[浅析四种消弧线圈的原理与性能]消弧线圈原理

　　摘 要:随着我国经济持续的发展,电网规模越来越大,特别是电缆在配电网中的大量使用,使得系统电容电流大幅度增长。对于中性点不接地系统,当发生单相接地时,由于电容电流较大,弧光不能自熄,造成跳闸事故率频升,严重危胁着电网的安全运行。中性点应装设消弧线圈在电力行业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中有明确规定。涟钢ⅠⅡ站在电网系统改造中,就采用了直流偏磁式消弧线圈,利用施加直流励磁电流,改变铁芯的磁阻,从而达到实现电抗器值无级连续可调的目的。现将四种消弧线圈的原理、性能进行简要分析比较。
　　关键词:调匝式 调容式 相控式 直流偏磁式 消弧线圈 性能
　　中图分类号:TM862 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(a)-0109-02
　　1 调匝式消弧线圈
　　(1)基本工作原理如图1。是通过有载开关调节电抗器的分接抽头来改变电感。属于预调式补偿系统,采用有载开关改变工作绕组的匝数,达到调节电感的目的。它可以在电网正常运行时,通过实时测量流过消弧线圈电流的幅值和相位变化,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。
　　(2)特点。调匝式消弧线圈采用有载调压开关调节电抗器的抽头以改变电感值。装置不含谐波器件,补偿电流中不带来任何谐波电流,不会对系统构成危害。补偿电流不依赖二次设备,不需通过二次调节一次,二次设备失电,依然能够正常补偿,可继续运行。在单相接地发生时,可以很短的时间内提供补偿电流,对金属性接地有很好的补偿效果,有效抑制弧光过电压产生和铁磁谐振的发生。
　　由于有载开关的档位数量的限定,导致消弧线圈补偿电流的上下限之比也就三倍或四倍左右,这样消弧线圈的适用性就比较小,补偿电流也只能分级补偿,不能做到无级连续调节,所以接地后残流大,补偿效果差；在用串联阻尼电阻限制谐振过电压,阻尼电阻容易崩烧；消弧线圈电感不能连续调节,只能离散分挡调节,还不能带高压调节等。
　　2 调容式消弧线圈
　　(1)基本工作原理如图2。是消弧线圈的二次侧增设电容负荷绕组,在二次侧并联若干组用可控硅(或真空开关)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。
　　(2)特点。调容式消弧线圈分油浸式和绝缘树脂干式消弧线圈。通过调节消弧线圈二次容抗的大小可方便地控制接地的接地电流大小,以达到消弧抑制过电压的目的。
　　由于调容式消弧线圈的感抗值不能调节,而是通过并联电容器多少来使输出的补偿电流相对发生变化,所以在弧光接地后消弧线圈的工频感抗值不能调到等于或接近于电网的工频容抗值,在弧光接地时基本上不起作用；电容器在高压下来回调节,还容易烧毁；电容器本来就有时效性,时间越长漏电流就越大,实际的电容值就会与标称值相差越来越大。
　　3 相控式消弧线圈
　　(1)基本工作原理如图3。相控式消弧线圈一次绕组接入电网,二次绕组用晶闸管短路,通过调节晶闸管的触发角来控制二次绕组的电流,实现输出电流的可控调节,三次绕组连接的是滤波器电路,用来平衡二次绕组产生的谐波电流,从而使一次绕组的总谐波电流畸变率得到一定的控制。当晶闸管关断时,二次绕组没有电流通过,三次绕组中的滤波电路在基频下呈容性；当晶闸管导通时,由于二次绕组漏抗的作用,等效电路呈感性。通过调节晶闸管的触发控制角可以改变二次绕组导通与关断的比例,以实现消弧线圈电感电流连续调节。
　　(2)特点。相控式消弧线圈是一种由晶闸管控制的随调式消弧线圈,具有补偿电流连续可调的特点,也是一种单相高阻抗变压器,消弧线圈一次绕组接入电网的高压侧,二次、三次绕组分别接一个双向晶闸管和滤波电路。
　　由于相控式消弧线圈在正常运行时可控硅的导通角处于截止的状态,相当于消弧线圈和大地断开,消弧线圈没有下限值,不能防止电网发生铁磁谐振的功能；因补偿电流流过可控硅,在高压下及大电流的情况下,可控硅易烧坏；电感值不能调节,相当于是通过串联两组正反向的可控硅接到大地上,通过控制可控硅的导通角(也就是斩波)来使输出的感性电流发生变化,容易导致产生大量的谐波,必须配滤波装置。
　　4 直流偏磁式消弧线圈
　　(1)基本工作原理如图4。是通过改变附加的直流励磁磁化铁心的磁导率,实现电感量连续变化,从而实现工作绕组电感的调节；利用施加直流励磁电流,改变铁芯的磁阻,从而达到实现电抗器值无级连续可调的目的。
　　(2)特点。使用寿命长(偏磁式消弧线圈内部为全静态结构,无任何的机械运动部件,一次设备不存在任何的电子元器件,无需外加阻尼电阻,整套装置无任何触点),可靠性强,调节范围大,响应速度快(补偿电流从5A调到400A可以在5ms内完成)；采用动态补偿,从根本上解决了补偿系统中的串联谐振过电压问题。
　　消弧线圈灭弧:(1)是在稳态接地时,此时接地点的电流基本上都是基波(也就是工频50Hz)的容性电流,此时消弧线圈提供同样大小的基波的电感电流就能把接地点的基波容性电流补偿掉而导致弧光熄灭。(2)是在高频接地(也就是间隙性弧光接地)时,此时接地点流过的电流为高频的容性电流,而且频率还在随着接地点一接一断不停的发生变化,此时消弧线圈不是通过补偿来灭弧的,而是通过调整消弧线圈的电感值使消弧线圈的工频的感抗值ωL等于电网分布电容的工频的容抗值1/ωC(其中ω为工频的角频率),在弧光接地时,当消弧线圈调到ωL=1/ωC时,此时消弧线圈就会起到降低故障相恢复电压的速度,从而破坏故障相重新起弧的条件,而导致接地点出现以下两种结果:一种是弧光接地变为稳态接地(也就是接地点接住了),此时接地点流过的容性电流变为基波的容性电流,消弧线圈可提供基波的感性电流把它补偿掉而导致弧光熄灭;另一种情况是接地故障解除了,也就是接地点断开了,不接地了,电网恢复正常了。直流偏磁式这种原理的消弧线圈本身就是通过调节励磁电流,改变铁芯的磁阻,从而实现电感值无级连续调节的,在电网发生高频接地(也就是间隙性弧光接地)时,完全可以使ωL=1/ωC,所以完全能起到降低故障相恢复电压的速度,从而导致弧光的熄灭。
　　5 结语
　　从文中分析可知,涟钢ⅠⅡ站在电网系统改造中采用电控无级连续可调消弧线圈,在电网出现单相接地,控制器即瞬时施加所需励磁电流给消弧线圈,实施最佳补偿,避免事故发生上有明显的效果,完全能满足电网安全运行及目前电力系统发展的要求。
　　参考文献
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　　[2] 陈刚,蔡旭,江道灼.偏磁式消弧线圈的新型调谐原理[J].电力系统及其自动化学报,2003.
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　　[5] 陈忠仁,吴维宁,张勤,等.调匝式消弧线圈自动调谐新方法[J].高压电器,2005(5).
　　[6] 蔡旭,刘杰.偏磁式消弧线圈的动态调谐装置[J].电力系统自动化,2002(15).

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