專利名稱：3～35kv防諧限壓消弧線圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電網(wǎng)中性點(diǎn)接地設(shè)備，具體地為一種用于3～35KV電網(wǎng)的防諧限壓消弧線圈。
背景技術(shù)：
3～35KV電網(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行，具有補(bǔ)償、消弧和防鐵磁諧振功能。長(zhǎng)期以來采用的消弧線圈，為帶氣隙鐵芯繞制線圈制成的多分頭單一中性點(diǎn)電感線圈，這種消弧圈稱為傳統(tǒng)消弧線圈。傳統(tǒng)消弧線圈的應(yīng)用，存在有兩項(xiàng)弊端。一是，因無防調(diào)諧共振能力，必須整定在過補(bǔ)償下運(yùn)行，但過補(bǔ)償又不應(yīng)過大，因而調(diào)整困難，不能滿足運(yùn)行要求。二是，運(yùn)行中能產(chǎn)生相電壓幅值3.0倍的“拍頻”振蕩過電壓，和由此引起的相電幅值4.0倍的弧光接地暫態(tài)振蕩過電壓。近二十年來，6～10KV電網(wǎng)裝設(shè)的由微機(jī)控制器實(shí)施控制的自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈，雖能自動(dòng)調(diào)整于全補(bǔ)償或近于全補(bǔ)償下運(yùn)行，具有良好補(bǔ)償效果，但防調(diào)諧共振存在間斷間歇的弊端，在發(fā)生間歇性單相弧光接地期間，能產(chǎn)生類同于傳統(tǒng)消弧線圈應(yīng)用的相同嚴(yán)重過電壓。產(chǎn)生的嚴(yán)重過電壓不一定使對(duì)地絕緣立即損壞引起事故，但造成對(duì)地絕緣損傷累積，將降低電網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)安全運(yùn)行水平。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種能克服上述傳統(tǒng)消弧線圈和自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈的弊端，不僅具有良好補(bǔ)償、消弧和防鐵磁諧振功能，同時(shí)又具有防諧和限壓性能的3～35KV防諧限壓消弧線圈。
具有的防諧性能，能保證連續(xù)不間斷避免調(diào)諧共振，因而允許在欠補(bǔ)償、全補(bǔ)償、過補(bǔ)償任何補(bǔ)償狀況下運(yùn)行。具有的限壓性能，能將“拍頻”振蕩電壓限壓至不超過相電壓幅值10％，和能將弧光接地暫態(tài)振蕩過電壓限壓至不超過相電壓幅值的2.5倍。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是3～35KV防諧限壓消弧線圈，由多分頭中性點(diǎn)電感線圈LH部件和中性點(diǎn)混合阻抗ZF部件并聯(lián)連接組成。混合阻抗ZF部件由電感元件LP并聯(lián)連接非線性電感 電阻Rm串聯(lián)元件，再與非線性電感 電容CF并聯(lián)元件相串聯(lián)構(gòu)成。
非線性電感 由無氣隙冷軋硅鋼片鐵芯繞以線圈制成，Rm為電阻絲線制成的電阻，CF為電容。電網(wǎng)單相接地時(shí)，LH部件提供可調(diào)補(bǔ)償電流IH，ZF部件提供補(bǔ)償電流IF，總補(bǔ)償電流IK為IH與IF之和。IH與IF的比值，可在0～25范圍內(nèi)分級(jí)調(diào)整。
下面對(duì)本實(shí)用新型伏安特性和防諧、限壓性能，分別作分析說明。
一、本實(shí)用新型的額定電壓為UH，UH等于應(yīng)用電網(wǎng)額定相電壓的1.05倍。LH部件的伏——安特性為作用電壓在0～1.10UH全范圍內(nèi)，近于線性。ZF部件的伏——安特性為作用電壓在0～0.05UH范圍內(nèi)，ZF阻抗呈現(xiàn)為近于不變的工頻容性阻抗；作用電壓在0.05～0.40UH范圍內(nèi)，ZF阻抗呈現(xiàn)為非線性阻抗；作用電壓在0.40～1.10UH范圍內(nèi)，ZF的伏——安特性近于線性。
二、電網(wǎng)無接地故障下，三相對(duì)地電容∑C的容抗X∑C，與消弧線圈電感LK的感抗XK構(gòu)成并聯(lián)回路，由于該回路中實(shí)際存在電網(wǎng)中性點(diǎn)不對(duì)稱電壓UO，因而能構(gòu)成調(diào)諧共振。當(dāng)構(gòu)成完全調(diào)諧共振時(shí)，因X∑C等于XK，回路中電流僅受消弧線圈電阻RK限制，因而能產(chǎn)生嚴(yán)重中性點(diǎn)對(duì)地工頻過電壓。電網(wǎng)正常運(yùn)行下，中性點(diǎn)對(duì)地電壓UOK值不允許超過0.15UH。如一臺(tái)最大補(bǔ)償電流30A的傳統(tǒng)消弧線圈運(yùn)行于35KV電網(wǎng)，整定IK為30A，運(yùn)行相電壓Uφ等于UH，為35×1.05/3KV,]]>等于21218伏，RK值為12歐，當(dāng)構(gòu)成完全調(diào)諧共振，為使UOK值不大于0.15UH最大允許UO值僅為54伏。實(shí)際35KV電網(wǎng)的UO電壓值，正常最大可達(dá)約640伏。因此，必須整定于過補(bǔ)償下運(yùn)行，保證在電網(wǎng)電容電流減小時(shí)，不致構(gòu)成全補(bǔ)償調(diào)諧共振。采用本實(shí)用新型，當(dāng)ZF部件上電壓不大于0.05UH，ZF阻抗呈現(xiàn)為工頻容性阻抗，通過ZF阻抗的最大允許電流IFC，建立的最大允許中性點(diǎn)不對(duì)稱電壓為UOF。當(dāng)電網(wǎng)的UO電壓值不超過UOF值，就可使UOK電壓值不超過0.05UH，小于最大允許值0.15UH，可保證連續(xù)不間斷地避免調(diào)諧共振。本實(shí)用新型用于35KV電網(wǎng)的設(shè)計(jì)實(shí)例為FJL——30A/35型防諧限壓消弧線圈UH值為21218V，IK為4A、10A、20A和30A，共四檔，LH部件設(shè)有6A、16A、26A三個(gè)分頭電流，ZF部件的IF值為4.0A。FJL——30A/35型的防調(diào)諧其振能力設(shè)計(jì)為，ZF部件上電壓不大于0.05UH下，通過ZF的最大允許電流IFC值取為1.20A。當(dāng)IK值整定為10A，35KA電網(wǎng)的單相接地電容電流I∑C值為12A，計(jì)算得UOF值為0.12UH，等于2546伏，遠(yuǎn)大于電網(wǎng)正常的最大UO電壓值640伏。即使發(fā)生嚴(yán)重?cái)嗑€故障，也不致使電網(wǎng)的UO電壓值超過2546伏。當(dāng)IK為30A，I∑C為34A，計(jì)算得UOF值為0。047UH，等于997伏，也大于電網(wǎng)正常的最大的UO640伏。實(shí)際上，當(dāng)35KV電網(wǎng)的I∑C值達(dá)34A，電網(wǎng)連接有電纜線，電網(wǎng)正常的最大UO電壓不致超過400伏，發(fā)生嚴(yán)重?cái)嗑€故障，也不致使電網(wǎng)的UO電壓超過997伏。若發(fā)生特別嚴(yán)重的斷線故障，使電網(wǎng)的UO電壓值超過UOF電壓值，這是，ZF部件上電壓將超過0.05UH，ZF阻抗由呈現(xiàn)為工頻容性阻抗迅速改變呈感性阻抗，將引起嚴(yán)重調(diào)諧共振，ZF部件上電壓迅速上升，使 非線性電感的鐵芯發(fā)生嚴(yán)重飽和，產(chǎn)生約0.4UH嚴(yán)重飽和電壓。此嚴(yán)重飽和電壓將使調(diào)諧共振受到限制，使UOK電壓幅值不致超過0.73×2Uφ,]]>電網(wǎng)上任一相對(duì)地最大電壓幅值不超過1.73×2Uφ,]]>允許持續(xù)運(yùn)行2小時(shí)，對(duì)電網(wǎng)無危害。電網(wǎng)發(fā)生單相接地，接地電弧熄滅后，產(chǎn)生的自由振蕩衰減電壓，也使ZF部件上電壓超0.05UH。但這時(shí)，自由振蕩衰減電壓的直流電壓分量，使 的鐵芯均發(fā)生嚴(yán)重飽和，使電阻Rm能發(fā)揮作用。選取最佳Rm電阻值，不僅能可靠避免調(diào)諧共振，還使自由振蕩電壓迅速衰減，于接地電弧熄滅后15～35ms時(shí)，將ZF上電壓幅值降至0.05×2Uφ]]>值以下，重又恢復(fù)正常的防調(diào)諧共振。
三、3～35KV消弧線圈接地電網(wǎng)，單相穩(wěn)定接地電弧熄滅后，產(chǎn)生自由振蕩衰減電壓U∑C，起始幅值為 當(dāng)故障相對(duì)地電壓值為 時(shí)，發(fā)生單相弧光接地，在健全兩相上產(chǎn)生2.3×2Uφ]]>的弧光接地暫態(tài)振蕩過電壓，當(dāng)于暫態(tài)振蕩最大峰值電壓時(shí)熄滅電弧，產(chǎn)生的自由振蕩衰減電壓為U′∑C電壓，U′∑C電壓的起始幅值為1.53×2Uφ.]]>U∑C電壓或U′∑C電壓均按e-kRt衰減，KR為衰減系數(shù)。KR等于RK/2LK，LK為消弧線圈設(shè)備的電感，RK為與LK串聯(lián)的等值電阻。如35KV電網(wǎng)裝設(shè)一臺(tái)最大補(bǔ)償電流30A的傳統(tǒng)消弧線圈，IK為30A，當(dāng)I∑C值為27A，為過補(bǔ)償11.1％。這時(shí)，UH值為21218伏，LK為2.25亨，RK為12歐，KR值為2.70，過補(bǔ)償11.1％下，U∑C電壓振蕩頻率為52.7周/秒。對(duì)于U′∑C電壓，因起始電壓幅值為1.53×2Uφ,]]>使LK的鐵芯發(fā)生飽和，LK值下降，過補(bǔ)償11.1％下的U′∑C電壓起始振蕩頻率上升為約61周/秒，起始的KR值增大為約3.7。接地電弧熄滅后瞬間，U∑C電壓或U′∑C電壓的起始峰值與故障相電源電壓峰值呈反極性，熄滅弧后，U∑C電壓或U′∑C電壓與故障相、非故障相工頻50周/秒電源電壓均構(gòu)成”拍頻”振蕩，使三相對(duì)地均產(chǎn)生“拍頻“振蕩過電壓。對(duì)于U∑C電壓，接地電弧熄滅后180ms時(shí)，使故障點(diǎn)對(duì)地產(chǎn)生的“拍頻”振蕩過電壓為1.60×2Uφ.]]>對(duì)于U∑C電壓，接地電弧熄滅后，僅經(jīng)約70ms，就使故障點(diǎn)對(duì)地產(chǎn)生的“拍頻”振蕩過電壓高達(dá)2.21×2Uφ.]]>當(dāng)此2.21×2Uφ]]>過電壓造成故障點(diǎn)對(duì)地較弱絕緣擊穿，發(fā)生重復(fù)弧光接地，在健全兩相上產(chǎn)生的弧光接地暫態(tài)振蕩過電壓為3.30×2Uφ,]]>當(dāng)于暫態(tài)振蕩最大峰值電壓時(shí)熄滅電弧，立即在三相對(duì)地電容∑C上建立起始電壓幅值高達(dá)2.20×2Uφ]]>的自由振蕩衰減電壓U″EC。U″EC電壓使LK的鐵芯發(fā)生嚴(yán)重飽和，LK值顯著下降，U″∑C電壓的起始振蕩頻率上升為約79周/秒，此時(shí)，衰減系數(shù)KR值增大約三倍，但由于U″∑C電壓的振蕩頻率較高，電弧熄滅后，經(jīng)6.6ms，U″∑C電壓幅值衰減為2.05×2Uφ]]>與滯后于故障相120°工頻電氣角的健全相電源電壓，形成近于同極性同峰值疊加，使該相對(duì)地的“拍頻”振蕩過電壓高達(dá)相電壓幅值的3.0倍，當(dāng)此過電壓引發(fā)弧光接地，將產(chǎn)生相電壓幅值4.0倍的弧光接地暫態(tài)振蕩過電壓。采用自動(dòng)調(diào)諧消弧設(shè)備時(shí)，當(dāng)電網(wǎng)架空線上發(fā)生間歇性弧光接地，于每次穩(wěn)定接地電弧熄滅后，在外接防調(diào)諧共振電阻尚未串聯(lián)接入的約50ms期間，電網(wǎng)上產(chǎn)生的最大工頻過電壓可達(dá) 的2.1～2.7倍，當(dāng)此工頻過電壓引發(fā)弧光接地，也能產(chǎn)生類同于傳統(tǒng)消弧線圈應(yīng)用的相同嚴(yán)重過電壓。采用本實(shí)用新型——防諧限壓消弧線圈，在每次單相接地電弧熄滅后，能迅速衰減U∑C電壓或U′∑C電壓至很小，使故障點(diǎn)對(duì)地“拍頻”振蕩電壓不超過相電壓幅值10％，因而能將弧光接地暫態(tài)振蕩過電壓限壓至不超過相電壓幅值的2.5倍。迅速衰減U∑C電壓或U′∑C電壓的機(jī)理是單相接地電弧熄滅后，產(chǎn)生的U∑C電壓或U′∑C電壓的直流電壓分量，使 和 非線性電感的鐵芯瞬即進(jìn)入嚴(yán)重飽和狀況，使電阻Rm發(fā)揮作用，能迅速將U∑C電壓或U′∑C電壓衰減至很小.選擇最佳Rm電阻值，使在Rm電阻上產(chǎn)生的損耗，能很快消耗接地電弧熄滅后瞬即在三相對(duì)地電容∑C上儲(chǔ)集的電容儲(chǔ)能，因而能在接地電弧熄滅后15～35ms時(shí)，將U∑C電壓或U′∑C電壓衰減至很小，使故障點(diǎn)對(duì)地的“拍頻”振蕩電壓不超過相電壓幅值10％。


圖1本實(shí)用新型直接接入的接線簡(jiǎn)圖圖2是電源無接地圖1等值分析圖圖3是單相接地補(bǔ)償圖1等值分析圖圖4本實(shí)用新型間接接入的接線簡(jiǎn)圖具體實(shí)施方式
防諧限壓消弧線圈，由多分頭中性點(diǎn)電感線圈LH部件和中性點(diǎn)混合阻抗ZF部件并聯(lián)連接組成。混合阻抗ZF部件由電感元件LP并聯(lián)連接非線性電感 電阻Rm串聯(lián)元件，再與非線性電感 電容CF并聯(lián)元件相串聯(lián)構(gòu)成。
為進(jìn)一步對(duì)本實(shí)用新型作更具體說明，下面參照附圖對(duì)列舉的實(shí)施實(shí)例作計(jì)算分析。
圖1中，“1”為有引出性點(diǎn)“0”的3～35KV電網(wǎng)，本實(shí)用新型的“H”端與“P端連接，直接接入“0”。圖1中“4”為L(zhǎng)H部件，“5”為ZF部件，兩部件接地端“m”共同接地。
圖2中，UO為電網(wǎng)中性點(diǎn)不對(duì)稱電壓，XLH為L(zhǎng)H部件運(yùn)行分頭的感抗，RH為L(zhǎng)H線圈電阻；XLP為L(zhǎng)P電感元件的感抗，RP為L(zhǎng)P線圈電阻；Rm為與 非線性電感串聯(lián)的高值電阻；RF為 非線性電感線圈電阻；CF為電容值為CF的高壓電容器。
圖3中，取運(yùn)行相電壓Uφ等于UH，I∑C為單相接地電容電流，IK為補(bǔ)償電流，IK等于IH與IF之和，Im為接地故障點(diǎn)殘余電流。
圖4中，“2”為無引出中性點(diǎn)的3～35KV電網(wǎng)，“3”為接地變壓器T0，由T0引出人工中性點(diǎn)“0”，再接入本實(shí)用新型。圖4的類似于圖2、圖3的等值分析圖需將圖中“H”“P”連接后，串接入T0的1/3零序阻抗，再接入中性點(diǎn)“0”。
上述中列舉的用于35KV電網(wǎng)的實(shí)施實(shí)例FJL-30A/35型防諧限壓消弧線圈，接線簡(jiǎn)圖如圖1，電網(wǎng)正常無接地的等值分析圖如圖2。UH為2128伏，圖2中參數(shù)為XLP為3457歐，Rp為50歐，RF為40歐，CF為0.78微法，Rm取值為1200歐。當(dāng)整定IK為10A，圖2中IH為6A，IF為4A，XLH為3536歐，RH為42歐；當(dāng)整定IK為30A，圖2中IH為26A，IF為4A，XLH為816歐，RH為14歐。圖2中當(dāng)“0”與“m”間電壓不大于0.05UH，最大允許IF值為IFC，IFC設(shè)計(jì)為1.2A。當(dāng)IK為10A，I∑C為12A，X∑C為1768歐，按圖2計(jì)算得最大允許中性點(diǎn)不對(duì)稱電壓UOF為0.12UH；當(dāng)IK為30A，I∑C為34A，X∑C為624歐，按圖2計(jì)算得這時(shí)的UOF值為0.047UH。因圖2中Rm值取為1200歐，電網(wǎng)單相接地電弧熄滅后產(chǎn)生的U∑C電壓或U′∑C電壓，均按e-KFT很快衰減，KF為衰減系數(shù)。KF值大大高于采用傳統(tǒng)消弧線圈時(shí)的衰減系數(shù)KR值。計(jì)算得出，IK為10A，U∑C為12A，U∑C電壓或U′∑C電壓的振蕩頻率為106周秒，KF值高達(dá)362，接地電弧熄滅后10ms時(shí)，1.53×2Uφ]]>起始電壓幅值的U′∑C電壓的幅值，衰減為0.041×2Uφ,]]>于故障點(diǎn)對(duì)地產(chǎn)生的最大“拍頻”振蕩電壓幅值，不超過相電壓幅值的3.3％。當(dāng)IK為30A，I∑C為34A，接地電弧熄滅后產(chǎn)生的U∑C電壓或U′∑C電壓的振蕩頻率為62周/秒，KF值為103，接地電弧熄滅后35ms時(shí)，起始U′∑C電壓幅值為1.53×2Uφ]]>的電壓幅值衰減為0.042×2Uφ,]]>于故障點(diǎn)對(duì)地產(chǎn)生的最大“拍頻”振蕩電壓，不超過相電壓幅值2.3％。
35KV電網(wǎng)裝設(shè)一臺(tái)FJL-30A/35型防諧限壓消弧線圈，電網(wǎng)單相接地補(bǔ)償分析等值圖如圖3。電網(wǎng)單相接地時(shí)， 的鐵芯處于不飽和狀況，故圖3中未計(jì)入 支路對(duì)接地補(bǔ)償?shù)暮苄∮绊?。如圖3，電網(wǎng)單相接地時(shí)， 的鐵芯處于深度飽和狀況， 并聯(lián)元件上電壓設(shè)計(jì)為7390伏，LP電感元件上電壓設(shè)計(jì)為13828伏。電網(wǎng)單相接地時(shí)，由于 的鐵芯處于深度飽和狀況，產(chǎn)生三次諧波電壓，使ZF部件給接地故障點(diǎn)提供約0.4A幅值三次諧波電流。但此三次諧波電流幅值尚小，對(duì)按地故障點(diǎn)電弧熄滅產(chǎn)生的不利影響很小。
3～35KV電網(wǎng)裝設(shè)本實(shí)用新型防諧限壓消弧線圈，在任何補(bǔ)償狀況下，均能完全避免調(diào)諧共振，和每次接地電弧熄滅后能迅速地將故障點(diǎn)對(duì)地的“拍頻”振蕩電壓限壓至不超過相電壓幅值10％。在絕大多數(shù)電網(wǎng)的電容電流變動(dòng)情況下，應(yīng)用本實(shí)用新型，將補(bǔ)償電流整定為電容電流變動(dòng)平均值，可取得等同于自動(dòng)調(diào)諧一樣的補(bǔ)償、消弧效果。因此，應(yīng)用本實(shí)用新型可全面實(shí)現(xiàn)良好補(bǔ)償、消弧、防鐵磁諧振和顯著降低過電壓水平的同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單和運(yùn)行可靠性高。
權(quán)利要求1.3～35KV防諧限壓消弧線圈，由多分頭中性點(diǎn)電感線圈LH部件和混合阻抗ZF部件并聯(lián)連接組成，其特征是混合阻抗ZF部件由電感元件LP并聯(lián)連接非線性電感 電阻Rm串聯(lián)元件，再與非線性電感 電容CF并聯(lián)元件相串聯(lián)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3～35KV防諧限壓消弧線圈，其特征是非線性電感 非線性電感 均為由冷軋硅鋼片制成無氣隙鐵芯，繞以線圈制成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種電網(wǎng)中性點(diǎn)接地設(shè)備。3～35KV防諧限壓消弧線圈，由多分頭中性點(diǎn)電感線圈L
文檔編號(hào)H02H9/08GK2629312SQ03254659
公開日2004年7月28日 申請(qǐng)日期2003年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月30日
發(fā)明者周配明 申請(qǐng)人:周配明