1、前 言隨著經濟的發展，社會的進步，自動調諧的消弧線圈得到了越來越廣泛的應用。在許多城市、石油、化工、鋼鐵、煤碳的高壓供電網中都安裝使用了消弧線圈補償裝置，大大地降低了由于弧光接地過電壓造成危害的機率。本書主要介紹天變航博公司ZDB-II，系列自動調諧消弧線圈系統的結構原理、操作方法以及安裝調試的步驟等。目錄1 使用范圍-32 使用環境-33 性能指標-34 規格型號-35 原理概述-46 性能特點-87 操作說明-98 通訊協議-169 附錄-18一、使用范圍1.1 它可廣泛用于供電局、發電廠、鋼鐵、煤炭、石油化工等大型廠礦企業的366KV系統的變電站、開閉所。二、使用環境2.1 海拔高度20

2、00m以下。2.2 環境溫度：-1040。2.3 大氣壓力：80110KPa2.4 相對濕度20時小于90%，40時小于50%2.5 無腐蝕性氣體、蒸汽、導電塵埃和爆炸性氣體，無較強的振動與沖擊并應具有防水、防塵設施。三、性能指標·工作電壓：三相四線制380V±10%·通訊接口：RS232或RS485·通訊方式：應答式·電容電流測量精度：±5%·殘流范圍：小于5A·檔案容量：128個四、 規格型號 ZDB - IIA 設計序號 產品型號五、自動跟蹤原理5.1 引言 在中性點不接地電網中,治理單相接地電容電流過大造成

3、危害的方法之一是中性點加裝消弧線圈。消弧線圈的作用是當電網發生單相接地故障后，提供一個電感電流IL補償接地電容電流Ic，使接地電流減小,也使得故障相接地電弧兩端的恢復電壓速度降低,達到自動熄滅電弧的目的。當消弧線圈正確調諧時,不僅可以有效地減少產生弧光接地過電壓的機率，同時也最大限度地減少了故障點熱破壞作用及接地網電壓等。對補償系統的基本要求是:(1)在發生單相接地故障時,補償裝置使流經故障點的殘流減小,盡可能只有主接地電流的有功分量和不能被補償的高次諧波電流；(2)在電網正常和故障情況下,因中性點位移引起的相對地電壓升高值不得危害電網的正常絕緣。要想達到第一條的要求,還必須實現對電網電容電流

4、的自動跟蹤問題,而(1)、(2)兩條又是矛盾的,本章提出動態補償的概念解決這一矛盾。5.2消弧線圈接地系統的中性點電壓位移5.2.1正常運行時的中性點電壓位移 消弧線圈接地系統等效電路如圖一所示,其中L是消弧線圈的電感,r0代表消弧線圈有功損耗的等效電阻,設三相電源電壓完全平衡,其值為，各相泄漏電阻彼此相等,ra=rb=rc=r,且以UA作為參考相量。 式中 電網的不對稱度 電網阻尼率 電網的脫諧度 中性點位移電壓的大小 (1)式中為中性點未加消弧線圈時電網的自然不平衡電壓 圖一 消弧線圈正常運行時的等值圖 圖二 諧振曲線 從式(1)可見,補償系統中性點位移電壓隨著脫諧度變化而發生變化，其變化

5、曲線即諧振曲線如圖二所示，可見脫諧度v越趨近于零，中性點位移電壓愈高，當v=0即全補償時，其值為/d。所以加裝消弧線圈后，對中性點位移電壓起到了放大作用，脫諧度愈小，放大作用愈強，放大倍數約為1040。5.2.2故障時的中性點電壓位移 當電網中出現單相斷線，非全相合閘等故障時，增大，將可能超過限值。另外，電網中出現非同期合閘或大型異步電動機投切操作都可能產生過電壓，只有一點補償電網同未補償電網是相同的，即發生單相金屬性接地時，中性點電壓位移都是。5.2.3小結(1)在電網正常運行情況下,正確調諧的消弧線圈對電網安全運行有害無利,為了滿足正常中性點位移電壓不超過某一限值的要求而不得不將消弧線圈的

6、脫諧度整定在較大的數值,使接地殘流加大，補償效果降低。(2)在電網發生斷線故障，斷路器非同期合閘事故或大型電動機投切操作時，小脫諧度的消弧線圈使中性點電壓位移比無補償電網嚴重得多，將出現危險的過電壓。(3)消弧線圈發揮有利作用是在電網出現單相接地后，并且脫諧度越小越好，最好是全補償。 可見(1)、(2)與(3)條是矛盾的，如何解決這種矛盾呢？一種方法是采用增大電網阻尼率的方法，如采用消弧線圈并聯電阻或串聯電阻接地方案，這種方案在生產實踐中也都發揮了有益的作用。但是d增大必然造成接地殘流增大。另外,附加大容量的電阻從設計制造安裝等方面都有一定的困難。由于現代微電子科學和電力電子技術的發展，完全可

7、以實現動態補償的方案，即在電網正常運行時，消弧線圈工作在遠離諧振點位置，出現單相接地后，瞬間調整消弧線圈實施全補償。5.3自動跟蹤動態補償系統5.3.1自動跟蹤原理 目前國內外已有的自動跟蹤調節消弧線圈補償系統實際上都是一種隨動系統，即消弧電抗器的電抗自動跟蹤電網電容電流的變化而調整，這種調整發生在單相接地故障之前。其基本工作原理有兩種，一種是利用中性點位移電壓和參考電壓之間的相位移與消弧線圈脫諧度之間的關系來跟蹤調整消弧線圈電感，對于一個實際的電網，即使電容電流不變，仍變化很大，這就給調諧帶來誤差，為了彌補這一缺點，需要在某相對地之間附加一電容C，增大電網的不平衡度。 另一種方法是利用中性點

8、位移電壓的幅值隨脫諧度變化的關系來跟蹤調整消弧線圈電感。從圖二可見，隨著脫諧度向零點逼近中性點位移電壓趨近其最大值，可見以上兩種調節的過程也就是電網出現串聯諧振過電壓的過程。另外，這些方法都不能實時檢測電網電容電流的具體數值，也很難定量地調節線圈的脫諧度。根椐式 (1) v>>d時 (2) 式中 : 所以在遠離諧振點處，當消弧電抗器電感值為L1時，測得中性點位移電壓為，調整電感為L2時，測得中性點位移電壓幅值為，則可以利用式(3)計算出: (3) 如果利用微機的計算能力強等特點，在具體算法上采取一系列提高精度的措施，設定檢測靈敏度上采取某種處理方法，可以利用上述原理較為精確地實時測

9、定電網電容電流值,并給以直觀的顯示。5.3.2連續可調消弧電抗器動態補償要求消弧電抗器在電網出現單相接地后能夠瞬間調整至全補償狀態。這就對消弧線圈有兩點基本要求:一是能夠帶額定電壓連續調節電感值,二是調節速度迅速。利用機械運動改變鐵芯中氣隙長度，從而改變電抗器電感的方法不能滿足這一要求。可以采用在交流工作線圈內布置一個鐵芯磁化段，通過改變鐵芯磁化段磁路上的直流助磁磁通大小來調節交流等值磁導，實現電感連續可調的目的。其基本結構如圖三所示，其直流勵磁繞組采取反串聯連接方式，使各繞組上感應的工頻電壓相互抵消。通過對三相全控整流電路輸出電流的閉環調節，實現消弧電抗器勵磁電流的控制，利用微機的數據處理能

10、力，對這類電抗器伏安特性上固有的不大的非線性實施動態校正。六、性能特點ZDB-II系列消弧補償成套裝置為原煤炭部1998年新技術推廣項目，成套裝置96年度獲部科技進步三等獎，98年度系列產品再獲煤炭工業科技進步三等獎，產品已在電力、煤炭、鋼鐵、石化等200余個電網掛網運行。這種消弧線圈的基本工作原理是利用施加直流勵磁電流，改變鐵芯的磁阻，從而達到改變鐵芯電抗值的目的，它可以帶高電壓以電的速度調節電感值。一、成套裝置的組成 成套裝置由消弧裝置和消弧裝置控制器組成。其中Z型接法的接地變壓器和消弧線圈為環保型H級干式變壓器。控制器為大屏幕液晶顯示。二、成套裝置的性能特點 (1)電控無級連續可調消弧線

11、圈，全靜態結構，內部無任何運 動部件，任何觸點，可靠性高、調節速度快、使用壽命長。(2)消弧線圈調節范圍大，補償電流上下限之比可達40倍。(3)無需外加阻尼電阻，不存在由于控制死區而引發電阻著火、崩燒的問題。(4)采用動態補償方式，從根本上解決了補償系統串聯諧振過電壓的問題。(5)是唯一一種可以同電網中原有方向型接地選線裝置配套使用的補償裝置。(6)控制系統功能齊全，可實時顯示電容電流，補償后殘流，具有電容電流追憶功能及接地故障追憶功能。(7)具有RS-232/485串行接口，可同上位機通訊，實時傳送電網電容電流、中性點電壓、上下限報警、裝置自檢信息，電網發生接地故障后傳送補償電流、殘流等信息

12、。(8)具有雙套并用功能。(9)成套裝置裝有打印機。(10)成套裝置可選裝選線裝置三、成套裝置的主要技術指標1）電網電容電流跟蹤靈敏度：不大于0.5A；2）勵磁電流從零至最大調節時間：不大于20ms；3）補償后接地電流工頻無功分量：不大于5A；4）補償后系統脫諧度：不大于±5。七、操作說明本裝置調試完畢投入運行，監視跟蹤電容電流的變化，自動調整補償參數。當發生接地故障時自動補償并記錄接地信息。該裝置設置了六個鍵：復位鍵、F1、F2、F3、F4和自檢鍵。其中復位鍵是系統直接進入復位狀態的功能鍵，任何時候按下此鍵，系統均進行復位，程序重新進入正常監控狀態。自檢鍵是系統進入自檢狀態的功能鍵

13、。其他鍵為功能復用鍵，具體功能見液晶屏上的提示。下面將分別介紹其中的主要界面和具體的操作方法。1、開關機順序開機：先投入消弧線圈，再投入控制裝置關機：先關控制裝置，再關消弧線圈2、開機運行開機后顯示如圖1界面，停留8秒進入測量狀態，如圖2所示。 ZDB- 電容電流自動跟蹤動態補償裝置 天津市航博公司 圖1 ZDB-2A主界面 02-01-18/16:38:34 開口電壓：001.2V 正在檢測 電容電流自動跟蹤動態補償裝置天津市航博公司F1參數 F2調時 F3檔案 F4消音 02-01-18/16:38:34 開口電壓：001.2V 正在檢測 電容電流自動跟蹤動態補償裝置天津市航博公司F1參數

14、 F2調時 F3檔案 F4消音圖2 在此界面中“02-01-18/16:38:34”表示當前的時間是2002年1月18日16時38分34秒。此為實時時鐘，接地故障發生與否不影響此時鐘。“開口電壓”右面的“001.2V"表示當前母線的開口零序電壓值，無論是否發生接地故障，此值總是實時顯示該段母線的開口零序電壓值。“正在檢測”表示了該裝置的狀態“電容電流自動跟蹤動態補償裝置”表示產品的名稱； “天津市航博公司”是該裝置的開發商；“F1參數 F2調時 F3查檔 F4消音”是對操作者提供的操作提示，其具體操作將在下面作詳細的介紹。控制器處于測量電網電容電流的狀態，緩慢遞加施加直流勵磁，此期間

15、控制柜的“助磁電流”表指針也緩慢上升直至最大。然后再緩慢下降至最小。此過程是判斷消弧線圈在控制過程中是否會與電網發生串聯諧振，以便程序進行相應的處理。然后“助磁電流”指針在某處變化很慢約20秒時間，進行精確測量電容電流。如果電容電流比消弧線圈的下限還要低，控制器就報下限報警，如圖3所示；如果電容電流比消弧線圈的上限還要高，控制器就報上限報警，如圖4所示；電容電流在消弧線圈上下限之內，表示系統可以控制，如圖5所示。 02-01-18/16:38:34開口電壓：001.2V 下限報警電容電流：005.6A 電容電流自動跟蹤動態補償裝置天津市航博公司F1參數 F2調時 F3檔案 F4消音圖3 02-

16、01-18/16:38:34開口電壓：001.2V 上限報警電容電流：075.6A 電容電流自動跟蹤動態補償裝置天津市航博公司F1參數 F2調時 F3檔案 F4消音圖4 02-01-18/16:38:34開口電壓：001.2V 正常監控電容電流：035.6A 電容電流自動跟蹤動態補償裝置天津市航博公司F1參數 F2調時 F3檔案 F4消音 圖5處于下限時說明對電網電容電流估計過高，這種情況一般不要投運。處于上限則說明對電網電容電流估計不足，這種情況可以投運，但不能達到殘流小于5A的要求。只有系統處于正常監控，在有效的補償范圍之內，才可達到理想的補償效果。如果電網的零序電壓在助磁電流為零時大于9

17、V，這種情況認為是病態電網，消弧線圈無法控制，界面顯示如圖6所示 02-01-18/16:38:34開口電壓：010.2V U0越限 電容電流自動跟蹤動態補償裝置天津市航博公司F1參數 F2調時 F3檔案 F4消音 圖6如果在上述檢測過程中，直流勵磁線或零序電壓線或消弧線圈高壓沒有投運等其他問題會導致測量出錯，界面顯示如圖7所示 02-01-18/16:38:34開口電壓：001.2V 系統有誤 電容電流自動跟蹤動態補償裝置天津市航博公司F1參數 F2調時 F3檔案 F4消音 圖7只有裝置處于“正常監控”狀態，系統才是正常的。此時裝置根據內部設定的參數，監測電容電流。當電容電流的變化超出設定的

18、門限，系統就處于自動跟蹤狀態，重復上述過程，其界面顯示如圖8所示。 02-01-18/16:38:34開口電壓：001.2V 自動跟蹤電容電流：034.2A 電容電流自動跟蹤動態補償裝置天津市航博公司F1參數 F2調時 F3檔案 F4消音 圖83、接地補償裝置在“正常監控”狀態時，隨時等待接地的發生。一但零序電壓超出設定的門限，裝置既認為接地發生，立即進入補償狀態。裝置報警并發出蜂鳴聲，液晶顯示器的背光打開，并記錄接地報警信息。此時可按“F4”鍵消除聲音，界面顯示如圖9所示。 02-01-18/16:38:34開口電壓：090.2V 接地補償電容電流：034.2A電感電流：032.4A接地殘流

19、：001.8AF1參數 F2調時 F3檔案 F4消音 圖9“電容電流：034.2A”為接地之前所測量的電容電流。“電感電流：032.4A” 為裝置根據所測量的電容電流給出補償的電感電流。“接地殘流：001.8A”為電容電流與電感電流的差。本裝置采取欠補償的方式，所以接地殘流程容性。4、接地解除當零序電壓小于設定的門限，裝置經多次判斷認為接地解除，自動恢復正常監控狀態，同時也記錄接地解除的信息。5、其他操作系統處于運行主界面時，可隨時按“F1、F2、F3、F4”，進行相應的操作。 F1參數接地電壓 025V通訊速率 9600BPS本機地址 03DA1 001DA2 002靈敏度1 003靈敏度2

20、 003 F4返回 圖10該操作只能查看裝置的內部參數，不能修改。所有參數有我廠負責調試，系統投入正常運行后無需修改。接地電壓：指裝置認為接地時的門限電壓通訊速率：指裝置與上位機的通訊速率本地地址：與上位機通訊時該裝置的地址靈敏度1、靈敏度2 ：裝置啟動自動跟蹤電容電流變化的數據DA1、DA2：程序內部參數 F2調時在正常顯示界面，按“F2調時” 可以修改時間，如下圖所示。02年01月18日16時37分50秒F1移動 F2修改 F3確認 F4返回圖11 圖11顯示了當前系統運行的時間。通過F1鍵和F2鍵可完成對時間的修改，通過F1來選擇要修改的位，被選的位呈反顯狀態（如圖4中表示年份的“0”所

21、示）；通過F2來修改該位的值，每按F2鍵一次，該位值加1。例如：要將“37分”改為“38分”（其余的值保持不變），則連續按F1鍵，直到“37分”中的“7”顯示為“7”時，再按F2鍵，直到該位變為“8”然后按F3鍵確認此次修改，再按F4鍵返回即可完成修改時間。如不做修改直接按F4鍵返回即可。 F3檔案用戶可以查看接地檔案、開關機時間和手動自檢等三項檔案記錄，其各自最多可以存儲128條記錄，當超過128條記錄時，最先記錄的數據將被沖掉。在正常監控狀態下，按F3鍵，則進入如圖12所示的查檔主界面。圖中顯示了每種檔案的總數。 接地檔案 002次 開關機時間 005次 手動自檢 001次 F1向上 F2

22、向下 F3確認 F4返回圖12 此界面顯示了所要查找的三個檔案，其中“”指向所要操作的項目，通過F1向上或F2向下來選擇所要查看的檔案。當選中所要查看的檔案后，按F3確認鍵，就進入相應的檔案記錄中。 接地檔案在“”指向“接地檔案”時，按下F3確認鍵，則進入如圖13所示的接地檔案記錄界面。 圖13左上角的“接地檔案”表明了此檔案的名稱，右上角的“002001”表示此檔案中共有2條記錄，此時所指為第1條記錄（即被“ ”所指的記錄）。在屏幕上按距離現在的時間由近及遠順序顯示了事件名稱和事件發生的時間。例如圖13中“”所指的記錄表明在02年08月20日19時08分54秒接地故障解除。接地檔案 0020

23、01 接地解除 02-08-20/19：08：54 接地報警 02-08-20/17：32：35 F1向上 F2向下 F3參數 F4返回 圖13 按F1向上或F2向下可以查看其他信息。記錄查詢完畢后按F4返回鍵，回到圖12所示的檔案查看主界面。按F3可以查看當前事件消弧線圈的參數，如圖14所示。母線 接地解除02-08-20/19：08：54電容電流：034.5A電感電流：031.8A接地殘流：002.7A F3 打印 F4返回 圖14 此時，按F3可以將顯示的顯示內容打印出來。按F4則返回查檔狀態。 開關機時間該裝置可以記錄裝置的開關機時間，操作同查檔，顯示如圖15所示。屏幕右上方顯示的是當

24、前開關機的總次數以及當前所指的順序。自檢檔案在正常監控狀態，可以按面板上的“自檢”鍵，裝置對內部的硬件進行檢查并記錄自檢結果。查看自檢檔案操作同查檔，顯示如圖16所示。屏幕右上方顯示的是當前自檢總數以及當前所指的順序。開關機時間 005001 020121/08：06：45 開機 020120/21：15：21 關機 020120/18：48：33 開機 020120/18：34：16 關機020119/10：24：56 開機F1向上 F2向下 F4返回 圖15 手動自檢 001001 020119/15：07：07 OKF1向上 F2向下 F4返回 圖16 F4消音 當發生接地時裝置發出聲音報警，按“F4消音”可以消除聲音。系統正常時，按“F4消音”可以打開背光，以便觀察顯示。八、通訊協議消弧控制器能夠與上位機通過串行接口通訊。對于消弧線圈，需監測的數據有：1、 電容電流：接地消弧的補償依據2、 電感電流：接地消弧補償時的接地電感線圈的電流3、 接地殘流：接地補償之后的殘余電流 4、 消弧線圈的狀態1通訊方式1）通訊格式：異步，一位起始位，八位數據位，一位停止位。2）通訊速率：9600