【正文】 要影響。 其 可以分為大接地電流系統(tǒng)和小接地電流系統(tǒng)，前者即中性點(diǎn)直接接地電流系統(tǒng)，后者又分為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈或電阻接地系統(tǒng)。 大接地電流系統(tǒng) 大接地電流系統(tǒng)，即將中性點(diǎn)直接接地。大電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)，中性點(diǎn)電位仍為零，非故障相對(duì)地電壓基本不變，這是它的最大優(yōu)點(diǎn)。此外，該系統(tǒng)單相接地故障時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生間歇性電弧引起的過 電壓，不會(huì)因此而導(dǎo)致設(shè)備損壞。 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)缺點(diǎn)也很多： 首先是發(fā)生單相接地故障時(shí)，不允許電網(wǎng)繼續(xù)運(yùn)行，防止短路電流造成較大的損失，因此可靠性不如小接地電流系統(tǒng)。此時(shí)若工作人員誤登桿或誤碰帶電導(dǎo)體，容易發(fā)生觸電傷害事故。 第三，中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)單相接地故障時(shí)產(chǎn)生的接地電流較大，對(duì)通訊系統(tǒng)的干擾影響也大，特別是當(dāng)電力線路與通訊線路平行走向時(shí)，由于耦合產(chǎn)生感應(yīng)電壓，對(duì)通訊造成干擾。小接地電流系統(tǒng)可分為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，中性點(diǎn)經(jīng)消弧圈接地或經(jīng)電阻接地系統(tǒng)。這種接地方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行方便，不需任何附加設(shè)備，投資經(jīng)濟(jì)。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在于發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于接地電流很小，若是瞬時(shí)故障，一般能自動(dòng)熄弧，非故障相電壓升高不大，不會(huì)破壞系統(tǒng)的中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁(yè) 對(duì)稱性，根據(jù)安全規(guī)定，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后可允許繼續(xù)運(yùn)行不超過兩小時(shí)，從而獲得排除故障時(shí)間，相對(duì)地提高了供電的可靠性。在發(fā)生弧光接地時(shí)，電弧的反復(fù) 熄火與重燃，也是向電容反復(fù)充電過程。 （ 2）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，即是將中性點(diǎn)通過一個(gè)電感消弧線圈接地。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的優(yōu)點(diǎn)在于其能迅速補(bǔ)償中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地時(shí)產(chǎn)生電容電流，減少弧光過電壓的發(fā)生。當(dāng)接地電流大于 30A 時(shí)，產(chǎn)生的電弧往往不能自熄，造成弧光接地過電壓概率增大，不利于電網(wǎng)安全運(yùn)行。而當(dāng)電流過零而電弧熄火后，消弧線圈尚可減少故障相電壓的恢復(fù)速度，從而減少了電弧重燃的可能，有利于單相接地故障的消除。這可使電網(wǎng)持續(xù)運(yùn)行 一段時(shí)間，相對(duì)地提高了供電可靠性。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)，由于接地點(diǎn)殘流很小，且根據(jù)規(guī)程要求消弧線圈必須處于過補(bǔ)償狀態(tài)，接地線路和非接地線路流過的零序電流方向相同，故零序過流、零序方向保護(hù)無法檢測(cè)出已接地的故障線路。第三、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地僅能降低弧光接地過電壓的概率，還是不能徹底消除弧光接地過電壓，也不能降低弧光接地過電壓的幅值。該電阻與系統(tǒng)對(duì)地電容構(gòu)成并聯(lián)回路，由于電阻是耗能元件，也是電容電荷釋放元件和諧振的阻壓元件，對(duì)防止諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓 ， 有一定優(yōu)越性。在發(fā)生非金屬性接地時(shí)，受接地點(diǎn)電阻的影響，流過接地點(diǎn)和中性點(diǎn)的電流比金屬性接地時(shí)有顯著降低，同時(shí)，健全相電壓上升也顯著降低 ，零序電壓值約為單相金屬性接地的一半。 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)的缺點(diǎn)在與由于接地點(diǎn)的電流較大，當(dāng)零序保護(hù)動(dòng)作不及時(shí)或拒動(dòng)時(shí)，將使接地點(diǎn)及附近的絕緣受到更大的危害，導(dǎo)致相間故障發(fā)生。 總之，在三相交流電力系統(tǒng)中，采用哪種接地方式要根據(jù)電壓等級(jí)的高低、系統(tǒng) 容量的大小、線路的長(zhǎng)短和運(yùn)行氣象條件等因素經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較來確定的，以達(dá)到較好的工程效果。 (2)對(duì)于 110kV 及以上的系統(tǒng)，主要考慮降低設(shè)備絕緣水平，簡(jiǎn)化繼電保護(hù)裝置，一般 均采用中性點(diǎn)直接接地的方式， 并采用送電線路全線架設(shè)避雷線和裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置等措施，以提高供電可靠性。 (4)1KV 以下的電網(wǎng)的中性點(diǎn)采用不接地方式運(yùn)行 。 消弧線圈工作原理、作用和特點(diǎn) 消弧線圈工作原理 在中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，接地點(diǎn)會(huì)流過較大的電容電流。 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電 力系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時(shí)的電路圖和向量圖如下 [1]： U AU BU CI c BI c AI CI L 圖 消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地電路圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁(yè) U CI LI C0 圖 消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地向量圖 消弧線圈實(shí)際上就是帶氣隙鐵心線性電感線圈，其電阻很小，感抗很大。從圖 可見， CI 超前 CU 90176。所以 CI 與 LI 相差 180176。這就是消弧線圈的基本工作原理。其作用的原理有兩個(gè)： 一是消弧線圈的電感電流補(bǔ)償了電網(wǎng)的接地電容電流，限制了接地故障電流的破壞作用，使殘余電流的接地電弧易于熄滅； 二是當(dāng)殘流過零熄弧后，又能降低故障相恢復(fù)電壓的初速度及其幅值，避免接地電弧的重燃并使之徹底熄滅。 對(duì)于消弧線圈的正確調(diào)諧，即電感電流接地或等于電容電流，工程上用脫諧度 ? 來描述調(diào)諧程度 : LLC III )( ??? 當(dāng) ? =0 時(shí)，稱為全補(bǔ)償，當(dāng) ? 0 時(shí)為欠補(bǔ)償， ? 0 時(shí)為過補(bǔ)償。但是在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，小脫諧度的消弧線圈將產(chǎn)生各種諧振過電壓。除此之外，電網(wǎng)的各種操作 (如大電機(jī)的投入，斷路器的非同期合閘等 )都可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的過電壓，所以電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí) ，或發(fā)生單相接地故障以外的其它故障時(shí)，小脫諧度的消弧線圈給電網(wǎng)帶來的不是安全因素而是危害。 消弧控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 諧振接地系統(tǒng)消弧控制技術(shù)主要包含消弧線圈的結(jié)構(gòu)形式及與其相適應(yīng)的運(yùn)行控制策略、接地電容電流檢測(cè)和諧振接地系統(tǒng)故障選線等幾方面研究?jī)?nèi)容。 消弧線圈結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀 在中性點(diǎn)諧振接地系統(tǒng)中，消弧線圈的控制技術(shù)是與消弧線圈的具體結(jié)構(gòu)形式密不可分的。其作用只能是在一定程度上減小了接地殘流，降低了接地電弧危害，具有顯而易見的局限性。但是，如果消弧線圈接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制調(diào)節(jié)不當(dāng)，系統(tǒng)同樣會(huì)出現(xiàn)其他新的問題，尤其是隨著配電系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)的采用離線式手動(dòng)調(diào)節(jié)的 消弧線圈，由于存在著許多缺陷和不足，已經(jīng)不能滿足新的發(fā)展需要。 正是由于傳統(tǒng)的消弧線圈存在著上述缺陷，伴隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和電力電子應(yīng)用技術(shù)的突飛猛進(jìn)發(fā)展，消弧線圈的研究進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展時(shí)期，出現(xiàn)了各種各樣的自動(dòng)調(diào)諧式消弧線圈結(jié)構(gòu)和控制方法。我國(guó)于 1991 年研制出氣隙鐵心可調(diào)式消弧線圈，接著 又開發(fā)出在線分級(jí)調(diào)匝式、直流偏磁式、直流磁閥式、調(diào)容式和高短路阻抗變壓器式等具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的消弧裝置。 自動(dòng)消弧線圈調(diào)諧控制方式的發(fā)展現(xiàn)狀 [3] 一種消弧線圈的結(jié)構(gòu)決定了其所采用的調(diào)諧控制方式。無論系統(tǒng)線路的對(duì)地電容電流有多大，消弧線圈都可以有效的控制接地電流，這意味著系統(tǒng)的安全可靠性大大提高；同時(shí)故障電弧的自熄也使得供電質(zhì)量得到了改善。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁(yè) 目前，有三種方法解決這個(gè)矛盾，一是采用“預(yù)調(diào)式”調(diào)諧控制方式 全補(bǔ)償外加阻尼電阻運(yùn)行方式，前面提到的調(diào)氣隙式消弧線圈、自動(dòng)調(diào)匝式消弧線圈以及三相五柱組合式消弧線圈均采用了這種補(bǔ)償方式；二是采用“隨調(diào)式” 調(diào)諧控制方式 遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)補(bǔ)償方式，目前的直流偏磁式消弧線圈、高短路阻抗消弧線圈以及大部分調(diào)容式消弧線圈均采用了這種補(bǔ)償方式；三是采用“預(yù)調(diào)諧和隨調(diào)諧相結(jié)合式”的調(diào)諧控制方式，主從微調(diào)電抗式消弧線圈采用這種形式。在國(guó)內(nèi)，自從調(diào)氣隙式消弧線圈研制成功并投入現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行以后，這種補(bǔ)償方式便被廣泛采用。而且?guī)砹穗娮柰肚袡C(jī)械動(dòng)作可靠性和電阻過熱損毀、投切次數(shù)、開關(guān)壽命等一系列問題。為此，人們陸續(xù)開發(fā)了可快速調(diào)節(jié)的新型消弧線圈，如：直流偏磁式消弧線圈、高短路阻抗消弧線圈以及調(diào)容式消弧線圈，但是，如上文 分析指出，由于受到消弧線圈結(jié)構(gòu)上的限制，這些消弧線圈均采用“隨調(diào)式”調(diào)諧控制方式，使得消弧線圈在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)工作于一個(gè)比較大的過補(bǔ)償點(diǎn)或欠補(bǔ)償點(diǎn)處。這種補(bǔ)償方式也稱為動(dòng)態(tài)調(diào)諧方式。 3．既然實(shí)現(xiàn)消弧線圈的快速調(diào)節(jié)是消弧線圈發(fā)展的方向，而現(xiàn)有的消弧線圈在結(jié)構(gòu)上和調(diào)諧控制方式上均存在對(duì)熄弧不利的因素，如果設(shè)想一種快速可調(diào)的消弧線圈，正常運(yùn)行時(shí)置于距離諧振點(diǎn)不遠(yuǎn)的一個(gè)過補(bǔ)償點(diǎn)位置處，這樣發(fā)生單相接地故障時(shí)，因?yàn)榇藭r(shí)接地故障殘流已經(jīng)得到有效的補(bǔ)償，因此即使消弧線圈不作任何調(diào)整，也能自動(dòng)消除系統(tǒng)中發(fā)生的大部分電弧接地故障，消弧線圈對(duì)于接地故障的響應(yīng)時(shí)間為 0 秒；而對(duì)于少數(shù)不能被消除的電弧接地故障，則將具有中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁(yè) 快速響應(yīng)特性的消弧線圈迅速調(diào)整到諧振點(diǎn)，使其徹底熄滅。 采取這種控制策略的消弧線圈在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，消弧線圈不在諧振點(diǎn)，不會(huì)引起中性點(diǎn)位移過電壓，不用串聯(lián)或并聯(lián)阻尼電阻，避免了在電網(wǎng)一次回路中串聯(lián)或并聯(lián)電阻帶來的一系列問題，而且，由于消弧線圈在故障發(fā)生的瞬間起到了有效的補(bǔ)償作用，提高了故障瞬間的熄弧能力；快速可調(diào)節(jié)的消弧線圈在故障后能夠迅速的向諧振點(diǎn)移動(dòng)，這使得消弧線圈的熄弧能力大大提高。由于故障后，消弧線圈必須快速合理地補(bǔ)償電容電流，以使接地電弧快速自熄，所以消弧線圈應(yīng)實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化，在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，測(cè)量計(jì)算當(dāng)前運(yùn)行方式下的電容電流，以合理調(diào)節(jié)消弧線圈的出力。 目前，根據(jù)各種消弧線圈有多種不同的調(diào)諧控制原理。 計(jì)算對(duì)地容抗的具體方法有： 中性點(diǎn)位移電壓法、中性點(diǎn)電流最大值法、兩點(diǎn)法、三點(diǎn)法、阻抗三角形法、注入信號(hào)法等等，這些方法的詳細(xì)分析將在第三章進(jìn)行。而現(xiàn)有的各種消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置中所采用的計(jì)算理論和方法，無法很好滿足用戶的要求。同時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)化自動(dòng)裝置對(duì)消弧線圈調(diào)諧和補(bǔ)償?shù)目刂疲匀〉酶玫男Ч?，滿足用戶的需要。而隨著目前對(duì)電網(wǎng)各項(xiàng)指標(biāo)要求的不斷提高，找到有效控制消弧線圈的方法，提高其控制精度已成為一種必然趨勢(shì)。首先詳細(xì)說明了當(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)有的幾種自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈自動(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。 接下來按照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)中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁(yè) 諧控制方法 電容電流增量法。同時(shí)，通過誤差分析尋找外加電容的理想范圍，做了大量仿真分析工作，為該方法的實(shí)際應(yīng)用做好鋪墊工作。如前所述，就調(diào)諧控制方式而論，消弧線圈可分為三種： （ 1）在接地故障發(fā)生前，調(diào)整消弧線圈到靠近諧振點(diǎn)運(yùn)行的，稱為“ 預(yù)調(diào)式”，在此條件下為使中性點(diǎn)的位移電壓不大于 15％額定電壓，需要串聯(lián)（或并聯(lián)）一定數(shù)值的限壓電阻； （ 2）第二種稱為“隨調(diào)式”，即在正常運(yùn)行情況下，消弧線圈遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)運(yùn)行，中性點(diǎn)位移電壓較低，而在接地故障發(fā)生后，迅即調(diào)整到位，故不需要加裝限壓電阻。 （ 3）第三種是將“預(yù)調(diào)式”和“隨調(diào)式”結(jié)合起來的“預(yù)隨調(diào)式”。 我國(guó)早期采用的消弧線圈是手動(dòng)調(diào)匝式的，根據(jù)估算的系統(tǒng)電容電流進(jìn)行人工調(diào)節(jié)。由于根據(jù)線路長(zhǎng)度估算的電容電流偏差較大，以此為依據(jù)調(diào)節(jié)消弧線圈，其精度不高。隨著自動(dòng)化程度的不斷提高， 90 年代各種方式的消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置相繼問世。調(diào)匝式和氣隙可調(diào)式等屬于“預(yù)調(diào)式”消弧線圈，直流偏磁式、磁閥式和調(diào)容式屬于“隨調(diào)式”消弧線圈，而較新的主輔式電子控制消弧線圈則屬于“預(yù)隨調(diào)式”消弧線圈。 氣隙可調(diào)式消弧線圈 如圖 ，（ a）為氣隙可調(diào)柱塞式消弧線圈， (b)為氣隙可調(diào)鐵芯式消弧線圈。這種消弧線圈需串聯(lián)了一個(gè)電阻于接地回路，用于阻尼諧振過電壓，限制弧 光接地過電壓，實(shí)際上，正常運(yùn)行時(shí)消弧線圈回路中串聯(lián)了阻尼電阻，消弧線圈預(yù)調(diào)至全補(bǔ)償點(diǎn)附近，而在故障時(shí)要短接阻尼電阻以消除電弧，同時(shí)保護(hù)阻尼電阻不至過熱損壞。同時(shí)，對(duì)于氣隙可調(diào)鐵心式消弧線圈，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，由于消弧線圈中通過很大的補(bǔ)償電流，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)力足可將鐵心吸住，使該裝置不可能在發(fā)生單相接地故障后繼續(xù)調(diào)中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁(yè) 諧接地電容電流 [3]。該裝置的接地變壓器采用曲折型結(jié)構(gòu)，其消弧線圈采用 14檔有載開關(guān)的調(diào)匝式電抗器，配以專用接地變壓器和以 8098 為核心的微機(jī)控制器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)接地電容電流。為了實(shí)現(xiàn)全工況工作，即可工作于欠補(bǔ)償，全補(bǔ)償，過補(bǔ)償三種狀態(tài)，其消弧線圈串聯(lián)了一個(gè)電阻于接地回路，抑制電網(wǎng)的中性點(diǎn)位移電壓，把過電壓水平限制在允許值以下。 三相五柱組合式消弧線圈 三相五柱組合式消弧線圈的主要技術(shù)特點(diǎn)是采用了一種全新思路的可連續(xù)調(diào)節(jié)電感值的消弧線圈 三相五柱干式消弧線圈。如圖 所示。但其不足之處主要是內(nèi)部的電感值固定，導(dǎo)致其調(diào)諧范圍極其有限，故實(shí)際應(yīng)用仍然受到限制。這類消弧線圈的結(jié)構(gòu)有多種。該消弧線圈首次應(yīng)用了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法，即在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)加大脫諧度，使消弧線圈遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，瞬時(shí)調(diào)整消弧線圈至全補(bǔ)償狀態(tài)，實(shí)施最佳補(bǔ)償。 這種消弧線圈的優(yōu)點(diǎn)是： 無傳動(dòng)裝置，屬靜止調(diào)節(jié)方式；響應(yīng)速度較快；調(diào)節(jié)范圍較寬，交流等值電感線性度較好。 氣 隙交 流 繞 組直 流 繞 組鐵 芯 圖 直流偏磁式消弧線圈 (縱向激磁 ) 磁閥式消弧線圈 與直流偏磁式消弧線圈不同的是，磁閥式消弧線圈是利用自耦直流勵(lì)磁控制鐵心的飽和程度，實(shí)現(xiàn)對(duì)補(bǔ)償電流的連續(xù)調(diào)節(jié)。其原理簡(jiǎn)單的來說，就是通過控制晶閘管 V1 和 V2 的導(dǎo)通角 ，來改變消弧線圈內(nèi)的自耦直流的大小，再由該直流勵(lì)磁實(shí)現(xiàn)消弧線圈鐵芯飽和度的連續(xù)調(diào)節(jié)。 同直流偏磁式消弧線圈相比，它有以下幾點(diǎn)不同： （ 1）它利用電網(wǎng)正弦電壓經(jīng)繞組自耦變后，由可控硅整流后提供電源，不需要外加勵(lì)磁電源； 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè) （ 2）它把交流工作繞組與直