几千安乃至几十千安,烧坏变压器绝缘造成事故,本来油变压器拉弧可自愈不会造成事故,烧坏电机绝缘和定子槽造成电机报废。特别是小容量的10KV/0.38的变压器,只有后备瓦斯保护,一旦绕组发生单相接地,消弧动作短接一部分电源,微机保护又不会动作,只有瓦斯保护动作时间很长会造成很大的事故。因此故障相接地消弧方法只能用于线路消弧,但是线路总是与变压器或电机相连接。 5.3.5退出消弧时可能引发PT铁磁谐振。退出消弧时刻系统对地电容储存的电荷只能通过PT泄放,可能引发PT谐振。 6、100ms以上时间才能实现消弧,数据采集要10ms以上,判断运算及中间继电器响应时间20ms以上,接触器动作合闸时间80ms以上,因此100ms以上时间才能实施消弧,而不是其说明书上的30ms,30ms是给接触器合闸信号的时间。 5.3.6影响系统运行方式,故障相接地消弧方法消弧时是一种病态运行状态。 5.3.7主要是消弧功能,其过电压保护是避雷器,消谐是在PT开口加装小电阻。 5.4为什么消弧柜无法准确判断故障相的原因分析 5.4.1没有100%的判相理论。 5.4.2单相弧光接地时,暂态过程的影响。 5.4.3微机采样时间必须大于交流信号的半个周波,才能实施数字滤波,才能进行幅值、相位计算。对于50Hz交流,采样时间必须大于等于10ms。 对于单相弧光接地,电容电流过0弧光熄灭,当接地发生在峰值之后,弧光燃烧时间<10ms,也就意味着微机在10ms时间段内采样的交流信号是幅值、相位不同的两个交流信号,而微机计算按照是一个交流信号处理运算,得出的结果肯定错误。 因此,消弧控制器根本无法准确判断故障相。 6 结论 随着社会经济的发展,工、农业生产对用电的可靠性和用电质量都提出了更高的要求。目前具有自动跟踪补偿功能的消弧线圈接地的接地方式在城市供电网中使用得比较多。采用 自动跟踪补偿的消弧线圈,可以将电容电流补偿到残流很小,使瞬时性接地故障自动消除而 不影响供电。如果配有自动选线装置,对于永久性故障,能正确选出故障线路并跳闸,则可不 影响其它非故障线路的正常运行,则是比较合理并很有发展前景的中性点接地方式。
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分类:工学
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