CN101950958B

CN101950958B - 一种调容式消弧线圈成套设备以及消弧线圈的运行方式

Info

Publication number: CN101950958B
Application number: CN 201010293872
Authority: CN
Inventors: 李刚; 易新超; 陈鹏飞; 魏立新
Original assignee: Siyuan Electric Co Ltd
Current assignee: Shanghai Sieyuan Opti-Electronic Co., Ltd.
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2030-09-27
Also published as: CN101950958A

Abstract

本发明公开了一种调容式消弧线圈成套设备的运行方式，该设备将阻尼电阻设置于消弧线圈的二次绕组侧，用于防止正常情况下系统产生谐振，当单相接地故障发生时，二次阻尼电阻自动退出，调容式消弧线圈自动补偿感性电流，将故障点残流限制在要求的范围内；其中运行方式采用预调、随调相结合的预随调运行方式，使得系统补偿时对系统造成的冲击小，安全可靠。

Description

一种调容式消弧线圈成套设备以及消弧线圈的运行方式

技术领域

本发明涉及一种用于配电系统中性点小电流接地补偿成套装置，具体涉及一种调容式消弧线圈成套设备以及相应消弧线圈的运行方式。

背景技术

随着电力系统的不断发展，电网输送的电力容量越来越大，单相接地故障发生时，接地点流过的系统电容电流也越来越大，从而要求对单相接地时故障点流过的系统电容电流进行补偿。国内电力系统普遍采用了中性点连接消弧线圈的中性点运行方式，也即中性点谐振接地方式，利用故障条件下流经消弧线圈的感性电流对故障点流过的系统电容电流进行补偿。消弧线圈按照运行方式不同可以分为预调式和随调式，按照实现原理的不同可以分为调匝式、调容式、高短路阻抗变压器式等。消弧线圈的作用主要有两点：a.减少故障点接地电流；b.减缓电弧熄灭瞬时故障点恢复电压的上升速度。

中性点经消弧线圈接地方式的优点：a.经消弧线圈接地，能使故障点的电流减小，降低了恢复电压上升速度，利于电弧熄灭。避免了单相接地故障时线路跳闸，提高了供电可靠性。b.由于中性点经消弧线圈接地减小了接地点的故障电流，也就减轻了设备的损坏程度，限制了电弧的影响范围，使电网单相接地后仍能继续运行一段时间，运行人员能从容不迫地查明故障线路。c.不接地系统改为经消弧线圈接地后，其过电压水平不高于2.5Ue。在这种过电压水平下，绝缘脆弱的10kV配电装置和线路仍可能可以承受。d.中性点经消弧线圈接地后可避免PT引起的铁磁谐振。e.经消弧线圈接地后，减小了接地电流，改善了配电网的电磁兼容环境。

以往的调容成套设备为了防止系统发生谐振，通常在消弧线圈与地之间串接了阻尼电阻，但是这种设计在阻尼电阻与地之间的连接不良时，单相接地时会出现相当于系统相电压的高压加在电阻上，存在一定安全隐患。

传统的消弧线圈通常采用预调式或随调式运行方式，调容式以预调式居多，预调式是指在系统正常运行条件下计算出系统电容电流大小，并将消弧线圈预先调节到目标补偿档位，接地发生时消弧线圈自动进入补偿状态的运行方式，这种运行方式补偿快，冲击小，但正常运行时由于感抗和容抗非常接近，容易发生谐振，需要阻尼电阻可靠的进行阻尼保护。

随调式是指在系统正常运行条件下计算出系统电容电流大小，但将消弧线圈调节到远离目标补偿档位的位置，当接地发生时再将消弧线圈调节到目标补偿档位的运行方式，这种运行方式对设备冲击较大，但正常运行条件下不会发生谐振，不需要安装阻尼电阻。

现行设备的投切方式为真空接触器投切，这种方式存在计算投切次数使得真空接触器动作次数明显增多，影响了真空接触器使用寿命。

发明内容

本发明是针对现有消弧线圈成套装置在防止系统发生谐振方面所存在的缺陷，而提供一种新型的调容式消弧线圈成套设备，该设备用于6kV～66kV 中性点经消弧线圈接地系统中，能够有效的消除安全隐患，提高电力系统的可靠性。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种调容式消弧线圈成套设备，该成套设备包括组合柜和PK屏两部分，所述组合柜主要包括三相隔离开关、接地变压器、单相隔离开关、调容式消弧线圈本体、电压互感器、避雷器、调容柜、电流互感器以及中电阻箱；

所述调容柜主要由若干真空接触器、若干电力电容器、阻尼电阻、可控硅、触发电路板、端子排构成；

所述PK屏主要包括控制器、各种二次信号转接线路和选线线路；

所述阻尼电阻与所述调容式消弧线圈本体的二次绕组连接，所述阻尼电阻的投切通过控制相应的真空接触器实现；所述电力电容器分为补偿型电容和控制型电容，所述补偿型电容用于实现消弧线圈的预调功能，分别由相应的真空接触器控制投切，所述控制型电容用于实现消弧线圈的随调功能，所述控制型电容的支路采用反并联可控硅与真空接触器并联的方式实现，以便通过真空接触器实现控制型电容的投切转换，并还可通过所述可控硅进行调档计算。

所述成套设备中还包括阻尼电阻的投切及其保护电路，所述阻尼电阻的投切及其保护电路包括电压继电器、中间继电器、所述控制器内的第一中间继电器和第二中间继电器，所述电压继电器的触发信号从中性点电压互感器引出，并接到电压继电器的线包电源回路；所述电压继电器的一组常开节点串入所述中间继电器的线包电源回路，所述电压继电器的一组常闭节点、中间继电器一组常闭节点以及控制器内第一中间继电器的一组常闭节点串入控制所述阻尼电阻投切的真空接触器的线包电源回路；所述控制器内第二中间继电器的一组常开节点并接在前述串联的电压继电器的常闭节点、中间继电器常闭节点以及控制器内第一中间继电器的常闭节点的两端。

进一步，所述控制器内第一中间继电器的线包电源回路上设置有一用于实现控制器保护的常开节点。

再进一步，所述控制器内第二中间继电器的线包电源回路上设置有一用于实现控制器消谐的常开节点。

所述控制器内第一中间继电器的一组常开节点接入继电器故障告警回路。

本发明的另一目的为针对传统的消弧线圈运行方式所存在的缺陷，而提供一种全新的消弧线圈的运行方式，其采用预调式和随调式相结合的方式，从而进一步提高设备的性能。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种消弧线圈的运行方式，所述运行方式采用预调式和随调式相结合的预随调运行方式，其包括如下步骤：

（1）将系统电容分为补偿型电容和控制型电容两种类型；

（2）在正常运行条件下计算出系统电容电流大小，确定所有电容的目标投切状态；

（3）将补偿型电容预先（即在故障发生前）直接调节到目标投切状态，实现电流的粗略补偿，只要计算出的系统电容电流不变，控制补偿型电容投切的开关状态始终保持不变；

（4）通过相应的控制真空接触器与可控硅，将控制型电容调至目标投切状态取反的状态；

（5）接地故障发生后，再随即将控制型电容调至目标状态，实现补偿电流的小范围调接；

（6）接地消失后控制型电容复归目标投切状态取反的位置。

本发明提供的成套设备通过将阻尼电阻放在消弧线圈二次侧的运行方式，消除了电阻存在的安全隐患，提高了整个设备的可靠性。

结合阻尼电阻的投切及其保护电路后，不但能够实现阻尼电阻的自动保护、后备保护、报警提示功能，防止电阻误投后造成柜内重要设备严重损坏，还能够在适当的时候进行人工投切阻尼电阻进行消谐，更加可靠。

本发明提供的运行方式，通过预随调运行方式，正常情况下，整个设备处于脱谐度较大的情况，离谐振点较远，中性点电压不会很高；当接地发生时，通过投切控制型电容来实现随调补偿，对系统造成的冲击小，安全可靠，有利于延长电容和真空接触器寿命。

本发明中投切方式的设计使得系统正常情况下，可以通过可控硅来进行调档计算，减少真空接触器机械动作次数，延长设备寿命；当发生接地故障时，可以通过真空接触器实现控制电容的投切转换。同时，控制电容支路还可以通过可控硅软开关进行调档计算，动作更安静。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为调容式消弧线圈成套设备系统图；

图2为调容消弧线圈低压侧电路原理图；

图3为阻尼电阻保护回路原理图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明提供的成套设备用于6kV～66kV 中性点经消弧线圈接地系统，能够实现计算系统电容电流、自动补偿、故障录波、投并联中电阻选线等功能。

本发明采用阻尼电阻置于二次侧和档位记忆功能设计，使得该成套设备不但能够防谐振，而且掉电恢复情况下消弧线圈补偿档位不发生变化，恢复供电时不易发生频繁调档。

参见图1，本发明提供的成套设备由组合柜和PK屏两部分组成。

其中组合柜包括：三相隔离开关、接地变压器1TM、单相隔离开关、调容式消弧线圈本体1LF、电压互感器（PT）1TV、避雷器1F、调容柜TRG、电流互感器（CT）1TA和真空接触器、中电阻箱等。

调容柜TRG包括：柜体、若干电力电容器、若干真空接触器、可控硅、阻尼电阻、触发电路板、端子排等。

上述组合柜中系统电源通过三相隔离开关接至接地变压器，变压器引出系统中性点通过单相隔离开关接至调容式消弧线圈本体的一次绕组，同时在前端连接电压互感器、避雷器和中电阻箱以实现电压采样、避雷防护以及投切中电阻选线。调容式消弧线圈本体末端串接电流互感器然后接入地排，电流互感器实现电流采样。

调容式消弧线圈本体的二次绕组连接到调容柜，调容柜内的每一组电容组合对应一个输出补偿电流大小，改变投切电容的大小就改变了对应的补偿电流。其连接依次经过真空接触器/可控硅、电力电容器/阻尼电阻，实现阻尼保护和档位调节的功能，另外可控硅与控制电容的真空接触器并联，触发电路板接在可控硅控制极上，实现对可控硅的开断控制。

PK屏主要包括控制器、各种二次信号转接线路和选线线路等，这些设备组合在一起共同实现对系统电容电流进行自动调谐和补偿。

参见图2，其中U_Φ为系统不平衡电压；X_CS为系统电容，K为消弧一、二次变比，r为阻尼电阻，Xc1、Xc2，…，Xci为相应的电力电容器，c1,c2,…,ci,cr为真空接触器，KKG为可控硅。

本发明改变阻尼电阻放在一次侧的传统连接方式，将阻尼电阻放在二次侧，通过真空接触器投切，正常运行条件下阻尼电阻连接在回路中，接地发生时二次阻尼电阻退出运行。以往的调容成套设备为了防止系统发生谐振，通常在消弧线圈与地之间串接了阻尼电阻，但是这种设计在阻尼电阻与地之间的连接不良时，单相接地时会出现相当于系统相电压的高压加在电阻上，存在一定安全隐患，所以采用将阻尼电阻放在消弧线圈二次侧的连接方式消除了安全隐患，提高了系统可靠性。

进一步的，本发明将电力电容器分为补偿型电容和控制型电容X_C3，其中补偿型电容用于实现消弧线圈的预调功能，分别由相应的真空接触器c1,c2,…,ci控制投切；控制型电容用于实现消弧线圈的随调功能，同时控制电容的支路采用反并联可控硅KKG与真空接触器c3并联的方式实现，以便通过真空接触器实现控制电容的投切转换，还可通过所述可控硅进行调档计算。这样在系统发生接地故障时，可以通过真空接触器实现控制电容的投切转换。同时，随调支路还可以通过可控硅软开关进行调档计算，动作更安静，计算精度更高。

为进一步提供本发明的性能，本发明增加了一个阻尼电阻的投切及其保护电路（如图3所示），电压继电器YJ、中间继电器ZJ、控制器内的第一中间继电器K1和第二中间继电器K2。

其中电压继电器YJ的触发信号从中性点电压互感器PT引出，并接到电压继电器的线包电源回路，并根据现场情况整定好动作门限值。

电压继电器YJ的常开节点YJ-1串入中间继电器ZJ的线包电源回路，同时电压继电器YJ的常闭节点YJ-2、中间继电器ZJ的常闭节点ZJ-1以及控制器内第一中间继电器的常闭节点K1-1串入控制阻尼电阻投切的真空接触器JCQ的线包电源回路，而真空接触器JCQ的主触点用于阻尼电阻投切控制。

同时为了实现控制器人工控制投切阻尼电阻，控制器内第二中间继电器K2的常开节点K2-1并接在串联的电压继电器的常闭节点YJ-2、中间继电器常闭节点ZJ-1以及控制器内第一中间继电器的常闭节点K1-1的两端。

进一步，控制器内第一中间继电器K1的线包电源回路上设置有一用于实现控制器保护的常开节点。同时在控制器内第二中间继电器k2的线包电源回路上设置有一用于实现控制器消谐的常开节点。

再进一步的，控制器内第一中间继电器K1的常开节点K1-2接入继电器故障告警回路。

这样在接地状态下阻尼电阻会自动断开，当接地故障消失，系统中性点电压可能还是比较高，此时可以通过操作控制器，短时投入阻尼电阻进行消谐，若接地故障已消失，中性点电压会因此下降至正常范围；若接地故障依然存在，中性点电压不会下降到正常范围，此后，阻尼电阻仍然保持断开状态。通过这样的方式不但能够实现阻尼电阻的自动保护、后备保护、报警提示功能以及回路熔断保护，防止电阻误投后造成柜内重要设备严重损坏，还能够在适当的时候进行人工投切阻尼电阻进行消谐。

基于上述技术方案形成的成套设备，本发明还提供一种预随调的运行方式，其采用预调、随调相结合的方案，将电容分为补偿型电容和控制型电容。补偿型电容用于预调节，控制型电容用于随调，当单相接地发生时，投切随调电容，使系统达到接近全补偿的状态。通过这样的方式，正常情况下，系统处于脱谐度较大的情况，离谐振点较远，中性点电压不会很高；当接地发生时，通过投切控制型电容来实现随调补偿，对系统造成的冲击小，安全可靠。

运行方式的过程如下，如图2所示，图中Xc3为控制型电容，其余的电容为补偿型电容。在正常情况下控制器自动跟踪计算系统电容电流的大小，根据计算结果，可以确定各电容器支路开关的目标开断状态，除c3外的电容投切用的真空接触器c1、c2、……、ci（c3除外）均直接调节到目标开断状态，实现电流的粗略补偿；c3和KKG共同作用控制Xc3的投切状态，通过控制c3和KKG的开断状态使得Xc3的投切状态与目标状态相反，接地故障发生时，各补偿电容支路状态保持不变，Xc3开关支路调节至目标开断状态，从而实现设备的完全补偿。接地消失后仍然通过控制c3和KKG的开断状态使得Xc3的投切状态与目标状态相反。

在系统正常运行条件下计算出系统电容电流大小，选择一组适当容量的电容，将其取反，从而正常条件下由于系统感抗和容抗偏离较多，所以不会发生谐振，接地发生时将该取反的电容调节到目标状态，从而实现正常的补偿，由于只对一只电容进行接地条件下的投切，容量小，冲击有限，并且可以针对该电容和对应的真空接触器予以加强，因此冲击这种方式结合了预调式和随调式的优点。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该能够了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种调容式消弧线圈成套设备，该成套设备包括组合柜和PK屏两部分，所述组合柜主要包括三相隔离开关、接地变压器、单相隔离开关、调容式消弧线圈本体、电压互感器、避雷器、调容柜、电流互感器以及中电阻箱；

其特征在于，所述阻尼电阻与所述调容式消弧线圈本体的二次绕组连接，所述阻尼电阻的投切通过相应的真空接触器控制实现；所述电力电容器分为补偿型电容和控制型电容，所述补偿型电容用于实现消弧线圈的预调功能，分别由相应的真空接触器控制投切，所述控制型电容用于实现消弧线圈的随调功能，所述控制型电容的支路采用反并联可控硅与真空接触器并联的方式实现，以便通过真空接触器实现控制型电容的投切转换，并还可通过所述可控硅进行调档计算。

2.根据权利要求1所述的一种调容式消弧线圈成套设备，其特征在于，所述成套设备中还包括阻尼电阻的投切及其保护电路，所述阻尼电阻的投切及其保护电路包括电压继电器、中间继电器、所述控制器内的第一中间继电器和第二中间继电器，所述电压继电器的触发信号从中性点电压互感器引出，并接到电压继电器的线包电源回路；所述电压继电器的一组常开节点串联入所述中间继电器的线包电源回路，所述电压继电器的一组常闭节点、中间继电器一组常闭节点以及控制器内第一中间继电器的一组常闭节点串联入控制所述阻尼电阻投切的真空接触器的线包电源回路；所述控制器内第二中间继电器的一组常开节点并接在前述串联的电压继电器的常闭节点、中间继电器常闭节点以及控制器内第一中间继电器的常闭节点的两端。

3.根据权利要求2所述的一种调容式消弧线圈成套设备，其特征在于，所述控制器内第一中间继电器的线包电源回路上设置有一用于实现控制器保护的常开节点。

4.根据权利要求2所述的一种调容式消弧线圈成套设备，其特征在于，所述控制器内第二中间继电器的线包电源回路上设置有一用于实现控制器消谐的常开节点。

5.根据权利要求2所述的一种调容式消弧线圈成套设备，其特征在于，所述控制器内第一中间继电器的一组常开节点接入继电器故障告警回路。

6.一种消弧线圈的运行方式，其特征在于，所述运行方式采用预调式和随调式相结合的预随调运行方式，包括如下步骤：

（1）将系统电容分为补偿型电容和控制型电容两种类型；

（3）将补偿型电容预先直接调节到目标投切状态，实现电流的粗略补偿，只要计算出的系统电容电流不变，控制补偿型电容投切的开关状态始终保持不变；

（4）通过控制相应的真空接触器与可控硅，将控制型电容调至目标投切状态取反的状态；

（5）接地故障发生后，再随即将控制型电容调至目标状态，实现补偿电流的小范围调节；

（6）接地消失后控制型电容复归目标投切状态取反的位置。