2.消弧線圈的工作原理及動(dòng)態(tài)消弧補(bǔ)償系統(tǒng)的提出消弧線圈的工作原理中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地時(shí)的電容電流電力線路導(dǎo)線間及導(dǎo)線與大地之間均存在分布電容，電器設(shè)備與大地之間也存在電容。對(duì)于中壓配電網(wǎng)，由于線路長(zhǎng)度相對(duì)于工頻波長(zhǎng)來(lái)講要短得多，這些分布電容可以用集中參數(shù)電容代替。一般來(lái)講，各相對(duì)地電容C豐C豐C,abc相間電容C豐C豐C。對(duì)于電纜網(wǎng)絡(luò)和經(jīng)過(guò)換位處理后的架空線路，各相參abbcca數(shù)相差很小，可以認(rèn)為C=C=C=C,C=C=C=C，于是得到圖2-la。abc0abbccam當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，例如A相接地，則A相對(duì)地電壓U=0，中性點(diǎn)對(duì)地電壓A將由零變?yōu)橄嚯妷?，B相和C相對(duì)地電壓升高為線電壓。于圖2-1YCIIFcT圖2-1YCIIFcT===C2-la 等值電路2-lb向量圖是B相和C相的對(duì)地電容電流為：I=I=p3oCU (2-1-2)TOC\o"1-5"\h\zBC 0 ①3=2nf—工頻角頻率U—系統(tǒng)相電壓，其方向分別領(lǐng)先于U和U90。，見(jiàn)圖2-lb① BA CA從圖2-1b中可以看出接地電流：I=Icos30°+1cos30°=3oCUDCB C 0 ①這個(gè)接地電容電流由故障點(diǎn)流回系統(tǒng)，它的大小等于正常時(shí)一相對(duì)地充電電流的3倍，方向落后于A相正常時(shí)相電壓90。。由于接地電流和接地相正常時(shí)的相電壓相差90。，所以當(dāng)接地電流過(guò)零時(shí)加在弧隙兩端的電源電壓為最大值，因此故障點(diǎn)的電弧不易熄滅。當(dāng)接地電容電流較大時(shí)，容易形成間歇性的弧光接地或電弧穩(wěn)定接地。間歇性的弧光接地能導(dǎo)致危險(xiǎn)的過(guò)電壓。穩(wěn)定性的弧光接地能發(fā)展成多相短路。

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的中性點(diǎn)位移電壓中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，其中性點(diǎn)也具有一定的對(duì)地電位，這個(gè)對(duì)地電位叫中性點(diǎn)的位移電壓，這一電壓的產(chǎn)生主要是由于各相對(duì)地電容不相等所造成的。設(shè)各相對(duì)地電容分別為C,C,C，各相絕緣的對(duì)地泄漏電阻分別abc為r,r,r且r=r=r=r，三相電源電壓平衡且以U為參考量，如圖2-2所示,abc abc AU=a2U=a2U,U=aU=aU，a=eji2o。，則不對(duì)稱電壓為'D4NACCC,r■—rr'D4NACCC,r■—rr圖2-2中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)自然不平衡電壓U=PDjo(C+a2C+aC)a b c—~UJ-①c3jo(C+C+C)+abcrjo(C+a2C+aC)a b cjo(C+C+C)a b c1—joR(C+C+C)abcrrR'=-3C+a2C+aCK=—a b ccC+C+Cabc1(2-1-2)K(2-1-2)=— c——U1-jd'①式中d'=oR(C+C+C)bK,d'分別稱為中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)的不對(duì)稱度和阻尼率。c正常運(yùn)行時(shí)因?qū)Ь€不對(duì)稱布置所引起的電網(wǎng)不對(duì)稱度是不高的，尤其是電纜網(wǎng)

絡(luò)其值更小，表2-1列出了作者對(duì)67個(gè)煤礦6KV電纜電網(wǎng)的測(cè)定結(jié)果，從表中可見(jiàn)，占實(shí)測(cè)總體85%的電網(wǎng)其自然不對(duì)稱度小于0.54%，所以中性點(diǎn)電壓位移較小。但是當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生一相導(dǎo)線斷線、或兩相導(dǎo)線同一處斷線、或開(kāi)關(guān)動(dòng)作不同步都將使故障相的對(duì)地電容減小，從而使不對(duì)稱度有較大的增長(zhǎng)，中性點(diǎn)的位移電壓可能達(dá)到很高的數(shù)值。表1-1煤礦6KV電網(wǎng)自然不對(duì)稱度分布規(guī)律Kc0.02?0.28~0.54~0.80~1.06~1.32~1.58?(%)0.280.540.801.061.321.581.84頻數(shù)f461143102i頻率0.6870.1640.060.0450.01500.030f/n i 12.1.3消弧線圈的作用原理中性點(diǎn)加入消弧線圈后，起到三個(gè)方面的作用，即大大減小故障點(diǎn)接地電流；減緩電弧熄滅瞬時(shí)故障點(diǎn)恢復(fù)電壓的上升速度；避免由于電磁式電壓互感器飽和而引發(fā)鐵磁諧振。補(bǔ)償原理A相接地時(shí)，中性點(diǎn)電壓U將A相接地時(shí)，中性點(diǎn)電壓U將NI.，它的大小為L(zhǎng)90。，亦即較A相正常時(shí)的相IUUl其方向由故障點(diǎn)流回系統(tǒng)，較中性點(diǎn)的電壓滯后電壓領(lǐng)先90。。此時(shí)由故障點(diǎn)流回系統(tǒng)的接地電容電流 I-滯后正常運(yùn)行時(shí)的相C電壓90。，所以消弧線圈電感電流和接地電容電流的方向相反。如果適當(dāng)選擇消弧線圈L值的大小，使1U?L= ,貝I」：I=4=3(bCU3?C l①L o①0那么通過(guò)故障點(diǎn)的電流將等于零。即接地電容電流I全部被消弧線圈的電感電C流I所補(bǔ)償，從而使得電弧自動(dòng)熄滅。L

(b)向量圖(a)等值電路圖2-3消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)的等值回路和向量圖通常，我們用脫諧度U表示消弧線圈的調(diào)諧情況,①(C+(b)向量圖(a)等值電路圖2-3消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)的等值回路和向量圖通常，我們用脫諧度U表示消弧線圈的調(diào)諧情況,①(C+C+C)-丄I—I abCV=-CL= 叫I ①(C其定義為+C+C)bC(2-1-3)(1)(2)(3)當(dāng)消弧線圈電感滿足當(dāng)消弧線圈電感滿足當(dāng)消弧線圈電感滿足①L二1/3①C的條件時(shí),0①L<1/3①C的條件時(shí),0①L>1/3rnC的條件時(shí),0I二I=0LCI>I,U<0LCI<I,U>0LC稱為全補(bǔ)償稱為過(guò)補(bǔ)償。稱為欠補(bǔ)償。對(duì)消弧線圈調(diào)諧的一個(gè)基本要求就是使接地點(diǎn)的殘流小于一定值。由于實(shí)際接地電流中不僅含有電容電流,還有少量的阻性電流和一定量的諧波電流,而阻性電流和諧波電流是不能被消弧線圈電感電流補(bǔ)償?shù)舻?所以補(bǔ)償后的殘流應(yīng)由三部分組成,即工頻電流I50(它可能是容性、也可能是感性、也可能被完全補(bǔ)償?shù)?、阻性電流I和諧波電流I,其表達(dá)式為RXI=JI2+12+12=；(UI)2+(dI)2+12 (2-1-4)g 50RX C C X式中d為消弧線圈補(bǔ)償電網(wǎng)的阻尼率,它同未補(bǔ)償電網(wǎng) d'是有區(qū)別的,詳細(xì)討論見(jiàn)下節(jié)。2.1.3.2關(guān)于串聯(lián)諧振問(wèn)題的討論圖2-4為考慮了各相絕緣泄漏電阻和消弧線圈的有功損耗后的補(bǔ)償電網(wǎng)等

值電路，其中L是消弧線圈電感，r0代表消弧線圈有功損耗的等值電阻。設(shè)三相電源電壓完全平衡、各相泄漏電阻彼此相等，且以 A相作為參考相量。用戴維南定理可以得到補(bǔ)償電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的零序等效電路如圖 2-5a所示，圖中u-為電網(wǎng)末補(bǔ)償時(shí)的不平衡電壓，u-為補(bǔ)償后中性點(diǎn)位移電壓?？梢?jiàn)等效電PD N路是一個(gè)串聯(lián)LC電路，當(dāng)接近諧振條件時(shí)回路中電流很大，消弧線圈上電壓也即中性點(diǎn)位移電壓很大。運(yùn)行中規(guī)定中性點(diǎn)位移電壓不應(yīng)大于15%的相電壓,其表達(dá)式為：圖2-4消弧線圈正常運(yùn)行時(shí)的等值圖\o"CurrentDocument"jw(C+圖2-4消弧線圈正常運(yùn)行時(shí)的等值圖\o"CurrentDocument"jw(C+a2C+aC) a b c U1 1 3①jw(C+C+C)-j+—+—abcwLrr0\o"CurrentDocument"jw(C+a2C+aC) a b c U\o"CurrentDocument"11①jw(C+C+C)-j +abc wLRjw(C+a2C+aC)a b c—jw(C+C+C) a b c jw(C+C+C)-j1abcjw(CawL_-+C+C)——jRw(C+C+C)bcabcu.沁PD—U一jd(2-1-5)式中1 1 3=+—R r0rd二 -Rw(C+C+C)abc補(bǔ)償電網(wǎng)的阻尼率電網(wǎng)的阻尼率一般約為3%~5%，但煤礦6KV電網(wǎng)，由于井下電纜工作環(huán)境惡劣，其電網(wǎng)阻尼率偏大，實(shí)測(cè)結(jié)果表明其值約在7%左右。中性點(diǎn)位移電壓的大小為：KU二^=U (2-1-6)N v'U2+d2①圖2-6為中性點(diǎn)位移電壓隨脫諧度變化的關(guān)系曲線?？梢?jiàn)消弧線圈接地系統(tǒng)中性點(diǎn)電壓的大小與脫諧度有關(guān)，脫諧度越小，中性點(diǎn)位移電壓越高；脫諧度等于零即諧振補(bǔ)償時(shí)，中性點(diǎn)的電壓最高，此時(shí)的電壓即為補(bǔ)償系統(tǒng)的串聯(lián)諧振電壓。C-rQC-rQ(b)單相接地時(shí)(a)(b)單相接地時(shí)圖2-5補(bǔ)償電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)及單相接地時(shí)的零序等值電路U/U圖2-6U/U圖2-6不同d值下中性點(diǎn)位移電壓與脫諧度的關(guān)系曲線2.1.3.3弧隙恢復(fù)電壓與脫諧度的關(guān)系減緩接地點(diǎn)恢復(fù)電壓的上升速度是消弧線圈的第二個(gè)作用，當(dāng)電網(wǎng)A相發(fā)生單相接地時(shí)，其零序等效電路如圖2-5b所示，圖中C二(C+C+C)二3C,工 a b c 0流過(guò)開(kāi)關(guān)K的電流代表殘流，當(dāng)電弧熄滅時(shí)，相當(dāng)于K打開(kāi)；M、N兩點(diǎn)間電壓相當(dāng)于弧隙的恢復(fù)電壓，M點(diǎn)電壓取決于實(shí)際電網(wǎng)A相電壓的變化，如果熄弧時(shí)該相的初相位為申角，電源電壓最大值為U，則mu(t)=Uej(⑹+申)Am1a=—2RCs1a=—2RCs=—①d2R(C+C+C) 2abc電路自振角頻率為二g'l-U (1 )^2故有u(t)=-Ue-atej叫)Lm因此得故障相對(duì)地的恢復(fù)電壓為u(t)=u(t)+u(t)AL=U(ej(①t+?)—e-atej(①。扌+申))md+j—=Uej(?t+9) 7)m完全調(diào)諧時(shí)，—=0，上式變?yōu)閡(t)=Uej(?t+9)(1—e—2ot)m此時(shí)，恢復(fù)電壓包線按指數(shù)規(guī)律從零上升至U，波形如圖2-7a所示。當(dāng)脫諧m時(shí)，—0，恢復(fù)電壓將出現(xiàn)拍振現(xiàn)象，波形如圖 2-7b，其拍振周期T為

0.5-0.51o50(a)u=°，d=0.05,申=0.5-0.51o50(a)u=°，d=0.05,申=0u(t)/Um2100-2050100(b)u=0.2,d=0.05,申=0恢復(fù)電壓的包線表達(dá)式為duu(t)=U 1+e一d?t—2e2?'cos—cot (2-1-8)0 m 2或?qū)懗蓪Ｊ?用co噲汕 (2-8-9)m圖2-8為不同u/d值下恢復(fù)電壓的包線，這些曲線表明：當(dāng)補(bǔ)償電網(wǎng)阻尼率確定后，脫諧度減小時(shí)，包線的幅值和增長(zhǎng)速度均減小，有利于接地電弧的熄滅。u0(t)的最大上升速度可近似表達(dá)為du(t) oI =—UQd2+u2 (2-8-10)dt 2mmax可見(jiàn)，泄漏電阻的存在，增加了熄弧后故障點(diǎn)的恢復(fù)電壓上升速度，不利于電弧的熄滅，但它可以促使系統(tǒng)的三相對(duì)地電壓在熄弧后迅速的恢復(fù)對(duì)稱，減小電弧接地過(guò)電壓的幅值，所以通常沒(méi)有補(bǔ)償有功電流的必要。研究指出，高頻電流分量的存在，一般不影響最終的熄弧[2]，所以也不需加以補(bǔ)償。

8二5412\00.80.60.40.21.48二5412\00.80.60.40.21.41.21.6UflCtJ/Uni1-8v/d=0dot圖2-8不同u/d值下恢復(fù)電壓的包線2.1.3.4消弧線圈對(duì)鐵磁諧振過(guò)電壓的抑制作用在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，消弧線圈的電感遠(yuǎn)較電磁式電壓互感器的勵(lì)磁電感為小，所以零序回路中電感參數(shù)主要由消弧線圈決定并且相對(duì)地穩(wěn)定了中性點(diǎn)的電位，即使電壓互感器的激磁電感發(fā)生變化，也不會(huì)發(fā)生鐵磁諧振而產(chǎn)生過(guò)電壓。2.2消弧線圈的自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈的自動(dòng)調(diào)諧需要解決兩個(gè)方面的問(wèn)題，一個(gè)是自動(dòng)調(diào)諧原理，另一個(gè)是可調(diào)消弧電抗器。已提出的自動(dòng)調(diào)諧原理不少，大體上可分為五類，諧振法、相位移法、電容電流間接檢測(cè)法、附加電源法及模型法。按照改變電感方法的不同，可調(diào)消弧電抗器可分為四類，調(diào)匝式、調(diào)氣隙式、直流偏磁式、斬波式。其中調(diào)匝式又分為有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)匝、晶閘管調(diào)匝、帶電容補(bǔ)償?shù)恼{(diào)匝等多種，偏磁式可分為橫向勵(lì)磁、縱向勵(lì)磁和縱橫向勵(lì)磁三種類型。各種自動(dòng)調(diào)諧原理與各種可調(diào)消弧電抗器的組合，構(gòu)成了各式各樣的自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈。2.2.1自動(dòng)調(diào)諧原理2.2.1.1諧振法

諧振法又稱極值法。從2.1.3中式(2-1-5)可見(jiàn)，當(dāng)電網(wǎng)的阻尼率d和電網(wǎng)不對(duì)稱度K一定時(shí)，U隨bl的下降而增大，當(dāng)u=0時(shí)，達(dá)到最大值U,C N NmaxU即為串聯(lián)諧振電壓。0的狀態(tài)也就是全補(bǔ)償狀態(tài)。所以可以利用檢測(cè)Nmax中性點(diǎn)位移電壓大小的方法將消弧線圈調(diào)諧至全補(bǔ)償或接近全補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)。從下面三個(gè)方面對(duì)這種方法做出評(píng)價(jià)。調(diào)諧準(zhǔn)確性問(wèn)題。這種誤差是由于消弧線圈的非線性造成的?？偟膩?lái)講，Petersen電抗線圈是線性的，但是當(dāng)施加在該線圈上的電壓過(guò)于遠(yuǎn)離其額定電壓時(shí)，其伏安特性呈現(xiàn)較強(qiáng)的非線性。表2-2-1為XDZ-1000/35消弧線圈分別在額定電壓下和500V電壓作用下各分抽頭的電抗值(單位Q)，可見(jiàn)其數(shù)值有明顯的差別。在正常運(yùn)行情況下，消弧線圈端電壓較小(尤其是在電纜系統(tǒng)中)，此時(shí)得到的調(diào)諧結(jié)果在出現(xiàn)單相接地后就要有較大的偏差。所以，對(duì)不對(duì)稱度非常小的電網(wǎng)其調(diào)諧精度不理想。表2-2-112345678922221111.974859779.6709.9645.9592.5548.6516.7500v1078943.4813740.7680.3628.9574.7531.9495串聯(lián)諧振過(guò)電壓?jiǎn)栴}。該方法的調(diào)整過(guò)程也就是補(bǔ)償電網(wǎng)發(fā)生串聯(lián)諧振的過(guò)程。中國(guó)有關(guān)規(guī)程規(guī)定這種由諧振造成的中性點(diǎn)電壓位移不得超過(guò)系統(tǒng)相電壓的15%，所以對(duì)于不平衡度較大的電網(wǎng)，這種方法有其局限性，需采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?。事?shí)上，消弧線圈長(zhǎng)期工作在串聯(lián)諧振狀態(tài)是不好的。參數(shù)整定問(wèn)題。它不能接照確定的脫諧度調(diào)整消弧線圈運(yùn)行，而只能將消弧線圈調(diào)諧至全補(bǔ)償位置，或著按中性點(diǎn)位移電壓不超過(guò)某一定值調(diào)諧，無(wú)法整定消弧線圈脫諧度。⑷靈敏度問(wèn)題。式(2-1-6)針對(duì)b求導(dǎo)數(shù)得(2-2-1)dU bK(2-2-1)N=— c Udb (b2+d2)32①ldUNdbI

(d=0.05,K=0.5%,U=3637V)c ①圖2-2-1dU/du與u關(guān)系曲線Nd2UNd2u上式說(shuō)明U^隨U的變化呈單調(diào)遞減規(guī)律，圖2-2-1為|dUN/du|隨u的變化曲線，從圖中可見(jiàn)當(dāng)UI較大或較小時(shí)，|〃化/du\較小，這說(shuō)明此時(shí)J對(duì)U的變化不敏感。當(dāng)U取某一中間值時(shí)，\dUd2UNd2u(2U2—d2)KU(U2+d2)52 C①解得du=±du=±即當(dāng)u=±；2d時(shí)，UN對(duì)u的變化最敏感。總之，當(dāng)消弧線圈遠(yuǎn)離全補(bǔ)償狀態(tài),或在接近全補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)，u的下降對(duì)U^的升高影響較小，靈敏度不高。2.2.1.2相位角法這種方法是按照中性點(diǎn)位移電壓相位角與脫諧度的關(guān)系來(lái)調(diào)諧消弧線圈的。研究表明，經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)的中性點(diǎn)電壓U-對(duì)于系統(tǒng)A相參考電壓UNA的相位移為甲=B+?，申為電網(wǎng)中性點(diǎn)末加消弧線圈時(shí)，中性點(diǎn)電壓 U-相TOC\o"1-5"\h\zN 0 0 PD對(duì)于U.的相位角A(2-2-3)Gp-oCp(2-2-3)\o"CurrentDocument"甲=tg-1 s2 s10Gp+oCps1 s2式中

=tg一1(1-u)(d'+q)

d'2+d'(1=tg一1(1-u)(d'+q)

d'2+d'(1-u)q+u(2-2-4)因d'2<<0TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"p=tg -d'(1-u)q+u\o"CurrentDocument"c 1 1 1G=—+ +—\o"CurrentDocument"工 r r rabcC=C+C+C工 a b c\o"CurrentDocument"2 1 1 Lp= - - +*3?(C-C)\o"CurrentDocument"rrr bcabcp=\3(丄-丄)+?(2C-C-C)rr abcb?Lq=一r0(1-u)(d'+q)P=tg-1 +PNd'(1-u)q+u0(2-2-5)(2-2-6)從上式可見(jiàn)，在d'、q、p已知的情況下，u與p”有確定的函數(shù)關(guān)系。這(2-2-5)(2-2-6)0N說(shuō)明可根據(jù)中性點(diǎn)電壓對(duì)參考電壓的相位移角進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧。對(duì)一個(gè)實(shí)際的電網(wǎng)，即使電容電流不變，p變化仍很大，這就給調(diào)諧帶來(lái)了誤差。實(shí)際應(yīng)用中0可在相對(duì)地之間人為的接入一附加電容AC來(lái)減小這一誤差。設(shè)C二C二C二C，r二r二r二r，代入式(2-2-3)得p0_tgJr3?C0二p0_tgJr3?C0二tg-1dpN=tg-1(1-U)(d'+q)+tg-1d'd'(1-u)q+u(2-2-7)由于實(shí)際電網(wǎng)并不對(duì)稱，電網(wǎng)阻尼率d'也是不確定的，它隨著電網(wǎng)的變化而改變，消弧線圈的q值也同其承受的電壓大小有關(guān)。這些不確定因素可能產(chǎn)生很大的誤差。附加電容的加入造成電網(wǎng)不對(duì)稱度加大，又帶來(lái)一些新的問(wèn)題這些因素都限制了相位移法的使用。2.2.1.3電容電流間接檢測(cè)法該方法的基本思想是，通過(guò)改變消弧線圈的電感值，造成其兩端電壓發(fā)生

變化，同時(shí)消弧線圈中電流也隨之改變，檢測(cè)電壓和電流值以及相應(yīng)的相角差，間接計(jì)算出系統(tǒng)單相接地電容電流或系統(tǒng)對(duì)地電容，據(jù)此調(diào)諧消弧線圈。(1)忽略電網(wǎng)阻尼率時(shí)的計(jì)算方法。設(shè)對(duì)應(yīng)于分抽頭T1和T2時(shí)的中性點(diǎn)位移電壓分別為U和U ，各分抽頭對(duì)應(yīng)的消弧線圈電流值分別為 I和I,N1 N2 L1 L2d二0，代入式(2-1-6)得N1N2KU-cKU■c■c-L2解得L2L1N2N2從上式可見(jiàn)測(cè)得兩次中性點(diǎn)電壓后，N1N2KU-cKU■c■c-L2解得L2L1N2N2從上式可見(jiàn)測(cè)得兩次中性點(diǎn)電壓后，(2-2-8)(2-8-9)(2-8-10)電網(wǎng)三相對(duì)地總電容及消弧線圈脫諧度就可求得。實(shí)際應(yīng)用中，這種方法由于忽略了電網(wǎng)阻尼率以及U和U測(cè)量N1 N2的不同時(shí)性，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確性較差。(2)利用兩分接頭對(duì)應(yīng)的零序電流相位差的計(jì)算方法。如果消弧線圈中人為串有較大阻尼電阻R，且R的電阻值已知，則測(cè)量消弧線圈兩個(gè)檔位的零序ZZ電流I和I及它們之間的相角差0，就可以計(jì)算出電網(wǎng)脫諧度。設(shè)X為系

01 02 c統(tǒng)對(duì)地總?cè)菘筙二一cw(C+C+C)abcX、X分別為對(duì)應(yīng)于消弧線圈T、T抽頭時(shí)的感抗，其數(shù)值是已知的，UL1 L2 1 2 PD為消弧線圈斷開(kāi)時(shí)系統(tǒng)中性點(diǎn)電壓。圖2-2-2a為其零序等值電路。當(dāng)Rz較大時(shí),由于電網(wǎng)本身阻尼率相對(duì)很小，所以圖2-2-2a中可以忽略電網(wǎng)各相絕緣泄漏電阻r和消弧線圈并聯(lián)等效電阻r0的阻尼作用。則圖2-2-2a變?yōu)閳D2-2-2b，其對(duì)應(yīng)的零序阻抗三角形如圖2-2-2c所示。依據(jù)阻抗三角形可列寫下列方程

簡(jiǎn)化零序等值電路(a)零序等值電路圖2-2-2帶(C)零序阻抗三角形簡(jiǎn)化零序等值電路(a)零序等值電路圖2-2-2帶(C)零序阻抗三角形解得Zcosp二R1 ZX—X二Rtgpc L1 ZTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"21Rsin0 八p二一cos—1( 01Z—1)\o"CurrentDocument"IAX02 L12X二Rtgp+XcZ L1按照上述算法，最后可求得對(duì)應(yīng)分接頭T的脫諧度U或分接頭T的脫諧度112U，將U和整定值叫進(jìn)行比較，若p—u|<5，則原分接頭U不需調(diào)整。若210110]1U—u|>5，則判斷u—u的符號(hào)，跟據(jù)該符號(hào)的正或負(fù)，進(jìn)行相應(yīng)的分接頭110]10調(diào)接。該算法忽略了電網(wǎng)阻尼率，使用時(shí)要注意使用條件，同時(shí)，由于算法中用到各分接頭的電抗值，所以要考慮消弧線圈在端電壓很小時(shí)的非線性失真問(wèn)題。2.2.1.4模型法電網(wǎng)電容電流由接入的線路總長(zhǎng)度而確定，因此可以用合閘線路斷路器的多少來(lái)計(jì)算電容電流。設(shè)電網(wǎng)共有n條線路，在模型上每一條線路相當(dāng)一個(gè)電阻，在這一電阻兩端并聯(lián)著與該線路斷路器觸頭一致的觸點(diǎn)，若線路接入，則電阻被短路。圖2-2-5中左邊的電阻串為電網(wǎng)中線路的模型，右邊的電阻串為

消弧線圈的模型。線路投入愈多，被短路的電阻愈多，因此經(jīng)左邊電阻串流到底部電阻R的電流越大，其上面的壓降即為差動(dòng)放大器的一個(gè)輸入信號(hào)。差動(dòng)b放大器的另一個(gè)輸入信號(hào)為消弧線圈模型電阻串底部電阻R*的電壓降。若二信b號(hào)差得多，放大后的電壓超過(guò)繼電器KA的動(dòng)作電壓就需調(diào)整消弧線圈電感。否則，說(shuō)明調(diào)諧度在允許范圍內(nèi)。這種方法的調(diào)節(jié)精度取決于線路模型及消弧線圈模型的精度。由于電網(wǎng)中某些線段的電容可能改變，即時(shí)不變測(cè)定其對(duì)地電容也很煩鎖，另外系統(tǒng)的電容電流還受到其它電器設(shè)備的影響，所以建立線路模型不僅非常困難，而且在某些情況下不可能做的準(zhǔn)確。2.2.1.5附加電源法QFQFQFQFQF15b3RjRR*2R*biKII[KJr*iFQFQFQFQFQF15b3RjRR*2R*biKII[KJr*iF丄j]r*T.J5 R*2K15正常運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)位移電壓對(duì)該方法圖2-2-3電網(wǎng)模型以上這些方法都沒(méi)有達(dá)到完善的地步。其中，相位法、極值法和電容電流檢測(cè)法有一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但應(yīng)用都有局限性。相對(duì)來(lái)講，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，采用微機(jī)控制器后，電容電流檢測(cè)法具有優(yōu)越性。而模型法和附加電源法尚無(wú)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，只是做一些理論分析，實(shí)際應(yīng)用起來(lái)有難度?？煽叵【€圈按改變電感方法的不同，可控消弧線圈分為四類，即調(diào)匝式、調(diào)氣隙式直流偏磁式及斬波式。2.2.2.1調(diào)匝式可控消弧線圈調(diào)匝式可控消弧線圈分為有載開(kāi)關(guān)調(diào)匝式、晶閘管調(diào)匝式和帶電容補(bǔ)償?shù)姆旨?jí)可調(diào)式等多種。這種消弧線圈靠改變繞組的線圈匝數(shù)來(lái)改變電感，電感量與匝數(shù)的平方成比例。因此其電感不連續(xù)可調(diào)。用有載分接開(kāi)關(guān)取代pertersen消弧線圈中的無(wú)激磁分接開(kāi)關(guān)就變成了有載調(diào)匝式消弧線圈，它是由兩項(xiàng)久經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)的設(shè)備－pertersen消弧線圈和有載分接開(kāi)關(guān)組合而成，所以它是技術(shù)上最成熟的，也是目前使用最多的一種可控消弧線圈。其主要缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)速度慢，有載開(kāi)關(guān)每切換一檔需十余秒鐘，另外由于有運(yùn)動(dòng)部件，可靠性差，使用壽命短。實(shí)際使用的產(chǎn)品中，為了減小造價(jià)，往往選用比消弧線圈額定電壓低的多的有載分接開(kāi)關(guān)，所以在電網(wǎng)發(fā)生單相接地后，消弧線圈電壓上升到額定電壓，此時(shí)有載開(kāi)關(guān)不允許動(dòng)作，消弧線圈電感不可調(diào)節(jié)。晶閘管調(diào)匝式消弧線圈是用雙向晶閘管開(kāi)關(guān)代替有載分接開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)速度快，但高壓晶閘管成本高，并且在很多情況下需用多個(gè)額定電壓較低的晶閘管串聯(lián)組成高壓開(kāi)關(guān)，可靠性及經(jīng)濟(jì)性都成問(wèn)題。調(diào)匝式消弧線圈補(bǔ)償電流上下限之比一般為 2：1，分9檔調(diào)節(jié)，各檔間電感級(jí)差較大，經(jīng)常不能滿足調(diào)節(jié)深度的要求，可以采用帶電容補(bǔ)償?shù)姆旨?jí)可調(diào)消弧線圈，補(bǔ)償電容的作用使各檔間電感級(jí)差變小。圖2-2-4為帶電容補(bǔ)償?shù)姆旨?jí)可調(diào)消弧線圈。圖中L1為原消弧線圈高壓繞組，L2為新加繞的低壓繞組，L2的容量為L(zhǎng)1的一半，C1、C2、C3、C4的容量比為1：2：4：8，總?cè)萘繛橄【€圈的一半。利用4組晶閘管開(kāi)關(guān)的開(kāi)通組合，可以得到14檔不同的電感電流。其補(bǔ)償電流上下限之比為2：1。電容補(bǔ)償式消弧線圈還缺乏工程應(yīng)用的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。調(diào)氣隙式消弧線圈這種消弧線圈的工作原理是靠移動(dòng)插入線圈內(nèi)部的可動(dòng)鐵心來(lái)改變磁導(dǎo)率從而改變線圈電感的。從理論上講這種消弧線圈的電感可連續(xù)調(diào)節(jié)，但實(shí)際上因?yàn)闄C(jī)械的慣性和電機(jī)的控制精度問(wèn)題在工程中做不到。其主要缺點(diǎn)是精度不高，可靠性差，響應(yīng)慢，動(dòng)作時(shí)間取決于可動(dòng)鐵心的移動(dòng)時(shí)間，可至數(shù)十秒鐘。在額定電壓下消弧線圈噪音較大且鐵心不可調(diào)節(jié) （因?yàn)榇藭r(shí)靜動(dòng)鐵心間電磁力很大）。這種消弧線圈國(guó)內(nèi)外都有一些運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。閘流式消弧線圈這種消弧線圈的具體結(jié)構(gòu)可以有多種多樣，但其基本工作原理可以等效成圖2-2-5所示電路。圖中總電感電流i=i+i，通過(guò)調(diào)節(jié)雙向晶閘管scr的控LL0Lb制角?調(diào)節(jié)i的大小。當(dāng)晶閘管全導(dǎo)通時(shí)，i為標(biāo)準(zhǔn)正弦波，隨著導(dǎo)通角9的LbLbT減小，i變小同時(shí)其波形發(fā)生畸變，但在?角較小時(shí)，總電感電流i的波形是LbL可以接受的，a角越大，電感電流i中的諧波就越嚴(yán)重。所以閘流式消弧線圈L的調(diào)節(jié)范圍太小是其最大的缺點(diǎn)，目前中國(guó)在6KV電網(wǎng)上投入運(yùn)行的這類消弧線圈樣機(jī)電流調(diào)節(jié)范圍只有10A。LLBLbC2LqC1C3Ify￡—fSCR4SCRLLBLbC2LqC1C3Ify￡—fSCR4SCR豐C4廠SCR.SCR5?ifSCR圖2-2-4為帶電容補(bǔ)償?shù)姆旨?jí)可調(diào)消弧線圈圖2-2-5閘流式消弧線圈原理圖2.2.2.4直流偏磁式消弧線圈這種消弧線圈的工作原理是利用附加直流勵(lì)磁磁化鐵心，改變鐵心磁導(dǎo)率，實(shí)現(xiàn)電感量連續(xù)變化。這類消弧線圈的結(jié)構(gòu)有多種，按照勵(lì)磁方式的不同，可分為他勵(lì)式和自勵(lì)式（又稱磁閥式）兩種。他勵(lì)式又可分為橫向勵(lì)磁、縱向勵(lì)磁和縱橫向勵(lì)磁三種類型，具體實(shí)現(xiàn)方案有多種。直流偏磁式消弧線圈是一種可連續(xù)調(diào)節(jié)電感的消弧線圈，它的內(nèi)部為全靜態(tài)結(jié)構(gòu)，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，工作可靠性高。其響應(yīng)速度快且可在消弧線圈承受高電壓時(shí)調(diào)節(jié)電感值。其補(bǔ)償電流上下限之比可達(dá)到6：1，是一種很有發(fā)展前途的消弧電抗器。1993年底，在中國(guó)由本文作者研制的首臺(tái)直流偏磁式自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈投入工業(yè)運(yùn)行，取得了令人滿意的效果。經(jīng)過(guò)多年的研究，時(shí)至今日，新型偏磁式消弧線圈無(wú)論是在結(jié)構(gòu)上、還是在性能上都有很大改進(jìn)。本文第三、四兩章重點(diǎn)闡述作者這方面的研究結(jié)果。值得一提的是，1996年由武漢水利電力大學(xué)研制的中國(guó)首臺(tái)磁閥式自動(dòng)跟蹤調(diào)諧消弧裝置在咸寧供電局10KV電網(wǎng)投入運(yùn)行。以上介紹的都是單個(gè)的消弧電抗器，當(dāng)需要制造成接地變壓器同消弧電抗器合一的設(shè)備時(shí)，只需將調(diào)氣隙、施加直流偏磁或調(diào)a角的原理用到變壓器的零序磁路上即可。

2.3動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)的構(gòu)想消弧線圈的作用是當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，提供一電感電流I補(bǔ)償接L地電容電流I，使接地電流減小，也使得故障相接地電弧兩端的恢復(fù)電壓速度c降低，達(dá)到熄滅電弧的目的。當(dāng)消弧線圈正確調(diào)諧時(shí)，不僅可以有效地減少產(chǎn)生弧光接地過(guò)電壓的機(jī)率，還可以有效地抑制過(guò)電壓的幅值，同時(shí)也最大限度的減小了故障點(diǎn)熱破壞作用及接地網(wǎng)的電壓升高等。從發(fā)揮消弧線圈的作用上來(lái)看，脫諧度U的絕對(duì)值越小越好，最好是處于全補(bǔ)償狀態(tài)，即調(diào)諧至諧振點(diǎn)上。但是在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)或發(fā)生單相斷線、斷路器不同期合閘、非全相合閘等故障時(shí)，全補(bǔ)償或接近全補(bǔ)償狀態(tài)下的消弧線圈可能產(chǎn)生各種危險(xiǎn)的過(guò)電壓。從式(2-1-6)可見(jiàn)，全補(bǔ)償時(shí)中性點(diǎn)電壓位移U是電網(wǎng)自然不平衡電壓KUN c①的10~20倍。這就是通常所說(shuō)的串聯(lián)諧振過(guò)電壓。斷路器的非同期分合閘，非全相分合閘及線路的單相斷線都會(huì)加大電網(wǎng)的不平衡度K，從而加大串聯(lián)諧振c過(guò)電壓幅值。所以小脫諧度下的消弧線圈在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，給電網(wǎng)帶來(lái)的不是安全因素而是危害。綜上所述，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，希望消弧線圈的脫諧度越小越好，最好是全補(bǔ)償。而電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，又希望其副作用越小越好。如何來(lái)解決這一矛盾呢？一種方法是在消弧線圈上