【正文】 “隨調(diào)式”消弧線圈必須利用電氣調(diào)節(jié)完成。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) 2 消弧線圈的結(jié)構(gòu)原理 消弧線圈，即是一種鐵心帶有氣隙的可調(diào)電感線圈。然后通過(guò) MATLAB 進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證其可行性和誤差等。然后通過(guò) MATLAB 對(duì)各種方法進(jìn)行仿真分析，并深入研究其控 制理論。 據(jù)此，本文本著尋找一種新的、有效的消弧線圈調(diào)諧控制方法的目的而展開(kāi)。 本文研究?jī)?nèi)容和主要工作 通過(guò)消弧線圈的作用我們 可以看到，根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的變化，及時(shí)而正確的調(diào)整消弧，能夠有效地提高電網(wǎng)的安全性和可靠性。要提高消弧線圈的調(diào)諧精度和補(bǔ)償效果，首先就要進(jìn)一步提高電容電流的計(jì)算精度。 隨著電力系統(tǒng)對(duì)安全可靠性要求的日益提高，用戶對(duì)消弧線圈調(diào)諧精度和補(bǔ)償效果的要求也越來(lái)越高。其根本思想都是利用電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的中性點(diǎn)位移電壓、中性點(diǎn)電流以及消弧線圈電感值等參數(shù)，計(jì)算得到電網(wǎng)的對(duì)地總?cè)菘?；然后由單相故障時(shí)的零序回路，計(jì)算當(dāng)前運(yùn)行方式下的電容電流。顯然，對(duì)電網(wǎng)電容電流的計(jì)算精度，將直接影響消弧線圈的調(diào)諧和補(bǔ)償效果。 諧振接地系統(tǒng)消弧線圈調(diào)諧原理的發(fā)展現(xiàn)狀及意義 諧振接地系統(tǒng)的電容電流計(jì)算是自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償?shù)?依據(jù)。我們稱 消弧線圈的這種調(diào)諧控制方式為“預(yù)調(diào)諧和隨調(diào)諧相結(jié)合式”。它可完全避免諧振過(guò)電壓的出現(xiàn)，但卻失去了對(duì)瞬間接地電弧的熄滅作用，消弧線圈在單相接地故障發(fā)生瞬間相當(dāng)于完全不起作用，甚至于出現(xiàn)接地點(diǎn)電流放大等問(wèn)題，顯然接地瞬間的接地電流過(guò)大不利于電弧的瞬 間自熄，也不利于保障電網(wǎng)的安全。 2．“隨調(diào)式”的特點(diǎn)是：電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，消弧線圈被調(diào)整到遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)處，故障發(fā)生時(shí)再通過(guò)快速的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)迅速調(diào)整到全補(bǔ)償點(diǎn)上以實(shí)現(xiàn)消弧。 引起上述問(wèn)題的根本原因是這類消弧線圈不能實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)所致，很顯然，如果消弧線圈能夠做到快速調(diào)節(jié)，那么消弧線圈的調(diào)諧就可以不必受到阻尼電阻的限制。它需要在系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)迅速退出阻尼電阻，實(shí)現(xiàn)最佳補(bǔ)償，使電弧熄滅，但是由于切除電阻不夠快，在單相接地故障發(fā)生的起始一段時(shí)間內(nèi)不能補(bǔ)償接地點(diǎn)電容電 流，阻尼電阻的存在，增大了單相接地的有功成分，加快了熄弧后中性點(diǎn)振蕩電壓的衰減速度，從而加快了故障相恢復(fù)電壓的上升速度，不利于電弧熄滅，實(shí)際上，削弱了消弧線圈的功能。 1．“預(yù)調(diào)式”的特點(diǎn)：一是由于消弧線圈電感量的調(diào)整較慢，無(wú)法滿足故障 時(shí)候的跟蹤補(bǔ)償速度要求，因此必須在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，跟蹤檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)地電容電流并調(diào)節(jié)消 弧線圈電感量使之能與對(duì)地電容發(fā)生諧振，即預(yù)先調(diào)節(jié)于諧振點(diǎn)的工作方式；二是由于消弧線圈預(yù)調(diào)至諧振點(diǎn)處，為了限制此時(shí)出現(xiàn)的位移過(guò)電壓，在消弧線圈上需串聯(lián)或并聯(lián)阻尼電阻器，使得電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)串聯(lián)諧振過(guò)電壓小于 ?U 。 從發(fā)揮消弧線圈的作用來(lái)看，脫諧度度 ? 的絕對(duì)值越小越好，最好是處在全補(bǔ)償狀態(tài)，即調(diào)諧至諧振點(diǎn)上；但是，在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，消弧線圈調(diào)諧至全補(bǔ)償時(shí)會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的串聯(lián)諧振過(guò)電壓，這是不允許的。合理確定消弧線圈的調(diào)諧控制方式，不但可以最大程度的消除電網(wǎng)的各種電弧接地故障，而且可以有效的減少產(chǎn)生弧光接地過(guò)電壓的概率，并有效抑制過(guò)電壓的幅值；同時(shí)如果接地電流更小，也將最大限度的減小故障點(diǎn)的熱破壞作用。這些自動(dòng)調(diào)諧的消弧線圈，可以自動(dòng)適時(shí)地監(jiān)測(cè)跟蹤電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化，快速地調(diào)節(jié)消弧線圈的電感值，以調(diào)諧變化的電容電流，使脫諧度始終處于規(guī)定的范圍內(nèi)。進(jìn)入上世紀(jì) 80年代后，歐洲及前蘇聯(lián)等國(guó)家，先后研制出兩種新產(chǎn)品，即氣隙可調(diào)式和直流偏磁式消弧線圈，并廣泛應(yīng)用于歐洲、亞洲等地。主要表現(xiàn)在：（ 1）調(diào)整困難，操作繁瑣；（ 2）脫諧度測(cè)量困難；（ 3）調(diào)諧不當(dāng)易產(chǎn)生諧振過(guò)電壓。因此，研制可調(diào)諧消弧線圈，是消弧線圈技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，在此背景下，產(chǎn)生了離線式手動(dòng)調(diào)節(jié)的消弧線圈。最早的消弧線圈采用的是固定電抗器結(jié)構(gòu)，其電抗值是固定的，所以補(bǔ)償量也是固定的。我國(guó)在消弧控制技術(shù)方面也開(kāi)展了多年的研究，推出多種形式的消弧線圈，并提出多種地接地電流檢測(cè)及相應(yīng)的控制 方式。綜上中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁(yè) 所述，當(dāng)電網(wǎng)未發(fā)生單相接地故障時(shí)，一般將消弧線圈的脫諧度控制在遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)的一定范圍內(nèi)，或?qū)τ陬A(yù)調(diào)諧消弧線圈來(lái)說(shuō)串聯(lián)限制諧振過(guò)電壓的阻尼電阻 [2]。如煤礦 6KV 電網(wǎng)，當(dāng)消弧線圈處于全補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)，電網(wǎng)正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下其中性點(diǎn)位移電壓是未補(bǔ)償電網(wǎng)的 10～ 25 倍，這就是通常所說(shuō)的串聯(lián)諧振過(guò)電壓。 從發(fā)揮消弧線圈的作用上來(lái)看，脫諧度的絕對(duì)值越小越好，最好是處于全補(bǔ)償狀態(tài)，即調(diào)至諧振點(diǎn)上。 由于接地故障電流的減小，有力的限制了接地電流和電弧的電動(dòng)力 、熱效應(yīng)和空氣游離等的破壞作用，防止或減小了在故障點(diǎn)形成永久性故障的概率，使故障點(diǎn)介質(zhì)絕緣的恢復(fù)強(qiáng)度很容易地超過(guò)故障相電壓的恢復(fù)初速度，如此，接地電弧得以徹底熄滅，諧振接地電網(wǎng)便在瞬間恢復(fù)了正常運(yùn)行。 消弧線圈的作用和特點(diǎn) 配電網(wǎng)中性點(diǎn)裝設(shè)消弧線圈，主要是為了自動(dòng)消除由于電網(wǎng)接地故障所引發(fā)的接地電弧。在接地點(diǎn)互相補(bǔ)償。而 LI 滯后 CU 90176。 由圖 ，在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，流過(guò)接地點(diǎn)的電流是接地電容電流 CI 與流過(guò)消 弧線圈的電感電流 LI 之和。該電容電流是正常運(yùn)行時(shí)一相對(duì)地電容電流的 3倍，且超前故障相電壓 90176。 但 是 電壓為 380/220V 的系統(tǒng)， 通常 采用三相五線制 。 (3)2060kV 的系統(tǒng)，是一種中間情況，一般單相接地時(shí)的電容電流不很大，網(wǎng)絡(luò)不很復(fù)雜，設(shè)備絕緣水平的提高或降低對(duì)于造價(jià)影響不很顯著，所以一般均采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式。 我國(guó)電力系統(tǒng)接地方式現(xiàn)狀 目前我國(guó)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式，大體是： (1)對(duì)于 610kV 系統(tǒng)，由于設(shè)備絕緣水平按線電壓考慮對(duì)于設(shè)備造價(jià)影響不大，為了提高供電可靠性，一般均采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的方式。此外當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，無(wú)論是永久性的還是非永久性的，均作用 于 跳閘，使線路的跳閘次數(shù)大大增加，影響了用戶的正常供電，使其供電的可靠性下降。由此可見(jiàn)，采中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁(yè) 用中電阻接地方式能在單相接地故障時(shí)產(chǎn)生限流降壓作用，對(duì)設(shè)備絕緣等級(jí)要求較低，其耐壓水平可以按相電壓來(lái)選擇。另外采用電阻接地方式的變電所當(dāng)發(fā)生單相金屬性接地后，健全相電壓上升至系統(tǒng)電壓，接地跳開(kāi)后，三相電壓迅速恢復(fù)到正常值，接地點(diǎn)電流值由系統(tǒng)電容電流的大小和中性點(diǎn)電阻值共同決定。 （ 3）中性點(diǎn)經(jīng)電阻接 地 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)，即是 在 中性點(diǎn)與大地之間接入一定電阻值的電阻。其次，消弧線圈本身是感性元件，與對(duì)地電容構(gòu)成諧振回路，在一定條件下能發(fā)生諧振過(guò)電壓。 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的缺點(diǎn)主要在于零序保護(hù)無(wú)法檢出接地的故障線路。此外，通過(guò)對(duì)消弧線圈無(wú)載分接開(kāi)關(guān)的操作，使之能在一定范圍內(nèi)達(dá)到過(guò)補(bǔ)償運(yùn)行，從而達(dá)到減小接地電流。而消弧線圈是一個(gè)具有鐵心的可調(diào)電感，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生接地故障時(shí)，接地電流通過(guò)消弧線圈時(shí)呈電感電流，對(duì)接地電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，使通過(guò)故障點(diǎn)的電流減小到能自行熄弧范圍。雖然中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)具有發(fā)生單相接地故障仍可以繼續(xù)供電的突出優(yōu)點(diǎn)，但也存在產(chǎn)生 間歇性電弧而導(dǎo)致過(guò)電壓的危險(xiǎn)。自從 1916 年發(fā)明了消弧線圈至今，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)已有 80 多年的歷史。由于對(duì)地電容中的能量不能釋放，造成電壓升高，從而產(chǎn)生弧光接地過(guò)電壓或諧振過(guò)電壓，其值可達(dá)很高的倍數(shù)，對(duì)設(shè)備絕緣造成威脅。中性點(diǎn)不接地方式缺點(diǎn)在于因其中性點(diǎn)是絕緣的，電網(wǎng)對(duì)地電容中儲(chǔ)存的能量沒(méi)有釋放通路。適用于 10KV 架空線路為主的輻射形或樹(shù)狀形的供電網(wǎng)絡(luò)。 （ 1）中性點(diǎn)不接地系統(tǒng) 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，即是中性點(diǎn)對(duì)地絕緣。 小接地電流系統(tǒng) 小電流接地系統(tǒng)，即中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈或電阻接地系統(tǒng)。對(duì)此需要加強(qiáng)安全教育和正確配置繼電保護(hù)及嚴(yán)格的安全措施，以避免事故。 其次中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)在運(yùn)行中若發(fā)生單相接地故障時(shí)，其接地點(diǎn)還會(huì)產(chǎn)生 較大的跨步電壓與接觸電壓。大接地電流系統(tǒng)不裝設(shè)絕緣監(jiān)察裝置。因此在這種系統(tǒng)中的輸電設(shè)備絕緣水平只需按電網(wǎng)的相電壓考慮，較為經(jīng)濟(jì)。該系統(tǒng)運(yùn)行中若發(fā)生單相接地故障時(shí)，就形成單相接地短路，線路上將流過(guò)很大的短路電流，使線路保護(hù)裝置迅速動(dòng)作 ，斷路器跳閘切除故障。中性點(diǎn)接地方式的選擇涉及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等多方面，是一個(gè)綜合性的問(wèn)題，由于各國(guó)電力技術(shù)的水平和條件、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等因素的不同，各個(gè)國(guó)家對(duì)這個(gè)問(wèn)題的處理方式不盡相同。 所謂電力系統(tǒng)的接地方式，是指電力 系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)和變壓器的中性點(diǎn)與 大地的連接方式。 control of arcsuppression coil。 最后針對(duì)本次設(shè)計(jì)做出總結(jié)。然后通過(guò) MATLAB 仿真分析，驗(yàn)證其可行性和誤差等。然后通過(guò) MATLAB 對(duì)各種方法進(jìn)行仿真分析，并深入研究其控制理論。 本文的工作是針對(duì)目前的電力系統(tǒng)工作特點(diǎn)，為提出更新而且有效的消弧線圈調(diào)諧控制方法而展開(kāi)的。但是隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)的運(yùn)行方式變化很大，傳統(tǒng)手動(dòng)調(diào)節(jié)的消弧線 圈很難 實(shí)現(xiàn)接地電容電流的實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)補(bǔ)償，使得對(duì)接地電流的補(bǔ)償效果很差，無(wú)法滿足配電自動(dòng)化的要求。其中，中性點(diǎn)經(jīng)電阻器接地按照接地電流的大小又分 為高阻接地和低阻接地。 5. 用由 MATLAB 軟件工具搭建的小電流接地電網(wǎng)仿真，來(lái)驗(yàn)證自己分析和設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。 3. 在分析比較消 弧線圈的各種調(diào)諧控制方法的基礎(chǔ)上，提出一種調(diào)諧控制方法，并用微機(jī)數(shù)字信號(hào)處理方法實(shí)現(xiàn)之。 中 國(guó) 礦 業(yè) 大 學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì) 姓 名： XXX 學(xué) 號(hào) ： XXXXXXX 學(xué) 院： 信息與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣 工程 與自動(dòng)化 設(shè)計(jì)題目： 消弧線圈的調(diào)諧控制方法研究 專 題： 指導(dǎo)教 師： XXX 職 稱： 教授 2021 年 6 月 徐州 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 學(xué)院 信電學(xué)院 專業(yè)年級(jí) 電氣 工程與自動(dòng)化 055 學(xué)生姓名 XXX 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 ： 2021 年 2 月 16 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： 2021 年 2 月 16 日至 2021 年 6 月 20日 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： 消弧線圈的調(diào)諧控制方法研究 畢業(yè)設(shè)計(jì)專題題目： 畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求： 1. 弄清并理解配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式和它們各自的特點(diǎn)，消弧線圈的工作原理、作用和特點(diǎn)。 2. 弄清并熟悉消弧線圈的各種調(diào)諧控制方法，并作分析比較。 4. 用 MATLAB 軟件工具搭建小電流接地電網(wǎng)，并以 MATLAB軟件工具設(shè)計(jì)和搭建所提實(shí)現(xiàn)方法的電路。 院長(zhǎng)簽字： 指導(dǎo)教師簽字： 摘 要 目前，電力系統(tǒng)常用的接地方式有四種：中性點(diǎn)直接接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地、中性點(diǎn)經(jīng)電阻器接地 和 中性點(diǎn)不接地。 在我國(guó)配電網(wǎng)中，普遍采用 了 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的接地方式，這種接地方式大大提高了電網(wǎng)的供電可靠性。因此，自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)南【€圈及其調(diào)諧控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。 本文首先介紹了當(dāng)前消弧線圈調(diào)諧控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，其中包括現(xiàn)有的幾種消 弧線圈類型以及現(xiàn)有的幾種消弧線圈自動(dòng)調(diào)諧控制方法：中性點(diǎn)位移電壓、動(dòng)態(tài)調(diào)諧方法和注入信號(hào)法等等。 接下來(lái)根據(jù)以上的理論分析和學(xué)習(xí)，在原有方法的基礎(chǔ)上，提出一種新的調(diào)諧控制方法 電容電流增量法。其中，為了通過(guò)誤差分析尋找外加電容的理想范圍， 本文 做了大量仿真分析工作。 關(guān)鍵詞 ：消弧線圈 ； 消弧線圈調(diào)諧控 制； MATLAB 仿真分析 ABSTRACT Atpresent, the power system grounding methods monly used in four categories: neutralpoint solid ground, neutralpoint grounding through arcsuppression coil, neutralpoint grounding through resistors, insulated neutralpoint. Among them, the neutral grounding through resistor, is divided into highresist