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    消弧線圈成套裝置
    2017-06-21 11:37127
    概述特點原理參數對比

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    KA2003-XH消弧線圈成套裝置


           

    消弧線圈是一種補償裝置。當系統發生單相接地故障時,消弧線圈產生感性電流補償接地電容電流,使通過接地點的電流低于產生間歇電弧或維持穩定的電弧所需要的電流值,起到消除接地點電弧的作用。

         

    對于20kV及以上的電網,當接地點電流超過10A以后,接地點就容易出現間歇性電弧,間歇性電弧所引起的過電壓,對電器的絕緣程度有很大的危害。對于3~10kV電網,由于絕緣有一定的裕度,間歇電弧所引起的過電壓對電器絕緣危害性不大,但當接地電流大于30A時,會產生不易熄滅的穩定電弧,可能燒壞電器或引發相間短路。所以對于20kV及以上的電網,接地電流超過10A,或3~10kV的電網,接地電流超過30A時,應安裝消弧線圈來進行補償。

           隨著我國國民經濟的持續發展,電網規模越來越大,特別是電纜在配電網中的大量使用,使得系統電容電流大幅度增長。對于中性點不接地系統,當發生單相接地時,由于電容電流較大,弧光不能自熄,造成跳閘事故率上升,嚴重危脅著電網的安全運行。因此新頒布的電力行業標準DL/620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》中明確規定:3~10kV架空線路構成的系統和所有35kV、66kV系統,當單相接地故障電流大于10A時,中性點應裝設消弧線圈;3~10kV電纜線路構成的系統,當單相接地故障電流大于30A時,中性點應裝設消弧線圈。


            老式消弧線圈(即手動無載調匝式消弧線圈)由于不能自動測量系統電容電流,再加上系統運行方式不固定,調節又需要停電,使用十分不便。近幾年國內研制生產了多種形式的自動跟蹤消弧線圈,但仍存在不足之處,如有的消弧線圈調節速度慢,有的消弧線圈其二次系統結構復雜,可靠性不高,甚至給系統帶來較大諧波污染;同時,系統安裝消弧線圈后,當發生單相接地時,如何準確選擇故障線路也一直沒有得到很好的解決。


            為此,我公司與華北電力大學合作開發研制了新型的KA2003-XH型消弧線圈自動調諧及接地選線成套裝置。

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    KA2003-XH消弧線圈成套裝置


    1.運行方式靈活,可以采用“預調”的運行方式,也可以采用“隨調”的運行方式。


    2.消弧線圈控制器可以控制調匝式消弧線圈、8421并聯電抗器組合式消弧線圈。


          3.消弧線圈的投入不會對系統造成諧波污染。


          4.成套裝置具有調節速度快、調節方式靈活,選線快速、準確的特點。


          5.成套裝置控制器可以根據用戶需要嵌入選線功能,最多可以對兩段母線及40條線路進行選線。


          6.8421并聯電抗器組合式消弧線圈不需要有載分接開關,通過電抗器投切,組合成16(或32)檔均勻分布的電抗器容量。既可以采用 “隨調”的運行方式(不使用阻尼電阻),也可以采用 “預調”的運行方式(串聯阻尼電阻),工作安全、可靠。 


          7.控制器選用性能穩定的專業嵌入式工控機,大屏幕液晶全漢化顯示,具有完善的功能和極高的可靠性;采用Windows CE操作系統,用戶操作簡單直觀。支持鼠標、鍵盤、以太網、USB。


          8.成套裝置具有零序錄波功能,以便進一步分析和處理數據。同時配備管理信息系統,具有遠方監視成套裝置運行狀況和接收遠方數據等功能。


          9.輸出的補償電流在0~100%額定電流范圍內調節。


          10.一方面能夠及時的進行補償,另一方面適應配電網擴容需要,有良好的經濟性。


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    KA2003-XH消弧線圈成套裝置



    1.自動調諧原理
         正常運行中系統零序等值回路如圖6-1所示,其中E0為系統不平衡電壓,該電壓是系統的三相對地電容不完全對稱形成的固有不平衡電壓與接地變壓器中性點產生的對地電壓的合成;XL為消弧線圈電抗;XC為系統對地容抗;I0為流過消弧線圈的不平衡電流。

     

    消弧線圈

       正常運行中系統零序等值回路

     

    消弧線圈

     U0與消弧線圈電抗的諧振曲線圖

    由圖1可知,消弧線圈與系統對地電容對于系統不平衡電壓E0形成串聯諧振回路,當系統對地電容固定時,中性點電壓U0與消弧線圈電抗的諧振曲線如圖2所示。

    應用時調節消弧線圈至某一檔,測得中性點位移電壓 ,再調節消弧線圈至相鄰檔,測得中性點位移電壓 ,假定調檔過程中 不變,在關聯參考方向下,則有:

      

    消弧線圈


    若采用標量形式,則可建立方程組: 
                              

    方程式

    可得

    消弧線圈標量方程式

             
    如果消弧線圈提供了為各檔位相應的電流值 (以 為基準),則上式可以變為:

    消弧線圈方程式

      

    上述計算系統對地容抗的方法稱為“位移電壓法”,我們利用KA2003-XH型消弧線圈成套裝置的特點研制出改進的“位移電壓法”。該方法利用改變消弧線圈電感參數,得到相應的反饋值,這樣就可以有效的利用上述位移電壓算法進行電容電流的計算。

    控制器計算出系統接地電容電流后,根據用戶指定的殘流或脫諧度要求得到消弧線圈的最佳檔位方案。如果采用“隨調”的運行方式,正常運行時消弧線圈都退出系統,發生單相接地后控制器按照最佳檔位方案快速投入消弧線圈,達到補償熄弧。如果采用“預調”的運行方式,正常運行時控制器按照最佳檔位方案投入消弧線圈,使系統處于過補償運行狀態,此時阻尼電阻可以防止諧振過電壓,發生單相接地后快速退出阻尼電阻,達到過補償熄弧。

    2.單相接地選線原理

    當系統發生單相接地時,為不影響整個系統供電,應快速準確地選出故障線路。本成套裝置控制器可以根據用戶需要嵌入選線功能,最多可以對兩段母線及40條線路進行選線??刂破鲉优芯€的條件為:零序電壓3 大于接地啟動電壓設定值且各線路零序電流 大于啟動電流設定值。

    本裝置采用多種方法進行故障選線,每種方法都針對信號的具體特點,不同方法之間具有互補性。

    1) 智能型比幅比相法

    智能型比幅比相方法的基本原理是:對于中性點不接地系統,比較母線的零序電壓和所有線路零序電流的幅值和相位,故障線路零序電流相位應滯后零序電壓90°并與正常線路零序電流反相,若所有線路零序電流同相,則為母線接地。傳統比幅比相方法在信號處理、抗干擾和有效域方面存在一定的缺陷。智能型的比幅比相方法采用Butterworth數字濾波器,對信號進行有效的數字濾波處理,提取出了更可靠的信號成分,提高了選線正確性。

    2) 諧波比幅比相法

    諧波方法的基本原理是:對于中性點經消弧線圈接地系統,對諧波分量來說消弧線圈處于欠補償狀態,如果線路零序電流中含有豐富的諧波成分,則比較所有線路零序電流諧波分量的幅值與相位,故障線路零序電流幅值較大且相位應與正常線路零序電流反相,若所有線路零序電流同相,則為母線接地。諧波選線方法采用有效的數字濾波手段,提取出能量最高的諧波頻帶范圍,避免了提取單一諧波頻率而導致的誤差。

    3) 小波法

    小波分析是一門現代信號處理理論與方法,它能有效地分析變化規律不確定和不穩定的隨機信號,能夠從信號中提取到局部化的有用成分。小波選線方法利用單相接地故障產生的暫態電流和諧波電流作為選線判斷的依據。由于小電流接地電網單相接地故障等值電路是一個容性通路,故障的突然作用在電路中產生的暫態電流通常很大。特別是發生弧光接地故障或間歇性接地故障情況下,暫態電流含量更豐富,持續時間更長。暫態電流滿足在故障線路上的數值等于在非故障線路上數值之和且方向相反的關系,可以用來選線。 

    4) 首半波法

    小電流接地電網單相接地故障產生的暫態電流雖然很復雜,但是發生故障的最初半個周波內,一定滿足故障線路零序電流與正常線路零序電流極性相反的特點,因此可以通過比較首半波的零序電流極性進行故障選線,該方法對中性點不接地和中性點經消弧線圈接地的電網都適用。

    5) 有功分量法、能量函數法

    這兩種方法的原理相同,對于中性點經消弧線圈接地系統,消弧線圈智能補償零序電流的無功分量,不能補償零序電流的有功分量,因此故障線路的零序電流的有功分量與正常線路極性相反,可以用這個特點進行選線。由于有功分量的含量較小,所以裝置采用零序電流與零序電壓的乘積,即零序能量來度量零序電流的有功分量,實際上是把有功分量進行了累加,零序能量最大的線路就是故障線路。

    6) 突變量選線方法

    這是我們針對并聯組合式消弧線圈提出的一種獨特選線方法。在系統發生單相接地后,通過高壓接觸器控制電抗器的投切,使消弧線圈的電感電流發生變化。由于這個突變的電流只能在故障線路上體現出來,因此計算各線路在電抗器投切前后零序電流的變化量,可以判斷變化量最大者即為接地線路。使用該方法可進行連續判斷,選線準確率很高。

    如果消弧線圈未投入運行,控制器仍可作為選線裝置使用,按照中性點不接地條件下的選線方法進行單相接地故障選線。

    7) 有效域技術

    對于不同的故障信號特征,各種選線方法都有一定的適用條件。當適用條件滿足時,該選線方法選線結果一定正確,否則,選線結果可能出現錯誤。我們稱選線方法能夠可靠選線的適用條件為該方法的充分性條件,滿足充分性條件的故障區域,稱為該選線方法的有效域。

    本裝置通過粗糙集理論對每一種選線方法都界定了有效域,當故障信號特征落在某方法的有效域內時,該方法對該故障的選線結果一定是正確的,否則給這種方法的選線結果乘以一個系數w(0<w<1)。應用證據理論把這些信息組合起來,使最終選線結果反映了各種方法共同的支持點,選線結果非??煽?。

    8) 連續選線技術

    連續判斷技術是針對小電流接地系統單相接地故障中故障信號微弱、容易受干擾的特點而采取的技術措施。該技術不完全依賴于一次判斷的結果,而是綜合考慮全過程的情況。裝置在故障沒有消失的情況下每隔1秒鐘重復進行選線計算,直至故障消失,這樣可以有效地排除少數幾次誤判。

    3.母線分段運行或并列運行的控制方式

    控制器可以采用“一拖一”或“一拖二”的控制方式,兩種方式下在母線分段或并列運行情況下的控制方法不同。

    1)  “一拖一”控制方式

    “一拖一”控制方式即一個控制器只控制一臺消弧線圈,兩段母線的消弧線圈需要配置兩個控制器。

    分段運行

    在系統正常運行時,兩臺控制器分別計算兩段母線的電容電流,同時按照調諧標準(用戶指定的脫諧度)給出消弧線圈目標檔位。當發生單相接地故障時,控制器調節故障母線的消弧線圈達到過補償。

    并列運行

    在系統正常運行時,I段控制器計算兩段母線的電容電流,Ⅱ段控制器閉鎖,當發生單相接地故障時,只有Ⅰ段消弧線圈進行調諧。

    2)  “一拖二”控制方式

    “一拖二”控制方式即一個控制器控制兩臺消弧線圈,兩段母線的消弧線圈只需要配置一個控制器。建議用戶采用“一拖二”控制方式。

    分段運行

    在系統正常運行時,控制器分別計算兩段母線的電容電流,同時按照調諧標準(殘流最小或指定脫諧度數值等)給出消弧線圈目標檔位。當發生單相接地故障時,控制器按照事先計算好的方案只調節故障母線消弧線圈達到過補償。

    并列運行

    如果計算出一臺消弧線圈能夠達到過補償,則調節一臺消弧線圈;一臺消弧線圈補償不足,則將某一臺消弧線圈全部投入,差額部分由第二臺調節完成,裝置默認Ⅰ段消弧線圈具有優先權,故障時最先調節或全部投入,Ⅱ段消弧線圈調節差額。

    又分為如下兩種情況:

    (1)一臺消弧線圈運行、另一臺(檢修)退出

    控制器計算兩段母線的電容電流,給出電抗器的組合方案。當發生單相接地故障時,控制器按照事先計算好的方案調節該消弧線圈達到過補償。

    (2)兩臺消弧線圈都運行   

    控制器計算兩段母線的電容電流,在確定電抗器組合方案的時候,控制器首先判斷僅調節一臺消弧線圈是否能夠達到過補償點,如果可行就只調節一臺消弧線圈;如果不可行,就調節兩個消弧線圈。當發生單相接地故障時,按照事先計算好的方案控制一臺或兩臺消弧線圈達到過補償。

    舉例說明如下:

    假設變電站兩段母線各安裝一套消弧線圈,消弧線圈補償電感電流各80A,兩段母線處于并列運行狀況,且消弧線圈都投入運行。

    [情況1]如果兩段母線的所有線路電容電流為70A,則發生單相接地故障后,控制器調節一臺消弧線圈的電感電流達到74A, 實現過補償并進行選線。

    [情況2]如果兩段母線的所有線路電容電流為110A,則發生單相接地故障后,控制器調節一臺消弧線圈的電感電流為80A,同時調節另一臺消弧線圈的電感電流為34A,兩臺消弧線圈一起提供114A的電感電流,實現過補償并進行選線。


    消弧線圈成套裝置.png

    KA2003-XH消弧線圈成套裝置


    1.控制器機電參數


    1) 工作電源:                        直流220V或交流220V 50Hz


    2) 功率損耗:                        ≤15W


    3) 可控消弧線圈數量:             2套


    4) 電容電流測量誤差:         ≤2%


    5) 故障響應時間:           ≤5us-20ms


    6) 接地殘流工頻分量:              ≤2A


    7) 控制器接地故障錄波數據:     大于20000次


    8) 控制器調諧輸出接點容量:     直流220V,8A


    9) 控制器報警輸出接點容量:     直流220V,0.5A


    10) 接入控制器二次零序電壓:   3U0≤100V(交流有效值)


    11) 接入控制器二次零序電流:   2mA≤3I0≤5A(交流有效值)


    12) 測量精度:                          0.2%(相對引用誤差)


    13) 啟動電壓:                          1-100V可調(默認設置15V)


    14) 控制器通信方式:                ①硬節點;②RS232、485


    15) 通信規約:                          CDT規約


    2.接地變及消弧線圈機電參數


    1) 工作電壓:                             6kV~66kV


    2) 故障響應時間:                      ≤5us-20ms


    3) 脫諧度:                                ≤5%


    4) 冷卻方式:                             自冷或強風冷卻


    5) 最大溫升:                             100 K


    6) 絕緣要求:                             全絕緣


    7) 絕緣等級:                              F   級(參考值)


    8) 絕緣水平:                              LI75kV  AC35kV  (10kV參考標準)





    調匝式電感連續可調(高短路阻抗)8421并聯電抗器組合式
    生產廠家思源、智光、丹華昊博智光丹華昊博
    運行方式預調隨調預調、隨調
    調節原理通過調節消弧線圈的抽頭來改變電感電流,達到調節補償電流的目的通過改變與消弧線圈相并聯的晶閘管的導通時間來改變消弧線圈的等值電感,達到調節補償電流的目的通過電抗器的投切,組合成16(或32)檔均勻分布的電抗器容量,達到調節補償電流的目的
    優點1. 無諧波污染1. 響應速度快1.  運行方式靈活,既可以“隨調”又可以“預調”
    2. 低噪音2. 噪音小2.  輸出的補償電流在0~100%額定電流范圍內調節
    3. 占地面積小3. 調諧精度高3.  無諧波污染


    4.  調節速度快,選線快速準確


    5.  電抗器容量16(32)檔均勻分布
    缺點1. 為防止諧振,運行時需要加阻尼電阻1.消弧線圈的投入會對系統造成諧波污染1.體積大
    2. 如果阻尼電阻選型不當或者阻尼控制器參數設置不當會使阻尼電阻燒毀致使消弧系統癱瘓2.需要加濾波裝置2.成本高
    3. 各檔位電感值相差過大,補償效果差3.控制電路復雜 ,晶閘管易損壞
    4. 響應速度慢(調節過程中發生接地會燒毀阻尼電阻)4.成本高
    5. 消弧線圈長期投入,使中性點不平衡放大

    6. 系統電容電流測量精度不高



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