调容式消弧线圈说明书

唐山东唐 DT-ACHC 微机控制消弧圈自动跟踪补偿装置- 1 -一 概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小电流接地运行方式。为了有效防止系统弧光接地，消除接地故障，提高供电质量，按照国家对过电压保护设计规范新规程规定，电网电容电流超过 10A 时，均应安装消弧线圈装置。由于中性点经消弧线圈接地的电力系统接地电流小，其对附近的通信干扰小也是这种接地方式的一个优点。以前我国电网普遍采用手动调匝式消弧线圈，由于不能实时监测电网的电容电流，其主要缺陷表现在以下两个方面：（1） 调节不方便，需要装置退出运行才能进行调节。（2） 判断困难，无法对系统运行状态做出准确判断，因此很难保证失谐度和中性点位移电压满足要求。我公司所研制生产的 DT-ACHC 系列调容式消弧线圈装置，该成套装置采用先进的PC104 工控机系统，总线式结构，全彩色大屏幕液晶屏，全汉字显示。具有运行稳定可靠、显示直观，抗干扰能力强等特点，同时系统具有完善的参数设置及信息查询功能。该系统克服了以前各消弧线圈装置调节范围小的缺陷，能够进行全面调节。该装置采用残流增量法和有功功率法等先进算法，对高压接地线路进行选线，选线准确、迅速。本产品广泛应用于电力供电行业、发电厂、冶金、矿山、煤炭、造纸、石油化工等大型厂矿企业的变配电站，适用电压等级 6110KV，是老式消弧线圈理想的更新换代产品，同时也是新建变电站接地补偿及选线装置的首选配套产品。二 产品特点1、控制器采用工控机系统，运行稳定可靠。2、采用全彩色液晶全中文显示，参数显示、设置及查询方便直观。3、调节准确、速度快，且调节范围宽，可在 0100%额定电流全范围调节。4、内嵌高压接地选线模块，采用残流增量法及有功功率法，使选线快速准确。5、设有 RS232 及 RS485 通讯接口，可实现与上位机的通讯，达到信号的远距离传送。6、可实现报警显示。7、设有标准并口打印机，可实现数据打印，接地信息打印。唐山东唐 DT-ACHC 微机控制消弧圈自动跟踪补偿装置- 2 -8、具有一控二功能，可实现同一系统内两套消弧线圈随系统运行情况自动变换。三 产品型号说明四 性能指标1、电压等级：6KV110KV2、母线段数：两段3、电容电流测量误差：小于 2%4、调档时间：小于 20ms5、接地残流：小于 5A6、控制器电源：一路交流 220V， 额定频率：50Hz一路直流 220V/110V，额定频率：50Hz7、控制器适用环境温度：-10 +45湿度：小于 95%8、选线路数：842 路9、通讯接口：RS232/RS485五 工作原理（一） 工作原理消弧线圈是一个装设于配电网中性点的可调电感线圈，当电网发生单相接地故障时，消弧线圈的作用是提供一个电感电流，补偿单相接地的电容电流，使电容电流减小到规定值以下；同时，也使得故障相接地电弧两端的恢复电压速度降低，达到自动熄灭电弧的目的。唐山东唐 DT-ACHC 微机控制消弧圈自动跟踪补偿装置- 3 -本成套装置为调容式消弧线圈装置，首先根据系统运行方式及发展情况，确定消弧线圈在过补偿条件下的额定容量，即可确定在接地故障时可提供的电感电流。增设消弧线圈二次电容负荷绕组，同时在该消弧线圈的二次绕组上并联若干组（一般为四至五组）低压电容器，通过控制器控制真空开关或反并联晶闸管的通断组合来控制二次电容器投入的数量，来调节消弧线圈二次容抗的大小，从而改变消弧线圈一次侧电感电流的大小。电力系统正常运行时，消弧线圈装置工作在最大过补偿状态，保证电网中性点不高于电网额定相电压的 15%，控制器实时监测电网线路的对地总容抗。控制器在中性点电压上升到电网额定相电压的 30%及以上时，转入故障工作状态。根据故障前最近一次所测得电网线路的对地总容抗来调节消弧线圈的感抗，以降低接地弧道中的残流，实现灭弧和消除接地过电压。当接地故障消除，电网线路电压恢复，中性点电压下降时，控制系统退出故障工作状态，转入最大过补偿状态。（二） 电容电流测量方法当系统未发生接地故障时，消弧线圈与系统对地电容形成串联谐振回路，等效原理图如图所示：其中：E0系统不平衡电压U0位移电压I0零序电流XL消弧线圈电抗唐山东唐 DT-ACHC 微机控制消弧圈自动跟踪补偿装置- 4 -R阻尼电阻XC被测电容容抗建立如下方程：E0=U0+I0*XC在该式中，U0、I0 可实测，而 E0 不能测量，无法求出 XC。为此，改变一下消弧线圈挡位，调档前后 E0、XC 不变，建立如下方程组：E0=U01+I01*XCE0=U02+I02*XC解方程组得：XC=（U02-U01）/（I01-I02 ）电容电流 IC 可求得：IC=相电压 /XC六 装置总体构成该装置由接地变压器、调容式消弧线圈、电容调节柜、微机控制器、阻尼电阻箱等构成，总体构成图如下：唐山东唐 DT-ACHC 微机控制消弧圈自动跟踪补偿装置- 5 -（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）调容式消弧线圈调容式消弧线圈与普通消弧线圈的区别，主要是在增设消弧线圈的二次电容负荷绕唐山东唐 DT-ACHC 微机控制消弧圈自动跟踪补偿装置- 6 -组，其结构如下图所示。N1 为主绕组，N2 为二次绕组，在二次侧并联若干组用真空开关或晶闸管通断的电容器，用来调节二次侧电容的容抗值。根据阻抗折算原理，调节二次侧容抗值，即可以达到改变一次侧电感电流的要求。电容值的大小及组数有多种不同排列组合，以满足调节范围和精度的要求。xAXU1 N1 N2a三三三三三三三 三三三三三U2 C3C2C1 C4三三 三三三三三三三三三三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控制器型号：2功能特点微机控制器采用工业控制计算机（PC104 ）做为主机，显示部件采用全彩色液晶显示器。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。唐山东唐 DT-ACHC 微机控制消弧圈自动跟踪补偿装置- 7 -（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。3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、显示液晶等构成，原理构成如下图所示。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，在设唐山东唐 DT-ACHC 微机控制消弧圈自动跟踪补偿装置- 8 -计线路板时，电源板、信号调理板等均采用了多层板结构。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。（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） 执行板：为系统提供输出信号，以控制电容柜真空开关的通断，来实现档位调节。（3） 主板：采用 PC104 工控机主板，该主板为控制器的核心，配有电子硬盘以存储应用程序。（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。4控制屏控制器安装在控制屏上，控制屏标准尺寸为 800mm600mm2260mm，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。包括整屏的电源开关，电源指示及报警，照明，消音按钮等。唐山东唐 DT-ACHC 微机控制消弧圈自动跟踪补偿装置- 9 -5控制程序流程图：唐山东唐 DT-ACHC 微机控制消弧圈自动跟踪补偿装置- 10 -（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采用增加阻尼电阻的方法以确保系统正常运行时，中性点位移电压不超过 15%相电压。增加阻尼电阻的方法采用消弧线圈串联运行的形式。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。电阻短接回路采用两套方案保护：方案一：采用真空接触器动作保护：接触器动作电源选用两套独立的回路，一套选用交流 220V，一套选用直流 220V，增加了系统运行的可靠性。方案二：采用可控硅实现电子式保护，采用自触发式短接动作时间更快，静态无触点短接更安全可靠。（五）电容调节柜电容调节柜由电容器、真空开关（或晶闸管）等构成。控制器根据对电网对地电容电流的采样，自动跟踪调节二次侧电容器的容量，从而自动补偿系统的单相接地电流。电容控制柜内装有若干只电容器，容量配置比例为：C1：C2：C3：C4：C5： =1：2：4：8：16：。根据二进制组合原理，4 只电容有 16 种组合，即实现 16 种调节；5 只电容有 32 种组合，即实现 32 种调节。调节开关采用真空开关（或大功率双向晶闸管） ，调节速度快。电容器选用自愈式电容，额定电压为 1000V。七 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 42 路。设有三种选线方法，即 “有功功率法” 、 “残流增量法”及“有功功率法+残流增量法”可由用户设定。1.有功率法：当系统发生单相接地故障时，接地线路的零序功率中包含有消弧线圈、接地变压器铜损、铁损及系统对地绝缘电阻所产生的有功功率；非接地线路零序功率中只包含自身唐山东唐 DT-ACHC 微机控制消弧圈自动跟踪补偿装置- 11 -产生的有功功率，两者相差很大，可判别有功功率较大的为接地线路。2.残流增量法：当系统发生单相接地故障时，首先采集各线路的零序电流，并记录下来；然后控制消弧线圈改变一档，再把各线路的零序电流采集一遍，也记录下来，同时求出各消弧线圈在调档前后零序电流的变化量。因为非接地线路的零序电流在调档前后无明显变化，而接地线路的零序电流变化量为调档前后电感电流的调节值，所以零序电流变化量最大者即判为接地线路。3.有功功率法+残流增量法：该选线采用有功功率及残流增量为综合判据，对接地线路进行判断选线。由于该方法集成了两种方法的优点，所以选线更为准确。八 控制器操作说明（一） 操作面板控制器操作面板如上图所示。1指示灯（1） 运行（绿色）：系统正常运行时，该指示灯点亮。（2） 故障（红色）：当控制器检测到供电系统出现异常时，该指示灯点亮。2按键（1） 复位：按下该键系统重新启动工作。（2） 确认：执行光标所在功能时，按下该键。（3） 返回：当从各下拉菜单功能返回到主运行画面时，按下该键。唐山东唐 DT-ACHC 微机控制消弧圈自动跟踪补偿装置- 12 -（4） 方向键：移动光标时，按方向键， “ ”为上、下移动，“ ”为左右移动。（5） 加减键：按“+、- ”键，可进行数据的加减操作，每按一次，所操作数据加一或减一。3数据显示说明数据显示采用彩色液晶显示器，中文显示，菜单操作方式，显示直观，操作方便。数据显示画面如下图：（1） 菜单区：设有“文件、设定、调节”三项下拉菜单。（2） 数据显示区a. 调节方式：显示系统的调节方式。 （系统设有人工调节和自动调节两种方式）b. 档位：显示系统当前工作的档位。c. 容流：显示系统发生单相接地时，流过接地点的电容电流。d. 残流：系统发生单相接地时，接地点对地电容电流被消弧线圈补偿后的残余电流。当系统过补偿方式运行时，残流数值为负；全补偿方式时为零；欠补偿方式时为正。e. 脱谐度：系统发生单相接地时容性电流减去感性电流的差与容性电流的百分比。唐山东唐 DT-ACHC 微机控制消弧圈自动跟踪补偿装置- 13 -f. 零序电压：系统不平衡电压值（显示为互感器二次电压值） 。g. 调节方式：显示控制器对有载分接开关调节动作指示。h. 信息：显示系统的接地故障信息。（3） 时钟显示区时钟显示区位于显示屏右上角，显示当前的日期、时间。（二） 菜单操作系统设置三个主菜单：文件、设定、调节。1 文件：按方向键选中“文件”菜单，按“确认”键系统显示子菜单如下：a.测量：按方向键选中“测量”项，按“确认”键，系统弹出参数测量画面：按“ ”键，可显示系统各零序电流值（132 路） ，再次按“ ”键，系统显示 3342 路零序电流值。按“返回”键，返回到系统主画面。唐山东唐 DT-ACHC 微机控制消弧圈自动跟踪补偿装置- 14 -b.记录：选中该子菜单，确认后显示系统历史接地信息，显示内容有档位、容流、残流、零序电压及接地时间、日期等。按“ ”键可查看以前的历史记录。c.通信：选中该菜单后，按确认键，系统可与上位机进行通信，将系统的数据信息传送到上位机。d.打印：选中该功能，按确认键，系统打印出接地信息。2设定：按方向键选中“设定”菜单，按“确认”键系统显示子菜单如下图所示：a.时间（设定系统时间或日期）：选中该功能后按确认键，时间显示区的年数据显示为高亮，按“ ”键选择要修改的数据（日期或时间） ，按“+” “”键可进行修改。b.机号：设定本控制器编号，供系统进行通讯时上传，以使上位机识别。c.调节方式：可设定为自动方式或人工方式（手动） ，按方向键选择，按确认键进行确定。d.电压等级：电压等级可设定为 3KV、6KV、10KV、35KV、66KV 等。按方向键选择相应电压等级，按确认键确定。e.档位：选择进入该功能后，按“+” “”键进行修改。唐山东唐 DT-ACHC 微机控制消弧圈自动跟踪补偿装置- 15 -f. 档位电流：设定各档位的补偿电流数值。按方向键选择所要修改的数据，按“+”“”键修改数据。g.电阻：设定阻尼电阻。h.选线方式：设定选线方式，系统设有“有功功率法” “残流增量法”及“有功功率法+ 残流增量法”供选择。i. 路数：指系统的出线路数。j. 线路编号：可设定各出线线路的编号。数据设定方法同 f。唐山东唐 DT-ACHC 微机控制消弧圈自动跟踪补偿装置- 16 -3 调节：该功能只限于人工方式（如需手动调节时，将系统调节方式设定为人工方式） ，按方向键选中“调节”菜单，按“确认”键系统开始进行人工调节。按下按键“ ”可进行人工调档。九 控制器接线控制器后面板如下图所示：说明：1 JB11：1 、2 为打印机电源输出节点。 3 为交流电源（220V ）相线，4 为零线，5为保护地线。 K 为电源开关。2JB21：为 1#消弧线圈档位回读及调档输出端子。唐山东唐 DT-ACHC 微机控制消弧圈自动跟踪补偿装置- 17 -a.I11I15 为 1#消弧线圈档位回读输入信号。b.GND1 为 1#接地端。c.COM1 为 1#公共端。d.BJ1、BJ2 为装置报警输出节点。e.O11O15 为 1#消弧线圈输出信号，用以控制电容控制柜的五个真空开关。f. OCM1 为 1#消弧线圈输出信号公共端。3JB22：为 2#消弧线圈档位回读输入端子及档位输出端子。端子定义基本同 JB21，只是中间的两个端子有别于 JB21，ML1、ML2 为母联开关输入端子，该端子只用于一套控制器控制两套消弧线圈时，当两段母线的母联开关闭合时，将该信号输入到控制器，用于控制器协调两套消弧线圈系统同时工作。4JB31：数据通讯接口。（1） RXD1（2） TXD1（3） GND（4） 485+（5） 485-（6） RXD2（7） TXD2（8） GND5DB：打印机并行接口，数据输出。6JB51：控制电压信号输入接口（1） 1UAB1（2） 1UAB2（3） 2UAB1（4） 2UAB2（5） 1U01唐山东唐 DT-ACHC 微机控制消弧圈自动跟踪补偿装置- 18 -（6） 1U02（7） 2U01（8） 2U027DZ1DZ4： CT 输入端子。I1I42 为现场零序互感器信号输入端， 1I0、2I0 为两套消弧线圈系统的 I0 信号。十 成套装置选型本公司部分产品规格如下表，供用户做选型参考，对于用户所需特殊规格，本公司可按要求为用户订做。产品型号电压等级（ KV）消弧线圈容量（ KVA）电流调整范围（A）DTXH -TR-90/6 6 90 525DTXH -TR-180/6 6 180 1050DTXH -TR-270/6 6 270 2075DTXH -TR-360/6 6 360 30100DTXH -TR-540/6 6 540 60150DTXH -TR-150/10 10 150 525DTXH -TR-300/10 10 300 1050DTXH -TR-450/10 10 450 1075DTXH -TR-600/10 10 600 1010060150唐山东唐 DT-ACHC 微机控制消弧圈自动跟踪补偿装置- 19 -DTXH -TR-900/10 10 900 60150