（电机与电器专业论文）磁阀式可控电抗器在消弧线圈中的应用.pdf

原创性声明 i i i ii i ii i iii i i iii ii iitli 17 9 0 8 6 3 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已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：1 丑蔓卜 日 期：尘坐丛盟l 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的e p , 嗣j 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e ；p 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：雌导师签名：；鼍三鱼卜日期：业 山东大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i l 符号说明v 第l 章绪论l 1 1 前。言1 1 2 可控电抗器的发展概况2 1 3 消弧线圈研究概况1 3 1 3 1 固定补偿消弧线圈3 1 3 2 自动跟踪补偿消弧线圈4 1 4 本课题的主要研究工作6 第2 章磁阀式可控电抗器原理及设计7 2 1 磁阀式可控电抗器的结构7 2 2 磁阀式可控电抗器的工作原理7 2 3 磁阀式可控电抗器的电磁方程9 2 4 磁阀式可控电抗器各工作状态之间的转换1 2 2 5 磁阀式可控电抗器的设计1 5 2 5 1 铁芯结构形式的选取及参数计算1 5 2 5 2 绕组结构形式的选取及参数计算1 6 2 5 3 磁阀长度的计算1 9 2 5 4 磁阀式可控电抗器设计实例2 l 2 6 本章小结2 2 第3 章磁阀式可控电抗器的仿真与实验2 3 3 1 磁阀式可控电抗器的等效电路2 3 3 1 1 控制回路等效分析2 3 3 1 2 工作回路等效分析2 4 3 2 磁阀式可控电抗器的仿真2 5 3 2 1 仿真模型元件的选取2 5 3 2 2 仿真实例2 6 3 3 磁阀式可控电抗器样机实验3 l 3 4 本章小结3 2 第4 章新型调容式消弧线圈。3 3 4 1 中性点经消弧线圈接地系统3 3 4 1 1 中性点接地方式3 3 4 1 2 中性点经消弧线圈接地电网的中性点位移电压3 4 4 1 3 中性点经消弧线圈接地电网的补偿方式分析3 5 4 2 调容式消弧线圈3 7 4 2 1 调容式消弧线圈的结构3 7 4 2 2 调容式消弧线湖的调谐原理3 8 4 3 新型调容式消弧线圈3 9 4 3 1 新型调容式消弧线圈结构3 9 4 3 2 新型调容式消弧线圈的特点4 0 山东大学硕士学位论文 4 4 电容器组的参数设计与选择4 1 4 5 本章小结4 2 第5 章新型消弧线圈系统仿真。4 3 5 1 消弧线圈仿真系统介绍4 3 5 2 消弧线圈仿真建模一4 3 5 2 1 输电线路模型4 3 5 2 2 接地变压器模型4 5 5 2 3 消弧线圈模型4 7 5 3 消弧线圈系统仿真及分析4 8 5 4 本章小结。5 l 第6 章结论5 2 参考文献5 4 致谢5 8 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) - i i i s y m b o l s 1 0 7 c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1p r e f a c e 1 1 2d e v e l o p m e n ts i t u a t i o no f c o n t r o l l a b l er e a c t o r 2 1 3r e s e a r c hs u r v e yo f a r cs u p p r e s s i o nc o i l - 3 1 3 1f i x e dc o m p e n s a t i o na r cs u p p r e s s i o nc o i l 3 1 3 2a u t o t r a c k i n gc o m p e n s a t i o na r cs u p p r e s s i o nc o i l 4 1 4m a i nw o r ko f t h i sp a p e r 6 c h a p t e r2t h e o r y a n dd e s i g no fm v c r 7 2 1s t r u c t u r eo f m a g n e t i cv a l v ec o n t r o l l a b l er e a c t o r 7 2 2o p e r a t i n gp r i n c i p l eo f m a g n e t i cv a l v ec o n t r o l l a b l er e a c t o r 7 2 3e l e c t r o m a g n e t i ce q u a t i o n so fm a g n e t i cv a l v ec o n t r o l l a b l er e a c t o r - 9 2 4c o n v e r s i o no fm a g n e t i cv a l v ec o n t r o l l a b l er e a c t o r sw o r ks t a t u s 12 2 5d e s i g no f m a g n e t i cv a l v ec o n t r o l l a b l er e a c t o r 1 5 2 5 1s e l e c t i o na n dp a r a m e t e rc a l c u l a t i o no f c o r es t r u c t u r e 1 5 2 5 2s e l e c t i o na n dp a r a m e t e rc a l c u l a t i o no fw i n d i n gs t r u c t u r e 16 2 5 3l e n g i l lc a l c u l a t i o no f m a g n e t i cv a l v e 1 9 2 5 4d e s i g ne x a m p l eo f m a g n e t i cv a l v ec o n t r o l l a b l er e a c t o r 2 l 2 6s u m m a r y 2 2 c h a p t e r3s i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t o fm v c r 2 3 3 1e q u i v a l e n tc i r c u i to f m a g n e t i cv a l v ec o n t r o l l a b l er e a c t o r 2 3 3 1 1e q u i v a l e n ta n a l y s i so f c o n t r o ll o o p 2 3 3 1 2e q u i v a l e n ta n a l y s i so f w o r kl o o p 2 4 3 2s i m u l a t i o no f m a g n e t i cv a l v ec o n t r o l l a b l er e a c t o r 2 5 3 2 1c o m p o n e n t ss e l e c t i o no f s i m u l a t i o nm o d e l 2 5 山东大学硕士学位论文 3 2 2s i m u l a t i o ne x a m p l e 2 6 3 3p r o t o t y p ee x p e r i m e n to f m a g n e t i cv a l v ec o n t r o l l a b l er e a c t o r 31 3 4s u m m a r y 3 2 c h a p t e r4t h e n o v e la r cs u p p r e s s i o nc o i l sw i t hv a r i a b l et u ni n g c a p a c i t o r s 3 3 4 1n e u t r a le a r t h i n gs y s t e mv i aa r cs u p p r e s s i o nc o i l 3 3 4 1 1n e u t r a lg r o u n d i n gm o d e 3 3 4 1 2n e u t r a ld i s p l a c e m e n t v o l t a g eo f n e u t r a l e a r t h i n gs y s t e m v i aa r c s u p p r e s s i o nc o i l 3 4 4 1 3c o m p e n s a t i o nm o d eo fn e u t r a l e a r t h i n gs y s t e mv i a a rcs u p p r e s s i o n c o i l 3 5 4 2a r cs u p p r e s s i o nc o i lw i t hv a r i a b l et u n i n gc a p a c i t o r s 3 7 4 2 1s t r u c t u r eo f a r cs u p p r e s s i o nc o i lw i t hv a r i a b l et u n i n gc a p a c i t o r s 3 7 4 2 2t u n i n gp r i n c i p l eo fa r cs u p p r e s s i o nc o i lw i t hv a r i a b l et u n i n gc a p a c i t o r s 38 4 3t h en o v e la r es u p p r e s s i o nc o i lw i t hv a r i a b l et u n i n gc a p a c i t o r s 3 9 4 3 1s t r u c t u r eo fn o v e la r es u p p r e s s i o nc o i lw i t hv a r i a b l et u n i n gc a p a c i t o r s 3 9 4 3 2f e a t u r eo fn o v e la r es u p p r e s s i o nc o i lw i t hv a r i a b l et u n i n gc a p a c i t o r s 4 0 4 4p a r a m e t e rd e s i g na n dc h o i c eo f c a p a c i t o r s 4 1 4 5s u m m a r y 4 2 c h a p t e r5s i m u l a t i o no fn o v e l a r cs u p p r e s s i o nc o i ls y s t e m 4 3 5 1i n w o d u c t i o no f s i m u l a t i o ns y s t e m 4 3 5 2m o d e l i n g so f a r cs u p p r e s s i o nc o i l 4 3 5 2 1t r a n s m i s s i o nl i n em o d e l 4 3 5 2 2g r o u n d i n g t r a n s f o r m e r m o d e l 4 5 5 2 3a r cs u p p r e s s i o nc o i lm o d e l 4 7 5 3s i m u l a t i o na n da n a l y s i so f a r cs u p p r e s s i o nc o i ls y s t e m 4 8 5 4s u m m a r y 5 l c h a p t e r6c o n c l u s i o n s 5 2 r e f e r e n c e s ! ；2 i a c k n o w i e d g e m e n t 5 8 山东大学硕士学位论文 摘要 可控电抗器具有广泛的应用和优良的性能，常被应用在高压配电网和无功补偿 系统中，以改善电网的供电可靠性。其中的磁阀式可控电抗器具有成本低、可靠性 高、谐波小等特点，将其应用于中性点经消弧线圈接地的配电网中，可以大大提高 电网的供电可靠性，因此具有很好的理论研究意义和实际应用价值。 本文首先阐述了磁阀式可控电抗器的结构、工作原理、电磁方程及各种工作状 态之间的转换。研究了磁阀式可控电抗器的工程设计技术和电磁计算方法，重点介 绍了电抗器的铁芯、线圈和磁阀的选取与计算。在此基础上，给出了单相2 0 k v a r 、 0 4 k v 电抗器的电磁设计参数，并生产制作出样机。根据磁阀式可控电抗器的等效 电路，使用m a t l a b 软件建立了样机的等效仿真模型，通过仿真和实验对磁阀式 可控电抗器样机的工作特性进行分析。 其次分析了中性点经消弧线圈接地电网的特点，及发生单相接地故障时的补偿 原理；列举了几种常用的消弧线圈，并分析了其特点。在此基础上，针对目前常用 的调容式消弧线圈存在的缺陷，提出了一种改进方法：即在原有调容式消弧线圈结 构的基础上，引入了一个与其并联的磁阀式可控电抗器，构成一种新型的调容式消 弧线圈。该新型调容式消弧线圈可以解决原调容式消弧线圈在电容器组投切时存在 的冲击、波形畸变等问题，可以使等效电感量达到连续平滑的调节。 最后，针对l o k v ，2 9 0 k v a r 的新型调容式消弧线圈，设计了调容式消弧线圈补 偿系统，并在m a t l a b 仿真平台上搭建了系统仿真模型，完成了系统仿真。通过 仿真实验验证了新型调容式消弧线圈的优点。 关键字：磁阀式可控电抗器；调容式；消弧线圈；m a t l a b 山东大学硕士学位论文 l i 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t c o n t r o l l a b l er e a c t o r sh a v ew i d ea p p l i c a t i o n sa n dg o o dp e r f o r m a n c e ，a n dt h e ya r e a p p l i e di nh i g h - v o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ka n dr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o ns y s t e mt o i m p r o v et h ep o w e rr e l i a b i l i t y a m o n gt h e m ，m a g n e t i cv a l v ec o n t r o l l a b l er e a c t o r ( m v c r ) h a sm a n ya d v a n t a g e ss u c ha s l o wc o s t ，h i 曲l yd e p e n d a b i l i t ya n ds m a l l h a r m o n i c i tc a nb eu s e di nd i s t r i b u t i o nn e t w o r ko fn e u t r a le a r t h i n gv i aa r cs u p p r e s s i o n c o i l ，a n dt h i sm o d ec a ni m p r o v et h ep o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t ya n ds e c u r i t y s om v c rh a s ag o o ds i g n i f i c a n c eo ft h e o r e t i c a lr e s e a r c ha n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o nv a l u e f i r s t l y ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ec o n f i g u r a t i o na n do p e r a t i n gp r i n c i p l eo ft h em v c r t h ee l e c t r o m a g n e t i ce q u a t i o n sa r ed e r i v e d ，a n dt h ec o n v e r s i o no fd i f f e r e n ts t a t e si s a n a l y z e di nd e p t h t h ee n g i n e e r i n gd e s i g na n de l e c t r o m a g n e t i cc a l c u l a t i o no ft h em v c r a r er e s e a r c h e d s p e c i a le m p h a s i si sp l a c e do nt h es e l e c t i o na n dc a l c u l a t i o no ft h ei r o n c o r e ，w i n d i n g sa n dm a g n e t i cv a l v e o nt h i sb a s i s ，t h ee l e c t r o m a g n e t i cp a r a m e t e r so fa s i n g l ep h a s e2 0 k v a r ，0 4 k vr e a c t o ri sd e s i g n e d ，a n dt h ep r o t o t y p em a c h i n ei sp r o d u c e d a c c o r d i n g t ot h ee q u i v a l e n te l e c t r i cc i r c u i to ft h em v c r ，am o d e lo ft h em v c ri ss e tu p a n ds i m u l a t e di nm a t l a b t h eo p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i c so ft h em v c r p r o t o t y p ea r e a n a l y z e db a s e do ns i m u l a t i o na n de x p e r i m e n tr e s u l t s s e c o n d l y ，t h i sp a p e ra n a l y s i st h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h en e u t r a le a r t h i n gs y s t e mv i a a r cs u p p r e s s i o nc o i ，a sw e l la sc o m p e n s a t i o np r i n c i p l eo fa r cs u p p r e s s i o nc o i lw h e nt h e s i n g l e - p h a s ee a r t hf a u l to c c u r s s e v e r a lc o m m o na r cs u p p r e s s i o nc o i l sa r ee n u m e r a t e d ， a n dt h e i rc h a r a c t e r i s t i c sa l ea n a l y z e d b a s e do na b o v ef u n d a m e n t a lr e s e a r c h ，t h i sp a p e r p r e s e n t sa ni m p r o v e dm e t h o da c c o r d i n gt ot h e d e f a u l t so fa r cs u p p r e s s i o nc o i lw i t h v a r i a b l et u n i n gc a p a c i t o r s n a m e l yt h em v c ri si np a r a l l e lw i t ht h ea r cs u p p r e s s i o nc o i l w i t hv a r i a b l et u n i n gc a p a c i t o r s t h e nan o v e la r cs u p p r e s s i o nc o i li sf o r m e d i tc a n r e s o l v et h ep r o b l e m so fi m p u l s ec u r r e n ta n dw a v e f o r md i s t o r t i o na sc a p a c i t o r ss w i t c h i n g , a n di t se q u i v a l e n tr e a c t a n c ev a l u ec a na l s ob ec o n t i n u o u s l ya n ds m o o t h l ya d j u s t e d a tl a s t ，a c c o r d i n gt ot h e10 k v ，2 9 0 k v a rn o v e la r cs u p p r e s s i o nc o i lw i t hv a r i a b l e t u n i n gc a p a c i t o r s ，ac o m p e n s a t i o ns y s t e mi sd e s i g n e da n ds i m u l a t e di nm a t l a b i l l 山东大学硕士学位论文 s o f t w a r e t h es i m u l a t i o nr e s u l t sv e r i f yt h ea d v a n t a g e so ft h en o v e la r cs u p p r e s s i o nc o i l w i t hv a r i a b l et u n i n gc a p a c i t o r s k e yw o r d s ：m a g n e t i cv a l v ec o n t r o l l a b l er e a c t o r ；v a r i a b l et u n i n gc a p a c i t o r ；a r c s u p p r e s s i o nc o i l ；m a t l a b i v 山东大学硕士学位论文 符号说明 b l f 、召2 ，：磁阀式可控电抗器i 、i i 铁芯柱小截面中的磁感应强度 召。、口：磁阀式可控电抗器i 、i i 铁芯柱的磁感应强度 ，l 、f 2 ：磁阀式可控电抗器i 、i i 铁芯的磁势 6 ：磁阀式可控电抗器抽头比 n ：磁阀式可控电抗器线圈匝数 口：晶闸管触发角 i 、2 ：电抗器工作绕组、控制绕组匝数 d ：电抗器铁芯直径 k d ：铁心直径经验系数 n ：电抗器铁心的每柱容量 s ：电抗器的额定容量 k s v ：铁芯的空白】填充系数 k ：铁芯叠片系数 白：线圈每匝电势 曰，：铁芯柱的最大磁通密度 s ：铁芯柱的有效截面积 1 t 归：硅钢片的磁导率 。：空气的磁导率 p ：洛氏系数 x 。：主电抗 万：单个气隙尺寸 v 山东大学硕士学位论文 v i s 肘：气隙处总有效截面面积 h ：绕组的电抗高度 三。：线圈的等值高度 u 。：中性点位移电压 y 、h 、y f ：各相导线对地的总导纳 y ：消弧线圈的等值导纳 ，：系统中性点流经消弧线圈的电感电流 u 口：相电压 ，f ：单相接地电容电流 g a 、g b 、g c ：三相对地漏电导 g 。：消弧线圈的等值损耗电导 u 鲥：中性点不对称电压 d 。：导线阻尼率 d 。：消弧线圈阻尼率 d ：补偿电网的阻尼率 y ：消弧线圈的脱谐度 k ：补偿电网的调谐度 。、三2 ：消弧线圈主绕组和二次绕组 栩、刀2 ：消弧线圈一、二次绕组匝数 c ：消弧线圈二次绕组并联电容器组的总容量 三：消弧线圈一次绕组电感 厶：磁阀式可控电抗器的等效电抗 l q ：消弧线圈的等效电抗 g ：投入的电容器组的容量 山东大学硕士学位论文 果【4 1 。 当系统中性点经消弧线圈接地时，在系统j 下常运行情况下，应调节消弧线圈电 感量使其处于过补偿状态，以避免消弧线圈和系统对地电容发生串联谐振，保证中 性点的长时间电压位移不超过系统标称相电压的1 5 t 5 1 ；当系统发生单相接地故障 时，要调节消弧线圈的电感量至某一数值，使之和系统对地电容处于并联谐振状态， 从而使得消弧线圈提供的电感电流能最大限度地补偿接地电容电流，使接地电容电 流减小，也就降低了故障相接地电弧两端的电压恢复速度，达到熄灭电弧的目的。 为了满足系统在正常运行时和发生单相接地故障时对消弧线圈电感量的不同需求， 消弧线圈的电感量必须要能进行调节。而消弧线圈也经历了由固定调谐补偿到自动 调谐补偿的发展。随着配电网的迅速发展，系统运行方式的多变，固定补偿消弧线 圈因其存在的缺点已经不能适应电网的要求。因此，近年来自动补偿消弧装置成为 研究的热点，多种形式的消弧装置被研制并应用于电力系统。目前自动调谐消弧装 置主要有调匝式、调气隙式、调容式、直流助磁式( 偏磁式和磁阀式) 、高短路阻 抗变压器式等。 为了更好地补偿配电网单相接地电容电流，在对磁阀式可控电抗器理论分析， 及对现行各种消弧装置分析、研究的基础上，本文提出了一种新型的基于磁阀式可 控电抗器的调容式消弧线圈，该消弧线圈具有调节速度快、调节范围宽、线性度好、 电感量可连续平滑调节的优点。 1 2 可控电抗器的发展概况 可控电抗器是在磁放大器的基础上发展起来的，早在1 9 1 6 年美国学者就已经 提出了磁放大器的概念，主要用于自动化系统中作为控制元件【1 1 。2 0 世纪5 0 年代， 俄罗斯的科技工作者将磁放大理论引入电力系统中，对饱和式可控电抗器进行了深 入的研究。1 9 5 5 年世界上第一台可控电抗器在英国制造成功。7 0 年代随着晶闸管 的发展，晶闸管控制电抗器以其控制灵活的特点成为了研究热点。1 9 8 6 年，原苏联 的学者a m bpah t leba 提出了新型的可控电抗器结构，使直流磁饱和式可控 电抗器有了突破性的进展。 近些年，基于高频p w m 控制的可控电抗器也在研究之中l6 1 ，与此同时，一些 同本研究人员提出的基于控制磁通原理讵交磁心的可控电抗器也同趋走向实用【7 1 。 山东大学硕士学位论文 1 1 前言 第1 章绪论 随着现代工业的发展，电力系统的系统稳定、电能质量等越来越重要。可控电 抗器作为电抗器的一个重要分支，用作电压控制和无功补偿的主要元件，可以提高 系统稳定和改善电能质量，应用范围相当广泛【l 】。其中的磁阀式可控电抗器，制造 工艺简单、成本低廉、容量连续可调，可直接用于直到1 1 5 0 k v 的任何电压等级的 电网中，对提高电网的输电能力、调整电网电压、补偿无功功率以及限制过电压都 有非常大的应用潜力，因此，对其进行研究具有十分重要的工程意义。 电力系统配电网是由不同类型的发电机、变电所、输变电线路、配电装置及电 能用户组成的对电能进行不问断生产、传输、分配和使用的联合系统。在这个系统 的组成中，中性点接地方式是一个涉及电力系统许多方面的综合性技术课题，它不 仅涉及到电网本身的安全可靠性、投资的经济性、过电压绝缘水平的选择，而且对 通讯干扰、人身安全有重要影响【2 】。因此，近几十年来，电力系统中性点运行方式 的研究和应用，一直是国内外研究者关注的问题。中性点不接地系统因在发生单相 接地时，线电压不变，对接于电网中的三相用电设备的正常运行没有影响，在 3 6 6 k v 系统得到广泛运用。但随着供电系统的不断完善，电缆线路的增加，配电 网的接地电容电流达到一定数值后，配电网的供电可靠性将受到威胁。首先，当配 电网发生单相接地时，接地电流较大，电弧很难熄灭，可能发展成为相l 日j 短路；其 次，当发生间歇性弧光接地时，易产生弧光接地过电压，从而波及到整个配电网。 为了解决这些问题，在配电网中性点装设消弧线圈是一项有效措施【3 】。 应用消弧线圈接地( 又称谐振接地) 首先是由德国工程师彼得逊于1 9 1 6 年提 出的，此后对消弧线圈的研究和应用得到了广泛的重视和加强。二十世纪八十年代 末，法国电力公司从安全效果和供电质量两个方面经过周密考虑后将中压电网的中 性点全部改用谐振接地方式。德国柏林市在3 0 k v 电网中，电缆长达1 6 0 0 k m ，对地 电容电流高达4 0 0 0 a ，分别在1 8 个变电站装设4 l 台消弧线圈，较好地解决了弧光 过电压的问题。我国也于八十年代将消弧线圈应用于中压电网，并取得了明显的效 山东大学硕士学位论文 目前，国内外对可控电抗器的研究主要集中在磁阀式可控电抗器和交流可控电抗器 上。 可控电抗器根据调整原理不同，分为传统的机械可调电抗器、磁控电抗器、晶 闸管控制电抗器和p w m 控制电抗器等几大类。传统的可调电抗器由于需要较为精 密的机械传动装置，响应速度慢，噪声大，有时会因脏污引起机械动作失灵，所以 目前已经很少应用了。磁控电抗器通过改变铁心的磁阻大小来实现电感量的变化。 改变电抗器磁阻的方法有两种，一种是外加直流助磁使磁路饱和，也就是直流可控 电抗器；一种是加交流绕组的交流可控电抗器。本文中讨论的磁阀式可控电抗器属 于直流可控电抗器。晶闸管控制电抗器被广泛应用于无功补偿和输电线路可控串补 中。p w m 控制电抗器是近几年发展起来的一种基于脉宽调制技术的可控电抗器。 可控电抗器在电力系统中的应用前景和潜力是十分广阔的。( 1 ) 在超高压电 网中可作为调压调相设备。可控电抗器由于可做成任何电压等级，直接并入超高压 电网中，因此具有显著的技术性、经济性。( 2 ) 在远距离输电系统中，由于可控 电抗器能快速补偿无功、稳定电压，因此它是抑制系统过电压、提高系统稳定性、 增大输电能力、抑制系统无功振荡的有效设备。( 3 ) 在有冲击负荷的电力用户和 变电站中，利用可控电抗器的快速响应能力可以达到抑制电压闪变的作用；利用它 配合电容器组可以补偿用户无功，提高功率因数。( 4 ) 在谐振接地配电网中，应 用可控电抗器原理制作的可调消弧线圈具有可靠性高、响应速度快、谐波小等一系 列优点，可快速、准确地补偿单相接地电容电流，提高供电可靠性。 1 3 消弧线圈研究概况 1 3 1 固定补偿消弧线圈 固定补偿消弧线圈是早期采用的人工调匝式消弧线圈，其调谐方式是：根据已 设定的方案对不同的运行方式人工调节消弧线圈的分接头，使电网的脱谐度、残流 和中性点位移电压在规定的范围内。这种方法需要将消弧线圈从电网中脱离，而且 用手工操作来调整消弧线圈的分接头，对于复杂的电网，确定调谐方案相当费时。 另外，规程要求每年对电网电容电流实测一次，重新制定补偿方案，工作量很大【8 】。 如今，配电网迅速发展，特别是城市电网越来越多地采用电缆供电，系统单相 3 山东大学硕士学位论文 接地电容电流增长很快，电网的运行方式频繁变化，使得人工调节无法满足调谐需 要，经常出现电网脱谐度远远超过规定范围的情况，不能保证电网的安全运行。总 之，长期运行经验表明，这种消弧线圈存在以下严重的技术问题： 1 不能自动连续地跟随电网参数变化进行最佳调节，即不能随时使故障点残 流处于最小状态。需要预先对电网的电容电流进行计算和测量，然后再调整消弧线 圈的抽头，而调整抽头时需要停电调整，响应速度慢，失去了消弧补偿的连续性， 跟不上运行方式变化的需要。 2 为了降低电网的暂、稳态过电压，固定补偿消弧线圈不能进行全补偿，而 只能过补偿，因此故障点的残流不可能减少到最小。 3 抑制弧光过电压效果差。国内外研究表明，消弧线圈抑制弧光过电压的效 果与脱谐度有关，而固定补偿消弧线圈的脱谐度不易控制，其抑制弧光过电压的效 果就较差。 由于固定补偿消弧线圈所存在的问题，在使用上常带来很大的局限性，很难适 应现代电网的需要。随着电力系统的发展，固定补偿消弧线圈将逐步被自动跟踪补 偿消弧线圈所取代9 , 1 0 。 1 3 2 自动跟踪补偿消弧线圈 消弧线圈经历了由固定补偿消弧线圈到自动调谐补偿的发展。随着配电网的迅 速发展，系统运行方式的多变，固定补偿消弧线圈因其存在的缺点已不能适应电网 发展的要求。因此，近年来自动补偿消弧线圈装置成为研究的热点，多种形式的消 弧线圈装置已被研制并应用于电力系统。 目前自动调谐消弧线圈主要有调匝式、可调气隙式、调容式、直流助磁式( 偏 磁式和磁阀式) 、高短路阻抗变压器式等【1 1 彤j 。 1 调匝式消弧线圈 调匝式消弧线圈是采用有载调节开关改变工作绕组的匝数，达到调节电感量的 目的。它可以在电网正常运行时，通过实时测量流过消弧线圈的电流幅值和相位的 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。但其存在的问题是：电感量不 能平滑调节，补偿效果不能达到最佳状态，同时采用消弧线圈串联电阻接地方式， 4 山东大学硕士学位论文 限制了中性点位移；在发生单相接地故障时，立即短接电阻，增加了附加装置及控 制的复杂性。 2 可调气隙式消弧线圈 可调气隙式消弧线圈为动芯式结构，其铁芯分成上下两部分，下部分铁芯同线 圈固定在框架上，上部分铁芯用电动机驱动传动机构可调，通过调节气隙的大小从 而改变磁导率进而改变绕组电感，以达到最大位移电压，实现电感电流的连续调节。 但这种方式需要采用精密的机械传动机构，且响应速度慢，噪声大，易产生机械动 作失灵。 3 调容式消弧线圈 调容式消弧线圈结构如图1 1 所示。其通过控n - 次侧接入电容器的组数来调 节从一次侧绕组两端看去的等值电感量，从而达到逐级调节补偿电流的目的。消弧 线圈的档数与调节范围由二次绕组的电容器总调节级数的总容量确定。该消弧线圈 的优点为：响应速度快、调节范围宽、无谐波污染问题。但是它不能实现电感量的 连续平滑调节。 消弧线圈电容器组 li i i ：2 l 图1 1 调容式消弧线圈结构图 4 直流助磁式消弧线圈 直流助磁式消弧线圈是在交流工作绕组内设置一个铁心磁化段，通过调节直流 激磁电流的大小，改变交流等值磁导，实现电感的连续可调。其优点是无传动机构， 电感调节范围大，响应速度快，特别适用于调节频繁的场合。缺点是需要附加大容 量直流激磁电源，结构复杂，谐波较大，造价也较高。 5 高短路阻抗变压器式消弧线圈 高短路阻抗变压器式消弧线圈其结构与普通变压器一样，具有高压绕组和低压 绕组，芯柱无气隙，结构简单。高压绕组即工作绕组，低压绕组即控制绕组，其由 山东大学硕士学位论文 两个反并联的晶闸管组成。通过调节晶闸管的触发控制角来调节二次绕组中的短路 电流，从而实现电抗值的可调控