消弧线圈接地变无功补偿.doc

消弧线圈电力系统输电线路经消弧线圈接地，为小电流接地系统的一种，当单相出现短路故障时，流经消弧线圈的电感电流与流过的电容电流相加为流过断路接地点的电流，电感电容上电流相位相差 180 度，相互补偿当两电流的量值小于发生电弧的最小电流时，电弧就不会发生，也不会出现谐振过电压现象10-63KV电压等级下的电力线路多属于这种情况1 发展过程消弧线圈早期采用人工调匝式固定补偿的消弧线圈，称为固定补偿系统固定补偿系统的工作方式是：将消弧线圈整定在过补偿状态，其过补程度的大小取决于电网正常稳态运行时不使中性点位移电压超过相电压的 15%，之所以采用过补偿是为了避免电网切除部分线路时发生危险的串联谐振过电压因为如整定在欠补偿状态，切除线路将造成消弧线圈电容电流减少，可能出现全补偿或接近全补偿的情况但是这种装置运行在过补偿状态当电网中发生了事故跳闸或重合等参数变化时脱谐度无法控制，以致往往运行在不允许的脱谐度下，造成中性点过电压，三相电压对称遭到破坏可见固定补偿方式很难适应变动比较频繁的电网，这种系统已逐渐不再使用取代它的是跟踪电网电容电流自动调谐的装置，这类装置又分为两种，一种称之为随动式补偿系统随动式补偿系统的工作方式是：自动跟踪电网电容电流的变化，随时调整消弧线圈，使其保持在谐振点上，在消弧线圈中串一电阻，增加电网阻尼率，将谐振过电压限制在允许的范围内。

当电网发生单相接地故障后，控制系统将电阻短接掉，达到最佳补偿效果，该系统的消弧线圈不能带高压调整另一种称之为动态补偿系统动态补偿系统的工作方式是：在电网正常运行时，调整消弧线圈远离谐振点，彻底避免串联谐振过电压和各种谐振过电压产生的可能性，当电网发生单相接地后，瞬间调整消弧线圈到最佳状态，使接地电弧自动熄灭这种系统要求消弧线圈能带高电压快速调整，从根本上避免了串联谐振产生的可能性，通过适当的控制，该系统是唯一可能使电网中原有的功率方向型单相接地选线装置继续使用的系统中国主要产品有自动补偿的消弧线圈国内主要有五种产品，分别是调气隙式，调匝式，调容式，高短路阻抗变压器式和偏磁式2 作用原理消弧线圈的作用是当电网发生单相接地故障后，故障点流过电容电流，消弧线圈提供电感电流进行补偿，使故障点电流降至10A 以下，有利于防止弧光过零后重燃，达到灭弧的目的，降低高幅值过电压出现的几率，防止事故进一步扩大当消弧线圈正确调谐时，不仅可以有效的减少产生弧光接地过电压的机率，还可以有效的抑制过电压的辐值，同时也最大限度的减小了故障点热破坏作用及接地网的电压等所谓正确调谐，即电感电流接地或等于电容电流，工程上用脱谐度 V 来描述调谐程度V=（IC-IL）/IC当 V=0 时，称为全补偿，当 V>0 时为欠补偿,Vcosθ，所以提高功率因数后，线损率也下降了，减少设计容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。

所以，功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补偿势在必行电网中常用的无功补偿方式包括：① 集中补偿：在高低压配电线路中安装并联电容器组；② 分组补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；③ 单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器等加装无功补偿设备，不仅可使功率消耗小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力确定无功补偿容量时，应注意以下两点：① 在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的② 功率因数越高，每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到 0.95 就是合理补偿无功就地补偿容量可以根据以下经验公式确定：Q≤UΙ0 式中：Q---无功补偿容量（kvar）；U---电动机的额定电压（V）；Ι0---电动机空载电流（A）；但是无功就地补偿也有其缺点：⑴不能全面取代高压集中补偿和低压分组补偿；众所周之，无功补偿按其安装位置和接线方法可分为：高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿其中就地补偿区域最大，效果也好但它总的电容器安装容量比其它两种方式要大，电容器利用率也低高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小，利用率也高，且能补偿变压器自身的无功损耗。

为此，这三种补偿方式各有应用范围，应结合实际确定使用场合，各司其职分类投切延时投切方式即俗称的"静态"补偿方式延时投切的目的在于防止过于频繁的动作使电容器造成损坏，更重要的是防备电容不停的投切导致供电系统振荡，这是很危险的延时投切方式用于控制电容器投切的器件可以是投切电容器专用接触器、复合开关或者同步开关（又名选相开关）投切电容器专用接触器有一组辅助接点串联电阻后与主接点并联在投入过程中辅助接点先闭合，与辅助接点串联的电阻使电容器预充电，然后主接点再闭合，于是就限制了电容器投入时的涌流复合开关就是将晶闸管与继电器接点并联使用，但是复合开关既使用晶闸管又使用继电器，于是结构就变得比较复杂，成本也比较高，并且由于晶闸管对过流、过压及对 dv/dt 的敏感性也比较容易损坏在实际应用中，复合开关故障多半是由晶闸管损坏所引起的同步开关是近年来最新发展的技术，顾名思义，就是使机械开关的接点准确地在需要的时刻闭合或断开对于控制电容器的同步开关就是要在接点两端电压为零的时刻闭合，从而实现电容器的无涌流投入，在电流为零的时刻断开，从而实现开关接点的无电弧分断由于同步开关省略了晶闸管，因此不仅成本降低，而且可靠性提高。

同步开关是传统机械开关与现代电子技术完美结合的产物，使机械开关在具有独特技术性能的同时，其高可靠性以及低损耗的特点得以充分显示出来当电网的负荷呈感性时，如电动机、电焊机等负载，这时电网的电流滞带后电压一个角度，当负荷呈容性时，如过补偿状态，这时电网的电流超前于电压的一个角度，功率因数超前或滞后是指电流与电压的相位关系通过补偿装置的控制器检测供电系统的物理量，来决定电容器的投切，这个物理量可以是功率因数或无功电流或无功功率下面就功率因数型举例说明当这个物理量满足要求时，如cosΦ 超前且>0.98，滞后且>0.95，在这个范围内，此时控制器没有控制信号发出，这时已投入的电容器组不退出，没投入的电容器组也不投入当检测到 cosΦ 不满足要求时，如cosΦ 滞后且<0.95，那么将一组电容器投入，并继续监测cosΦ 如还不满足要求，控制器则延时一段时间（延时时间可整定），再投入一组电容器，直到全部投入为止当检测到超前信号如 cosΦ<0.98,即呈容性载荷时，那么控制器就逐一切除电容器组要遵循的原则就是：先投入的那组电容器组在切除时就要先切除如果把延时时间整定为 300s，而这套补偿装置有十路电容器组，那么全部投入的时间就为 50 分钟，切除也这样。

在这段时间内无功损失补只能是逐步到位如果将延时时间整定的很短，或没有设定延时时间，就可能会出现这样的情况当控制器监测到 cosΦ〈0.95，迅速将电容器组逐一投入，而在投入期间，此时电网可能已是容性负载即过补偿了，控制器则控制电容器组逐一切除，周而复始，形成震荡，导致系统崩溃是否能形成振荡与负载的性质有密切关系，所以说这个参数需要根据现场情况整定，要在保证系统安全的情况下，再考虑补偿效果器件1.1 交流接触器控制投入型补偿装置由于电容器是电压不能瞬变的器件，因此电容器投入时会形成很大的涌流，涌流最大时可能超过 100 倍电容器额定电流涌流会对电网产生不利的干扰，也会降低电容器的使用寿命为了降低涌流，大部分补偿装置使用电容器投切专用接触器，这种接触器有 1 组串联限流电阻与主触头并联的辅助触头，在接触器吸合的过程中，辅助触头首先接通，使电容器通过限流电阻接入电路进行预充电，然后主触头接通将电容器正常接入电路，通过这种方式可以将涌流限制在电容器额定电流的 20 倍以下此类补偿装置价格低廉，可靠性较高，应用最为普遍由于交流接触器的触头寿命有限，不适合频繁投切，因此这类补偿装置不适用频繁变化的负荷情况。

1.2 晶闸管控制投入型补偿装置这类补偿装置就是 SVC 分类中的 TSC 子类由于晶闸管很容易受涌流的冲击而损坏，因此晶闸管必须过零触发，就是当晶闸管两端电压为零的瞬间发出触发信号过零触发技术可以实现无涌流投入电容器，另外由于晶闸管的触发次数没有限制，可以实现准动态补偿（响应时间在毫秒级），因此适用于电容器的频繁投切，非常适用于频繁变化的负荷情况晶闸管导通电压降约为 1V 左右，损耗很大（以额定容量 100Kvar 的补偿装置为例，每相额定电流约为145A，则晶闸管额定导通损耗为 145×1×3=435W），必须使用大面积的散热片并使用通风扇晶闸管对电压变化率（dv/dt）非常敏感，遇到操作过电压及雷击等电压突变的情况很容易误导通而被涌流损坏，即使安装避雷器也无济于事，因为避雷器只能限制电压的峰值，并不能降低电压变化率此类补偿装置结构复杂，价格高，可靠性差，损耗大，除了负荷频繁变化的场合，在其余场合几乎没有使用价值1.3 复合开关控制投入型补偿装置复合开关技术就是将晶闸管与继电器接点并联使用，由晶闸管实现电压过零投入与电流过零切除，由继电器接点来通过连续电流，这样就避免了晶闸管的导通损耗问题，也避免了电容器投入时的涌流。

但是复合开关技术既使用晶闸管又使用继电器，于是结构就变得相当复杂，并且由于晶闸管对 dv/dt 的敏感性也比较容易损坏1.4 同步开关（又名选相开关）投入型补偿装置同步开关技术是近年来最新发展的技术，顾名思义，就是使机械开关的接点准确地在需要的时刻闭合或断开对于控制电容器的同步开关，就是要在开关接点两端电压为零的时刻闭合同步开关技术中拒绝使用可控硅，因此仍然不适用于频繁投切但由于同步开关相比复合开关和交流接触器更节能、更安全可靠、更节约资源，且选相开关应用了单片机技术，不仅能通过RS485 通讯控制方式对多至 64 路电容器进行控制，还具备通讯功能，可将基层单位的电测量信息实时发送到上级电网，为国家正在发展的智能化电网无缝对接等诸多因素，可以预见：采用单片机控制磁保持继电器的 LXK 系列同步开关（或选相开关）必将替代复合开关和交流接触器成为无功补偿电容器投切开关的主流瞬时瞬时投切方式即人们熟称的"动态"补偿方式，应该说它是半导体电力器件与数字技术综合的技术结晶，实际就是一套快速随动系统，控制器一般能在半个周波至 1 个周波内完成采样、计算，在 2 个周期到来时，控制器已经发出控制信号了。

通过脉冲信号使晶闸管导通，投切电容器组大约 20-30 毫秒内就完成一个全部动作，这种控制方式是机械动作的接触器类无法实现的动态补偿方式作为新一代的补偿装置有着广泛的应用前景很多开关行业厂都试图生产、制造这类装置且有的生产厂已经生产出很不错的装置当然与国外同类产品相比从性能上、元器件的质量、产品结构上还有一定的差距线路2.1 LC 串联接法这种方式采用电感与电容的串联接法，调节电抗以达到补偿无功损耗的目的从原理上分析，这种方式响应速度快，闭环使用时，可做到无差调节，使无功损耗降为零从元件的选择上来说，根据补偿量选择 1 组电容器即可，不需要再分成多路既然有这么多的优点，应该是非常理想的补偿装置了但由于要求选用的电感量值大，要在很大的动态范围内调节，所以体积也相对较大，价格也要高一些，再加一些技术的原因，这项技术到还没有被广泛采用或使用者很少2.2 采用电力半导体器件作为电容器组的投切开关，较常采用的接线方式如图 2图中BK 为半导体器件，C1 为电容器组这种接线方式采用 2 组开关，另一相直接接电网省去一组开关，有很多优越性作为补偿装置所采用的半导体器件一般都采用晶闸管，其优点是选材方便，电路成熟又很经济。

其不足之处是元件本身不能快速关断，在意外情况下容易烧毁，所以保护措施要完善当解决了保护问题，作为电容器组投切开关应该是较理想的器件。