组合式自动跟踪消弧补偿及选线装置.pdf

一种用于电气技术领域的组合式自动跟踪消弧补偿及选线装置，Z型接地变压器B连接到母线，其中性点经单相隔离开关G连接到消弧线圈L1一端，消弧线圈L1另一端连接到地，中性点同时接有避雷器MOA和单相电压互感器PT，消弧线圈L1二次绕组两端分别并联了一个提供微调电感电流的补偿电抗器支路和阻尼电阻支路，其中补偿电抗器支路由补偿电抗器L2、可控硅K1串联组成，阻尼电阻支路由阻尼电阻R和可控硅K2串联组成，零序电流互感器CT1－CT48穿心连接在系统各条出线，系统中采样信号和控制信号接入控制器。本发明可靠性高，微调电流和全电流相比只占较少份额，无需滤波就可以满足实际应用，具有极高的应用价值。

1、  一种组合式自动跟踪消弧补偿及选线装置，包括：Z型接地变压器B、带二次绕组的调匝式消弧线圈L1、零序电流互感器CT、单相电压互感器PT、避雷器MOA、隔离刀闸开关G、各出线零序电流互感器CT1-CT48以及控制器XHK，其特征在于，还包括：补偿电抗器L2，可控硅K1，阻尼电阻R和可控硅K2，Z型接地变压器B连接到母线，其中性点经单相隔离开关G连接到消弧线圈L1一端，消弧线圈L1另一端连接到地，中性点同时接有避雷器MOA和单相电压互感器PT，消弧线圈L1二次绕组两端分别并联了一个提供微调电感电流的补偿电抗器支路和阻尼电阻支路，其中补偿电抗器支路由补偿电抗器L2、可控硅K1串联组成，阻尼电阻支路由阻尼电阻R和可控硅K2串联组成，零序电流互感器CT1-CT48穿心连接在系统各条出线，各零序电流互感器和单相电压互感器输出信号进入控制器XHK的放大器和AD转换电路采样，控制器XHK输出可控硅触发信号控制可控硅K1和K2的触发状态。

2、  根据权利要求1所述的组合式自动跟踪消弧补偿及选线装置，其特征是，其补偿电流由两部分组成，其中改变带二次绕组的调匝式消弧线圈L1的匝数提供粗调补偿电流，控制可控硅K2的导通角从0到180°变化使补偿电抗器L2提供连续可调的微调电流，消弧线圈档位和可控硅K2导通角通过以PC104工控机为内核的微机测控装置XHK控制。

组合式自动跟踪消弧补偿及选线装置
技术领域
本发明涉及一种自动跟踪消弧补偿及选线装置，具体是一种高可靠性的组合式自动跟踪消弧补偿及选线装置。用于电气技术领域。
背景技术
目前国内外各种型式的消弧线圈中，调容式消弧线圈由于其补偿电流需要靠二次设备进行维持，并且电容器在单相接地故障发生时存在很大的冲击，可靠性低需要经常维护。可控硅控制的高短路阻抗式(相控式)消弧线圈装置可控硅部分流过上千安培的大电流，发热严重，可靠性低，并且存在较大的谐波，在实际应用中还可能出现谐波谐振过电压。还有其他类型的消弧线圈通过改变消弧线圈铁芯的磁阻实现消弧线圈电感电流的调节，由于原理上存在噪声大反应慢和可靠性低等特点基本上已被淘汰。比较起来只有调匝式可靠性最高，但由于调匝式消弧线圈的可调档位数量受到有载开关制造成本和级电压等因素的限制，调匝式消弧线圈提供的补偿电流就会有较大的级差，在大容量系统中难以满足将接地残流控制在5A以内的要求，对调匝式消弧线圈的实际应用带来很大的局限。另外，传统的调匝式消弧线圈装置阻尼电阻一般都安置在消弧线圈尾端和消弧线圈串联，由于是在一次回路，对系统而言存在安全隐患。
检索引证情况：在《电网技术》(Power System Technology)2000年7(第24卷第7期)相关文献题为“高短路阻抗变压器式自动快速消弧系统--配电网中性点新型接地方式的实现”，文中指出“该消弧线圈是一种新型的变压器式可控电抗器，其一、二次绕组间的短路漏抗很大(达100％，或更大)，二次绕组用晶闸管短路。通过调节晶闸管的导通角来调节二次绕组的短路电流，从而实现电抗值的可控调节”，并且“整套装置中设置特殊的滤波电路，用以吸收晶闸管通断时产生的谐波，使电抗器产生工频电流。”，系统单相接地故障发生时，“5ms即可投入(或退出)补偿电流，故障电流在60ms内即可降到很小的残流值”。，该消弧线圈是解决消弧线圈补偿电流的连续调节问题和快速补偿问题，以弥补其他类型的消弧线圈的不足。该系统特点如下：由于消弧线圈全部补偿电流依靠可控硅调节，可控硅通过电流一般都有上千安培，受可控硅导通压降的作用可控硅产生大量热量，可控硅运行可靠性受到很大影响；装置中所用到的滤波电路(滤波器)成本较高，调试困难，容易发生谐振过电压，运行可靠性不高；单相接地故障发生时，需要60ms时间才能将残流降低到很小，对于占单相接地故障的大多数瞬时性故障几乎没有效果，补偿电流需要控制电路维持，可靠性不高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有消弧线圈装置技术的不足，提供一种组合式自动跟踪消弧补偿及选线装置，是一种高可靠性的带二次绕组的调匝式消弧线圈装置，消弧线圈补偿电流可以连续调节，克服了传统消弧线圈只能做到分级调节的缺陷，同时计算机可以任意控制串联在二次侧补偿电抗器回路的可控硅导通角，从而解决调匝式消弧线圈装置不能够连续调节的问题，在单相接地发生时系统能够迅速消除故障。其中将阻尼电阻并联在二次侧，可以消除系统可能出现的谐振过电压，在单相接地故障发生时还可以通过该电阻提供的短时有功电流进行选线。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：Z型接地变压器B、带二次绕组的调匝式消弧线圈L1、补偿电抗器L2、阻尼电阻R、可控硅K1和K2、零序电流互感器CT、单相电压互感器PT、避雷器MOA、隔离刀闸开关G、各出线零序电流互感器CT1-CT48以及微机测控装置XHK。其连接关系为：Z型接地变压器B连接到母线，其中性点经单相隔离开关G，连接到带二次绕组的消弧线圈L1一端，带二次绕组的消弧线圈L1另一端连接到地，中性点同时接有避雷器MOA和单相电压互感器PT，消弧线圈L1二次绕组两端分别并联了一个提供微调电感电流的补偿电抗器支路和阻尼电阻支路，其中补偿电抗器支路由电抗器L2可控硅K1串联组成，阻尼电阻支路由阻尼电阻R和可控硅K2串联组成，系统各条出线装设穿心连接的零序电流互感器CT1-CT48。系统中采样信号和控制信号进入一个由PC104工控机为内核的微机测控装置XHK，XHK为消弧线圈控制器的代号。
本发明中接地变压器B用来产生中性点，单相隔离开关G控制消弧线圈L1的投切，避雷器MOA用来限制中性点过电压，单相电压互感器PT将中性点电压信号送入微机测控装置XHK，消弧线圈L1在系统发生单相接地故障时提供电感电流补偿系统对地电容电流，补偿的电感电流由两部分组成，其中粗调电流由改变消弧线圈一次侧的线圈匝数提供，微调电流由消弧线圈二次侧并联的补偿电抗器L2通过改变可控硅K1的导通角提供，这样通过可以连续改变可控硅K1的导通角实现在调匝式消弧线圈的级差范围内连续可调，从而使得整个消弧线圈装置在全范围内做到连续可调，不但拥有了调匝式消弧线圈可靠性高的优点，而且克服了调匝式消弧线圈调节范围小不能连续调节的缺点。阻尼电阻R用来限制系统在正常运行时的串联谐振过电压，通过可控硅K2进行投切，系统单相接地故障发生时，可控硅K2关断，保护阻尼电阻，另外可以利用控制可控硅K2的瞬间导通消除单相接地故障消失后可能出现的谐振以及进行接地选线。其中零序电流互感器CT1～CT48完成1～48路线路零序电流的采样，该信号送入微机测控装置XHK进行接地选线。
本发明克服了传统调匝式消弧线圈补偿的电感电流分级调整的缺点，又区别于可控硅控制高短路阻抗式消弧线圈装置，后者结构复杂可靠性低并且谐波电流较大，需要专门的滤波装置。本发明主电流靠有载开关控制档位提供，可靠性高，可控硅只是在档位级差电流范围控制，微调电流和全电流相比只占较少份额，由于可控硅工作电流小，因此相比其他可控硅控制的装置而言可控硅可靠性很高，无需滤波就可以满足实际应用，具有极高的应用价值。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图2为消弧线圈原理图
具体实施方式
如图1所示，本发明包括：Z型接地变压器B、带二次绕组的调匝式消弧线圈L1、补偿电抗器L2、阻尼电阻R、可控硅K1和K2、零序电流互感器CT、单相电压互感器PT、避雷器MOA、隔离刀闸开关G、各出线零序电流互感器CT1-CT48以及微机测控装置XHK。其连接关系为：Z型接地变压器B连接到母线，其中性点经单相隔离开关G连接到消弧线圈L1一端，消弧线圈L1另一端连接到地，中性点同时接有避雷器MOA和单相电压互感器PT，消弧线圈L1二次绕组两端分别并联了一个提供微调电感电流的补偿电抗器支路和阻尼电阻支路，其中补偿电抗器支路由补偿电抗器L2、可控硅K1串联组成，阻尼电阻支路由阻尼电阻R和可控硅K2串联组成，系统各条出线装设穿心连接的零序电流互感器CT1-CT48，系统中电压互感器和电流互感器输出信号进入控制器XHK进行放大和AD转换，控制器XHK根据计算结果输出可控硅控制信号和消弧线圈调档信号。
本发明装置的补偿电流由两部分组成，其中有载开关切换消弧线圈档位提供粗调补偿电流，控制可控硅K2的导通角从0到180°变化使得补偿电抗器L2提供连续可调的微调电流，这样补偿电流在全范围内可以连续变化，能够更好地对电容电流进行补偿。
根据可控硅控制电感回路地计算，得到补偿电流公式(归一化)：
I 1 ( α ) : = 2 π · ( π - α + 1 2 · sin ( 2 · α ) ) ]]>
在可控硅导通角从0到180°变化时，得到的电感电流可以连续变化，其变化范围弥补了有载开关调档时的级差电流，使得整个装置在全范围连续可调。
本发明在电网中运行采用预补偿方式，由于消弧线圈二次侧并联有可控的阻尼电阻，因此可消除由于串联谐振带来的过电压。在单相接地发生时，阻尼电阻被控制可控硅关断，保护了阻尼电阻，同时控制该可控硅短时导通，阻尼电阻短时投入，系统利用该阻尼电阻进行接地选线和消除单相接地消失引起的谐振。
本发明结合调匝式消弧线圈分级可调可靠性高的优点进行消弧线圈补偿电流粗调，利用可控硅导通角的改变实现消弧线圈的补偿电流的微调，这样由于大部分电流都是通过改变消弧线圈匝数获得，因此消弧线圈补偿电流波形很好，谐波成分极小，可以不需要设置滤波器，极大地减少了装置中的安全隐患，避免了滤波器可能出现的谐波谐振。另外由于本发明中可控硅只是对消弧线圈补偿电流进行微调，可控硅中流过的电流相比高短路阻抗变压器式自动快速消弧系统中全部补偿电流都是靠可控硅(晶闸管)调节的方式小得多，因此对可控硅通流能力和散热要求小得多，不需要风扇散热，可靠性得到极大提高。本发明中阻尼电阻连接在消弧线圈的二次侧，对系统而言不会造成安全隐患。由于本发明中阻尼电阻的存在，消弧线圈就可以采取预补偿的调节方式，预先将消弧线圈调节到最好的补偿位置，系统单项接地故障发生时，本发明的消弧线圈装置可以在没有任何延时的情况下进行快速补偿，解决了补偿的快速问题，另外如果控制装置发生故障，本发明消弧线圈装置仍然可以提供大部分补偿电流，只是微调电流部分受到影响，高短路阻抗变压器式自动快速消弧系统如果出现控制器故障，全部补偿电流都不能提供，系统单相接地故障发生时将对系统带来灾难性后果。