消弧线圈与接地保护介绍

1中国矿业大学电气安全与智能电气研究所徐州和纬信电科技有限公司2引言2005版《煤矿安全规程》第457条规定：矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过20A。地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上，必须装设有选择性的单相接地保护装置；供移动变电站的高压馈电线上，必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。31.1配电网中性点接地方式相关知识中性点：电力系统中发电机和变压器（作为电源）星型连接公共端。中性点的运行方式：指的是中性点与大地之间的连接关系。1配电网中性点接地方式41.2配电网采用中性点非有效接地的原因这类电网中，发生单相接地故障的比例很大。采用中性点不接地方式可以减少单相接地电流，从而减轻其危害。发生单相接地时，系统可以继续运行不超过2小时，从而提高了供电的可靠性。综合考虑各种因素，配电网中电气设备的绝缘按照线电压设计所增加的投资远小于运行中所取得的经济效益。51.3各种中性点非有效接地方式中性点不接地6中性点经消弧线圈接地7中性点经电阻接地81.4配电网扩大带来的问题单相接地故障造成二次故障概率增大。配电网增大，造成电容电流增大，导致单相接地时，接地电流较大，接地点电弧不能自行熄灭而形成稳定电弧，很可能发展成相间短路，造成用户停电或设备损坏事故。易产生单相电弧接地过电压。当配电网发生在接地电流大于5～10Ａ时，单相接地可能出现周期性地熄灭和重燃的间歇电弧。间歇电弧将导致相与地之间产生过电压，其值可能达到2.5～3倍相电压峰值。易产生铁磁谐振过电压。在相电压时PT特性已趋于饱和拐点，当系统中运行电压偏高并出现某些扰动(如单相接地故障)，能使PT饱和程度加剧，就有可能激发铁磁谐振过电压，致使母线电压互感器(PT)烧毁和熔断器熔断，严重威胁着配电网的安全和供电可靠性。91.5中性点接地方式比较序号中性点接地方式中性点不接地经电阻接地经消弧线圈接地经消弧线圈并电阻接地1单相接地电流大小大大小，同脱谐度有关小，同脱谐度有关2人身触电危险性大大减小减小3单相电弧接地过电压最高低较高，过电压概率小低，过电压概率小4单相接地保护实现易易难较复杂，不难5铁磁谐振过电压高低过补低欠补高低6保护接地安全性危险危险安全安全102、消弧线圈2.1消弧线圈发展历史消弧线圈首次于1916年由德国的鼻德逊提出并研制成功。•传统的消弧线圈（手动式消弧线圈）。靠调节线圈的抽头来补偿电网对地的电容电流，匝数一定则其所能补偿的电容电流就不变，而要改变匝数就必须退出消弧线圈。匝数的整定或者根据运行经验或者是根据实测电网对地的电容电流值。很不方便。消弧线圈只能运行在过补偿方式。残余电流往往较大。目前配电网大力推广无人值班变电站，对非自动调节式消弧线圈的调节更加困难，造成人员的浪费。11•自动跟踪补偿的消弧线圈调节方便，无须停电。调节精度高，残流小。能自动跟踪系统电容电流的变化，消弧线圈始终运行于全补偿状态。易于实现无人值守及变电站综合自动化。2.2消弧线圈作用发生单相接地时的接地电流（残余电流）减小。限制和消除弧光接地过电压及谐振过电压，降低单相接地故障发展为相间短路或多点重复性接地故障的几率。降低雷击跳闸率。减小人身触电和设备的伤害程度。122.3自动跟踪补偿消弧线圈原理汇总自动消弧线圈是自动跟踪补偿装置的核心部件，其调谐方式可分为预调式和随调式2种。•预调式是指电网无接地故障情况下，消弧线圈预先自动调谐到合理补偿位置。一般需加装阻尼电阻，以保证中性点位移电压不大于额定相电压的15％。•随调式是指电网发生单相接地故障时，消弧线圈自动调谐到合理补偿位置。不需阻尼电阻，但接地瞬间无法达到全补偿。13常用的自动跟踪补偿消弧线圈形式：•调匝式•调气隙式（动铁式）•偏磁式（直流助磁式）•磁阀式•调容式•调感式142.3.1调匝式利用有载开关调节消弧线圈上设置的若干分接头，实现电感量的有级调整。•所需设备：接地变压器、抽头式消弧线圈、高压有载开关、阻尼电阻箱、壳体、控制柜。•调节方式：有档调节、预调式。•优点：容量大。•缺点：有档调节、调节精度低、调节速度慢。152.3.2调气隙式改变磁路中的气隙长度实现电感量的连续可调。•所需设备：接地变压器、可调气隙消弧线圈、电动机及其机械传动部件、阻尼电阻箱、开关柜壳体。•调节方式：无级调节、预调式。•优点：连续无级可调。•缺点：要求采用精密的机械传动部件，响应速度慢、噪声大、机构易失灵。该类型基本已经淘汰！162.3.3偏磁式通过改变铁芯磁化段磁路上的直流助磁磁通大小来调节交流等值磁导以实现电感的连续可调。•所需设备：接地变压器、可助磁消弧线圈、控制柜（含直流助磁回路）壳体。•调节方式：无级调节、随调式。•优点：连续无级可调。•缺点：随调式、需外部直流电源、响应时间一般大于20ms、维护量大。172.3.4磁阀式利用自耦励磁技术控制铁心的饱和程度，实现对补偿电流的连续调节。•所需设备：接地变压器、磁阀式消弧线圈、控制柜壳体。•调节方式：无级调节、随调式。•优点：连续无级可调。•缺点：随调式、响应时间一般大于20ms、调节原理复杂、易发生故障。182.3.5调容式采用改变消弧线圈二次侧低压电容电流的方法来调节消弧线圈的电感电流。•所需设备：三相五柱消弧线圈、多组电容器、阻尼电阻箱、控制柜、壳体。•调节方式：有档调节、预调式。•优点：调节范围大。•缺点：有档调节、调节精度低、占用设备多、维护量大。192.3.6调感式采用改变消弧线圈二次侧低压电感电流的方法来调节消弧线圈的电感电流。以实现电感的连续可调。•所需设备：三相五柱消弧线圈、电抗器、阻尼电阻箱、壳体。•调节方式：无级调节、预调节。•优点：连续无级可调、调节精度高。•缺点：容量不能超过80A。203、XBSG-6/50型消弧线圈介绍3.1工作原理SCR1SCR2RLKMLILL1ABCL2SCR3SCR4L——三相五柱式消弧线圈；L1、L2——电抗器；RL——电阻器；SCR1、SCR2、SCR3、SCR4——可控硅；KM——交流接触器接点该消弧线圈有五个铁芯柱，中间三个铁芯柱绕有高、低压线圈，边柱上没有线圈。高压绕组一端直接与电网A、B、C三相相接，另一端接在一起与大地相连，低压绕组接成开口三角形，通过可控硅接通小型电抗器L1、L2。21当电网正常工作时：三相电压对称，即消弧线圈中性点没有电流入地。电网发生单相接地故障：加在三相五柱式消弧线圈上的电压可分解为正序分量和零序分量。正序电流流过三相高压绕组，由于大小相等，相位互差120度，矢量和为零，不会流入大地，所产生的正序磁通，也是大小相等，相位互差120度，所以正序磁通在中间三个柱之间流通，互为通道，不经过边柱。由于中间三个柱没有气隙，磁阻很小，正序阻抗很大，正序电流很小，其值相当于变压器的空载电流。零序电流流入三相高压绕组，由于大小相等，方向一致，所产生的零序磁通也必然是大小相等，方向相同，通过气隙，与两个边柱构成通道。由于零序磁路有气隙，磁阻较大，故零序电流较大。可以通过调整磁路气隙的大小，改变零序电感值，进而改变消弧线圈的零序电感电流。22低压绕组接成开口三角形，取出二次零序电压，并通过可控硅调节低压电抗器L1、L2，的导通角，即可调节付边电感电流的大小，从而改变原边的零序电感电流，实现消弧线圈电感电流对电网对地电容电流的自动跟踪补偿。在二次线圈上还经过交流接触器的接点KM接通一电阻R，以增加电网的阻尼率，限制谐振过电压。233.2XBSG系列消弧线圈特点整套装置由三相五柱干式消弧线圈、电抗器、阻尼电阻箱、控制器及其附件、高压开关柜壳体及附件等构成；主体消弧线圈采用三相五柱干式结构，将消弧线圈和接地变压器合二为一，占用空间小，可实现变电所内单柜一体化安装，对GG1A、KGN等柜型可节省一台投切高压开关柜。通过可控硅调节电感电流，自动跟踪补偿电网对地电容电流，无须人为干预，无机械传动部分，响应速度快（0毫秒）。具有日历时钟显示、电网电容电流值显示、补偿脱谐度设定和显示、电网电压值显示、电网零序电压值显示、自动跟踪补偿状态指示、故障追忆、补偿追忆以及通道精度整定等功能，可以选择自动或手动运行、可以多台联机运行。具有RS232、RS485通信接口，便于接入变电站综合自动化系统。具备完善的零序过压、过流、短路、闭锁等保护功能，能充分保证消弧线圈的可靠运行。24KGN柜型25KYN28柜型定制柜型264小电流接地选线原理4.1小电流接地系统常用的选线原理•零序过电流原理•零序无功功率方向型原理•五次谐波原理•零序有功功率方向型原理•注入法原理•首半波原理27•零序过电流原理：利用单相接地时故障线路的零序电流幅值大于非故障线路，为其它非故障线路之和，而非故障线路零序电流幅值为它本身的电容电流的特点来实现保护。适用于中性点不接地且各支路单相接地电容电流均匀的系统。该原理选择性差，基本已经淘汰。28•零序无功功率方向型原理利用接地故障支路零序无功电流同正常支路方向相反实现选择性。仅适用于中性点不接地系统。该原理为基波原理，在中性点不接地系统得到广泛使用，但在中性点经消弧线圈接地系统失效。29•五次谐波原理利用电网包含的5次谐波分量，在消弧线圈接地系统，由于消弧线圈对5次谐波呈现的感抗为基波的5倍，而线路容抗为基波的1/5，因此5次谐波感性电流可以忽略，系统单相接地时，5次谐波容性电流分布与中性点不接地系统中基波容性电流几乎相同，据此进行接地选线。适用于各种接地系统，但其灵敏度受电网五次谐波含量影响较大。在煤矿电网使用效果不理想。30•零序有功功率方向型原理利用消弧线圈在实现全补偿时需要并联或串联的阻尼抑制谐振，该阻尼在接地时产生的有功电流仅流过接地支路来实现选线，使用基波分量利于选线。仅适用于中性点经消弧线圈并或串电阻接地的系统。目前在消弧线圈接地系统得到广泛应用，但受互感器角度特性影响较大。31•注入法原理通过运行中的电压互感器向接地线注入信号，利用信号寻踪原理，实现接地选线。适用于各种接地系统，但需在电网中注入信号且受电网出线均匀程度和谐波含量影响。32•首半波原理利用单相接地瞬间，故障线路暂态零序电流第1个周期的首半波与非故障线路相反的特点构成。可适用于各种接地系统，但其灵敏度受接地故障过渡电阻影响较大。处于理论研究阶段，产品大都不成熟。334.2WLD系列小电流接地系统微机选线WLD系列小电流接地系统微机选线装置采用基波选线原理，在中性点不接地系统采用无功功率方向型原理，群体比幅选线方案；在中性点经消弧线圈并或串电阻接地系统，选用有功功率方向型原理，群体比幅选线方案。为保证选线的准确率，该装置配套使用了专利产品FLH0-2型零序电流互感器，从信号取样来保证原理实现的准确性，由于基波信号强，其选线的灵敏度也较高。344.3WLD-5型微机选线高压漏电保护装置•装置能同时监测两段（或一段）母线、16路出线，装置输出具有声光报警功能。•具有根据电网母线分列、并列运行情况的自动判断功能；自检功能；手动、自动复位功能；记忆功能。•操作、调试简单，维护量小，自动选择显示。•适用范围广：适用于不接地系统，消弧线圈接地系统，电阻接地系统；长短线路不限，并联运行的出线数不限。•选线准确，动作速度快。•可选装跳闸板，实现漏电跳闸保护。35364.4WLD-6型小电流接地系统微机选线装置•装置能同时监测两段（或一段）母线、32路出线，装置输出具有声光报警、打印功能。•适用范围广：适用于不接地系统，消弧线圈接地系统，电阻接地系统；长短线路不限，并联运行的出线数不限。•具有根据电网母线分列、并列运行情况的自动判断、互感器自检、手动或自动复位等功能。•采用大屏幕液晶汉字显示，轻触键盘菜单操作，维护量小，可实现柜号现场整定。•具有接地（漏电）故障起始时刻及故障累计时间记录功能；故障追忆功能。•具有RS232、RS485串行通信接口，便于接入变电站综合自动化系统。•装置采用标准19英寸4U机箱，可方便地与其它变电站综合自动化设备一起在主控室组屏安装。373