消弧线圈相关基础知识

2020/2/211消弧线圈相关基础知识上海思源电气股份有限公司2020/2/212不接地方式直接接地方式小电阻接地方式消弧线圈接地方式中性点接地方式2020/2/213中性点接地方式适用范围：根据最佳技术经济指标要求，110kV以上电力系统主要矛盾为降低绝缘水平。采用直接接地。中低压电力系统主要降低单相接地故障电流的危害，提高系统供电可靠性、保证人身与设备安全、降低通讯干扰等。110kV以下系统，小电容电流电网采用不接地系统（以电弧能自行熄灭为前提）。电容电流大时采用谐振接地（补偿电容电流）或电阻接地（故障跳闸）。2020/2/214中性点接地方式电流接地和小电流接地，这两种接地方式在我国均有应用。其中，在北京、上海、广州等大城市，由于负荷密、电缆线路多从而电容电流比较大，通过消弧线圈接地不能满足电网的正常安全运行，在这种情况下，就采用小电阻接地即大电流接地，比如北京规定四环以内均采用大电流接地方式。因此，在中、小城市及农村地区采用小电流接地方式是电力部门根据我国实际情况使电网更经济、更安全运行的一种选择。单相接地是电力系统中最常见的故障形式，约占60%以上。对于中性点不接地电网，由于电容电流的存在，在接地瞬间形成接地电弧，而接地电弧不易熄灭，电弧的发展会引起相间短路；接地电弧产生间歇性弧光过电压；电磁式电压互感器铁心饱和引起谐振过电压等，将造成烧保险、避雷器、PT的爆炸、线路的跳闸等事故发生，其中尤以相间短路和间歇性弧光接地过电压最为严重。2020/2/215中性点接地方式1.德国/奥地利、芬兰、意大利、丹麦、比利时及瑞典、独联体及其周边地区等许多国家，现在依然采用小电流接地（中性点不接地或经消弧线圈接地）方式。2.法国电力公司（EDF）早在80年代末期决定将运行了近30年的、中性点采用低阻抗接地方式的城乡中压电网，在全国范围内分阶段地全部改为谐振接地方式运行，现已基本完成；近来英国也正在研究、考虑采用谐振接地方式等。2020/2/216中性点接地方式3、美国（AIEE)电工协会明确承认谐振接地方式的优点，过去未采用，是由于技术原因（美国曾使用空心消弧线圈不当发生严重过电压而形成“惯例”），而现在保持电阻接地主要是经济因素。（美国IEEE143对工业设施的接地电流限制为400A）4、日本开始采用谐振接地，战败后使用美国电力产品采用大电流接地，但后来又开始推广谐振接地。将中压电网的单相接地故障电流，由“大”改“小”将是未来发展趋势2020/2/217副作用当系统有操作或故障(或扰动)时系统对地电压有低频自由分量出现，使PT对地电压升高，PT一次线圈中出现涌流，涌流可能使铁芯深度饱和，其电感值随铁芯的饱和而减小，这时，有可能出现两种情况：一是PT的一次电流继续增大，烧断PT一次侧的熔断器或烧坏PT；另一种情况是当电感降至ωL=1/ωC(ωo=ω)时，就会导致铁磁谐振。2020/2/218副作用谐振使得电网三相对地电压不稳定，常使两相电压升高，另一相对地电压降低，这种现象与系统出现单相非金属性接地故障的现象完全一致，不仅使运行人员难以区分，而且容易损坏弱绝缘设备而造成事故2020/2/219电容电流电容电流主要由线路的长度、导线的截面面积、介电常数、距地距离、额定电压决定，和系统的负荷大小无关。ABCCCIgCBCAICCICBICAUCUBUA’UAOUB’UN2020/2/2110电容电流的测量一、电容电流测试仪二、母线外挂电容法三、金属接地法四、中性点外加电容法电容电流2020/2/2111中性点接地等效图以消弧接地为例2020/2/2112中性点不接地6－66kV配网，电容电流较小的系统，由于发生单相接地故障时，接地电弧能够自动熄灭，系统可带故障运行2h，提高了供电可靠性。缺点：1、当系统电容电流过大时，接地电弧无法自动熄灭，将导致故障扩大。2、容易导致PT铁芯饱和，引发铁磁谐振过电压。2020/2/2113小电阻接地方式1、有利于降低系统绝缘水平。2、故障选线较准确。3、跳闸停电次数较多。4、短路电流大：A、电流冲击对电缆绝缘造成的损伤较大，B、对电子通讯设备的电磁干扰比较严重，C、较大的跨步电压威胁人身安全，D、若故障不能及时跳开，电弧有可能连带烧毁同一电缆沟里的其它相邻电缆,扩大事故,造成火灾。2020/2/2114消弧线圈接地方式IgILIc1、自动消弧，避免弧光过电压的产生，抑制铁磁谐振的发生。2、大大降低了对通讯设备的干扰和对人身安全的威胁。3、允许系统带故障运行两小时，保障了供电可靠性。4、传统的选线理论不再成立，使选线成为长期困扰电力系统的难题。2020/2/2115消弧线圈接地方式脱谐度：ε＝（IL－IC）/IC残流：在单相接地故障时，流经故障点电流。Ig=IL－IC电弧熄灭原理1。补偿电容电流，减少残流，电弧易于熄灭。2。残流过零熄弧后，降低恢复电压初速度，避免电弧重燃。2020/2/2116规程规定电力行业标准DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中明确规定：3～10kV架空线路构成的系统和所有35kV、66kV电网，当单相接地故障电流大于10A时，中性点应装设消弧线圈；3～10kV电缆线路构成的系统，当单相接地故障电流大于30A时，中性点应装设消弧线圈。2020/2/2117消弧线圈分类按消弧线圈的运行及补偿方式可分为：预调式随调式2020/2/2118消弧线圈的运行特性RXLXCU00XLUnXCRd正常运行时，避免串联谐振：1、消弧线圈靠近谐振点运行，加装阻尼电阻，防止谐振（预调）2、不加阻尼电阻，消弧线圈远离谐振点运行（随调）单相接地故障时，利用并联谐振：1、消弧线圈靠近谐振点运行，使残流满足要求2020/2/2119消弧线圈的运行特性如PT突然合闸、单相接地突然消失、外界对系统的干扰或系统操作产生的过电压等，由于变压器、电压互感器等设备铁心电感的磁路饱和作用，会激发产生持续的较高幅值的铁磁谐振过电压2020/2/2120消弧线圈的运行特性中性点不接地系统中铁磁谐振最常见的激发方式：基频谐振、分频谐振和高频谐振2020/2/2121预调式和随调式比较预调式：系统正常运行时，消弧线圈始终靠近谐振点运行；单相接地故障时，消弧线圈零延时进行补偿，无需调节。问题：阻尼电阻的保护随调式：系统正常运行时，消弧线圈远离谐振点；发生单相接地故障后，调节消弧线圈靠近谐振点；故障恢复后，再调节消弧线圈远离谐振点。问题：补偿滞后，补偿电流到位时间大于60ms补偿电流到位时间=控制器故障响应时间＋补偿电流稳定时间消弧线圈的分类2020/2/2122阻尼电阻保护问题的提出预调式消弧线圈为了防止正常运行时的谐振必须要有阻尼电阻可靠保护阻尼电阻，成为关键问题2020/2/2123阻尼电阻的作用1、防止电容电流计算时，可能发生的系统谐振。2、防止单相接地故障恢复时，可能发生的系统谐振。3、使消弧线圈可以始终运行在工频谐振点附近（预调），不仅能够实现消弧线圈的快速补偿，而且能够彻底避免铁磁谐振。2020/2/2124各种消弧线圈对比一、调节方式1、调匝式（预调）：抽头档位调节；3、相控式（随调）：调节可控硅导通角；4、直流偏磁式（随调）：调节铁心饱和度。2、调容式（预调、随调）：投切电容器组；2020/2/2125调匝式消弧线圈2020/2/2126相控式消弧线圈2020/2/2127相控式消弧线圈2020/2/2128调容式消弧线圈2020/2/2129接地变压器消弧线圈有载开关阻尼电阻ＰＴ，ＭＯＡ，隔离刀闸，零序ＣＴ，控制屏并联中电阻自动调谐式消弧线圈经过近十年的发展，计算的准确度不成问题，关键在于装置的可靠性和接地故障回路的选择性消弧系统构成2020/2/2130接地变，消弧线圈全绝缘的消弧线圈，A、X可以反接；对于66kV和部分35kV的半绝缘消弧线圈AX不能反接。变压器并列运行条件：①接线组别相同；②变比差值不得超过±0.5%；③短路电压值不得超过±10%；④两台变压器容量比不宜超过3：1接地变和消弧线圈应定期进行预防性试验，试验项目包括：（1）、绕组的直流电阻测量；（2）、绕组的绝缘电阻测量；（3）、绝缘油的试验。2020/2/2131避雷器发展历史及存在问题8.3/19，17/45，10/27、12.7/45中性点经消弧线圈接地系统的避雷器额定电压=0.72系统最高电压，0.72*11.5kV=8.28kV）2020/2/2132隔离开关应用隔离刀闸可以进行以下各项操作：①可以拉、合闭路开关的旁路电流；②拉、合电压互感器和避雷器；③拉、合母线及直接连接在母线上设备的电容电流；④用室外35千伏带消弧角的三联刀闸。可以拉、合励磁电流不超过2安培的空载变压器。⑤拉、合电容电流不超过5安培的空载线路。2020/2/2133有载开关电压等级（有AC220V和AC380V），电容作用双屏蔽电缆（屏蔽层良好、铜网覆盖），对于长距离电缆最好电缆线径粗一些，有载开关试验项目包括：（1）、过度电阻的测试（2）、开关特性试验（过度电阻的波形）（3）、油浸式：绝缘油的试验。（4）、空气有载开关：触头是否氧化，接触是否良好。（5）、真空开关：打耐压,现场手动调档以验证限位闭锁。2020/2/2134CT,PT中性点PT应定期进行预防性试验，试验项目包括：（1）、绕组的绝缘电阻测量；（2）、变比测量。(3)、伏安特性PT二次有两组绕组，另一组为100/3作为开口三角使用，PT不得短路，CT不得开路（备用的PT、CT二次在现场接地，同时CT短路）2020/2/2135相关术语，定义接零保护接地保护脱谐度谐振间隔过电压2020/2/2136选线必要性小电流接地选线技术，目前我国处于领先地位，这与许多发达国家采用大电流接地方式有一定关系。小电流接地系统发生单相接地故障约占系统总故障率的80％左右。单相接地后其它两相对地电压的升高，加剧了对系统绝缘的危害，制约了供电可靠性的提高。因此，如何在较短的时间内对发生单相接地故障的电力线路进行科学准确的判断，改变传统的人工试拉分路选择的处理方法，把因接地而影响正常供电的范围压缩到最低限度，是科研及电力部门亟待解决的课题。2020/2/2137消弧线圈并联中电阻选线方案系统原理图2020/2/2138对于瞬时性单相接地，消弧线圈的零延时补偿，将消除故障。对于非瞬时性单相接地故障，装置延时后投入并联中电阻选线（投入时间小于1秒）。选线结束后，迅速跳开中电阻，显示和打印接地故障线路，并可通过通讯口上传。消弧线圈并联中电阻选线方案2020/2/2139中电阻装置2020/2/2140谢谢