教案7-消弧线圈补偿电网中的线性谐振.doc

电力系统过电压与保护 （Power System Over Voltage）课程编号200320总学时32总学分2先修课程电路理论、电力系统分析基础适合专业电气工程及其自动化所属院系部电力系所属教研室高电压与电磁兼容第一讲 集中参数回路和长线路中的暂态过程 （请与本讲具体内容链接）第二讲 变压器和电机绕组内的暂态过程 （同上）第三讲 过电压保护装置 （同上）第四讲 工频过电压类型、原理及限制措施（1） （同上）第五讲 工频过电压类型、原理及限制措施（2） （同上）第六讲 谐振分类及特点 （同上）第七讲 消弧线圈补偿电网中的线性谐振 （同上）第八讲 超高压电网中的谐振过电压传递过电压 （同上）第九讲 断线和电磁式电压互感器饱和引起的铁磁谐振过电压 第十讲 操作过电压-间歇电弧接地过电压 （同上）第十一讲 操作过电压-投、切空载线路过电压 （同上）第十二讲 操作过电压-切空载变压器过电压和解列过电压 （同上）第十三讲 电力系统的绝缘配合 （同上）第十四讲 电力系统的绝缘配合-实例 （同上）第十五讲 测控系统电子设备的过电压防护导论 （同上）第十六讲 总结复习 （同上）教案执笔： 屠幼萍教案审核：制定日期：2005-9-96第 7 讲 消弧线圈补偿电网中的线性谐振一、 教学目标1. 掌握消弧线圈补偿单相接地电流及缓减接地故障点恢复电压上升速度的作用；2. 掌握消弧线圈补偿电网中其中性点电位增大的原因及其因素影响；3. 掌握消弧线圈脱谐度的选择原则。二、 教学重点重点阐述影响消弧线圈补偿电网中中性点位移电位大小的有关因素，进而说明选择消弧线圈的脱谐度时应从利于接地电弧熄灭、线性谐振的抑制等方面来综合考虑。三、 教学难点四、 教学内容和要点(一) 消弧线圈补偿单相接地电流的作用作用：是减小单相接地电流及缓减接地故障点恢复电压的上升速度，从而增大接地故障点自熄的概率，以防止发展成相间短路或烧伤导线。结构：带有间隙的分段铁芯的可调电感线圈，其伏安特性相对来说不易饱和。消弧线圈的铁芯和线圈均浸在绝缘油中，其外形与单相变压器相似。每台消弧线圈均有调节线圈匝数的分接头，用此改变线圈电感量，以获得不同数值的补偿电流，一般最大补偿电流与最小补偿电流之比为2:1或2.5:1，在此范围内有5个或9个分接头可供切换选择。设C相导线在K点对地短路，在短路前其电位为，在短路后其电位位零。对地短路可看成两种情况的叠加：一是原来的正常三相系统，另一是将原来三相电源电动势短接而在短路点K与大地之间加入一个单相电势-的零序系统，计算对地短路电流，只需计算后一零序系统即可（因前一正常三相系统K与大地之间无电流通过）。令则将减小到零，其物理意义是：接地的电容电流分量全被消弧线圈的电感电流补偿。接地电弧消灭，这是完全协调的情况。实际中，用补偿度k和脱谐度v来描述消弧线圈的补偿程度。消弧线圈的补偿情况可以分为以下三种情况：n 、，即时，为过补偿运行状态；n 、，即时，为欠补偿运行状态；n 、即时，为全补偿运行状态。能否自熄，除了与电弧电流（决定于弧道的游离程度）有关外，还取决于弧隙间介质强度的恢复速度是否超过恢复电压的上升速度。（）消弧线圈的补偿作用分析电流过零，S断开，a、b间电压即恢复电压：式中为回路自振角频率，为系统的衰减系数，为熄弧瞬间故障相电源电压初相位。若 ，忽略损耗，恢复电压为 表示振幅的包络线，恢复电压振幅的上升速度：时恢复电压上升速度最大，为根据脱谐度定义有：即：，所以可见，恢复电压上升速度与脱谐度v是成正比的，通常v较小，上升速度较慢，因此不易重燃。下图分别给出了，时的恢复电压波形图，在全补偿、时，仅由于回路损耗作用，缓慢地恢复到相电压。 故障相恢复电压波形当然，系统的阻尼率d对恢复电压的上升速度也是有影响的，较大的阻尼率d不但使恢复电压上升速度加快，而且由于故障电流的加大使介质强度的恢复速度降低，从而增加了重燃的可能性。可见，消弧线圈作用有：1. 减小故障电流；2. 降低弧熄的恢复电压上升速度，且脱谐度越小，这种作用越显著（但可使中性电位移电压过大）；3. 并不直接降低弧光接地过电压，而在于易熄弧和防重燃方面的有利作用，是过电压持续时间大为缩短，降低了高幅值过电压出现的概率。(二) 补偿电网中性点位移电位（消弧线圈补偿电网中的线性谐振）L值按全补偿运行时对熄灭电弧最有力，可是正常运行时，电网中性点却会出现比较高的电位，这是不允许的，分析如下。在正常运行时，电网由于三相对地的自部分电容不对称，中性点上出现电位，为式中算子，且有。因，上式中分子不等于零，当L按全补偿选取时，分母将等于零，中性点电位将趋于无穷大。定义为中性点位移度h ：补偿电网中性点电位与相电压（）的比值式中为电网不对称度，v即是补偿电网的脱谐度，架空线路的KC通常为0.5%1.5%，个别情况可达2.5%及以上；电缆的KC值约为0.2%0.5%。式中，是中性点不接地（无消弧线圈）电网，因三相对地电容不等而引起的电网中性点位移电位，称电网不对称电压。可见，的大小主要决定于及n，以=1.5%为例，无消弧线圈，Ubd=0.015UA；接消弧线圈，若v=3%，则UO=0.5UA，中性点电位移电压增大33倍。若v=0，电网处于谐振状态，但电网存在损耗电阻，所以UO不会趋于无穷大。过高的UO，使补偿电网正常运行时，三相对地电压极不平衡，这是不允许的。为降低UO值，首先要降低KC值，并注意v值不能过小。因此，v值选择应考虑到两个方面：一方面v值不应小到使正常运行时中性点电位超过15%；另一方面v值又不宜大到使单相接地电流大于10A。L值错开调谐只有两种办法：n 使L值小些，称为过补偿；n 使L值大些，称为欠补偿。在欠补偿情况下，如果电网有一条线路跳闸（电网对地自部分电容减小）时，或当线路非全相运行（电网一相或两相对地自部分电容减小）时，式中的分母可能趋于零，从而产生严重的中性点位移。因此，消弧线圈一般应采取过补偿。若电网长时间低频率运行，遇上单相接地时，消弧线圈电流将增大，而电网电容电流将减小。若原为过补偿运行，脱谐度将增大；若原为欠补偿运行，脱谐