消弧線圈是用于小電流接地系統(tǒng)的一種補償裝置。當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，消弧線圈產(chǎn)生感性電流補償接地電容電流，使通過接地點的電流低于產(chǎn)生間歇電弧或維持穩(wěn)定的電弧所需要的電流值，起到消除接地點電弧的作用。 

1．自動調(diào)諧原理
     正常運行中系統(tǒng)零序等值回路如圖6－1所示，其中E0為系統(tǒng)不平衡電壓，該電壓是系統(tǒng)的三相對地電容不完全對稱形成的固有不平衡電壓與接地變壓器中性點產(chǎn)生的對地電壓的合成；XL為消弧線圈電抗；XC為系統(tǒng)對地容抗；I0為流過消弧線圈的不平衡電流。

 

   正常運行中系統(tǒng)零序等值回路

 

 U0與消弧線圈電抗的諧振曲線圖

由圖1可知，消弧線圈與系統(tǒng)對地電容對于系統(tǒng)不平衡電壓E0形成串聯(lián)諧振回路，當系統(tǒng)對地電容固定時，中性點電壓U0與消弧線圈電抗的諧振曲線如圖2所示。

應用時調(diào)節(jié)消弧線圈至某一檔，測得中性點位移電壓 ，再調(diào)節(jié)消弧線圈至相鄰檔，測得中性點位移電壓 ，假定調(diào)檔過程中 不變，在關(guān)聯(lián)參考方向下，則有：

  
若采用標量形式，則可建立方程組： 
                         
可得

        
如果消弧線圈提供了為各檔位相應的電流值 (以 為基準)，則上式可以變?yōu)椋?/span>

  

上述計算系統(tǒng)對地容抗的方法稱為“位移電壓法”，我們利用KA2003-XH型消弧線圈成套裝置的特點研制出改進的“位移電壓法”。該方法利用改變消弧線圈電感參數(shù)，得到相應的反饋值，這樣就可以有效的利用上述位移電壓算法進行電容電流的計算。

控制器計算出系統(tǒng)接地電容電流后，根據(jù)用戶指定的殘流或脫諧度要求得到消弧線圈的最佳檔位方案。如果采用“隨調(diào)”的運行方式，正常運行時消弧線圈都退出系統(tǒng)，發(fā)生單相接地后控制器按照最佳檔位方案快速投入消弧線圈，達到補償熄弧。如果采用“預調(diào)”的運行方式，正常運行時控制器按照最佳檔位方案投入消弧線圈，使系統(tǒng)處于過補償運行狀態(tài)，此時阻尼電阻可以防止諧振過電壓，發(fā)生單相接地后快速退出阻尼電阻，達到過補償熄弧。

2．單相接地選線原理

當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，為不影響整個系統(tǒng)供電，應快速準確地選出故障線路。本成套裝置控制器可以根據(jù)用戶需要嵌入選線功能，最多可以對兩段母線及40條線路進行選線?？刂破鲉优芯€的條件為：零序電壓3 大于接地啟動電壓設定值且各線路零序電流 大于啟動電流設定值。

本裝置采用多種方法進行故障選線，每種方法都針對信號的具體特點，不同方法之間具有互補性。

1) 智能型比幅比相法

智能型比幅比相方法的基本原理是：對于中性點不接地系統(tǒng)，比較母線的零序電壓和所有線路零序電流的幅值和相位，故障線路零序電流相位應滯后零序電壓90°并與正常線路零序電流反相，若所有線路零序電流同相，則為母線接地。傳統(tǒng)比幅比相方法在信號處理、抗干擾和有效域方面存在一定的缺陷。智能型的比幅比相方法采用Butterworth數(shù)字濾波器，對信號進行有效的數(shù)字濾波處理，提取出了更可靠的信號成分，提高了選線正確性。

2) 諧波比幅比相法

諧波方法的基本原理是：對于中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，對諧波分量來說消弧線圈處于欠補償狀態(tài)，如果線路零序電流中含有豐富的諧波成分，則比較所有線路零序電流諧波分量的幅值與相位，故障線路零序電流幅值較大且相位應與正常線路零序電流反相，若所有線路零序電流同相，則為母線接地。諧波選線方法采用有效的數(shù)字濾波手段，提取出能量最高的諧波頻帶范圍，避免了提取單一諧波頻率而導致的誤差。

3) 小波法

小波分析是一門現(xiàn)代信號處理理論與方法，它能有效地分析變化規(guī)律不確定和不穩(wěn)定的隨機信號，能夠從信號中提取到局部化的有用成分。小波選線方法利用單相接地故障產(chǎn)生的暫態(tài)電流和諧波電流作為選線判斷的依據(jù)。由于小電流接地電網(wǎng)單相接地故障等值電路是一個容性通路，故障的突然作用在電路中產(chǎn)生的暫態(tài)電流通常很大。特別是發(fā)生弧光接地故障或間歇性接地故障情況下，暫態(tài)電流含量更豐富，持續(xù)時間更長。暫態(tài)電流滿足在故障線路上的數(shù)值等于在非故障線路上數(shù)值之和且方向相反的關(guān)系，可以用來選線。 

4) 首半波法

小電流接地電網(wǎng)單相接地故障產(chǎn)生的暫態(tài)電流雖然很復雜，但是發(fā)生故障的最初半個周波內(nèi)，一定滿足故障線路零序電流與正常線路零序電流極性相反的特點，因此可以通過比較首半波的零序電流極性進行故障選線，該方法對中性點不接地和中性點經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)都適用。

5) 有功分量法、能量函數(shù)法

這兩種方法的原理相同，對于中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，消弧線圈智能補償零序電流的無功分量，不能補償零序電流的有功分量，因此故障線路的零序電流的有功分量與正常線路極性相反，可以用這個特點進行選線。由于有功分量的含量較小，所以裝置采用零序電流與零序電壓的乘積，即零序能量來度量零序電流的有功分量，實際上是把有功分量進行了累加，零序能量最大的線路就是故障線路。

6) 突變量選線方法

這是我們針對并聯(lián)組合式消弧線圈提出的一種獨特選線方法。在系統(tǒng)發(fā)生單相接地后，通過高壓接觸器控制電抗器的投切，使消弧線圈的電感電流發(fā)生變化。由于這個突變的電流只能在故障線路上體現(xiàn)出來，因此計算各線路在電抗器投切前后零序電流的變化量，可以判斷變化量最大者即為接地線路。使用該方法可進行連續(xù)判斷，選線準確率很高。

如果消弧線圈未投入運行，控制器仍可作為選線裝置使用，按照中性點不接地條件下的選線方法進行單相接地故障選線。

7) 有效域技術(shù)

對于不同的故障信號特征，各種選線方法都有一定的適用條件。當適用條件滿足時，該選線方法選線結(jié)果一定正確，否則，選線結(jié)果可能出現(xiàn)錯誤。我們稱選線方法能夠可靠選線的適用條件為該方法的充分性條件，滿足充分性條件的故障區(qū)域，稱為該選線方法的有效域。

本裝置通過粗糙集理論對每一種選線方法都界定了有效域，當故障信號特征落在某方法的有效域內(nèi)時，該方法對該故障的選線結(jié)果一定是正確的，否則給這種方法的選線結(jié)果乘以一個系數(shù)w(0<w<1)。應用證據(jù)理論把這些信息組合起來，使最終選線結(jié)果反映了各種方法共同的支持點，選線結(jié)果非常可靠。

8) 連續(xù)選線技術(shù)

連續(xù)判斷技術(shù)是針對小電流接地系統(tǒng)單相接地故障中故障信號微弱、容易受干擾的特點而采取的技術(shù)措施。該技術(shù)不完全依賴于一次判斷的結(jié)果，而是綜合考慮全過程的情況。裝置在故障沒有消失的情況下每隔1秒鐘重復進行選線計算，直至故障消失，這樣可以有效地排除少數(shù)幾次誤判。

3．母線分段運行或并列運行的控制方式

控制器可以采用“一拖一”或“一拖二”的控制方式，兩種方式下在母線分段或并列運行情況下的控制方法不同。

1)  “一拖一”控制方式

“一拖一”控制方式即一個控制器只控制一臺消弧線圈，兩段母線的消弧線圈需要配置兩個控制器。

分段運行

在系統(tǒng)正常運行時，兩臺控制器分別計算兩段母線的電容電流，同時按照調(diào)諧標準(用戶指定的脫諧度)給出消弧線圈目標檔位。當發(fā)生單相接地故障時，控制器調(diào)節(jié)故障母線的消弧線圈達到過補償。

并列運行

在系統(tǒng)正常運行時，I段控制器計算兩段母線的電容電流，Ⅱ段控制器閉鎖，當發(fā)生單相接地故障時，只有Ⅰ段消弧線圈進行調(diào)諧。

2)  “一拖二”控制方式

“一拖二”控制方式即一個控制器控制兩臺消弧線圈，兩段母線的消弧線圈只需要配置一個控制器。建議用戶采用“一拖二”控制方式。

分段運行

在系統(tǒng)正常運行時，控制器分別計算兩段母線的電容電流，同時按照調(diào)諧標準(殘流最小或指定脫諧度數(shù)值等)給出消弧線圈目標檔位。當發(fā)生單相接地故障時，控制器按照事先計算好的方案只調(diào)節(jié)故障母線消弧線圈達到過補償。

并列運行

如果計算出一臺消弧線圈能夠達到過補償，則調(diào)節(jié)一臺消弧線圈；一臺消弧線圈補償不足，則將某一臺消弧線圈全部投入，差額部分由第二臺調(diào)節(jié)完成，裝置默認Ⅰ段消弧線圈具有優(yōu)先權(quán)，故障時最先調(diào)節(jié)或全部投入，Ⅱ段消弧線圈調(diào)節(jié)差額。

又分為如下兩種情況：

（1）一臺消弧線圈運行、另一臺（檢修）退出

控制器計算兩段母線的電容電流，給出電抗器的組合方案。當發(fā)生單相接地故障時，控制器按照事先計算好的方案調(diào)節(jié)該消弧線圈達到過補償。

（2）兩臺消弧線圈都運行   

控制器計算兩段母線的電容電流，在確定電抗器組合方案的時候，控制器首先判斷僅調(diào)節(jié)一臺消弧線圈是否能夠達到過補償點，如果可行就只調(diào)節(jié)一臺消弧線圈；如果不可行，就調(diào)節(jié)兩個消弧線圈。當發(fā)生單相接地故障時，按照事先計算好的方案控制一臺或兩臺消弧線圈達到過補償。

舉例說明如下：

假設變電站兩段母線各安裝一套消弧線圈，消弧線圈補償電感電流各80A，兩段母線處于并列運行狀況，且消弧線圈都投入運行。

[情況1]如果兩段母線的所有線路電容電流為70A，則發(fā)生單相接地故障后，控制器調(diào)節(jié)一臺消弧線圈的電感電流達到74A， 實現(xiàn)過補償并進行選線。

[情況2]如果兩段母線的所有線路電容電流為110A，則發(fā)生單相接地故障后，控制器調(diào)節(jié)一臺消弧線圈的電感電流為80A，同時調(diào)節(jié)另一臺消弧線圈的電感電流為34A，兩臺消弧線圈一起提供114A的電感電流，實現(xiàn)過補償并進行選線。

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