电气类——毕业设计——新型自动跟踪补偿消弧线圈测控单元的研究.doc

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1、. 中 国 矿 业 大 学 本科生毕业 设计 姓 名： 贾贾 雯雯 惠惠 学 号： ： 21056480 学 院： 应应 用用 技技 术术 学学 院院 专 业： 电电 气气 工工 程程 及及 自自 动动 化化 论文题目：新型自新型自动动跟踪跟踪补偿补偿消弧消弧线线圈圈测测控控单单元的研究元的研究硬件部分硬件部分 指导教师：李李 晓晓 波波 职 称： 副副 教教 授授 2009 年 6 月 徐州 . 中国矿业大学毕业设计任务书 学院 应用技术学院 专业年级 电气 054 学生姓名 贾雯惠 任任务务下下达达日日期期：2009 年年 1 月月 10 日日 毕业论文日期：毕业论文日期：2009 年年

2、3 月月 10 日至日至 2009 年年 6 月月 10 日日 毕业论文题目：毕业论文题目：新型自动跟踪补偿消弧线圈测控单元的研究新型自动跟踪补偿消弧线圈测控单元的研究硬件部分硬件部分 毕业论文主要内容和要求：毕业论文主要内容和要求： 了解配消弧线圈的发展现状，工作原理及实现方法，重点掌 握自动跟踪补偿消弧线圈尤其是二次调感式自动跟踪消弧线圈的 实现方法。在此基础上针对三相五柱式消弧线圈利用单片机或 DSP 设计出其控制器，该控制器能够通过对电网参数的检测来计 算出可控硅的触发角，从而实现消弧线圈电感电流的连续调节， 达到自动跟踪电网电容电流并完全补偿的目的。所设计的控制器 具有测量、显示、保

3、护及通信等功能。画出完整的硬件原理图。 院长签字： 指导教师签字： . 中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的 能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点； 工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意 答辩等）： 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 . 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合 运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果 及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等）： 成 绩： 评阅教师签字：

4、 年 月 日 . 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合 运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果 及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 . 中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 回 答 问 题 提 出 问 题正 确 基本 正确 有一 般性 错误 有原 则性 错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩： 学院领导小组负责人： 年 月 日 . 摘 要 近年来，随着城市电网

5、的扩大，特别是电缆出线的增多，使得系统总 的电容电流增加较快，包括线路，母线及其他一次设备的对地电容电流。 当系统的某一相发生接地故障时，对地电容电流会相当大，接地电弧不能 自动熄灭，越来越多的瞬间单相接地故障不能自动消除。为了解决这一问 题，我国现在普遍采用中性点经消弧线圈接地的补偿方式。接地后可有效 的减小了流过故障点的电容电流，减小了弧光接地过电压的概率及有利于 电弧熄灭。 本文在分析了消弧线圈的各种调谐原理之后，采用了极值法和相位法 相结合的消弧线圈调谐来实现快速调谐，并结合三相五柱式消弧线圈的工 作原理，采用通过调节可控硅导通角获得补偿电感电流的控制方法。 本文介绍了基于 DSP 芯

6、片 TMS320LF2407 的新型自动跟踪补偿消弧线圈 测控单元硬件部分的设计原理，以此芯片为核心控制器，设计了 DSP 最小 系统电路，完成了电压电流隔离变换电路、整流电路、带通滤波电路、移 相电路、方波形成等模拟量采集调理电路，设计了独立键盘和液晶显示、 日历时钟、通信和晶闸管触发等电路，同时对系统供电电源进行了设计。 最后，简要说明了干扰产生的原因和一些抗干扰措施。 关键词：消弧线圈 ；调谐原理 ；DSP . ABSTRACT In recent years,with the expansion of urban power grids,especially the increase

7、of cable round, makes the system total capacitance current increases rapidly,Including lines,buses and other equipment of a current-to-ground capacitance,When the system with a ground fault occurs,the current-to-ground capacitance will be very large,Grounded arc does not automatically extinguish,mor

8、e and more instantaneous grounding faults unable to eliminate naturally.To solve these problems,the compensating method of neutral point grounding through arc suppression coil(ASC) is commonly used in our country.After the neutral point is grounded through arc suppression coil,it can decrease the ca

9、pacitance current through fault point and the over-voltage caused by the grounding fault,which is advantage for the extinguishments of electric arc.Therefore it is great needed for a new ASC. After analyzing all kind of tuning principles of ASC,using the method of extremum method and phase of arc ex

10、tinction coil tuned to achieve rapid tuning.Based on the working principle of three phases and five columns,a new control method was put forward which is adjust some thyristor trigger angle to achieve the compensating current. In this paper,we introduce the hardware principle of the measuring and co

11、ntrolling unit to track and compensate automatically,which is based on a new type of DSP chip TMS320LF2407.With the chip as the core controller,we design the DSP smallest system circuit,and complete the transformation of voltage and current isolation circuit, rectifier circuit, band-pass filter circ

12、uit, phase-shifting circuit,analog to gather and regulate circuits such as square formation circuit.Independent keyboard and LCD displaying,clock circuit,communication circuit and thyristor trigger circuit are designed. Finally,this paper illustrates the cause of disturbance and introduces some anti

13、-jamming measures. Keywords: arc suppression coil ；tuning principle ；DSP . 目 录 1 绪论绪论.1 1.1 本文研究背景.1 1.2 国内外消弧线圈的研究现状.2 1.3 本论文完成的主要工作.5 2 电力系统中性点接地方式的分析电力系统中性点接地方式的分析.6 2.1 电力系统中性点接地方式.6 2.2 中性点经电阻接地.8 2.3 中性点经传统消弧线圈接地.8 3 新型自动跟踪补偿消弧线圈理论新型自动跟踪补偿消弧线圈理论.10 3.1 自动跟踪补偿消弧线圈的分类.10 3.2 晶闸管二次调感原理.14 3.3 三相

14、五柱式消弧线圈的补偿原理.18 3.4 消弧线圈的自动调谐原理.21 3.4.1 极值法21 3.4.2 相位角法24 3.4.3 电容电流间接检测法25 3.4.4 附加电源法27 3.4.5 注入信号法28 3.4.6 模型法30 3.4.7 基于极值法与相位法相结合的自动调谐原理31 4 新型自动跟踪补偿消弧线圈测控单元硬件设计新型自动跟踪补偿消弧线圈测控单元硬件设计.36 4.1 系统硬件设计框架.36 4.2 DSP 最小系统设计.37 4.2.1 TMS320LF2407 DSP 芯片的选取 37 4.2.2 时钟电路38 4.2.3 复位电路40 4.2.4 外部存储器设计41

15、4.2.5 芯片电源43 4.3 SCI 通讯电路45 4.4 日历时钟电路.47 4.5 键盘及液晶显示模块.49 4.5.1 键盘接口电路设计49 4.5.2 液晶显示模块设计50 . 4.6 晶闸管驱动电路.53 4.7 信号调理电路.53 4.7.1 电压隔离变换电路53 4.7.2 电流隔离变换电路54 4.7.3 整流电路55 4.7.4 带通滤波电路56 4.7.5 移相电路57 4.7.6 方波形成电路58 4.8 供电电源结构设计.58 4.8.1 系统供电结构59 4.9 系统硬件抗干扰设计.60 4.9.1 干扰信号产生的原因60 4.9.2 硬件抗干扰措施61 总总 结

16、结.64 参考文献参考文献.65 附录一：主电路结构图附录一：主电路结构图.68 附录二：信号调理电路附录二：信号调理电路.69 附录三：晶闸管触发电路附录三：晶闸管触发电路.70 英文原英文原文文.71 中文翻中文翻译译.84 致致 谢谢.94 中国矿业大学 2009 届毕业设计 第 1 页 1 绪论 1.1 本文研究背景 长期以来，我国 666kV 配电网的运行主要采用中性点不接地或经消弧 线圈接地两种方式。随着配电网络的扩大以及电缆线路的增加，电网对地 电容电流急剧增加。对于中性点不接地系统而言，发生单相接地故障后， 自然熄弧变得越来越困难。对于中性点己经采用消弧线圈接地系统而言， 许多

17、配电网中的消弧线圈的容量己经远远不能满足配电网中电容电流的补 偿要求。运行经验表明在 10kV 架空线路上，当接地电流超过 10A 时，自 然熄弧就己经很困难。在此种情况下，易产生间歇性电弧过电压或电磁式 电压互感器的铁磁谐振过电压，或由单相接地发展生相间短路故障，直接 威胁电网的安全运行。 我国 35kV 中压配电网很大一部分都是采用中性点不接地方式。这种运 行方式的优点是系统出现单相接地故障时，由于接地电流小，不至于形成 稳定的电弧，电弧可以自动熄灭；对负载来说线电压不变，仍然保持着互 差的相角差，电网的工作条件没有被破坏，因而可以带故障继续运行，120 不至于造成用户停电。但是由于非故障

18、相对地电压升高为原来的倍，容3 易引发非故障相进一步发生接地故障，导致两相接地和三相接地以及相间 短路故障发生，引起停电事故。因此，单相接地事故发生后，系统虽然可 以继续运行，但时间不能过长，必须尽快查找并排除故障。此外，单相接 地故障若为间歇性电弧接地，还会引起较高的过电压。 近年来，随着国家对城市电网的大规模改造，电网规模的不断发展， 中压配电网容量不断扩大，城网中大量使用电缆线路，中压电气设备、元 件、装置愈来愈多，使配电网的分布电容和分布电导迅速增加，接地电容 电流大大超过规程标准，有的已经达到，引起单相接地故障频繁发生，据 初步统计单相接地故障约占系统故障的以上。单相接地故障电流过大

19、，造 成故障处绝缘严重破坏，接地电弧不能自行熄灭，常常发展成为相间短路 故障，引起停电事故发生，严重威胁着配电网的安全运行。 为了解决这个问题，各国走过不同的发展道路。改革开放以来，我国 引进了大量的国外设备用以解决单相接地问题，由于各个国家的接地方式 不同，各国设备的设计依据标准也不一致，特别是设备的耐压不同，要使 用这些设备，就必须先确定电力系统的接地方式问题。我国专家对接地方 式的选择存在争论。有的大城市已局部将配电网的中性点不接地方式改为 中国矿业大学 2009 届毕业设计 第 2 页 低电阻接地方式，以消除间隙电弧过电压，减少异相接地故障的发生。也 有的改为高电阻接地方式，以消除谐振

20、过电压的危害。但是大部分人仍主 张采用经消弧线圈补偿接地方式1-5，用消弧线圈补偿系统的电容电流，使 得单相弧光接地时，故障点电流减少，降低故障相电压的恢复速度，达到 熄弧效果，从而避免了单相瞬时接地故障引起的跳闸，提高了系统运行的 可靠性。消弧线圈也经历了由固定消弧线圈补偿到自动调谐补偿的发展。 虽然，国内对补偿电网对地电容电流及消弧线圈的研究做了不少工作 但是消弧线圈补偿的精度及补偿效果和整个系统运行的稳定还远远不够。 因此，有必要运用更先进的控制系统来实现电网电容电流的补偿。 1.2 国内外消弧线圈的研究现状 消弧线圈是一种铁心带有空气隙的可调电感线圈。消弧线圈的补偿电 流有分级(阶段)

21、调节和无级(连续)调节之分，调节方式又有手动和自动之别， 而自动调节的又有在发生接地故障前预先调节的预调式和出现接地故障后 的迅速调节的随调式两种。 1916 年，由德国工程师彼得逊首先提出并应用中性点经消弧线圈接地 方法来解决因电网对地电容电流引起的单相接地弧光过电压问题。而后， 在多种电压等级的电力网中大量发展采用中性点经消弧线圈接地方式保护。 如柏林市的 30kV 电力网中电缆长达 1600m，对地电容电流高达 4000A，于 是分别在 18 个变电站装设 41 台消弧线圈，较好的解决了单相接地引起的 弧光过电压，同时很好的解决了电网这个强干扰源对电信和铁路通信的危 害。美国采用了中性点

22、直接接地和经低电阻、低电抗等接地方式，并配合 快速继电保护和开关装置，瞬间跳开故障线路。前苏联曾规定了 366kV 电 网中性点采用消弧线圈接地方式，莫斯科市配电电缆网络至今仍是中性点 经消弧线圈接地的运行方式。美国在 20 年代中期至 40 年代中期，在 2270kV 电网中，中性点直接接地方式占多数(72%)，且发展很快，逐步取 代了不接地的运行方式，一直延续至今。英国 66kV 电网中性点采用经电阻 接地方式，而对 33kV 及以下由架空线路组成的配电网，中性点逐步由直接 接地改为消弧线圈接地，由电缆组成的配电网，仍采用中性点经小电阻接 地方式。日本各级电网除个别地区外，1133kV 配

23、电网中性点接地方式大 体如下：消弧线圈接地占 28%，电阻接地占 30%,直接接地占 2%，不接地 占 4%，采用电阻接地方式时，一般限制接地电流数值为 100200A。东京 电力公司所属配电网，其中性点接地方式为 66kV 电网分别采用电阻、电抗、 消弧线圈接地，22kV 系统采用电阻接地方式6。 中国矿业大学 2009 届毕业设计 第 3 页 20 世纪 70 年代，ABB 公司研制了一种可控并联电抗器，但电流谐波 含量大且功率损耗大。前苏联学者在 1986 年提出了“磁阀”的概念，使可 控电抗器的理论向前发展了一大步。磁阀式可控电抗器7的铁心中部有一段 缩小了的截面，在整个容量调节范围内

24、，只有这个小截面段的磁路饱和， 其余段均处于未饱和线性状态，通过改变小截面段磁路的饱和程度来改变 电抗器的容量。俄罗斯学者在 20 世纪末又提出了一种变压器式可控并联电 抗器，相当于高短路阻抗的多绕组变压器。日本学者利用 GTO 控制并联电 阻的投入阻值来限制电流，研制了相应的装置。 我国是较早在电力系统中性点采用消弧线圈接地运行方式的，尤其在 35kV 系统中采用消弧线圈接地方式取得了明显的效果。80 年代消弧线圈开 始应用于煤矿等企业的 6kV 系统，效果也不错。如邯郸矿务局九龙矿投产 初期，单相接地时曾发生过多起电缆放炮事故，直接影响了安全生产，后 来装设了工台型号为 XDJ1-175/

25、6 的传统消弧线圈后，电缆放炮次数明显下 降。我国 610kV 中压配电网都是采用中性点不接地或者经消弧线圈接地方 式，实践证明，这两种运行方式基本上合适中压配电网的实际情况，运行 效果显著。在电网规模及单相接地电容电流均较小的情况下，这种不接地 方式的优点是发生单相接地故障后，允许继续运行 2 小时，不至于引起用 户断电，提高了供电可靠性。但是，近年来中压配电网容量不断扩大，城 市配电网大量采用电缆线路，致使电网对地电容电流随电网运行方式变化 而变化，也受环境条件的影响，要很好的实现对地电容电流的补偿，消弧 线圈的电感值应该随电容电流的变化而不断得到调节，实现电网精确调节。 由于故障电容电流

26、的增大己经危害到电网的安全运行，因此改变配网中性 点运行方式、提高供电可靠性己成为供电部门的当务之急。 电力设备过电 压保护设计技术规程中规定 310kV 的电力网，当单相接地故障电流大于 30A 时应装设消弧线圈。电力行业标准交流电气装置的过电压保护和绝 缘配合中规定架空线路 10kV 系统单相接地故障电流大于 20A 或 10kV 电 缆线路系统单相接地故障电流大于 30A 时应装设消弧线圈。其理由是在此 电流下电弧能自行熄灭国内有不少单位研究证明，单相接地电容电流的上 限值应取 10A，以便于提高配电网供电的可靠性。 城市配电网长期以来一直未采用中性点经消弧线圈接地方式，主要原 因是：

27、1.受技术条件限制，对地电容的具体数值不是很清楚； 2.受规程规定约束，有的配电网电容电流未超过 30A，从而没有引起 足够的重视； 中国矿业大学 2009 届毕业设计 第 4 页 3.有的中压配电网无中性点，若考虑补偿措施，需专用的人工中性点 变压器，实现上有困难。 电力系统的运行经验表明，单相接地故障绝大多数是瞬间性的，特别 是架空线路电网，只要是小电流接地系统，便无需继电保护和断路器动作， 在系统和用户几乎无感觉的情况下，接地电弧便可以自动熄灭，系统可以 保持连续供电对于极少数的永久性单相接地故障，可以允许电网在一定时 间内带故障运行。过去，由于接地继电保护不能有选择性的动作，要依靠 人

28、工逐条试拉以检验出故障线路，待负荷转移后再将故障切除。以前长期 如此运行，避免了许多停电事故，但是很不方便，现在则利用了微机选线 或者微机接地保护装置自动检验出故障馈线，可以瞬时或者延时自动切除， 也可以延时手动切除，进一步提高了供电的可靠性。 根据实际电网中接地补偿的需要，传统消弧线圈接地补偿装置主要存 在以下一系列问题： 1.由于缺少快速的控制装置与之配合，传统的消弧线圈不能实时测量 电网对地电容电流和位移电压，从而也就不能跟踪调节消弧线圈的档位和 投切与消弧线圈串连的阻尼电阻，因此保证不了脱谐度小于 10%，中性点 位移电压 U15%相电压，不易达到最佳补偿。 0 2.传统消弧线圈调谐时

29、由于缺乏先进的传动装置，从而需要停电并且 退出消弧线圈，因此失去了消弧补偿的连续性。 3.传统消弧线圈保护装置无人机界面，或者只有简单的人机操作界面， 因而对于对装置的运行不是很熟悉的操作人员来讲操作起来比较困难。 4.传统消弧线圈的调节级数一般只分为有限的几级，级数少级差电流 大。这样的线圈很难正好调节到完全补偿状态或者很接近完全补偿状态， 因而补偿精度很低。 5.传统消弧线圈为了避免谐振，当系统运行方式改变时必须同时调整 消弧线圈的抽头，而频繁的操作又会降低消弧线圈机械转动部分的寿命。 6.运行中的消弧线圈补偿方式不明确，当运行在欠补偿状态时，若遇 到电网断线事故则易产生谐振过电压，这种过

30、电压对电力系统绝缘的危害 性比由电弧接地过电压更大，因而潜伏着很大的危险。 7.消弧线圈抑制过电压的效果与脱谐度有关，只有当脱谐度小于某值 时，才能限制过电压的水平，而传统消弧线圈由于不能运行在完全补偿状 态下，因此在电网发生其他故障时容易使得中性点位移电压超标。 8.传统消弧线圈由于大多数没有串连阻尼电阻(其与电网对地电容构成 串联谐振回路)，因此不能运行在全补方式即电压谐振状态。为了保证中性 中国矿业大学 2009 届毕业设计 第 5 页 点位移电压不超标，往往将脱谐度控制在 15%25%，甚至更大，这样消弧 线圈抑制弧光过电压的效果就很差，很难达到规定的要求。 9.单相接地时，由于补偿方

31、式、残流大小均不明确，不能得到比较准 确的计算值，因此补偿以后的微机选线难以实现。 10.传统消弧线圈不具备变电站自动化技术的应用条件，难以实现无人 值守和“四遥”功能。如今，变电站自动化系统是发展方向，因此传统消弧 线圈必须要进行改进8。 因此综上所述，我国配电网中传统消弧线圈必须及早改造或新装自动 跟踪补偿消弧装置，以增加中压配电网的安全性与可靠性。 在以往的传统做法中，在 6-66kV 系统中采用的普通消弧线圈和人工调 匝变电感的消弧线圈，在解决系统发生单相接地故障时电容电流引起的间 歇性电弧过电压问题方面起到了积极的作用。但由于人工调感的消弧线圈 不能及时跟随电网运行方式的变化，系统对

32、地电容电流要通过人工计算或 估算，误差较大，经常发生脱谐度失调及谐振过电压等现象，新颁布的电 力行业标准 10kV 将电网装设消弧线圈的对地电容电流界限值修改为 10A， 因此老式的手动消弧线圈难以适应配电网自动化和供电高可靠性的要求。 在德国、日本和前苏联国家，由于成功广泛地采用了自动跟踪补偿消弧线 圈，其电网可在全补偿方式下运行。在国内调匝式自动跟踪补偿消弧线圈 也已经开始采用，但还存在许多问题。首先，调匝式消弧线圈在电网未发 生单相接地故障前自动调整电感值使得电网在接近谐振状态下运行，为了 防止谐振带来的过电压在消弧线圈和大地之间接了一个阻尼电阻，阻尼电 阻的阻值和容量只是根据经验选取，

33、使阻尼电阻往往不能达到阻尼效果， 其容量不够使阻尼电阻烧坏事故也时有发生其次，在计算电容电流时，传 统的方法是将消弧线圈的分接开关动作两次，采样动作前后中性点电流来 计算电容电流，该方法也称为两点式算法。这种两点式算法使得消弧线圈 分接开关频繁动作，大大的降低了消弧线圈运行的可靠性和分接开关的寿 命再次，在电网发生单相接地故障时，以前运行值班人员为了找出故障线 路，传统方法是采用推拉线路的选线办法，即逐条拉掉线路，一直到故障 消除为止。采用这种选线办法，严重影响了供电可靠性和选择性的切除故 障线路，失去了系统发生单相接地故障后再运行 1-2 小时的意义最后，现 场使用的自动控制装置由于抗高温冲

34、击、湿气、电磁干扰、粉尘等能力不 强导致频繁死机，严重影响了补偿效果。而自动跟踪补偿装置能够迅速而 准确的在发生故障时补偿电流，提高了供电可靠性。 1.3 本论文完成的主要工作 中国矿业大学 2009 届毕业设计 第 6 页 （1）消弧线圈自动跟踪装置补偿原理的探讨； （2）中性点方式的比较； （3）三相五柱式消弧线圈的补偿原理分析； （4）消弧线圈电感调节原理的分析； （5）基于 DSP 的新型自动跟踪补偿消弧线圈测控单元硬件部分的设计。 2 电力系统中性点接地方式的分析 电力系统中性点接地方式34是一个综合性的技术问题，它与系统的供 电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、过电压保护、继电

35、保护、通 信干扰（电磁环境）及接地装置等问题有密切的关系。电力系统中性点接 地方式是人们防止系统事故的一项重要应用技术，具有理论研究与实践经 验密切结合的特点，因而是电力系统实现安全与经济运行的技术基础。总 而言之，电力系统的中性点接地方式是一个系统工程问题。 2.1 电力系统中性点接地方式 电网中性点与大地之间的电气连接方式就其主要运行特征而言，可分 为有效接地和非有效接地两大类9-14。有效接地包括中性点直接接地和经低 电阻（或小电抗、低阻抗）接地；非有效接地包括中性点不接地、经消弧 线圈接地和经高电阻（或高阻抗接地） ，有效接地方式因其单相接地时故障 电流较大，因此也常称为大电流接地方式

36、非有效接地方式，也称为小电流 接地方式，其中经消弧线圈接地的系统又有谐振接地系统之称，中性点经 消弧线圈接地的电网，又被称作补偿电网。 电网采用有效接地方式时，一旦发生单相接地故障，将有很大的故障 电流通过故障相，其最大值甚至可超过三相短路时的故障电流，但非故障 相的对地稳态电压较小，一般不超过线电压的 80%；与之相反，非有效接 地的电网发生单相接地故障时，虽可使故障电流较小，但同时将使非故障 相上的对地电压上升至线电压，因此从电气设备和线路绝缘水平的角度来 看，采用有效接地方式具有显著的经济意义，可使在绝缘方面的投资大为 降低，对于高压电力网来说这一经济意义尤为突出。另外，在有效接地电 网

37、中，较大的故障电流能使继电保护能够迅速而准确地切除故障线路，从 这一视角出发，亦是以有效接地方式更为有利。但是有效接地方式在具有 上述优势的同时，也存在着许多显而易见的缺点。譬如一旦发生电网中常 中国矿业大学 2009 届毕业设计 第 7 页 见的单相接地故障，则必须立即将故障部分予以切除，故无法保障供电的 连续性，并且使断路器频繁跳闸，缩短断路器的工作寿命。巨大的接地短 路电流，不仅会产生强大的热效应，造成故障范围的扩大乃至设备的严重 损坏，而且会成为强大的电磁干扰源，对通讯和信号系统产生严重干扰。 如果电网采用非有效接地方式，则可完全消除这些缺陷，这类电网的另一 优点是允许带单相接地故障继

38、续供电一段时间，所以从降低通讯干扰，确 保连续供电缩小故障范围的角度出发，显然以非有效接地其中尤以经消弧 线圈接地的电网最具优势。 总体说来对于 110kV500kV 的高压及超高压系统，都无一例外地采用 中性点有效接地方式。这主要是从限制过电压和绝缘水平方面着眼，以降 低电力系统的总成本。另外，这类电网的接地电流具有较大的有功分量， 消弧线圈的补偿功能对此也无能为力。对于 110kV 以下的中压电力系统， 主要根据单相接地故障电流的大小、是否需在接地故障条件下运行、故障 时瞬态电压和电流对电气设备的影响、对通讯的影响程度及本地的运行经 验而在经消弧线圈接地、高电阻接地、低电阻接地和不接地几种

39、方式中进 行选择。特别是随着经济的发展和现代化程度的提高，在有些地区和国家 对于通讯干扰的考虑，甚至己经成为选择中性点接地方式的主要条件。至 于 1kV 以下的低压电网，因其接地电流很小而常采用直接接地或是不接地 方式。正是由于接地方式的选择比较复杂，世界各国家及地区中压配电网 中性点接地方式4950都也不尽相同。 美国中压电网以大电流接地方式为主，在 22kV70kV 电网中，中性点 直接接地方式占 72%。英国 66kV 电网中性点采用经低电阻接地方式，而对 33kV 及以下由架空线路组成的配电网，中性点逐步由直接接地改为经消弧 线圈接地由电缆组成的配电网，仍采用中性点经低电阻接地方式。日

40、本东 京电力公司 66kV 配电网采用中性点经电阻接地或消弧线圈接地，6.6kV 电 网采用不接地方式。法国电力公司(EDF)在 1990 年前后开始对中压电网中 性点接地方式进行改造，将运行了三十多年的大电流接地方式全部改为谐 振接地式。芬兰全国 10kV、20kV 中压电网都采用小电流接地方式，德国、 俄罗斯等国家也多采用经消弧线圈接地或不接地方式。 我国中压配电网(6kV66kV)，多数为小电流接地方式，其中 66kV 和 35kV 电网主要采用中性点经消弧线圈接地方式电网部分采用中性点不接地 方式，部分采用中性点经消弧线圈接地方式，极个别地区如上海以及北京、 广州等城市的部分电网采用低

41、电阻接地方式。 低电阻接地方式与谐振接地方式相比，在过去是各有优缺点谐振接地 中国矿业大学 2009 届毕业设计 第 8 页 方式的供电可靠性较高，人身安全和设备安全好，通信干扰小等，但继电 保护选择性差，人工调整消弧线圈比较麻烦低电阻接地方式的供电可靠性 较差，可是零序过电流保护却比较简便。虽然两种接地方式的运行特性差 别很大，值得关注的是，近些年来，谐振接地系统继电保护的选择性难题 在国内外相继取得较大进展，同时自动跟踪补偿装置在电力系统中得到推 广应用，谐振接地方式的运行特性己经得到了进一步的优化。在保持优点 的基础上，又解决了故障选线的问题和自动调谐的问题，谐振接地方式可 以更好地满足

42、现代电网供电的要求。正是由于谐振接地方式的一系列优点， 法国电力公司(EDF)决定从上世纪 90 年代初开的中性点经低阻抗接地的城 市和农村的中压电网分阶段的全部改为谐振接地方式运行。 2.2 中性点经电阻接地 中性点经电阻接地方式，即中性点与大地之间接入一定阻值的电阻， 该电阻与系统对地电容构成并联回路，由于电阻是耗能元件，也是电容电 荷释放元件和谐振的阻压元件，对防止谐振过电压和间歇性电弧接地过电 压，有一定优越性。在中性点经电阻接地方式中，一般选择电阻的阻值较 小，在系统单相接地时，控制流过接地点的电流在500A左右，也有的控制 在100A左右，通过流过接地点的电流来启动零序保护动作，切

43、除故障线路。 2.3 中性点经传统消弧线圈接地中性点经传统消弧线圈接地 采用中性点经消弧线圈接地方式，即在中性点和大地之间接入一个电 感消弧线圈，在系统发生单相接地故障时，利用消弧线圈的电感电流对接 地电容电流进行补偿，使流过接地点的电流减小到能自行熄弧范围，其特 点是线路发生单相接地时，按规程规定电网可带单相接地故障运行2h。对 于中压电网，因接地电流得到补偿，单相接地故障并不发展为相间故障， 因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性，大大的高于中性点经小电 阻接地方式。 在多种接地方式中，绝大多数电力系统专家一致赞同采用消弧线圈接 地方式，其具有独特的优点： (1)经消弧线圈接地后，能使故

44、障点的电流减小，降低了恢复电压速度， 减小了弧光接地过电压，有利于电弧熄灭，避免了单相瞬时接地故障的跳 闸，提高了可靠性。 (2)由于中性点经消弧线圈接地减小了接地点的电流，也就减轻了设备 中国矿业大学 2009 届毕业设计 第 9 页 的损坏程度，抑制了电弧的扩散范围，电网单相接地后仍能继续运行一段 时间(规程允许2小时)，保留充足的时间对故障线路进行检修。 (3)中性点经消弧线圈接地可以彻底消除PT引起的铁磁谐振。消弧线圈 电感Lx与电压互感器励磁电感Lp相比要小得多，差几个数量级。在零序回路 中，Lx与LP是并联的，所以LP几乎被Lx短接，LP因饱和引起的三相不平衡， 也不会产生过电压。

45、 (4)经消弧线圈接地，减小了接地电流，从而创造了配电网电磁兼容环 境，输电线路电磁场对通信与信号系统的干扰问题是相当重要的，每一条 交流线路的周围空间都建立了交变电磁场，而交变电磁场又在邻近的导体 回路中感应出电压，当这种回路是位于高压输电线路附近的通信线路或信 号系统时，感应出来的电压就可能造成严重的干扰，甚至危及工作人员的 安全或引起信号装置的误操作。 消弧线圈接地方式，因消弧线圈的接入，改变了系统参数，使综合零 序阻抗变得很大，从而不可能引起音频的干扰.即使架空线路断线，落到低 压线或电话线上也不能造成人身伤害。发生单相接地故障时，接地电流的 分布和故障点无关，而取决于消弧线圈的安装地

46、点及其相对位置，可以设 法调节接地电流的分布，使电磁感应得以相互抵消。但在系统发生谐振时， 通信将受到干扰，消弧线圈调整系统需要设法消除这种状态。 (5)经消弧线圈接地对人身安全影响较小。当发生接地故障时，稳态接 地电流小，故障点的接触电压和跨步电压低，不会影响人身安全。 另一方面，消弧线圈接地也存在其自身的缺点： a、由于中性点经消弧线圈接地的系统为小电流接地系统，发生单相接 地永久性故障后，不能迅速检出故障点所在线路。这样，系统设备长时间 承受过电压作用，绝缘会受到威胁，同时，使用户不断电的优势也将不复 存在。在中性点经消弧线圈接地系统中，过电压数值较高，会对设备绝缘 造成威胁。 b、单相

47、接地故障点所在线路的检出，一般采用试拉手段。在断路器对 线路试拉过程中，有时将产生幅值较高的操作过电压。 c、中性点经消弧线圈接地系统和中性点不接地系统相比，仅能降低弧 光接地过电压发生的概率，并不能降低弧光接地过电压。 d、中性点经消弧线圈接地的系统在某些条件下，会发生谐振过电压. 由于工频或暂态过电压的长时间作用，常发展成相间故障造成一线或多线 跳闸。对于在排管或隧道中的电缆，若单相接地故障处理时间过长，容易 引起可燃性气体的积聚而导致火灾。 中国矿业大学 2009 届毕业设计 第 10 页 e、单相接地时，非故障相电压升高至线电压甚至更高，在不能及时检 出故障点线路情况下，无间隙金属氧化

48、物避雷器MOA长时间在线电压下运行， 容易损坏甚至爆炸。另外，中性点经消弧线圈接地系统发生弧光接地过电 压、谐振过电压时，过电压作用时间有可能较长，MOA由于动作负载问题， 一般并不要求限制此类过电压，这使MOA的限压作用降低，优势减弱，不利 于在配电网的推广使用。 综上所述，配电网中使用经消弧线圈接地方式，补偿了电网中的电容 电流，限制了故障电流的破坏作用，使残余电流形成的接地电弧易于熄灭； 当残流过零电弧熄灭后，还能降低电压的恢复速度，避免电弧重燃，使接 地电弧彻底熄灭。消弧线圈自动跟踪补偿装置可以实时测量出配电网对地 电容的大小，控制消弧线圈给与适当的补偿，这样当发生单相接地故障时 可以将故障残流限制在允许的范围以内。 3 新型自动跟踪补偿消弧线圈理论 由于我国电网变压器的6-10kV侧大都是三角形连接的，传统结构的消 弧线圈要同电网相联，必须要有接地变压器的配合，即消弧线圈只有通过 接地变压器的中性点才能与电网相联。而接地变压器在补偿电网对地电容 电流的过程中，容量一点也未得到利用。尽管近年来国内外陆续研制出一 些自动跟踪补偿的消弧线圈，但是，在结构上大部分依然未能突破传统消 弧线圈的结构模式，还是单相的，依然需要接地变压器的配合使用。在本 章将介绍一种新型的消弧线圈使消弧线圈既有接地变压器的功能，又有消 弧线圈的功能，还可以使设备的容量得到合理利用。下面将要介