【正文】 f=acos(e)/2。 d=sin()。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 25 頁 r=1。 圖 阻抗三角形原理仿真電路 由仿真得到數(shù)據(jù)后進(jìn)行如下處理， i1=。首先，在 LX = 1LX 時，測得此時的電感電流為 01I ；在 LX = 2LX 時，測得電感電流為 02I ，并記錄兩者的相角差。也就是說，在發(fā)生單相接地故障時，要將其快速切除。 目前，用于自動跟蹤補(bǔ)償?shù)臍庀犊烧{(diào)和在線調(diào)匝式消弧線圈串聯(lián)電阻方式，多采用這一調(diào)諧原理。在使用調(diào)匝式消弧線圈在線調(diào)節(jié)兩個檔位后，或使用氣隙可調(diào)式消弧線 圈任意改變一個氣隙后，均可得到相應(yīng)的電流 01I 和 02I ，以及他們之間的相角差。如圖 。由于在計算中忽略了消弧線圈的損耗電阻和電網(wǎng)阻尼，理論誤差一般在 5％左右。 對于預(yù)調(diào)式消弧線圈，由于中性點(diǎn)加了阻尼電阻，就可以利用串聯(lián)諧振回路中的電阻、電抗之間的阻抗三角形關(guān)系來計算對地電容。若電網(wǎng)參數(shù)不符合，如阻尼率較大時，此種原理誤差較大，不宜采用 。另外，仿真時所取仿真點(diǎn)較少也可能造成一定影響。 從所得數(shù)據(jù)可以看出，在此仿真中，按照理論得到的結(jié)果雖應(yīng)該不存在理論性的錯誤，但是去存在著較大的誤差。i2=(5*2*pi*50)。 v2=48。需要說明的是，所需電感電流 1LI 、 2LI ，并非電流表所測 得的正常運(yùn)行狀態(tài)下消弧線圈流過的電流，而是按照 LL XEI ?? 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 23 頁 所得的故障狀態(tài)下，消弧線圈可提供的電感補(bǔ)償電流。 圖 離線調(diào)諧原理仿真電路 仿真說明： 在進(jìn)行仿真的時候，通過參數(shù)設(shè)置 ，實際上我們是可以直接計算出仿真電路電容電流的，即 )3( CEXEI CC ??? ??? 利用理論求得的 CI ，與按此方法仿真所得的 CI 進(jìn)行比較，可大致分析驗證此種方法的精確性。 MATLAB 驗證分析 通過 matlab 對離線調(diào)諧控制原理進(jìn)行分析。另外，此調(diào)諧控制原理一般適用于電網(wǎng)阻尼率比較小，允許脫諧度大于 10%的場合。如果位移電壓曲線比較平緩，則計算結(jié)果誤差較大。 忽略電網(wǎng)中損耗后，測得對應(yīng)分接頭 T1 和 T2 的中性點(diǎn)位移電壓 1nU 和 2nU ，并有如下關(guān)系式： CLCbdLCLbdbdnIII UXXX UωCωLωLUU111111 1 ??????? （ ） CLCbdbdnIII UωCωLωLUU2222 1 ????? （ ） 由式（ ）和（ ）經(jīng)推導(dǎo)后，得 2112121nnLnnLCUUIUUII???? （ ） 式中， CI —— 電網(wǎng)對地電容電流， A； 1LI 、 2LI —— 對應(yīng)于消弧線圈在分接頭 T1和 T2 時的電感電流， A； 1nU 、 2nU —— 對應(yīng)于消弧線圈在分接頭 T1和 T2 位置時測得的中性點(diǎn) 偏移電壓， V； 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 22 頁 由式（ ）可見，測得兩次中性點(diǎn)位移電壓后，電網(wǎng)三相對地電容電流即可按此式算出，而電網(wǎng)的脫諧度為： LCLCLC X XXI II ????? 在已知了 CI 、 1LI 、 2LI 后，按照此式就可求出電網(wǎng)的脫諧度。那么，未知而待求的就是 CX 。諧振接地電網(wǎng)在正常運(yùn)行情況下的等效電路圖如圖 所示。這也反映出在該調(diào)諧理論的實際應(yīng)用中，參數(shù)、條件會對其造成一定影響，形成誤差，降低調(diào)諧精度。 通過仿真，得到如圖 所示的位移電壓曲線： 20 25 30 35 40 45 50 55 60 652030405060708090100IL中性點(diǎn)位移電壓U0 圖 位移電壓曲線 需要說明的是，雖然順利的得到了該位移電壓曲線。 ，利用電壓表讀取并記錄不同電感值下所對應(yīng)的中性點(diǎn)偏移電壓 0U 。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 20 頁 圖 位移電壓原理 仿真電路 仿真方法： ，如圖 所示； ： R1= /km； R0= /km； L1=；L0=； C1= F； C0= F。 MATLAB 驗證分析 以理論分析為基礎(chǔ)，現(xiàn)對位移電壓原理進(jìn)行 matlab的分析。 U b dX CX LI 0U0 圖 諧振接地系統(tǒng)零序等值電路 這種測量原理僅適用于電網(wǎng)不對稱度較小的場合，對于不對稱度大的電網(wǎng)，當(dāng) ? 5%時，中性點(diǎn)位移電壓將大于 15%相電壓，超過規(guī)程的規(guī)定。因此，調(diào)節(jié)消弧線圈的匝數(shù)或改變氣隙可調(diào)式消弧線圈的氣隙大小等，均可測得不同值的中性位移電壓值。由該圖和第三章所述可知，中性點(diǎn)位移電壓 220 dUU bd?? ? 即 0U 隨著 ? 的變化而變化。但是，前提是消弧線圈必須串聯(lián)或并聯(lián)電阻后方可采用這種方法，否則，諧振時中性點(diǎn)位移很高，將大大超過規(guī)程允許值。 位移電壓原理 位移電壓原理理論 [4] 位移電壓原理是利用串聯(lián)調(diào)諧試驗測得的中性點(diǎn)位移電壓來計算電網(wǎng)的電容電流。據(jù)此，目前國內(nèi)外有：中性點(diǎn)位移電壓法、阻抗三角形法、注入信號法、實時測量原理、調(diào)容原理等等。因此，對地的電容電流會有相應(yīng)變化。 其實，消弧線圈自動調(diào)諧的核心問題，是怎么實現(xiàn)在線測準(zhǔn)電網(wǎng)對地的電容電流。為了消除阻性和高頻分量，可安裝寬帶補(bǔ)償裝置，該裝置可 實現(xiàn)對阻性和高頻電容電流的全補(bǔ)償，因此，實現(xiàn)接地點(diǎn)的電流為零。但是，在現(xiàn)如今先進(jìn)的自動跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)中去可以實現(xiàn)全補(bǔ)償。當(dāng) CL ?? 31? 時， LI CI ,稱為欠補(bǔ)償。 （ 2）過補(bǔ)償。當(dāng) CL ?? 31? 時， LI =CI ,稱為全補(bǔ)償，此時脫諧度 ? =0，其物理意義是指在并聯(lián)諧振電路中，其調(diào)諧的程度達(dá)到了諧振的程度。 流經(jīng)故障點(diǎn)的接地電流 ?jdI 與上述電路的參數(shù)有關(guān)，可以分為三種情況。故可減少故障點(diǎn)的電流。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 17 頁 LR 0R 1 R 2 R 3C 1 C 2 C 3AE? B?CE?bcaaE?b?cE?oR bR dI j d 圖 諧振接地電網(wǎng) A相接地故障圖 aU??LCj ?31?0? UdU? R 0 R bR d I j d 圖 諧振接地電網(wǎng) A相接地故障等效電路圖 如果未串聯(lián)或并聯(lián)電阻器 , 0?bR ,則總的接地電流可計算如下： )13(110 LCjRRUIdajd?? ??????? （ ） 式中 aU? —— 故障相電壓； dR —— 接地點(diǎn)過渡電阻； 0R —— 消弧線圈有功損耗電阻； Lj? —— 消弧線圈電抗； Cj?1? —— 各相對地電抗。 如圖 所示，為一個接有消弧線圈的補(bǔ)償電網(wǎng)發(fā)生單相接地時的情 況。為避免這一情況 發(fā)生，目前國內(nèi)外自動跟蹤消弧裝置以“預(yù)調(diào)諧”方式運(yùn)行時，都另外串聯(lián)或并聯(lián)一電阻器，起作用之一就是防止在脫諧度較小時而產(chǎn)生的這種電壓位移。如有0CK =%,則 XXC UUKU 00 ??? 。 通常要求 0U 不大于電網(wǎng)標(biāo)稱電壓的 15%。 ? —— 補(bǔ)償電網(wǎng)的脫諧度； LI —— 補(bǔ)償電網(wǎng)中的電感電流， A。其 0d 為 3%～ 5%。對于無避雷線的線路來說， CCm 的比值通常為 ～ ，較大數(shù)值對應(yīng)于標(biāo) 稱 電壓 低 的線 路； 有避 雷 線時 ，上 述 比值 大大 降 低。導(dǎo)線的零序 電容 0CCL? 。為了克服這一缺點(diǎn) , 35KV 以上中、高線路均進(jìn)行換位，以使 1C = 2C = 3C =C ,其相間電容 mCCCC ??? 132312 。 由于三相導(dǎo)線排列的不對稱性，三相對地電容 1C 、 2C 、 3C 是不相等的，最大相差可達(dá) 10%。 Lg 代表消弧線圈的損耗電導(dǎo) [4]。 補(bǔ)償電網(wǎng)正常運(yùn)行情況分析 補(bǔ)償電網(wǎng)的接線圖如圖 所示。經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)，稱為諧振接地系統(tǒng)。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 14 頁 3 諧振接地系統(tǒng)基礎(chǔ)分析 在電網(wǎng)中性點(diǎn)與地之間接入消弧線圈之后，電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，其單相接地電容電流將會得到有效的補(bǔ)償。這使得消弧線圈的調(diào)諧控制更加方便、準(zhǔn)確而且有效，從而使消弧線圈充分發(fā)揮其作用，不斷地提高電網(wǎng)的可靠性和安全性。這種方式既有快速消弧的功能，又能連續(xù)平滑調(diào)節(jié)補(bǔ)償電流量；雖然會引入一定的諧波，但理論推導(dǎo)與實驗結(jié)果表明，由于所控制的細(xì)調(diào)線圈的容量只占到消弧線圈總?cè)萘康?15%以下，給系統(tǒng)引入的諧波很小。此消弧線圈的不足是設(shè)備構(gòu)件數(shù)量較多。即利用電子開關(guān)的快速響應(yīng)特性，提高諧振接地電網(wǎng)的自動化水平，同時，在電感電流過零時投切輔消弧線圈，對系統(tǒng)的幾乎沒有諧波污染。這種消弧線圈以我國電力系統(tǒng)普遍應(yīng)用的自動調(diào)匝式消弧線圈為主體，串聯(lián)輔以晶閘管電子開關(guān)投切的 N 個細(xì)調(diào)線圈 稱之為從消弧線圈，它們的電感值采用二進(jìn)制組合，可構(gòu)成 個補(bǔ)償值。電容器的最大問題是過電壓運(yùn)行能力差，存在非線性。在線實時監(jiān)測，自動調(diào)諧，動態(tài)調(diào)諧，無需阻尼電阻。此種消弧線圈的優(yōu)點(diǎn)為：由于采用了晶閘管電子開關(guān)，響應(yīng)速度快。 調(diào)容式消弧線圈 調(diào)容式消弧線圈由帶二次繞組的消弧線圈和多組不同容量的 TSC 構(gòu)成，如圖。其在工作過程中，只有這兩小段會磁路飽和，而其余各處鐵芯均處于未飽和狀態(tài)，因此其伏安特性為線性特性。這就相當(dāng)于實現(xiàn)了消弧線圈容量的平滑連續(xù)調(diào)節(jié)。其電氣原理及鐵芯結(jié)構(gòu)如圖 所示。缺點(diǎn)則是：需要附加電源，設(shè)計、制造技術(shù)復(fù)雜，造價成本高；需要直流勵磁，控制復(fù)雜，長時間勵磁還會使鐵心過熱。該補(bǔ)償方式不串聯(lián)阻尼電阻，稱之為“隨調(diào)式”補(bǔ)償方案。 1994 年，直 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 vA CBVL 1L 2L 3 / 2 L 3 / 2C 2C 1R C 3 圖 三相五柱干式消弧線圈 流偏磁式消弧線圈 ZDB6/80 研制成功并投入某 6kV 電網(wǎng)運(yùn)行，該直流偏磁式消弧線圈的原理是在交流工作繞組內(nèi)設(shè)置一個鐵心磁化段，通過改變直流助磁磁通的大小，以調(diào)節(jié)交流的等值磁導(dǎo)，使其電感連續(xù)可調(diào)，其基本結(jié)構(gòu)如圖 所示。 直流偏磁式消弧線圈 [4] 直流偏磁式消弧線圈的基本工作原理是利用附加直流勵磁磁化鐵心，改變鐵心的磁導(dǎo)率，實現(xiàn)電感量的連續(xù)變化。該系統(tǒng)既能在單相接地故障前運(yùn)行在“預(yù)調(diào)諧工作方式”，也可在系統(tǒng)發(fā)生接地故障時進(jìn)行實時調(diào)諧，因而可以較好的保證接地故障時對接地容性電流變化的自動調(diào)諧。其最大優(yōu)點(diǎn)在于用磁路將接地變壓器和消弧線圈融為一體，通過控制晶閘管導(dǎo)通 角以改變電感 L3的等值電感量實現(xiàn)消弧線圈電感量的細(xì)調(diào)。 上述裝置存在的不足主要是消弧線圈調(diào)諧精度不夠，故消弧線圈不能始終運(yùn)行于最佳補(bǔ)償狀態(tài)。當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行發(fā)生 變化時，自動調(diào)節(jié)電抗器的分接頭，使殘流限制在允許范圍內(nèi)。 中 間 鐵 芯 塊軛 鐵軛 鐵可 調(diào) 空 氣 隙可 調(diào) 空 氣 隙繞 組可 調(diào) 柱 塞 式 鐵 芯蝸 桿鐵 芯繞 組氣 隙 （ a）氣隙可調(diào)柱塞式消弧線圈 （ b）氣隙可調(diào)鐵芯式消弧線圈 圖 氣隙可調(diào)式消弧線圈結(jié)構(gòu)示意圖 自動調(diào)匝式消弧線圈 1994 年 12 月，邯鄲電力實業(yè)有限公司和邯鄲市邯山電力自動化研究所聯(lián)合開發(fā)出一種 6～ 35kV 中性點(diǎn)小電流接地系統(tǒng)自動調(diào)諧消弧裝置。 此類裝置的不足之處主要是：通過連續(xù)調(diào)節(jié)磁路中的間隙長度來獲得連續(xù)變化的電感，采用較精密的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，響應(yīng)速度慢，噪聲較大。此類消弧線圈采用調(diào)整消弧線圈內(nèi)部氣隙大小的方法，實現(xiàn)了連續(xù)無級電感調(diào)節(jié)。 下面詳細(xì)說明現(xiàn)有幾種消弧線圈的結(jié)構(gòu)原理。我國現(xiàn)有的自動跟蹤補(bǔ)償消弧線圈，根據(jù)自身等值電感調(diào)節(jié)方式 的不同，可分為：氣隙可調(diào)式、調(diào)匝式、直流偏磁式、磁閥式、調(diào)容式等等。為了彌補(bǔ)手動調(diào)節(jié)消弧線圈的不足，我國從 80年代起開展了自動調(diào)諧消弧線圈的研究。調(diào)節(jié)時需要把消弧線圈與電網(wǎng)隔離，調(diào)節(jié)過程相當(dāng)繁瑣，也會使電網(wǎng)的全部或部分暫時失去補(bǔ)償。這種方式在系統(tǒng)正常運(yùn)行時，將消弧線圈設(shè)置在距離諧振點(diǎn)不遠(yuǎn)的一個過補(bǔ)償點(diǎn)位置處，如過補(bǔ)償約 15%的地方，而當(dāng)線 路中發(fā)生電弧不能被熄滅的單相接地故障時，將其迅速調(diào)至全補(bǔ)償點(diǎn)?！邦A(yù)調(diào)式”消弧線圈可利用機(jī)械調(diào)節(jié)或電氣調(diào)節(jié)完成，而