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文档简介

1、消弧线圈介绍说明一、系统概述电力系统的中性点接地方式是一个综合性的技术问题, 它与系统的供电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、过电压保护、继电保护、通讯干扰(电磁环境)及接地装置等问题有密切的关系。电网中性点接地方式分为有效接地和非有效接地两大类。有效接地:包括中性点直接接地和中性点经低电阻接地、小电抗和低阻抗接地。有效接地电网的特征是:在发生单相接地故障时,故障相将通过较大的故障电流,其值最大可超过三相短路的故障电流,此时非故障相的对地稳态电压不超过线间电压的 80%,大的故障电流对电气设备要求有高机械强度和高热稳定性。适当增大中性点接地电阻值,可以减少接地时的故障电流,但要保证继电保护

2、的可靠性。非有效接地:不属于有效接地的接地方式。包括经消弧线圈接地、自动跟踪补偿消弧线圈、高电阻接地、高阻抗接地和中性点不接地。在非有效接地方式中,一相接地时,非故障相上的对地电压一般最高可能达到线间电压的 105%,此时单相接地故障电流则较小。不同接地方式适用范围也不同, 在我国,中性点有效接地方式一般用于110KV以上电压等级的电力系统,非有效接地也就是小电流接地方式广泛用于6-66KV电力系统,中性点不接地或经高电阻接地均是以相接地故障电流的电弧自熄灭为条件的。当中性点不接地的中压系统的接地电容电流超过 10A 时,中性点应过渡为谐振接地方式。随着微机技术的推广应用,小电流接地系统继电保

3、护选择性问题在国内外均已取得了突破性的进展, 可以准确地对单相接地故障线路进行选线检出,可以发出接地报警信号,也可以在确认发生永久性接地故障的情况下,作用于自动跳闸。与此同时,自动跟踪补偿的消弧线圈等装置也正在不断推广。现代技术使小电流接地系统的运行特性得到了显著的优化,这就为包括电缆网络在内的城市电网采用谐振接地方式创造了十分有利的条件。1、中性点不接地的电力网的正常运行图 1-1 是一个中性点不接地的三相电力网的示意图。这是一种常见的电网接线。如三相电源电压 UA、UB、UC是 对称 的,则电源中性点的电位应为零。下面先看电源经线路与负荷相连接后的情况。在各相导线间和相对地之间沿导线有分布

4、电容,因而,在电压作用下通过这些电容将流过附加的电容电流。在做近似分析计算时,对地分布电容可用集中电容来代替, 相间电容可以不予考虑 (见图 1-1,甲)。同时,当导线经过完善的换位后,各相导线的对地电容是相等的,即CA=CB=CC=C,因而在对称三相电压作用下各相所流过的附加电容电流的大小均为 ICO,相位上则相差 120o(见图 1-1,乙)。所以各相对地电容电流的相量和为零,没有电容电流流过大地。于是,变压器的中性点和等值集中电容器组的中性点之间就不会有电位差 ,而电容器组的中性点是接地的, 所以变压器的中性点也同样具有地的电位。从上述可知,对中性点不接地的三相电力网,当三相电压对称,而

5、各相的对地电容又相等时, 中性点电位为零。 因此,从正常传输电能的观点来看,中性点接地与否并对运行无任何影响。可是,当中性点不接地系统的各相对地导纳(主要是容性电纳)大小不相等时,即使在正常运行状态,中性点的对地电位也不再是零。通常,把这种情况称为 “中性点位移 ”,即中性点对地的电位偏移。这种现象的产生 多数是由于架空线路排列不对称而又换位不完全的原因造成的。图 1-2 为有中性点位移时的相量图。图中 UA、 UB、 UC 为对称的三相电源电压。 UO 为中性点对地电压 (位移电压 )。UAO、UBO、 UCO分别为各相对地电压。它们之间的关系为:UAO=UA+UO ,UBO=UB+UO ,

6、UCO=UC+UO。即相对于各相电容对称的情况而言,相对地电压的中性点由O点位移至了 O点。一般的情况下,在电缆网络三相对地电容对称,正常运行时中性点所产生的位移电压非常小的,而架空线路对地电容是不对称的,一般采用换位解决,当中性点经消弧线圈接地并采用完全补偿时,位移电压的影响将不可忽视,所以通常要求中性点位移电压不超过电源相电压的3.5%左右2、中性点不接地的电力网的单相接地当中性点不接地电力网发生单相接地时,情况将发生明显变化。图1-3表示 C 相发生金属性接地时的情况。接地后故障点C 相的电压变为零,既Udc=0。这时,按故障相条件,可写出下列电压方程式:UO+UC=Udc=0式中 UO

7、中性点对地电压,UCC 相电源电压,故有UO=-UC上式表明,当 C 相发生单相接地时, 中性点的对地电压不再是零,而变成了 -UC,于是 A、B 相的对地电压相应地为:UdA = UO+UA=-UC+UA= 3 UCe-j150 UdB = UO+UB=-UC+UB=3UCej150? 上式表明,当 C 相发生单相接地时,中性点的对地电压不再是零,而变成了 -UC,于是 A、 B 相的对地电压相应地为:?UdA = UO+UA=-UC+UA=3 UCe-j150?UdB = UO+UB=-UC+UB=3UC ej150其相量关系如图 1-3 所示, UdA 及 UdB之间的夹角变为60o。这

8、时 AC相之间的电压等于UdA,BC 相之间的电压等于UdB,而 A、B 相间的电压则等于 UAB,即相当于原有的线电压三角形 ABC平移到了 ABC的位置。换句话说,三个线电压仍保持对称和大小不变。但是,从式中均可看出,两个非故障相 A 和 B 的对地电压却升高 3 倍。由于线电压仍保持不变,故对电力 用户的继续工作没有什么影响。同时,尽管相对地电压升高了3 倍,但对电力网以及各种电气设备也无多大危险, 因为在中性点不接地的电力网中,各种设备的绝缘是按线电压来设计的。但是,由于 A、B 两相对地电压升高了 3 倍,该对地的电容电流也相应地增大了 3 倍,即 ICA=ICB=3 ICO(ICO

9、= CU)。由于 C 相接地,其对地电容被短接,所以 C 相的对地电容电流变为零。于是经过 C 相接地点流进地中的电容电流(即接地电流)不再是零,而是:? IC= -(ICA+ICB) (1-1)假定线路各相的对地电容均相等,即 CA=CB=CC=C,则两健全相的电容电流分别为:? ICA = UdA/-jXc=j3CUce-j150=3 CUce-j60? ICB = UdB/jXc=j-3CUc ej150=3CUce-j120? 将 ICA ICB的值代入式,可得:? IC= -(ICA+ICB)=3CUc(e-j60+ e-j120)= j3CUc? 其绝对值为: IC=3CU? 其中

10、 U 装置的相电压(伏)? 角频率(弧度 / 秒)? C 相对地电容(法拉)上式表明,在中性点不接地的电力网中,单相接地电流IC 等于正常时相对地电容电流的三倍。综上所述对于不同电压等级的电力系统,其中性点的接地方式是不同的,根据我国国情,我国 666KV配电系统中主要采用中性点不接地系统即小电流接地运行方式。实践表明中性点不接地系统(小电流接地系统 )也存在许多问题,随着电缆出线增多,配电网络中单相接地电容电流将急剧增加,当系统电容电流大于 10A 后,将带来一系列危害,具体表现如下: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

11、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

12、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。电力系统中性点经消弧线圈接地的特点:线路发生单相接地故障时不立即跳闸,按规程规定,电网可带单相接地故障运行二小时。运行经验和已有的资料表

13、明,当接地电流小于 710A 时,电弧能自熄。几十年来,中性点经消弧线圈接地方式在我国 635KV电网上得到了广泛的应用, 积累了大量的经验,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,366kV 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。二、设备介绍1、 特点调匝式是采用有载调压开关调节电抗器的抽头以改变电感值。 它可以在电网正常运行时,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

14、的范围之内。它的不足之处是不能连续调节,需要合理的选择和确定档位数和每档变化范围,使残流在各种运行方式下都能限制在 5A 左右,以满足工程需要。2、 性能指标a) 电压等级: 6KV66KVb) 电容电流测量误差:小于 2%c) 调档时间:小于 30msd) 档位数: 16/32e) 接地残流:小于 5Af) 控制器电源: 220V 50Hzg) 控制器适用环境温度: -10 +45湿度:小于 95%海拔高度:小于1000mh) 选线路数: 842 路i) 通讯接口: RS232/RS4853、 接地变压器技术参数a) 电压等级: 35KVb) 额定容量: 502500KVAc) 中性点电流:

15、 10250Ad) 额定频率: 50HZe) 绝缘等级: H 级f) 绝缘水平: LI170/AC70g) 防护等级: IP00 (无外壳)、IP20 、IP23 (有外壳)h) 安装方式:户内 / 户外i) 执行标准: GB10229、IEC2894、 消弧线圈技术参数a) 电压等级: 35KVb) 额定容量: 502500KVAc) 中性点电流: 10250Ad) 额定频率: 50HZe) 绝缘等级: H 级f) 绝缘水平: LI170/AC70g) 防护等级: IP00 (无外壳)、IP20 、IP23 (有外壳)h) 安装方式:户内 / 户外i) 执行标准: GB10229、GB645

16、0、GB1094全套装置包括 : 中性点隔离开关、 Z 型接地变压器 (系统有中性点可不用) 、有载调节消弧线圈、中性点氧化锌避雷器、中性点电压互感器、中性点电流互感器、阻尼限压电阻箱和自动调谐和选线装置。三、装置总体构成该装置由接地变压器、调匝式消弧线圈、微机控制器、阻尼电阻箱等构成,总体构成图如下:(一)接地变压器消弧线圈系统在接入时必须有电源中性点, 在其中性点上接入消弧线圈。 接地变压器的作用是在电力系统为型接线或 Y 型接线中性点未引出时, 用接地变压器构造成系统中性点。接地变压器采用 Z 型接线的变压器,即 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

17、两段组成, 并分别位于不同相的两铁心柱上,两段线圈反极性连接, 两相绕组产生的零序磁通相互抵消, 故零序阻抗很低, 同时空载损耗也非常小,变压器容量可以 100%被利用。用普通变压器带消弧线圈时,消弧线圈容量不超过变压器容量的 20%,而 Z 型变压器则可带 90%100%容量的消弧线圈,可以节省投资。接地变压器除可以带消弧线圈外, 也可带二次负载, 代替站用变。 在带二次负载时,接地变压器的一次容量应为消弧线圈与二次负载容量之和; 接地变压器不带二次负荷时,接地变压器容量等于消弧线圈容量。(二)调匝式消弧线圈调匝式消弧线圈是在消弧线圈设有多个抽头, 采用有载调压开关调节消弧线圈的抽头以改变电

18、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。当消弧线圈的额定电流小于100A 时,一、二次绕组无抽头,其电流调节范围为10A 至额定电流。当消弧线圈的额定电流大于或等于100A 时,一、二次绕组带有中间抽头,对于投运初期电容电流小时,可在低电流档运行,其电流起点为100A。电容电流增大后,可运行于高档位。(三)微机控制器1功能特点微机控制器采用工业控制计算机( PC

19、104)做为主机,显示部件采用彩色液晶显示器。工控产品的可靠性保证了系统的稳定运行; 彩色中文显示方式使数据显示更为直观。微机控制器是整套装置的核心部分,所有的计算、显示、通讯及控制部分都是由它来完成的。其具有以下功能:( 1) 可自动测量电容电流,自动进行调节控制。( 2) 可显示系统电压、位移电压。( 3) 可显示消弧线圈电流、频率、残流、脱谐度、时间等参数。( 4) 具有接地次数统计及对应接地时的系统参数记录功能。( 5) 可通过控制器手动操作电容器投切。( 6) 随时打印系统故障信息或查询打印。( 7) 设有通讯功能,可通过 RS-232、RS-485口实现与上位机的通讯。一台微机控制

20、器可以控制一组消弧线圈,也可以同时控制两组消弧线圈,同时具备两台控制器并联运行功能。2控制器构成控制器由多路开关、信号放大器、A/D 转换、光电隔离、 I/O 口、 PC104 主板、显示键盘、等构成,原理构成如下图所示。UABU0I0零序电流多路放AD键转开大换盘关档位回读接地档位控制报警光I串口 1电O主板串口 2隔PC104接离口打印机光I液驱电O晶动隔接显离口示控制器原理框图该控制器硬件架构采用标准工业 6U 机箱,母板加插板式结构,接线端子排直接固定在插件板上, 抗干扰能力强, 接线及维护方便。 为了使系统有更强的抗干扰能力,在设计线路板时, 电源板、信号调理板等均采用了多层板结构。

21、 同时,控制器的接插件、接线端子等均采用进口或台湾生产。母板垂直安装于控制器内, 各插板从控制器后插入, 各插板在控制器的位置如下图所示,各插板的位置是固定的,不能插错。电驱信信信信信主号号号号号源动调输输输输板理入入入入板板板板板板板1234( 1) 电源板:为控制器提供高可靠性电源。 提供的电源有 +5V、+12V、+15V、-15V、+24V。各电源地相互独立,提高抗干扰性。( 2) 驱动板:为系统提供输出信号,以控制电容柜真空开关的通断。( 3) 主板:采用 PC104 工控机主板,该主板为控制器的核心,配有电子盘以存储应用程序。( 4) 信号调理板:该板作用是将现场信号经 CT输入板

22、变换后,转换成计算机所需的标准信号。( 5) 信号输入板 1:将现场的零序电压互感器信号及零序电流互感器信号(前八路),输入到该板进行信号变换。( 6) 信号输入板( 24):将现场的零序电流互感器信号( 942 路)输入到这三个信号输入板中,进行信号变换。3 控制屏控制器安装在控制屏上, 控制屏标准尺寸为 2260mm800mm600mm,一面控制屏可安装两台控制器。 控制屏除安装有控制器外, 还安装有电流表、 电压表及各种接触器等低压电器。4 控制程序流程图:开始关中断上电清屏采样中断服务程序显示运行初始化开中断关中断中断设置开中断关中断上电测控初始化接地选线中断服务程序运行显示开中断键扫

23、描、键功能是人工方式?否执行人工调档自动方式?是否自动测控是否测量?是测量、显示测量结果否控制程序流程图(四)阻尼电阻箱在自动跟踪消弧线圈中,调节精度较高,残流较小,接近谐振点运行,为防止产生串联谐振过电压, 在消弧线圈接地回路中串接了阻尼电阻。从而确保系统正常运行时,中性点位移电压不超过15%相电压。阻尼电阻选用抗高温且性能优良的不锈钢电阻,当系统发生单相接地故障时,系统将该阻尼电阻短接,以免烧毁阻尼电阻;当系统恢复正常时,断开阻尼电阻短接触点, 使阻尼电阻正常串接消弧线圈回路中,否则系统有可能因失去阻尼电阻而出现谐振过电压。本公司采用 ZX18型不锈钢电阻,根据消弧线圈容量选用不同的阻值。四、接地选线单元接地选线单元集成于控制器内, 选线线路最大为

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