CN105449660A - 一种并联式消弧线圈自动补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联式消弧线圈自动补偿装置，包括Z型变压器、消弧线圈、阻尼电阻、电容调节单元、电感调节单元、选线电阻和可控硅开关和微机控制器。当系统发生单相接地故障时能快速补偿系统对地电容电流，并且具有选线功能。同时可根据系统对地电容电流的变化实时地调节消弧线圈的补偿容量，并且在投切电容器时不会产生较大的合闸涌流，能够避免对电容产生不利影响。此外，利用小容量电感可以提供较大的电感电流，降低费用，减小占地面积；并且在消弧线圈的二次绕组上并联电容和电感，可以增大消弧线圈的调节范围，易于扩容。因此，该装置可调范围宽，扩容性强，补偿速度快，提高了配电网供电安全可靠性，实用性强。

Description

一种并联式消弧线圈自动补偿装置

技术领域

本发明专利涉及电力系统保护领域，特别涉及一种快速补偿系统电容电流，并能自动跟踪调节补偿电流同时能正确选出接地线路的消弧线圈自动补偿装置。

背景技术

目前，我国电力系统中，110KV及以下的配电网，尤其是35KV配网系统大多采用中性点经消弧线圈接地方式。当发生单相接地故障时，消弧线圈中流过的电感电流可以补偿电网对地电容电流，减小接地点电流，从而避免电弧的发生，并能够抑制铁磁谐振的发生，提高系统的供电可靠性。现在使用的消弧线圈有调匝式、调容式、相控式、直流偏磁式和调气隙式，其中调匝式与调容式使用的最多。

在实际工作中，由于配电网的中性点电位不为零，调匝式消弧线圈在正常运行时，往往会与对地电容发生串联谐振，导致阻尼电阻承受很高的电压，容易导致阻尼电阻的损坏，且当阻尼电阻并联的开关拒动时，由于串联谐振容易引起中性点位移电压进一步加大，导致系统不稳定运行。此外，随着我国电网规模的不断扩大，电力系统运行方式的改变，传统的调匝式消弧线圈只能工作在预调节方式下，导致调匝式消弧线圈无法实现对对地电容电流的实时测量和跟踪补偿，不能有效地消除接地点的电弧。

而调容式消弧线圈作为随调式没有阻尼电阻，容易出现串联谐振现象和在接地故障时动作二次投切电容器，电容器会产生较大的冲击，涌流将对电容器产生不利影响。同时，由于正常工作时，调容式消弧线圈远离补偿位置，发生单相接地故障后，随后调节消弧线圈到补偿位置，需要较大的电容电流，则二次侧并联的电容值必须较大，且调节到全补偿位置至少需要60ms，速度慢，效果差，有可能出现铁磁谐振。

发明内容

本发明专利的发明目的在于针对现有技术的诸多缺陷，提供一种当配电网发生单相接地短路时，能快速补偿系统电容电流，并自动跟踪调节补偿电容电流同时能正确选出故障线路的并联式消弧线圈自动补偿装置。

实现上述目的采用以下技术方案：一种并联式消弧线圈自动补偿装置，其特征在于，该装置包括Z型变压器、消弧线圈、阻尼电阻、电容调节单元、电感调节单元、选线电阻、可控硅开关和微机控制器；所述Z型变压器的A、B、C三相绕组分别与输电线的A、B、C三相连接，Z型变压器的中性点与消弧线圈相连，所述消弧线圈设有二次绕组，其一次绕组经串接阻尼电阻接地，阻尼电阻与可控硅开关并联接地，所述消弧线圈的二次绕组上并联有多组不同容量的电容调节单元、多组不同容量的电感调节单元和一个选线电阻；所述电容调节单元均由电容、缓冲电阻、可控硅开关、限流电感和放电电阻构成，且电容与限流电感串联后经可控硅开关与放电电阻并联，最后再与缓冲电阻串联；所述电感调节单元均由电感、可控硅开关和放电电阻构成，且电感经可控硅开关与放电电阻并联；该电容调节单元与电感单元分别与可控硅开关串联后连接到消弧线圈的二次绕组上；所述选线电阻为阻值较大的电阻，经可控硅开关连接在消弧线圈的二次绕组上；所述装置中所有可控硅开关均由微机控制器控制。

上述的并联式消弧线圈自动补偿装置，其特征在于，消弧线圈的二次绕组电压为1000V；

上述的并联式消弧线圈自动补偿装置，其特征在于，电容调节单元(3)中的可控硅开关K11、K21、K31、K41开断状态分别与其串联的可控硅开关K1、K2、K3、K4的开断状态相反；电感调节单元(4)中的可控硅开关K51、K61、K71、K81开断状态分别与其串联的可控硅开关K5、K6、K7、K8的开断状态相反；

上述的并联式消弧线圈自动补偿装置，其特征在于，选线电阻(5)并联在消弧线圈的二次绕组上；

上述的并联式消弧线圈自动补偿装置，其特征在于，消弧线圈(2)的一次绕组的电感值与系统对地电容值匹配，处于全补偿状态。正常运行时，阻尼绕组(6)消弧线圈二次绕组并联的电感值最小的电感调节单元投入运行，使消弧线圈整体远离谐振点。当发生单相接地故障时，立刻断开此电感调节单元和阻尼电阻(6)，同时检测对地电容电流，控制电感调节单元与电容调节单元的接入状态。

采用上述技术方案，与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明专利消弧线圈的一次绕组的电感与系统的对地电容相匹配，当发生单相接地故障时，立即关断二次绕组的可控硅开关和阻尼电阻，即能实现零延时补偿电容电流，速度快，效率高。

2、本发明专利消弧线圈正常运行时，二次绕组并联的所有电感调节单元电感值最小的电感调节单元和阻尼电阻投入运行。通过并联的电感调节单元使消弧线圈整体远离谐振点，有效避免串联谐振的发生，且能降低中性点位移电压，使得阻尼电阻两端的电压降低，起到保护阻尼电阻的作用。

3、本发明专利电容调节单元在电容上串联限流电感，且并联放电电阻后与缓冲电阻串联，放电电阻由可控硅控制开断。通过串联限流电感和缓冲电阻，可以有效抑制电容的合闸涌流。当断开此电容调节单元时，通过并联的放电电阻，可以将电容和限流电感中存储的能量快速地释放掉，为下次投切做准备，避免下次投切式产生过大的冲击电流而损坏电容。同时缓冲电阻还起到抑制电感调节单元和电容调节单元发生串联谐振的作用，防止电感和电容因谐振损坏。

4、本发明专利由于消弧线圈的一次绕组的电感与系统的对地电容相匹配，处于全补偿状态，因此所需电容的容量较小，成本低，并能够减小占地面积。

5、本发明专利在消弧线圈的二次绕组上并联电感调节单元，在得到相同电感电流的同时能降低电感两端的电压，降低消弧线圈的成本，减小占地面积。通过在电感两端并联放电电阻可以在电感退出运行时快速释放掉电感上的能量，防止下一次投切产生过电压。

6、本发明专利通过并联多组不同容量的电容调节单元和不同容量的电感调节单元，可以达到很宽的调节范围。

7、本发明专利在消弧线圈的二次绕组并联选线电阻，能够实现采用小电阻达到选线的功能，可以避免传统选线电阻在一次侧承受高电压，减小选线电阻的故障率。

7、本发明专利对提高配电网供电安全可靠性、减小设备损坏、消除铁磁谐振和保护运行人员人身安全等方面具有重要的意义。其实用性强，调节范围宽，扩展性强，推广应用价值高。

下面通过附图和实施例，对本发明专利的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明专利的连接结构示意图。

附图标记说明：

1—Z型接地变压器；2—消弧线圈；3—电容调节单元；4—电感调节单元；5—选线电阻；6—阻尼电阻；7—微机控制器。C1，C2，C3，C4—电容；L11，L21，L31，L41—限流电感；R11，R21，R31，R41，R51，R61，R71，R81—放电电阻；R1，R2，R3，R4—缓冲电阻；K0，K1，K2，K3，K4，K5，K6，K7，K8，K9，K11，K21，K31，K41，K51，K61，K71，K81—可控硅开关。

具体实施方式

本实施例是一种并联式消弧线圈自动补偿装置，该装置包括Z型变压器、消弧线圈、阻尼电阻、电容调节单元、电感调节单元、选线电阻、可控硅开关和微机控制器；所述Z型变压器的A、B、C三相绕组分别与输电线的A、B、C三相连接，Z型变压器的中性点与消弧线圈相连，所述消弧线圈设有二次绕组，其一次绕组经串接阻尼电阻接地，阻尼电阻与可控硅开关并联接地，所述消弧线圈的二次绕组上并联有多组不同容量的电容调节单元、多组容量不同的电感调节单元和一个选线电阻；所述电容调节单元均由电容、缓冲电阻、可控硅开关、限流电感和放电电阻构成，且电容与限流电感串联后经可控硅开关与放电电阻并联，最后再与缓冲电阻串联；所述电感调节单元均由电感、可控硅开关和放电电阻构成，且电感经可控硅开关与放电电阻并联。该消弧线圈设有二次绕组，该电容调节单元与电感单元分别与可控硅开关相连，所述选线电阻为阻值较大的电阻，经可控硅开关连接在消弧线圈的二次绕组上，所述装置中所有可控硅开关由微机控制器控制。

本发明专利的工作原理和工作过程如下：

假设所有电容调节单元中的电容值的大小如下：C1＝8C4；C2＝4C4；C3＝2C4；所有电感调节单元中的电感值的大小如下：L5＝8L8；L6＝4L8；L7＝2L8。

正常运行时，由微机控制器发出指令，消弧线圈二次绕组并联的电感值最小的那个电感调节单元L8投入运行，即闭合开关K8且关断开关K81，使消弧线圈在正常运行时远离谐振点，有效避免串联谐振的发生；同时关断与其他调节单元串联的开关K1～K7和K9，投入阻尼电阻，进一步抑制中性点位移电压的升高。闭合放电电阻串联的开关K11～K71，释放掉电感调节单元和电容调节单元中的能量，为后面的投切做准备。

当配电系统发生单相接地故障后，由微机控制器发出指令，断开消弧线圈二次绕组并联的所有电容调节单元和电感调节单元，即关断开关K1～K8；闭合与阻尼电阻并联的开关K9，对系统接地电容电流立即进行补偿；同时立即闭合与选线电阻串联的开关K0，增大接地点的电阻电流，以便利用零序电阻电流的变化选出故障线路，即以一定的频率f采集各出线的零序电流和消弧线圈一次绕组上的零序电流的幅值和相位，并记录下来，如各出线上的零序电流记为消弧线圈一次绕组上的电流记为同时以相同的频率采集中性点位移电压的幅值和相位，并记为将各出线零序电流的相位与中性点位移电压的相位进行比较，其中零序电流相位最接近中性点位移电压相位的出线为故障线路，如为第j条出线为故障线路。

选出故障线路后，由微机控制器发出指令，断开选线电阻，即关断开关K0，再次测量消弧线圈一次绕组电流和故障线路的零序电流分别记为比较这两个电流的相位，若相位差小于90°，说明补偿的电感电流过大，则接入消弧线圈二次绕组上最小容量的电容调节单元C4，即闭合开关K4，关断开关K41；若相位差大于90°，说明补偿的电感电流不足以抵消对地电容电流，即闭合开关K5，关断开关K51。继续测量消弧线圈一次绕组电流和故障线路的零序电流分别记为并比较和的相位，同样若相同，则接入大一级容量的电容调节单元，及断开开关K4和K31，闭合开关K3和K41，若相反，则接入电感调节单元，及断开开关K5和K61，闭合开关K6和K51。按相同的方法不停地进行测量和比较，直到把故障线路的零序电流限制在许可范围之内。

利用这种方法可以正确选出故障线路，并且能够快速补偿接地点电容电流，有效抑制电弧的产生，同时可以适应由于系统运行方式改变或在单相接地故障期间发生的其他断线故障等导致系统对地电容电流的变化，能够实时自动跟踪补偿接地电流。

以上所述，仅是本发明专利的较佳实施例，并非对本发明专利作任何限制，凡是根据本发明专利技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明专利技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种并联式消弧线圈自动补偿装置，其特征在于，该装置包括Z型变压器(1)、消弧线圈(2)、阻尼电阻(6)、电容调节单元(3)、电感调节单元(4)、选线电阻(5)、可控硅开关和微机控制器(7)；

所述Z型变压器(1)的A、B、C三相绕组分别与输电线的A、B、C三相连接，Z型变压器(1)的中性点与消弧线圈(2)相连，所述消弧线圈(2)设有二次绕组，其一次绕组经串接阻尼电阻(6)接地，阻尼电阻(6)与可控硅开关并联接地，所述消弧线圈(2)的二次绕组上并联有多组不同容量的电容调节单元(3)、多组不同容量的电感调节单元(4)和一个选线电阻(5)；所述电容调节单元(3)均由电容、缓冲电阻、可控硅开关、限流电感和放电电阻构成，且电容与限流电感串联后经可控硅开关与放电电阻并联，最后再与缓冲电阻串联；所述电感调节单元(4)均由电感、可控硅开关和放电电阻构成，且电感经可控硅开关与放电电阻并联；该电容调节单元与电感单元分别与可控硅开关串联后连接到消弧线圈的二次绕组上；所述选线电阻为阻值较大的电阻，经可控硅开关连接在消弧线圈的二次绕组上；所述装置中所有可控硅开关均由微机控制器控制。

2.根据权利要求1所述的并联式消弧线圈自动补偿装置，其特征在于，消弧线圈的二次绕组电压为1000V。

3.根据权利要求1所述的并联式消弧线圈自动补偿装置，其特征在于，电容调节单元(3)中的可控硅开关K11、K21、K31、K41开断状态分别与其串联的可控硅开关K1、K2、K3、K4的开断状态相反；电感调节单元(4)中的可控硅开关K51、K61、K71、K81开断状态分别与其串联的可控硅开关K5、K6、K7、K8的开断状态相反。

4.根据权利要求1所述的并联式消弧线圈自动补偿装置，其特征在于，选线电阻(5)并联在消弧线圈的二次绕组上。

5.根据权利要求1所述的并联式消弧线圈自动补偿装置，其特征在于，消弧线圈(2)的一次绕组的电感值与系统对地电容值匹配，处于全补偿状态。正常运行时，阻尼绕组(6)消弧线圈二次绕组并联的电感值最小的电感调节单元投入运行，使消弧线圈整体远离谐振点。当发生单相接地故障时，立刻断开此电感调节单元和阻尼电阻(6)，同时检测对地电容电流，控制电感调节单元与电容调节单元的接入状态。