消弧线圈技术报告、上海思源

消弧线圈技术汇报思源电气股份有限公司地址：上海闵行区金都路4399号销售热线务热线票代码：002028报告人：臧敏电话机：138160949322023/2/4主要内容配电网中性点接地方式1消弧线圈接地方式2消弧线圈分类及比较分析3消弧线圈现场试验情况4消弧线圈并联中电阻选线5最新技术进展62023/2/4

配电网中性点接地方式2023/2/4

配电网中性点接地方式1电阻接地方式中性点与地之间接入电阻，按阻值有小电阻和中电阻两种方式；3消弧线圈接地方式中性点与地之间接入消弧线圈，使感性电流与系统容性电流互相抵消；2不接地方式供电变压器中性点绝缘或三角形接线；2023/2/4配电网中性点接地方式系统绝缘水平较低；比较容易隔离故障线路；跳闸停电次数较多；短路电流非常大：电流冲击对电缆绝缘造成的损伤较大;对电子通讯设备的电磁干扰比较严重;较大的跨步电压威胁人身安全;对于高阻接地不能准确及时跳开，电弧有可能连带烧毁同一电缆沟里的其它相邻电缆,扩大事故,造成火灾。电阻接地方式2023/2/4

配电网中性点接地方式瑞士采用小电流接地，因配电线路故障居民每年死亡少于1人，伤4－5人。摘自－－

《NEUTRALGROUBDINGINHIGH-VOLTAGETRANSMISSION》R.Willheim

M.Waters根据美国加州公共事业委员会的报告，因配电线路故障居民每年死亡40人，伤150人。电阻接地方式2023/2/4配电网中性点接地方式6～66kV配电网，电容电流小于10A，由于发生单相接地故障时，接地电弧能够自动熄灭，系统可带故障运行2小时。缺点：当系统电容电流过大时，接地电弧无法自动熄灭，将导致故障扩大；容易导致PT铁芯饱和，引发铁磁谐振过电压。不接地方式2023/2/4配电网中性点接地方式允许系统带故障运行2小时，保障了供电可靠性。自动消弧，避免弧光过电压的产生，抑制铁磁谐振的发生。大大降低了对通讯设备的干扰和对人身安全的威胁。传统的选线方法不再起作用，使选线成为长期困扰电力系统的难题。消弧线圈接地方式2023/2/4

消弧线圈接地方式2023/2/4消弧线圈接地方式通过在系统中性点接入消弧线圈，当系统发生单相接地时提供感性电流，用以补偿由于系统存在电容而在故障点引起的容性接地电流，使系统的故障接地电流达到最小。IgILIc消弧线圈基本工作原理2023/2/4XLUnXCRd正常运行时，串联关系RXLXCU00单相接地故障时，并联关系消弧线圈接地方式消弧线圈基本工作原理2023/2/4降低瞬时性单相接地故障发展成永久性单相接地故障的概率降低永久性单相接地故障演变成相间短路的概率消弧线圈基本功能消弧线圈接地方式2023/2/4通过快速补偿避免弧光过电压的产生抑制铁磁谐振消弧线圈其他功能消弧线圈接地方式大大降低了对通讯设备的干扰和对人身安全的威胁允许系统带故障运行2小时，保障了供电可靠性2023/2/4消弧线圈使用效果消弧线圈接地方式2023/2/4

消弧线圈接地方式供电可靠性与接地方式2023/2/4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35kV、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，当单相接地故障电流大于30A时，中性点应装设消弧线圈。消弧线圈接地方式规程规定2023/2/4消弧线圈接地方式规程规定2023/2/42004年11月3日国家安全生产监督管理局、国家煤矿安全监察局令第16号公布《煤矿安全规程》中明确规定：

第四百五十七条矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过20A。

消弧线圈接地方式规程规定2023/2/4消弧线圈接地方式德国

德国Peterson在1916年发明消弧线圈（德国专利第304832号），现在中低压电网仍广泛采用消弧线圈接地。用户年平均停电时间不到20分钟。国外接地方式的发展2023/2/4消弧线圈接地方式意大利

中压电网主要采用不接地方式，采用瞬时短接接地相母线的方法灭弧。

为提高供电可靠性，2000年开始实施谐振接地改造，已完成1/4变电所的改造。

采用自动调谐消弧线圈后，接地故障引起的停电减少50％以上。国外接地方式的发展2023/2/4消弧线圈接地方式法国法国改用消弧线圈接地国外接地方式的发展2023/2/4消弧线圈接地方式英国

中压电网主要采用小电阻接地方式，目前正在尝试部分改为消弧线圈接地方式，如英格兰北部约克郡（YORK）电力公司已经对50个变电所中压电网进行了谐振接地改造。国外接地方式的发展2023/2/4

消弧线圈接地方式俄罗斯、意大利、比利时、奥地利、芬兰、丹麦、瑞典等许多国家，现在依然采用小电流接地（中性点不接地或经消弧线圈接地）方式。美国电工协会明确承认谐振接地方式的优点，现在保持电阻接地主要是经济因素。日本开始采用谐振接地，战败后使用美国电力产品-大电流接地，但现在又开始推广谐振接地，现在主要是谐振接地或不接地。国外接地方式的发展2023/2/4

消弧线圈接地方式我国从解放初期就开始采用苏联的方式，中性点采用不接地或经消弧线圈接地方式。改革开放初期，我国有的地区从国外购买了低绝缘水平的电力电缆等设备，无法直接在我国的中压电网投入运行，遂出现了引进低电阻接地方式。从90年代中开始国内接地方式已经推广使用自动调谐的消弧线圈接地方式，已经形成行业标准方式。中国接地方式的发展2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析

预先调节式

presetapparatus

随后调节式

post-setapparatus消弧线圈分类2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析预先调节式

系统正常运行时，消弧线圈预先调节，等在补偿位置；单相接地故障时，消弧线圈零延时进行补偿。有效限制铁磁谐振；通过阻尼电阻降低中性点电压。消弧线圈分类2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析随后调节式

系统正常运行时，消弧线圈远离补偿位置；发生单相接地故障后，随后调节消弧线圈到补偿位置，至少需要60ms，速度慢，效果差。

有可能出现铁磁谐振；

采用可控硅等器件，一般会产生谐波，复杂可靠性低。消弧线圈分类2023/2/4

如何考核消弧线圈？可靠性谐波污染补偿速度消弧线圈分类及比较分析2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析对电力设备的一个基本要求！可靠性2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析各种接地条件

下的可靠补偿正常运行时的可靠性：主要表现为设备可靠运行可靠性控制器故障以及电源失电时的可靠补偿2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析可靠性预先调节方式：一次设备部分电子元器件少，结构简单可靠采取预先调节方式，故障发生时，补偿不依赖于二次电源随后调节方式：一次设备电子元器件多，影响可靠性故障发生时，控制器的计算、调节依赖于二次电源比较结果：预调式可靠性更高！

2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析为什么要进行快速补偿（一）

彼得生（W.Peterson)理论

故障点接地电弧在暂态高频振荡电流通过第一个零点时熄灭，此时非故障相上的自由电荷对地电容重新分布，于是在各相上产生了位移电压Udv；此后每经过半个工频周波，接地电弧重燃一次，由于非故障相上积聚的自由电荷不断增多，位移电压逐步升高，非故障相的暂态过电压随着接地电弧的重燃次数的增多而增高。补偿速度2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析

假定首次电弧发生在电压负最大开始，第一次过零熄弧时，非故障相暂态电压＋13/6Um，以Udv＝＋5/3Um为轴线正弦波变化；经过半个工频周期后，非故障相暂态过电压为-25/6Um，以Udv＝-25/9Um为轴线正弦波变化；再经过半个工频周期后故障相达到负最大值时重燃，随着过零次数增加，过电压逐渐增大。由于相间电容的抑制作用，过电压最大到-3.5Um。

如果补偿时间超过60ms，过电压已经发生!补偿速度2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析为什么要进行快速补偿（二）

对于瞬时性接地故障和间歇性接地故障，必须迅速补偿，才能保证故障的自动消除。对于永久性接地故障，必须迅速补偿和准确选线隔离故障线路，才能保证故障不再扩大。摘自－－

《NEUTRALGROUBDINGINHIGH-VOLTAGETRANSMISSION》R.Willheim

M.Waters补偿速度2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析83.3%34.5kV密西根电力公司86～90%20kV巴登电厂80.5%13.8kV科罗拉多公用事业公司90%110kV奥地利电力系统96％22kV瑞典国家电力局瞬时性故障电压等级系统名称摘自－－

《NEUTRALGROUNDINGINHIGH-VOLTAGETRANSMISSION》R.Willheim

M.Waters补偿速度2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析补偿速度慢，危及人身安全！60ms,太慢了补偿速度2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析预先调节方式：由于采取的是预先调节、“守株待兔”的方式，当接地故障发生时，可以零延时进行补偿，补偿速度：快！随后调节方式：由于接地故障发生后，装置有一个计算、调节、补偿的过程，至少需要60ms的时间，补偿速度：慢！补偿速度2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析

谐波污染

“谐波”是电能质量的一个重要指标

电力设备应尽量避免产生谐波污染2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析

谐波污染预先调节方式：一次设备不存在产生谐波的元件，无谐波产生随后调节方式：一次设备存在可控硅等谐波元件，有较大谐波产生2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析（相控式）高短路阻抗式——调节可控硅导通角一次绕组可控硅控制导通相位滤波器滤除谐波谐波污染2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析可控硅控制的消弧线圈谐波和补偿角度（补电流）有关，试验中该找到最大可能产生谐波条件。谐波污染2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析结构简单可靠产品图片预调式消弧线圈2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析产品图片预调式消弧线圈2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析随调式消弧线圈产品图片2023/2/4

消弧线圈分类及比较分析可控硅保护触发滤波器复杂可靠性？产品图片2023/2/4存在较长的暂态过程

放大的暂态过程随调式消弧线圈———实际录波情况消弧线圈分类及比较分析2023/2/4预调式消弧线圈（调匝式）——实际录波情况消弧线圈分类及比较分析2023/2/4——实际录波情况消弧线圈分类及比较分析2023/2/4类型说明预调式补偿不依赖控制设备，可靠性高；无谐波污染；补偿速度快。随调式补偿依赖控制设备，可控硅维护困难，可靠性低；有较大的谐波污染，补偿速度慢。运行特性消弧线圈分类及比较分析2023/2/4类型说明预调式结合自触发技术的阻尼电阻保护，接地后立刻（零延时）补偿电流到位。随调式随后调节方式，补偿电流到位时间为60ms以上。补偿电流到位时间消弧线圈分类及比较分析2023/2/4预调式：最大10％～100％，档位调节随调式：最大0％～100％，连续调节消弧线圈ArcSuppressionCoil调节范围比较消弧线圈分类及比较分析2023/2/4消弧线圈分类及比较分析产品图片2023/2/4消弧线圈分类及比较分析成套组合式中电阻装置

产品图片2023/2/4消弧线圈分类及比较分析户外组合式

产品图片2023/2/4

消弧线圈现场试验情况2023/2/4

消弧线圈现场试验情况江苏盐城试验时间：2006年4月26日

地点：江苏盐城

组织单位：江苏中试所

试验目的：测试不同种类消弧线圈的谐波、补偿速度等

参数2023/2/4

消弧线圈现场试验情况谐波大可控硅式消弧线圈存在较长的暂态过程高短路阻抗消弧线圈补偿速度慢，过渡时间长！江苏盐城试验2023/2/4

消弧线圈现场试验情况上海交大研究报告时间：2006年

研究任务：针对自动调匝式消弧线圈、调容式消弧线圈

和相控式消弧线圈进行比较分析研究

组织单位：上海交大电气绝缘与热老化国家重点实验室

试验目的：测试不同种类消弧线圈的谐波、补偿速度等

参数2023/2/4

消弧线圈现场试验情况上海交大研究报告报告结论：

针对电磁式PT铁磁谐振问题，调匝消弧线圈和调容消弧线圈可以很好的起到抑制作用，相控消弧线圈由于SCR的关闭，不能起到抑制作用，并且在发生单相接地故障后，当接地故障消失时其本身的励磁电抗还将与自身的滤波电容、线路相对地电容发生铁磁谐振，在某种特定的情况下可能产生危险的铁磁谐振过电压。

2023/2/4消弧线圈现场试验情况相控式消弧线圈容易发生谐振改用调匝式消弧线圈上海电力公司文件2023/2/4消弧线圈现场试验情况浙江温州比对试验时间：2008年12月9日至11日

组织单位：浙江中试所、温州电力局

参与厂家：思源电气、智光电气

试验地点：思源---温州横屿变

智光---温州净水变

试验目的：对比不同厂家消弧线圈的各项性能参数

试验项目：金属接地、泥土地接地、水泥地接地2023/2/4消弧线圈现场试验情况浙江温州比对试验2023/2/4消弧线圈现场试验情况浙江温州比对试验试验结果数据2023/2/4消弧线圈现场试验情况浙江温州比对试验试验结果数据2023/2/4消弧线圈现场试验情况江苏南京比对试验时间：2009年3月7日

组织单位：江苏中试所、南京供电局

参与厂家：思源电气、智光电气

试验地点：南京新区变

试验目的：对比不同厂家消弧线圈的各项性能参数

试验项目：金属接地、泥土地接地、水泥地接地2023/2/4消弧线圈现场试验情况江苏南京比对试验

思源试验数据控制器显示参数现场试验纪录数据备注档位电容电流残流中性点电压时间故障点电流（A）消弧线圈电流（A）中性点电压（kV）金属接地951.224.3686.09kV17:55:37-17:55:435.252.486.07kV水泥板接地951.154.453.28kV17:47:35-17:47:402.3728.263.3kV2.4628.873.3kV失电试验2023/2/4消弧线圈现场试验情况江苏南京比对试验

智光试验数据：控制器现场试验纪录数据备注电容电流（A）消弧线圈电流（A）故障点电流（A）消弧线圈电流（A）中性点电压（kV）

金属接地52.56212.7559.96.08装置正常55.59.226.17装置失电水泥板接地6.751.380.6487装置正常装置失电2023/2/4消弧线圈现场试验情况泰州新区扬州文汇（I段）

江苏中试所测试电容电流〔计算〕A电容电流〔实测〕A残流〔计算〕A残流〔实测〕A45.4544.54.744.07电容电流〔计算〕A电容电流〔实测〕A残流〔计算〕A残流〔实测〕A22.1621.82.472.78其他消弧试验情况2023/2/4

实际接地试验验证重庆储奇门（II段）重庆储奇门（I段）

电容电流〔计算〕A电容电流〔实测〕A残流〔计算〕A残流〔实测〕A70.2692.84.5电容电流〔计算〕A电容电流〔实测〕A残流〔计算〕A残流〔实测〕A44.8441.72.5重庆电力局测试

其他消弧试验情况2023/2/4

实际接地试验验证南京雨花（I段）

上海松江九亭（II段）

华东中试所测试电容电流〔计算〕A电容电流〔实测〕A残流〔计算〕A残流〔实测〕A51.449.92.73.5电容电流〔计算〕A电容电流〔实测〕A残流〔计算〕A残流〔实测〕A42.543.13.13.5其他消弧试验情况2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线2023/2/4

？

消弧线圈并联中电阻选线消弧线圈的补偿作用，使原有选线理论不再成立实际电缆出线的长短差异性测试手段和精度的影响传统选线方法的问题2023/2/4

消弧线圈并联中电阻选线o123C01C02C03kABC谐振接地电网单相接地时电流分布图2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线基波电流选线五次谐波选线有功功率法注入谐波法残流增量法选线

基波电流选线消弧线圈不存在时，基波电流作为判断接地的主要依据之一（首半波比相、群体比幅比相等）。五次谐波选线消弧线圈对零序五次谐波影响较小，故障线路谐波电流为其它非故障线路谐波电流之和，方向相反。有功功率法接地时系统产生的有功电流流向接地线路。注入谐波法接地时向系统注入非工频信号进行选线。残流增量法选线接地时调节消弧线圈，使故障残流发生改变进行选线。传统选线方法2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线对于瞬时性单相接地，由于消弧线圈采用预调式，零延时补偿，将故障消除。对于永久性单相接地故障，装置延时投入并联中电阻准确选线。并联中电阻选线2023/2/4

消弧线圈并联中电阻选线系统原理图2023/2/4

消弧线圈并联中电阻选线国网公司的观点2023/2/4

消弧线圈并联中电阻选线中电阻投切过程中性点电压波形中电阻选线录波图2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线中电阻投切过程故障线路零序电流明显区分于正常线路中电阻选线录波图2023/2/4中电阻投切过程非故障线路零序电流明显区分于故障线路

消弧线圈并联中电阻选线中电阻选线录波图2023/2/4

消弧线圈并联中电阻选线独立并联中电阻柜2023/2/4

消弧线圈并联中电阻选线此方案综合了预先调节式消弧线圈和电阻接地的优点此方案的选线原理，与零序CT的极性、线路长短、CT变比及其一致性差异等无关，弥补了普通选线装置的缺陷并联中电阻的短时投入，能降低中性点电压，对系统没有危害并联中电阻选线特点2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线九亭站现场试验

试验目的验证装置电容电流计算的准确性及补偿效果；验证并联中电阻选线的准确性。并联中电阻选线案例2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线九亭变电站10kV系统Ⅲ段母线电气主接线图

300/5400/5400/5300/5300/5300/5400/5300/5300/5CT变比987654321选线号电容九泾横泾黄泥繁荣汇亭八伴富丽大唐线路名九39九38九37九36九35九34九33九32九31线路号九亭站现场试验并联中电阻选线案例2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线九亭站现场试验2003-12-2311：22：48到2003-12-2311：23：17试验时间32并联电阻选线结果0欧姆实际接地电阻32实际接地线路金属接地并联中电阻选线案例2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线九亭站现场试验2003-12-2312：33：23到2003-12-2312：33：46试验时间32并联电阻选线结果107欧姆实际接地电阻32实际接地线路107Ω电阻接地并联中电阻选线案例2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线九亭站现场试验507Ω电阻接地2003-12-2314：11：44到2003-12-2314：12：12试验时间32并联电阻选线结果507欧姆实际接地电阻32实际接地线路并联中电阻选线案例2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线九亭站现场试验中电阻投入中电阻切除并联中电阻选线案例2023/2/41调匝式消弧线圈具有快速、良好的补偿性能；2并联电阻投切在1s内完成，满足技术要求；3并联电阻投入时，中性点电压降低，且无冲击过程；4消弧线圈并联中电阻装置选线全部正确。现场试验结论消弧线圈并联中电阻选线并联中电阻选线案例2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线华东电力试验研究院报告并联中电阻选线案例2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线现场作业并联中电阻选线案例2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线上海松江局现场运行报告并联中电阻选线运行报告2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线厦门局现场运行报告并联中电阻选线运行报告2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线并联中电阻选线相关论文2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线引起广泛关注客户现场参观2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线引起广泛关注客户现场参观2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线并联中电阻专利证书2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线出口俄罗斯部分出口项目2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线出口非洲部分出口项目2023/2/4消弧线圈并联中电阻选线出口非洲部分出口项目2023/2/4

最新技术进展2023/2/4概述消弧线圈是变电站中的重要设备。数字化变电站技术的发展，对于消弧线圈产品也是一种机遇与挑战。思源电气作为消弧线圈产品的主要生产商，很早就开始了对于消弧线圈数字化以及IEC61850标准的研究，并开始了相关产品研制工作。

1数字化消弧线圈2023/2/41数字化消弧线圈2023/2/4系统图示1数字化消弧线圈2023/2/4消弧线圈(一次部分)

包含消弧线圈本体，以及阻尼箱、有载调档开关等，采用组合柜或就地散装布置方式安装；在本方案中，在一次设备侧安装就地智能单元，进行就地数字化。自动调谐控制器(二次部分)

自动调谐控制器接入站控层网络，对一次设备进行控制，向后台上传运行信息;通信模型

就地智能单元与自动调谐控制器通过光缆连接，使用9-2SMVGOOSE通信；自动调谐控制器与站控层通过光缆连接，使用MMS通信；

内置IEC61850支持，不采用任何形式的规约转换器。1数字化消弧线圈2023/2/4新型控制器1数字化消弧线圈2023/2/4XHK-II(61850)消弧线圈控制器是XHK-II型控制器的下一代产品，其功能和性能参数高于XHK-II型控制器。XHK-II(61850)消弧线圈控制器，支持最新的IEC61850标准通信协议。XHK-II(61850)消弧