（电力系统及其自动化专业论文）消弧线圈自动跟踪补偿与接地选线定位技术的研究.pdf

山东大学博士学位论文 圈进行任何操作、不需要人为地对信号源进行任何调节，操作方便、计算准确、 响应速度快、不会对系统的正常运行产生任何不利的影响。利用上述注入信号在 计算对地容抗的同时，还可以计算出系统对地的绝缘电阻，求出系统自身的阻尼 率，可以用于系统的在线绝缘监视。 ( 3 ) 提出了一种能够方便消除工频及各次谐波干扰，而灵敏、精确地检测出 注入信号的信号处理方法，导出了工频频率、注入信号频率和采样频率之间应满 足的关系，设计出了简单、实用的数字滤波器，为准确地计算系统对地容抗和绝 缘电阻打下了基础。 ( 4 ) 对调匝式、调容式等消弧线圈的调节方法进行了研究，在按级差调节和 按脱谐度调节判据的基础上，导出了一种综合的调节判据，既能够保证脱谐度最 小，又可以避免过分频繁的调节。 ( 5 ) 为满足跟踪补偿、选线定位一体化设计的要求，论证了通过消弧线圈注 入信号实现接地选线定位的可行性。选线功能所应用的注入信号源、检测主机等 与计算分布电容用的信号源、检测主机均为同一个装置，诊断信号也是从消弧线 圈的副圈中注入。在各出线都装有零序电流互感器或三相电流互感器的情况下， 注入信号及零序电流的稳、暂态信号都从电流互感器取出；而在出线未装零序电 流互感器或三相电流互感器的情况下，零序电流无法取出，注入信号用专用的信 号探测器取出。 ( 6 ) 对信号注入式接地选线保护耐受过渡电阻能力进行了详细的分析，针对 出线条数较多、分布电容较大时，信号注入法选线判据受电容分流影响，导致耐 受过渡电阻能力下降的问题，提出了降低注入信号频率、应用注入信号的相位信 息和注入双频信号三种解决办法，得到了较好的结果。提出了用信号注入法、零 序电流稳态法和零序电流暂态法相结合实现综合选线的基本方法，应用模糊集理 论，导出了综合选线的判据。由于采用了多种方法的综合，能够克服单一选线判 据存在的缺陷，有利于提高选线的正确率和装置的适应性。 ( 7 ) 提出了基于信号注入法与通信技术相结合的小电流接地系统单相接地故 障故障区段定位算法，设计了基于g s m - - s m s 的故障区段定位系统，将在近期内 投入实际运行。 关键词：小电流接地系统：消弧线圈；单相接地故障；选线；定位；注入信号。 山东大学博士学位论文 a b s t r a c t s i n g l e - p h a s et oe a r t hf a u l ti st h em o s tf r e q u e n t l yh a p p e n e df a u l tf o r mi nd i f f e r e n tk i n d so f p o w e rs y s t e m t h ep r o b a b i l i t yi su pt o7 0p e r c e n t si na l lf o r m so ff a u l t s ，s i n c en os h o r t - c i r c u i tl o o p i sf o r m e ds ot h a tt h ef a u l tc u r r e n ti ss m a l la n dt h et h r e ep h a s el i n et of i n ev o l t a g e sa r es t i l ls y m m e t r i c w h e ns i n g l e - p h a s et oe a r t hf a u l to c c i l r 8i nan o n - s o l i d l ye a r t h e dn e t w o r k , t h el o a dc a nb ei nn o r m a l o p e r a t i o nf o rap e r i o do ft i m e b u ta f a rt h ef a u l t ，t h en o n f a u l t e dp h a s ev o l t a g ew o u l di n c r e a s ea n d i n t e r m i t t e n ta r cg r o u n d i n gw o u l dl e a da r co v e rv o l t a g e ，t h e r e f o r e ，t h ei n s u l a t i o nw o u l db ed a m a g e d i nl o n gt i m em r m i n gl e a d i n gm o r es e r i o u sp h a s e t o - p h a s ev o l t a g e s oa l n # e - p h a s et oe a r t hf a u l t s h o u l db er e m o v e da ss o o na sp o s s i b l e i nc a s eo ft h ef a u l tc a l l tb er e m o v e di m m e d i a t e l y , t h ef a u l t l i n ea n df a u l tp a t hs h o u l db ef o u n da u t o m a t i c a l l y t h ef a u l ts h o u l db er e m o v e dm a n u a l l ya f t e rt h e n e c e s s a r yl o a dt r a n s f e r r i n g f o rt h ed i s t r i b u t e dc a p a c i t a n c eo ft h en e t w o r ki st h em a i nc a u $ eo ft h ef a u l tc u r r e n t ，i tc a nb e c o m p e m a t e da n dr e d u c e db yi n s t a l l i n ga r es u p p r e s s i o nc o i l ( a s c ) e s p e c i a l l yw h e nt h ea s ci s a u t o t o n i n g ，t h ec a p a c i t i v ec u r r e n to ft h ep o w e rs y s t e mc a nb et o t a l l yc o m p e n s a t e db ya u t o m a t i c a l l y r e g u l a t i n ga s c si n d u c t i v ec u r r e n t u s i n gt h ef u n c t i o no ft r a c k i n gc o m p e n s a t i o n , t h ef a u l tc u r r e n t c o u l db er e d u c e dt oas m a l la c t i v ec u r r e n ta n dt h ea i cc a l l tm a i n t a i na n dw i l lg oo u ts o o n t r a c k i n g c o m p e n s a t i o n , w h i c hc o u l dr e m o v et h et r a n s i e n tg r o u n d i n gf a u l ta u t o m a t i c a l l ya n dg r e a t l yr e d u c e t h ed a m a g eo ft h ep e r m a n e n tg r o u n d i n gf a u l t , i sak i n do fc h i e ft e c h n i c a lm e a s o r e st or e d u c et h e l o s sc a u s e db yg r o u n df a u l t t h ea u t o m a t i cf a u l tl i n es e l e c t i o na n df a u l tl o c a t i o no fs i n g l e - p h a s et oe a r t hf a u l tw h i c hc o u l d f i n dt h ef a u l tl i n ea n df a u l tp a t hq m c h yc o u l db eg o o df o rt h er e d u c t i o no ft h em n u i n gt i m eo f s y s t e mw i t hf a u l ta n da l s ob ea ni m p o r t a n tt e c h n i c a lm e a s w eo f r e d u c t i o no f t h e 伊o u n d i n gd a m a g e g i v e nt h ep r e v i o u sr e s e a r c h ，t h i sp a p e rp r o p o s e dan e wa p p m a c ho r i e n t e dt h ea u t o - t u n i n go f a s ca n df a u l t l i n es e l e c t i o na n df a u l tl o c a t i o no fs i n g l e - p h a s et oe a r t hf a u l ta n dd e v e l o pn e w a u t o m a t i o ne q u i p m e n tt or e s o l v et e c h n i c a lp r o b l e m s t h en e wa p p r o a c hi sc o m b i n e dw i t hm o d e m a n a l y s i sm e t h o d sa n dn e wt e c h n i q u e sa c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t so ft h ed i s t r i b u t i o ns y s t e m t h e d e t a i l so f t h er e s e a r c hw o r ka t ；f o l l o w s ： ( 1 ) b r i n gf o r w a r dan e wi n t e g r a t e dd e s i g ni d e as y n t h e s i z i n g t h r e ek i n d so ft e c h n o l o g y i n c l u d i n ga u t o - t u n i n go fa s c ，t h ef a u l tl i n es e l e c t i o na n df a u l tl o c a t i o no fs i n g l e - p h a s et oe a r t hf a u l t i nn o n - s o l i d l ye a r t h e dn e t w o r k , w h i c hc o u l dn o to n l ys i m p l yt h eh a r d w a r ea r c h i t e c t u r ea n dw i r i n go f e q u i p m e n ta n da l s oh e l pt h ec o o p e r a t i o no fd i f f e r e n tt e c h n i c a la n df u n c t i o n st oo b t a i no p t i m u m p e r f o r m a n c e ( 2 ) p u tf o r w a r dac a l c u l a t i o nm e t h o do ft h ev a l u eo ft h ed i s t r i b u t e dc a p a c i t a n c et ol a yt h e f o u n d a t i o no ft h et r a c k i n gc o m p e n s a t i o nb yc o l l e c t i n ga n dc a l c u l a t i n gas i g n a lo fc o n s t a n tf r e q u e n c y i n j e c t e dt ot h ep o w e rs y s t e mt h r o u g ht h es e c o n d a r yc o i lo ft h ea s c t h e r e sn 0n e c e s s a r yt oh a v e a n yo p e r a t i o no ft h ea s co rr e g u l a t i o no ft h ea l g n a ls o u r c e i th a sf e a t u r eo fe a s yt oo p e r a t e ，h i g h c a l c u l a t i o na c c u r a t e ，f a s tr e s p o n s ea n dh a v i n gn oa n ya d v e r s ei m p a c tt ot h es y s t e n xi nt h ea b o v e m 生查垄兰堡主兰堡垒查 c a l c u l a t i o no fc a p a c i t a n c ea p p l y i n gi n j e c t e ds i g n a l ，w ec a l la l s oc a l c u l a t et h ei n s u l a t i o nr e s i s t a n c et o e a r t ho f t h es y s t e m t o o b t a i n i t s o w nd a m p i n gr a t e f o r t h e m o n i t o r i n g o f t h es y s t e m o n l i n e ( 3 ) p r o p o s e dam e t h o do fs i g n a lp r o c e s s i n gw h i c hc o u l dd e t e c tt h ei n j c c t e ds i g n a lw i t h s e n s i t i v ep r e c i s i o na n de l i m i n a t ev a r i o u sf r e q u e n c yo fh a r m o n i ci n t e r f a c ew i t hc o n v e n i e n c e d e r i v e d ar e l a t i o n s h i pw i t h i nt h ef r e q u e n c i e so ft h es y s t e m , t h ei n j e c t e ds i g n 缸a n dt h es a m p l i n gw h i c he a c h o ft h e ms h o u l ds a t i s f y d e s i g n e das i m p l ea n dp r a c t i c a ld i g i t a lf i l t e r a ht h ew o r ka b o v el a y st h e f o u n d a t i o no f t h ep r d c i sc a l c u l a t i o no f t h ec a p a c i t a n c ea n di n s u l a t i o nr e s i s t a n c eo f t h es y s t e m ( 4 ) d e r i v e da ni n t e g r a t e dr e g u l a t i o nc r i t e r i o nb a s e do nt h er e g u l a t i o nc r i t e r i o n sa c c o r d i n gt o t h eg r a d ed i f f e r e n c ea n dt h ed e g r e eo fo f f - l _ e s o n a n c et h o u g ht h er e s e a r c ho ft h eg r a d e dr e g u l a t i o n m e t h o d so ft h ea s c w h i c hc o u l dn o to n l yi n f i r mm i n i m i z a t i o no ft h ed e g r e eo fo f f - r e s o n c eb u t a l s oa v o i dt o of r c q u e ma d j u s t m e n t s ( 5 ) t h ei n j e c t e ds i 印a ls o u r c eu s e dt oi d e n t i f yt h ef a u l tl i n ei st h es a m ee q u i p m e n tw i 血t h e s i g n a ls o u r c eu s e dt od e t e c ta n dc a l c u l a t et h ed i s t r i b u t e dc a p a c i t a n c ew h o s es i g n a l sa g ea l s o e c t e d t 1 1 】r o u g ht h es e c o n d a r yc o i lo fa s c i nc i r c u m s t a n c e st h a ta l lf e e d e r sa r ci n s t a l l e dw i t i lz e r os e q u e n c e c u r r c u tt r a n s f o r m e ro rt h r e ep h a s ec u r r e n tm m s f o r n 】e r , w ec o u l dg e ta l lt h ei n j e c t e ds i g n a la n dt h e z e r os e q u e n c ec t u t c u to fs t e a d ya n dt r a n s i e n ts t a t ef r o mt h ec u r r e n tt r a n s f o r m e r a n dw ea l s oc o u l d u s et h ed e d i c a t e ds i g n a ld e t e c t o rt od e t e c tt h ei n j e c t e ds i g n a li nc a s et h ef e e d e r sw i t h o u tt h ec u r r e n t t r a n s f o r i f l e rw h e nt h ei n t e g r a t e dc r i t e d o nb e c o m e so n ei n j e c t i o nm e t h o dh o w e v e r ( 6 ) p r o p o s e dt h r e et y p e so fs o l u t i o n st ot h ep r o b l e mt h a tt h ea b i l i t yo fe n d u r i n gt h ef a u l t r e s i s t a n c ew o u l dd r o pf o rt h ei n j e c t i o nm e t h o da f f c e t e db yt h es t r e a m i n go ft h ec a p a c i t a n c ew h e n t h e r ea r em o r el i n e sa n dg r e a t e rd i s t r i b u t e dc a p a c i t a n c e t h es o l u t i o n si n c l u d i n gr e d u d n gt h e i n j e c t e ds i 鲷蛊lf r e q u e n c y , a p p l y i n gt h ep h a s ei n f o n m a t i o no ft h ei n j e c t i o ns i g n a la n di n j e c t i n g d u a l - f r e q u e n c ys i g n a l sh a v ea l r e a d yh a ds a t i s f a c t o r ya c h i e v e m e n t p r o p o s e daf u z z y - l o g i c - b a s e d i n t e g r a t e dc t i t c 耐o ns y n t h e s i z i n gt h ei n j e c t i o nm e t h o da n da n o t h e rt w oc r i t e r i o n se a c hb a s e do nt h e s t e a d ya n dt r a n s i e n ts t a t eo fc u t o u to fz c r os e q n e a c e , w h i c hc o u l do v e r c o m et h ed i s a d v a n t a g e so f s i n g l e c r i t e r i o na n de n h a n c e t h e a c c u r a c y o f f a u l t l i n es e l e c t i o na n da d a p t a t i o n o f t h e e q u i p m e n t ( 7 ) p u tf o r w a r dt h ef a u l tl o c a t i o nm e t h o do fs i n g l e - p h a s et oe a r t hf a u l t , u t i f i z i n gt h ei n j e c t i o n m e t h o da n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y af a u l ts e c t i o nl o c a t i o ns y s t e mi sd e s i g n e db a s e do n g s m s m s w h i c hw o u l db ep u ti np r a c t i c a ls o o n k e y w o r d s ：n o n - s o l i d l ye a r t h e dn e t w o r k ；a r s u p p r e s s i o nc o i l ；s i n g l e - p h a s et oe a r t hf a u l t ； f a u l tl i n es e l e c t i o n ；f a u l tl o c a t i o n ；i n j e c t e ds i g n a l 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 妻垒鱼导师签名：歹呦日期：幽 山东大学博士学位论文 1 1 课题背景及意义 第一章引言 我国6 3 5 k v 的中低压电网普遍采用小电流接地方式。这种接地方式的主 要优点在于，在发生单相接地故障时不形成短路回路，只在系统中产生量值较小 的零序电流，三相线间电压依然对称，不影响负载的正常工作，所以不必立即跳 闸，可以继续工作。但是小电流接地系统发生单相接地后，非接地相对地的电压 会升高，断续性电弧接地时还会产生弧光过电压，长期运行可能会损坏其绝缘， 引发严重的相间故障。我国电力部门有关规程规定，小电流接地系统发生单相接 地时，虽不必立即跳闸，但带单相接地故障运行的时间不宜超过1 2 小时嘲。所 以，在系统出现单相接地故障后，应该立即设法使其消除，在不能消除的情况下， 应尽快的找出故障的线路，在进行必要的负荷转移后，人为地将接地设备从系统 中切除。 小电流接地系统主要有中性点不接地和中性点经消弧线圈接地两种形式4 】o 中性点不接地系统发生单相接地时，流过接地点的电流为系统对地分布电容的电 流，该电流的大小与本电压等级电网规模的大小及线路的结构密切相关，电网规 模较大或电缆线路较多时，接地电流就可能比较大。当该电流大至一定程度时， 就可能形成持续性电弧，如果不切断电源，电弧就不会熄灭，可能使许多本属于 瞬时性的接地故障发展成为永久性的接地故障，将可能造成故障设备烧毁、引发 相间短路等严重的情况。 加装消弧线圈可以使接地点的电流减小，有利于故障点电弧的自行熄灭，可 使故障的危害程度降低。过去我国曾规定。1 ，3 5 k v 电网电容电流超过i o a 、1 0 k y 电网电容电流超过2 0 a 、6 k v 电网电容电流超过3 0 a 时，应该装设消弧线圈。但近 年来逐步形成的共识为，不论电压等级大小，只要系统的电容电流超过i o a 时， 就应该考虑加装消弧线圈。 消弧线圈就是接于电网中性点与大地之间的电感线圈，其作用是在电网发生 单相接地，中性点对地电压升高时，产生一个感性的接地电流，来补偿电网分布 电容产生的接地电流，使流入接地点的总电流减小或消失。按照消弧线圈提供的 感性电流与电网自身的容性电流大小关系的不同，消弧线圈有欠补偿、过补偿和 1 山东大学博士学位论文 全补偿三种工作模式。欠补偿方式下消弧线圈提供的感性电流小于电网的电容电 流，单相接地时接地点处仍然有一个容性的电流从大地流向线路。过补偿方式下 感性电流大于容性电流，此时接地点的电流具有感性的性质。全补偿是使感性电 流与容性电流相等，使接地点仅剩下量值很小的有功电流。 从减小接地点电流、有利于电弧熄灭的角度看，全补偿效果最好。但由于电 网的结构及运行方式是不断变化的，系统分布电容电流并不是一个恒定不变的量， 所以要实现全补偿，消弧线圈必须采用可变电感，在电网运行方式改变后，自动 调节电感值，使其产生的感性电流始终与容性电流相等，这就是消弧线圈的自动 跟踪补偿。 自动跟踪补偿实际上是一种自适应的补偿方法，它根据实际电网电容电流的 大小，自动调节消弧线圈产生的电感性电流，使两者处于平衡状态，从而使接地 点的接地电流减小为量值很小的有功电流，使电弧不能维持、自动熄灭。若故障 为瞬时性故障，电弧熄灭后接地点的绝缘将自动恢复，电网自动恢复正常。对于 永久性的故障，虽然不能自动恢复正常，但由于已使接地点的电流很小，故障电 弧已不能维持，所以将不再会出现弧光过电压、烧毁接地点设备等严重的情况， 接地故障的危害程度大为降低。 在永久性接地故障的情况下，消弧线圈的调节作用将不能使接地故障自行消 失，电网将会带接地故障运行，按照规程规定，应在1 2 个小时之内找出接地的 线路、接地故障所处的区段及确切的故障点，并在必要的负荷转移后将接地线路 或故障区段从系统中切除，以确保系统的其他部分安全运行。 在瞬时性故障的情况下，虽然经过消弧线圈的调节能够使故障自动恢复，使 系统恢复正常运行，但毕竟经历了接地故障，接地点可能已经成为系统中的薄弱 环节，在某些条件下可能会再次发生接地故障。若某条线路多次发生瞬时性故障， 则说明该部分已经十分脆弱，随时都有发生更为严重故障的可能性。所以在发生 瞬时性接地故障时，也希望能够指示出接地的线路或接地的区段，以便使运行人 员对系统的薄弱部位进行处理。 可见，消弧线圈的自动跟踪补偿和小电流接地系统的接地故障选线、定位， 都是降低接地故障危害程度的重要技术措施，它们对提高配电系统安全性、经济 性和可靠性，都有十分主要的作用。 深入研究自动跟踪补偿和接地故障选线、定位的理论和方法，应用先进技术 2 山东大学博士学位论文 手段研制跟踪补偿和接地故障选线、定位一体化的实用装置，具有较高的理论意 义和很高的应用价值。 1 2 消弧线圈跟踪补偿与故障选线定位技术综述 1 2 1 消弧线圈跟踪补偿技术的现状 应用消弧线圈产生的感性电流来补偿电网分布电容产生的容性电流，以减小 故障点接地电流的方法，是由德国人w p e t e r s o n 于1 9 1 6 年发明的，所以消弧线 圈有时又称为p e t e r s o n 线圈。在过去配电网的规模一般都不是太大，电缆线路 应用也不太广泛，系统的对地电容电流一般均在允许的范围之内，所以消弧线圈 的应用并不十分广泛。 近二、三十年来，配电网的规模有了很大的发展，在城市和大中型企业的配 电网中使用的电缆线路也不断增多，电网的电容电流大为增加，消弧线圈逐步得 到了广泛的使用。 早期使用的消弧线圈一般为电感值固定或只能在停电情况下手动调节的电感 线圈。为了防止产生谐振过电压，一般都按变电站中线路全部投入的情况下，失 谐度矿 一1 0 来选定、调整消弧线圈的电感值，即采用电感电流大于最大电容电 流的过补偿方式。当实际电网结构变化，某些线路或设备停运时，系统的电容电 流将变小，但由于电感电流不能在线调节，所以失谐度的绝对值将会增大，接地 点的接地电流也将会随之增大，补偿的效果变差。 近年来，随着技术的进步，出现了能够带电在线调节的消弧线圈，消弧线圈 的自动跟踪补偿技术也随之出现“1 。该技术自动跟踪电网对地电容电流的变化，并 根据电容电流的大小调节消弧线圈的电感量，使其产生的感性电流始终与电网的 容性电流相匹配，总能够达到最佳的补偿效果。 由于自动跟踪补偿具有很好的补偿效果，能使大多数瞬时性接地故障自动消 除，可使供电的可靠性大为提高、接地故障造成的损失大为减少，所以这一技术 一经出现就受到了广泛的关注和欢迎，目前已经成为电力系统研究中热点问题之 一。经过几年的努力，已经发展出多种不同的自动跟踪补偿方法，按照不同的分 类方法，可归纳总结如下： 1 按跟踪调节的时刻划分 山东大学博士学位论文 按照消弧线圈是在接地故障日茸进行跟踪调节，还是发生接地故障后再进行跟 踪调节，消弧线圈的自动跟踪补偿主要有两种工作模式，一种为预调式，另一种 为随调式。 1 ) 预调式跟踪补偿“1 预调式是在感受到电网对地电容的变化后，接着对其进行测量，并及时调整 电感量，使其与新的分布电容处于调谐状态。系统接地后，消弧线圈产生的感性 电流正好能够与分布电容的容性电流相抵消，接地点的电流仅为量值很小的有功 电流，使电弧不能维持、自动熄灭。若故障为瞬时性故障，电弧熄灭后接地点的 绝缘将自动恢复，电网自动恢复正常。对于永久性的故障，虽然不能自动恢复正 常，但由于已使接地点的电流很小，其危害程度也会大为降低。 预调式的主要优点是在接地发生之前已将消弧线圈调至调谐状态，发生接地 后不必再对其进行调整，直接起到补偿作用，因而补偿的效果比较好，一般不会 引起瞬时性故障向永久性故障的转换。其主要缺点是在发生接地故障前已将补偿 电感与分布电容调至谐振状态，容易因三相电压不对称而引起中性点电位升高， 出现较大零序电压，所以需要接入一个阻尼电阻来限制过电压的大小，在出现接 地后，为了改善补偿的效果和防止阻尼电阻被烧毁，需要尽快地将阻尼电阻短接 或切除，操作比较复杂。 2 ) 随调式跟踪补偿。9 1 随调式在出现接地故障前并不调节消弧线圈，其感抗与分布电容的容抗一般 远离调谐状态( 一般为感抗小于容抗的过补偿) ，出现接地后，根据接地电流的大 小，逐步调节消弧线圈的电感值，使接地电流达到最小，故障点电弧熄灭，瞬时 性故障将自动消除，永久性故障的危害同样会大为降低。 随调式的优点是正常运行时中性点对地电压较低，不需要加阻尼电阻。其缺 点是在系统单相接地后，消弧线圈两端已经有很高的电压，这时对其进行调节比 较困难，且调节需要一定的时间，在调至调谐状态前，接地点仍会有较大的接地 电流，有可能在消弧之前已经把绝缘烧毁，使本属于瞬时性的故障转化为永久性 故障。 2 按照调节电感的方法划分 消弧线圈就是一个电感线圈，跟踪补偿就是通过改变电感线圈的电感量，使 其始终与电网的分布电容呈现为谐振状态。按照电感调节方法的不同，消弧线圈 4 山东大学博士学位论文 主要有以下几种类型。 1 ) 调匝式消弧线圈“川 调匝式消弧线圈通过改变线圈的 匝数来调节其电感量，其原理示意图 如图l 一1 所示。 调匝式消弧线圈的优点是原理清 晰、电抗器的结构比较简单、调节控 制也比较方便，其缺点是电感量不能 连续调节，有时难以达到最佳的补偿 效果。此外这种消弧线圈在分接头切 = 图1 1 调匝式消弧线圈原理示意图 换时可能产生电弧，必须采取类似于变压器有载调压的切换措施。 2 ) 调节气隙式消弧线圈“” 为了增加电感量、减小电抗器的尺寸，消弧线圈一般均采用铁芯电感，而为 了保持较高的线性度，铁芯一般均带有一定的气隙。改变该气隙的大小，相当于 改变了励磁阻抗，从而改变了线圈的电感值。配备闭环调节控制系统后，这种方 法可以连续、无级地调节电感，能够实现最佳的补偿。其主要缺点是要求有较精 密的机械传动机构，响应速度慢，噪声较大。同时，在系统发生单相故障时，消 弧线圈中会有很大的补偿电流，所产生的电磁力足可将铁心吸住，使调节变的十 分困难，所以这种消弧线圈不宜用在随调式系统中。 3 ) 直流助磁式消弧线圈“” 直流助磁式消弧线圈采用直流助磁原理连续调节消弧线圈电感量。这种线圈 是在交流工作线圈内布置一段铁芯磁化段，通过改变铁芯磁化段磁路上的直流助 磁磁通的大小来改变铁芯的饱和程度，从而实现电感连续调节。这种消弧线圈的 优点是电感量连续可调、无机械传动装置、响应速度较快、交流等值电感线性度 较好。其缺点是需要附加电源，设计、制造技术复杂，直流助磁使功耗较大，长 时间强励磁会使铁心过热。 4 ) 调容式消弧线圈“5 1 调容式消弧线圈通过改变并在消弧线圈二次绕组上的电容值的大小来改变其 电抗值，其原理示意图如图1 - - 2 所示。 在图1 2 中，共设置了4 组电容，根据调节精度的需要，也可以设置其他的 s 毒 山东大学博士学位论文 组数，电容器的容量按照“8 4 2 1 ”原则配置， 四组电容的不同组合可以提供1 6 组不同的 补偿电流值，从而得到1 6 个不同的电感值。 电容器组的投退可以由接触器控制，也可以 用双向可控硅构成的电子开关控制。 当所有的开关都处于断开位置时，所 有电容器组全部退出，这时对应的电抗值最 小，消弧线圈能够提供的感性电流最大。当 图1 - - 2 调容式消弧线圈原理示意图 某些开关接通时，相应的电容器并接n - - 次绕组，使一次等值电感变大，提供的 补偿电流变小。所有开关都闭合时，并入的电容最大，一次等值感抗也最大，提 供的补偿电流最小。 调容式消弧线圈的优点是制造工艺简单、调节方便、调节范围大，在采用电 子开关控制的情况下，响应的速度非常快。其缺点是在用于随调式系统时，由于 电容器是在有压情况下切换，会产生一定的冲击电流，需要在电容上串接一个小 的限流电感，使接线复杂，而用在预调式系统时，由于切换时消弧线圈二次侧的 电压很低，不会产生冲击电流，所以也就不存在上述缺点。 ” 5 ) 磁阀式消弧线圈“6 ”1 磁阀式消弧线圈也可以看作是直流助磁式的一种，只不过它不是利用外加直 流电源产生助磁，而是利用自耦可控整流产生、控制助磁电流，通过改变铁芯的 饱和程度实现对电感的调节，其原理示意图如图1 3 所示。 在图1 3 中，主铁芯的两个分支磁路中部都有段缩小了的截面，缩小截面 的上、下两端对称地分别绕有一个匝数为n 2 的绕组，每个绕组上都有一个分接 头，分别标注为a 、b 、c 、d ，各自形成一个变比为6 = n 2 n 的自耦变压器，a 与b 之间、c 与d 之间分别接有晶闸管v 。和v 。不同分支铁芯柱的上、下两个绕组交叉 连接形成两个回路，并联后接至电网的中性点处。 电源电压正半波时控制v 。导通、负半波时控制v ：导通，可以在绕组的自耦部 分产生一个方向不变的直流，调节导通角的大小，可以改变直流电流值的大小， 从而可以改变铁芯的饱和程度以及线圈对外所呈现的感抗的大小。 6 山东大学博士学位论文 目前还有一种利用三 相五柱式铁芯，将“z ”型接 地变压器与磁阀式可控消弧 线圈组合成一体而构成的自 动跟踪补偿装置“，结构紧 凑、占地较小、安装方便， 且具有较好的调节特性。 6 ) 可控硅控制的消弧 变压器1 可控硅控制的消弧变 压器的原理接线图如图1 4 所示，它主要由a 、b 、c 三 相绕组、二次零序绕组、五 柱式铁芯和电感线圈l 1 、l 2 和l 3 等部分构成。 电力系统正常运行时， a 、b 、c 三相的对地电压对 称，这时不会在五柱铁芯的 两个边柱上产生磁通，所以 两个边柱上的线圈中不会有 感应电压，电感l 、l 2 、和 l 3 不工作，相当于变压器空 载运行。 系统发生单相接地时， 图l 一3 磁阀式消弧线圈原理示意图 图1 4 可控硅控制的消弧变压器原理示意图 三相电压不再对称，将会在两个边柱中产生磁通，从而在其线圈中感应电压，两 线圈同极性相连，形成正比于系统零序电压的二次电压，在k 。、k ：闭合及可控硅导 通的情况下，l 。、l 。和l 3 投入工作，产生感性电流，以补偿系统的容性电流。控制 开关k 。、k ：的通断和可控硅的导通角，可以改变所产生感性电流的大小，从而实现 了电感的调节。 7 ) 可控硅直接控制的消弧线圈伽1 7 山东大学博士学位论文 可控硅直接控制的消弧线圈的原理接 线图如图1 5 所示。它由一次绕组、控制 绕组和滤波电路等部分构成。 通过控制接在控制绕组上的可控硅的 导通角，可以控制其电流的大小，相当于改 变了等值电感的电感量。滤波电路接在另一 个二次绕组上，用来滤除可控硅电路产生的 谐波。实际运行经验表明，可控硅调节产生 的谐波并不十分严重，所以为了简化设计， 也可以不用滤波电路。 8 ) 快速调匝式消弧线圈。” 快速调匝式消弧线圈的原理示意图如 图1 6 所示，它采用了主从串联结构， 主消弧线圈采用普通的调匝式结构，用来实 现电感量的粗调。从消弧线圈为四个串接在 一起、感抗值按8 ：4 ：2 ：1 配置的小 电抗器，每一个小电抗器都并联一个由双向 可控硅( 静态继电器) 构成的电子开关，电 子开关的不同通断组合可以实现1 6 档调 节。粗调与细调相结合，可以实现近乎连续 的调节。 这种方法结合了调匝式简单方便和调 容式调节速度快的优点，且消除了调容式可 能放大谐波、产生冲击电流的缺点，是一种 比较理想的调节方法。 3 按照分布电容的测量方法划分 图1 5 可控硅直接控制的消弧线圈 主 线 从 消 弧 线 圈 图l 一6 快速调匝式消弧 线圈原理示意图 如前所述，跟踪补偿就是根据系统对地分布电容的变化，自动调节补偿电感 的大小，使两者处于调谐状态，从而最大限度的减小接地点处的接地电流。补偿 效果的优劣，与分布电容测量的精度密切相关，所以分布电容的实时、在线测量 方法，是跟踪补偿技术的核心和关键。目前应用于电力系统的分布电容的在线测 s 毋墨 。r、?一 山东大学博士学位论文 量方法主要有以下几种。 1 ) 最大位移电压法 配电系统正常运行时，由于三相对地参数不对称等原因，使得三相电源总是 有一定的不对称，从而在系统中引起一定量的零序电源电压，有时为了增加该电 压值，人为地使z 型接地变压器三相绕组匝数略有不同。在经消弧线圈接地的情 况下，电网正常运行时的等值零序网络如图l 一7 所示。 d x c “ j l 图中磊为电源电压不平衡对应的零序电源电压，d 。为中性点对地的位移电 压，驴。为分布电容上的零序电压。若补偿后电网的脱谐度为y ，阻尼率为万，则 有 u o = 一凰( v 一声) ( 1 一1 ) 仅取幅值，公式变为 u o = e o ，y 2 + 万2 ( 1 - - 2 ) 在电网运行方式一定的情况下，对地容抗x ，和阻尼率艿基本上为常数，改变 消弧线圈的电感时，脱谐度l ，将随之变化，导致中性点对地的电压u 。变化。由( 1 - - 2 ) 式，u 。随y 变化的曲线如图1 8 所示。 由图1 8 可见，随着脱谐度绝对值的减小，中性点位移电压逐步升高。当脱 谐度为0 时，即消弧线圈的感抗与分布电容的容抗正好相等时，中性点的位移电 压最高。记录此时对应的电抗值，就可以求出系统对地分布电容的容抗。 在实际自动补偿装置中，一般并不需要具体地求出对地容抗，只要始终保持 位移电压最高，补偿就一定处于全补偿状态。 该方法的