CN101478152B

CN101478152B - 三相五柱直调电感式消弧线圈

Info

Publication number: CN101478152B
Application number: CN2008101557939A
Authority: CN
Inventors: 唐轶; 陈庆; 陈奎
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2028-10-15
Also published as: CN101478152A

Abstract

三相五柱直调电感式消弧线圈包括一组主绕组、两组(或n组)二次绕组、五柱铁心、三组(或2ⁿ-1组)接触器和一组双向晶闸管。一组主绕组由三个匝数相同的线圈组成，分别套在五柱铁心的中间三柱的上方，星形联结，直接接地；一组二次绕组由三个匝数相同的线圈组成，分别套在五柱铁心的中间三柱的下方，顺极性串联联结；另一组二次绕组由两个匝数相同的线圈组成，分别套在五柱铁心的两边柱上，顺极性串联联结；五柱铁心的两边柱分别有一个大小相同的气隙；三组接触器控制了两组二次绕组的联结和工作方式，决定了消弧线圈补偿电感的基值；一组双向晶闸管对消弧线圈补偿电感值实施细调。本发明补偿电感线性度高，补偿电流中谐波含量低，易控制、结构简单、制造成本低。

Description

三相五柱直调电感式消弧线圈

技术领域：

本发明涉及的是一种可调电抗器，特别是一种消弧线圈，属于电气技术领域。

背景技术：

随着经济的快速发展，电力系统规模的扩大，电力系统线路长度的增加及电力电缆电网的增大、线路加长，使电网的对地电容电流大幅度上升。非有效接地电网的大接地电流必然导致发生单相接地故障时，故障点的电弧不能有效熄灭，造成愈来愈多的瞬时单相接地故障不能自动消除，间歇性弧光接地过电压频繁出现，对系统中的弱绝缘设备构成威胁，频繁发生电缆放炮、开关绝缘子炸裂等事故；大的接地故障电流不能消除，经过较长时间，就可能使故障扩大成断线故障或永久性接地故障，严重时发展为相间短路故障，严重地威胁供电系统的安全运行。因此，对消弧线圈的需求量大增。自动跟踪补偿消弧线圈的良好市场前景吸引了投资者和工程技术人员的关注，各种消弧线圈相继出现，有偏磁式、调匝式、调容式、高短路阻抗变压器式和磁阀式等自动跟踪补偿消弧线圈。它们各有特点，并都在自动跟踪补偿消弧线圈的市场上占有一定份额。调匝式消弧线圈具有结构简单、造价低廉的优点，但也存在补偿电流不能连续调节和有载开关反应速度慢、调档噪声大的缺点。调容式则设计和制造工艺比较复杂，生产成本高而难以得到广泛应用。高短路阻抗变压器式消弧线圈是通过改变二次侧晶闸管的导通角来直接改变消弧线圈的电感的，它具有补偿电流连续调节、线性度好、调节范围宽、控制反应速度快的优点，但由于晶闸管是非线性元件，消弧线圈补偿电流中有谐波，需要装设谐波滤波装置，因此，也有设计复杂的缺陷。而更需关注的是，我国6-10kV电网变压器几乎都是三角形联结，没有中性点，而消弧线圈要安装在电网中性点和地之间，因此，为了安装消弧线圈，不得不安装一个比消弧线圈更为昂贵的接地变压器。文献[1-5](本发明者)提出了一种三相五柱式消弧线圈，解决了这一问题，但需要二次电抗器，并且这一电抗器的容量与消弧线圈的调节容量宽度相等。这样，一方面，消弧线圈的成本将随着调节容量的宽度增大而增大(当然，相当于其它需要有接地变压器的消弧线圈成本要低些)；另一方面，运行实践证明，这些小电抗器比消弧线圈本体的故障率要高的多，影响整个消弧线圈补偿系统的整体可靠性；并且，为减少补偿电流中的谐波含量，二次电抗器中只有一个采用晶闸管相控连续调节，其它二次电抗器则采用接触器控制，这样就降低了对补偿电流的调节速度，因此，一般这种消弧线圈采用预调式控制。在文献[6]中，(本发明者)由于将三个二次线圈设计在同一铁心柱上，致使三个二次绕组的漏抗值很接近，无法将消弧线圈的补偿电感值按照设计者的要求进行理想分配。根据现有消弧线圈存在的问题，本发明给出了一种三相五柱直调电感式消弧线圈。

参考文献：

1、胡天禄，唐轶，王崇林，牟龙华，自动跟踪补偿消弧线圈，申请号：94241827.1，申请日：94.5.3

2、胡天禄，王崇林，唐轶，牟龙华，带自动跟踪补偿消弧线圈的接地保护成套装置，煤矿机电，1995，3，2-5。

3、唐轶，接地变压器式消弧线圈，中国矿业大学学报，Vol.24，No.4，1995，12，36-40

4、唐轶，黄显华，陆田.三相五柱式消弧电抗器，变压器，1995，(04).

5、陈庆，唐轶，接地变压器式消弧线圈的电气性能，中国电力，Vol.38，No.10，2005，10，25-28

6、唐轶，陈奎，陈庆，零序短路高阻抗接地变压器式消弧线圈，申请号：200520071473.7，申请日：2005.05.11。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服现有同类产品技术上的不足，提供一种三相五柱直调电感式消弧线圈，它的补偿电感完全线性、补偿电流的调节反应速度快、谐波含量低、安装不需要接地变压器、整体结构简单、易控制、易维护、制造成本低，特别适用于6kV和10kV电网。

技术方案：为了实现上述目的，本发明是采取以下的技术方案来实现的：本发明的一种三相五柱直调电感式消弧线圈包括：一组主绕组、两组(或n组)二次绕组、五柱铁心、三组(或2n-1组)接触器和一组双向晶闸管，其结构如图1所示。

包括：一组主绕组、多组二次绕组、五柱铁心、三组接触器和一组双向晶闸管，其特征在于，一组主绕组由三个匝数相同的线圈组成，分别套在五柱铁心的中间三柱的上方，星形连接，星形结点直接接地；一组二次绕组由三个匝数相同的线圈组成，分别套在五柱铁心的中间三柱的下方，顺极性串联连接；另一组二次绕组由两个匝数相同的线圈组成，分别套在五柱铁心的两边柱上，顺极性串联连接；五柱铁心的中间三柱铁心构成正序磁路，中间三柱通过上轭铁心和下轭铁心与两边柱铁心构成零序磁路，五柱铁心的两边柱铁心分别有一个大小相同的气隙；三组接触器控制两组二次绕组的联结和工作方式，决定了消弧线圈补偿电感的基值；一组双向晶闸管对消弧线圈补偿电感值实施细调。

三个主绕组分别套在五柱铁心的中间三柱的上方，星形连接，星形结点直接接地，三个主绕组的另一端分别接电网的三相母线电压。

三个主绕组与第一组三个二次绕组分别在五柱铁心的中间三柱上同轴上下布置，两线圈之间需绝缘。

五柱铁心的中间三柱构成正序磁路，中间三柱通过上下轭铁心与两边柱构成零序磁路，两边柱分别有一个大小相同的气隙，即零序磁路设有气隙。

具体为：一组主绕组由三个匝数相同的线圈组成，分别套在五柱铁心的中间三柱的上方，星形联结，星形点直接接地，3个线圈的另外3端分别接电网的A、B、C三相。这3个线圈既作为接地变压器的三相线圈，(3个线圈并联)也作为消弧线圈的补偿线圈。第一组二次绕组由三个匝数相同的线圈组成，分别套在五柱铁心的中间三柱的下方，与3个主绕组同轴上下布置，两线圈之间绝缘，顺极性串联联结。第二组二次绕组由两个匝数相同的线圈组成，分别套在五柱铁心的两边柱上，顺极性串联联结。五柱铁心的中间三柱构成正序磁路，中间三柱通过上、下轭铁心与两边柱构成零序磁路，两边柱分别有一个大小相同的气隙，即零序磁路设有气隙。当电网处于三相对称运行的正常工作状态时，

\dot{I_{A}} + \dot{I_{B}} + \dot{I_{C}} = \dot{I_{L}} = 0 .

其中，

为三相五柱直调电感式消弧线圈三相主绕组中的电流；

为消弧线圈的补偿电流。当电网发生单相接地故障(以A相接地讨论)时，按对称分量理论。

\{\begin{matrix} \dot{U_{A}} = \dot{U_{a 1}} + \dot{U_{0}} \\ \dot{U_{B}} = \dot{U_{b 1}} + \dot{U_{0}} \\ \dot{U_{C}} = \dot{U_{c 1}} + \dot{U_{0}} \end{matrix}

式中，

为A，B，C三相对地电压；

为A，B，C三相正序电压；

为电网的零序电压。因此，图1可以用图2(a)正序等效电路和(b)零序等效电路来表示。图2(a)正序等效电路为接地变压器功能，图2(b)零序等效电路即为消弧线圈功能。

三相五柱直调电感式消弧线圈有三组(或2ⁿ-1组，n为二次线圈的组数)接触器控制了两组(或n组)二次绕组的联结和工作方式，第一组接触器C₁闭合，其余两组打开时，两组二次绕组反极性串联联结工作；第二组接触器C₂闭合，其余两组打开时，第一组二次绕组开路，第二组二次绕组工作；第三组接触器C₃闭合，其余两组打开时，两组二次绕组顺极性串联联结工作，三组接触器决定了消弧线圈补偿电感的基值。一组双向晶闸管串联在相互串联的2组二次工作绕组中，控制双向晶闸管的导通角可方便地实施对消弧线圈补偿电感值细调控制。图3即为三相五柱直调电感式消弧线圈的补偿电感值和控制的等值原理接线图，即图2(b)的等值电路图。

有益效果：本发明比较文献[1-6]具有实质性的特点和显著的进步。本发明的二次线圈分为2组，一组由三个匝数相同的线圈组成，分别套在五柱铁心的中间三柱的下方，与3个主绕组同轴上下布置，两线圈之间绝缘，顺极性串联联结，第二组由两个匝数相同的线圈组成，分别套在五柱铁心的两边柱上，顺极性串联联结，由于两组线圈所处的位子不同，使两组二次线圈的漏抗值不等，并且，两组二次线圈的漏抗值可通过2个二次线圈的匝数比按设计者的要求来调整；两边柱铁心设计有气隙，铁心气隙的位子设在两边柱铁心的中间，改变气隙的大小也可调整两组二次线圈的漏抗值；三组(或2ⁿ-1组，n为二次线圈的组数)接触器控制了两组(或n组)二次绕组的联结和工作方式，决定了消弧线圈补偿电感的基值，实际上就是将消弧线圈的补偿电感粗调为4(或2ⁿ)档，这样，晶闸管细调消弧线圈的补偿电感仅在两档之间调整，有效地降低了消弧线圈补偿电流中的谐波电流，无需滤波装置，使消弧线圈的结构大大简化。

附图说明

图1是三相五柱直调电感式消弧线圈的结构，

图2是三相五柱直调电感式消弧线圈的原理图，

图3是三相五柱直调电感式消弧线圈的补偿电感值和控制的等值原理接线图。

具体实施方式

本发明包括：一组主绕组、两组(或n组)二次绕组、五柱铁心、三组接触器和一组双向晶闸管。一组主绕组1由三个匝数相同的线圈组成，分别套在五柱铁心的中间三柱4的上方，星形连接，星形结点直接接地；一组二次绕组2由三个匝数相同的线圈组成，分别套在五柱铁心的中间三柱4的下方，顺极性串联连接；另一组二次绕组3由两个匝数相同的线圈组成，分别套在五柱铁心的两边柱5上，顺极性串联连接；五柱铁心的中间三柱铁心4构成正序磁路，中间三柱通过上轭铁心7和下轭铁心8与两边柱铁心5构成零序磁路，五柱铁心的两边柱铁心5分别有一个大小相同的气隙6；两组(或n组)二次绕组由三组(或2ⁿ-1组，n为二次线圈的组数)接触器控制了它们的联结和工作方式，决定了消弧线圈补偿电感的基值；一组双向晶闸管对消弧线圈补偿电感值实施细调。

第一组接触器C₁闭合，其余两组打开时，两组二次绕组反极性串联联结工作；第二组接触器C₂闭合，其余两组打开时，第一组二次绕组开路，第二组二次绕组工作；第三组接触器C₃闭合，其余两组打开时，两组二次绕组顺极性串联联结工作，三组接触器决定了消弧线圈补偿电感的基值；用一组双向晶闸管串联在二次工作绕组中，控制双向晶闸管的导通角可方便地实施对消弧线圈补偿电感值细调。

Claims

1.一种三相五柱直调电感式消弧线圈，包括：一组主绕组、两组二次绕组、五柱铁心、三组接触器和一组双向晶闸管，其特征在于，第一组主绕组(1)由三个匝数相同的线圈组成，分别套在五柱铁心的中间三柱(4)的上方，星形连接，星形结点直接接地；第一组主绕组(1)由三个匝数相同的线圈组成，分别套在五柱铁心的中间三柱(4)的上方，星形连接，星形结点直接接地；第一组接触器(C₁)有两个开关即上开关和下开关，第二组接触器(C₂)有一个开关，第三组接触器(C₃)有两个开关即左开关和右开关，第二组二次绕组(2)由三个匝数相同的线圈组成，分别套在五柱铁心的中间三柱(4)的下方，顺极性串联连接，连接后的第二组二次绕组(2)的上端接第一组接触器(C₁)的上开关和第三组接触器(C₃)的右开关的活动端，第三组接触器(C₃)的活动端，第二组二次绕组(2)的下端接第一组接触器(C₁)的下开关和第三组接触器(C₃)的左开关的固定端；第三组二次绕组(3)由两个匝数相同的线圈组成，分别套在五柱铁心的两边柱(5)上，顺极性串联连接，双向晶闸管串接在第三组二次绕组(3)的两个线圈之间，串接后的第三组二次绕组(3)的两个线圈的两端中，其一端接第一组接触器(C₁)的下开关的活动端和第三组接触器(C₃)的右开关、第二组接触器(C₂)固定端，其一端接第一组接触器(C₁)的上开关的固定端和第三组接触器(C₃)的左开关、第二组接触器(C₂)的活动端；五柱铁心的中间三柱铁心(4)构成正序磁路，中间三柱通过上轭铁心(7)和下轭铁心(8)与两边柱铁心(5)构成零序磁路，五柱铁心的两边柱铁心(5)分别有一个大小相同的气隙(6)；三组接触器控制两组二次绕组的联结和工作方式，决定了消弧线圈补偿电感的基值；一组双向晶闸管对消弧线圈补偿电感值实施细调。

2.根据权利要求1所述的三相五柱直调电感式消弧线圈，其特征是，三个主绕组分别套在五柱铁心的中间三柱的上方，星形连接，星形结点直接接地，三个主绕组的另一端分别接电网的三相母线电压。

3.根据权利要求1所述的三相五柱直调电感式消弧线圈，其特征是，三个主绕组与第一组三个二次绕组分别在五柱铁心的中间三柱上同轴上下布置，两线圈之间需绝缘。

4.根据权利要求1所述的三相五柱直调电感式消弧线圈，其特征是，五柱铁心的中间三柱构成正序磁路，中间三柱通过上下轭铁心与两边柱构成零序磁路，两边柱分别有一个大小相同的气隙，即零序磁路设有气隙。