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TK-XH型调匝式自动跟踪补偿消弧线圈成套装置

TKXH-Z匝式自动跟踪补偿消弧线圈成套装置
    我公司研制的调匝式消弧线圈自动跟踪补偿成套装置，能够实现系统对地电容电流实时测量，自动跟踪电网参数的变化，根据参数整定值进行过补、欠补均可，运行方式灵活。对单相接地故障，消弧线圈可实现快速补偿并可根据整定跳闸输出。适用于架空线路为主、电缆线路为主或混合线路配电网系统。补偿装置具有能够实时监测，可靠性高且功耗低，提高了电网运行的安全性和供电质量。
该装置具有以下特点：
    ☆接地补偿速度快，能够在毫秒级内对单相接地故障进行补偿，大大降低了由瞬时性接地故障发展成永久故障的几率。
    ☆装置其有完善的安全机制，一次设备采用调匝式消弧线圈，在单相接地发生时或者在系统出现故障(如CT, PT断线、电源失电、档位错误、品闸管支路异常等)时对消弧线圈有载开关进行闭锁，其补偿感性电流不需要二次设备来维持，不会产生谐波，系统运行可靠性高。
    ☆多台消弧线圈可以实现联机运行，能够实现一控多或相互备份运行，可大大提高设备运行的稳定性。
    ☆大屏幕LCD液品显示器，菜单式显示功能，可进行自动/手动控制方式的切换功能，时问参数、运行参数和控制参数的设置功能，故障信息查询功能等。实时测量并显示以下信息:消弧线圈档位、装置运行状态、脱谐度、系统电容电流、残流、中性点电压、中性点电流、单相接地故障次数、接地开始时问、接地消除时问等。
    ☆装置设有RS-485串行接口，可与各种综合自动化系统连接，进行远方监测与遥控，实现无人值守。
    ☆能够大容量存储200条接地故障信息，便于对系统故障中的接地起始时问、终止时问、接地中性点电压、接地容流、接地残流、毋线电压等信息进行统计分析。
    ☆ TKXH-Z型调匝式自动跟踪补偿消弧线圈成套控制装置中，其主要元器件都采用美国进口，通过了各种抗干扰及电磁兼容性试验.控制器采用二次电源技术，可抵御毁灭性电磁干扰。控制器设计了双重自复位电路，可实现系统的自动恢复.其平均无故障运行时问超过25万小时，大大地提高了装置的可靠性。
    ☆实时检测系统对地电容电流，足l福余电容电流变化，及时调节电感.使接地残流限制在整定范围内。
    ☆当脱谐度越限、单相接地故障均可发出声、光报警，并能显示及远传。
概述
    我国的城市电网、农村电网及厂矿企业的供电系统的电压等级为6kV﹋66kV，一般采用中性点不接地方式，在电网发生单相接地时允许短时问内带故障运行(最长两小时)，从而保证了供电的可靠性。但随着城市电网的快速发展，电缆线路所占比重增大.系统对地电容电流急剧增加，单相接地后流经故障点电流较大，电弧不易熄灭，容易产生问隙性弧光接地过电压，导致事故跳闸率明显上升。
    为了应对上述问题，电网系统普遍采用了谐振接地方式，即在中性点装设消弧线圈。当发生单相接地时，利用消弧线圈产生的感性电流补偿故障点的电容电流.使故障点的残流变小，从而达到自然熄弧，防止事故扩大。运行经验表明，消弧线圈对抑制问隙性弧光过电压和铁磁谐振过电压，降低线路的事故跳闸率，减少人身伤亡及设备的损坏都有明显的作用。
    根据国家电力工业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合)))(DL/T620-1997)规): 3-10kV架空线、35kV, 66kV系统单相接地故障电容电流超过10As 3-10KV电缆线路系统单相接地故障电容电流超过30A,应采用消弧线圈接地形式。
    TK XI I-Z型系列消弧线圈补偿装置为调匝式.控制器在线实时跟踪电网运行状态，利用有载开关对装置补偿档位进行预调。接地故障发生时，通过品闸管自触发方式实现补偿迅速投入和自动退出，可靠性高.动作迅速.自动调谐及接地选线成套装置微机控制器采用模块化设计.各功能均设计成独立插件式模块，以适应不同用户的需求。根据实际需要，可选配小电流接地选线装置准确选出接地出线，还可实现多台消弧线圈的并联运行。
1.2典型装置产品配置

成套装置工作原理
   消弧线圈可使单相接地电弧自动瞬间熄灭，主要基于以下两点:
    1)消弧线圈的电感电流补偿了电网的接地电容电流，限制了接地故障电流的破坏作用，使残余电流的接地电弧易于熄灭.
    2)、当残流过零熄灭后，又能降低故障相电压的恢复初速度及其幅值，避免接地电弧的重燃并使之彻底熄灭。
    由于接地故障电流的减小，有力地限制了接地电流和电弧的电动力、热效应和空气游离等的破坏作用，减小了在故障点形成残流性故障的概率，使故障点介质绝缘的恢复强度很容易地超过故障相电压的回复初速度，因此，接地电弧得以彻底熄灭，补偿电网便在瞬间恢复了正常运行。
    消弧线圈接地系统处于正常运行状态时，消弧线圈感抗与电网对地容抗为串联谐振关系，电压源为系统的不平衡电压，这里采用串接阻尼电阻及品闸管自触发的方式保证消弧线圈可以预调至最佳补偿档位并能快速投入和自动退出当系统发生接地故障时，中性点电压被抬高，消弧线圈投入感抗与系统对地容抗变为并联谐振关系，如图I单相接地故障时零序等值电路所示，感性补偿电流由故障点流回系统，方向滞后中性点电压90°，补偿电流与接地电容电流相位相反，从而起到减小接地残流的作用。

3.2系统组成
调匝式自动跟踪消弧线圈补偿成套装置由接地变压器、有载开关、消弧线圈、阻尼电阻器及其自触发电路、微机控制器五部分组成，如图2所示。

图2 TKXH-Z型调匝式自动跟踪消弧补偿及选线成套装置组成
    3.2.1接地变压器如果变电站变压器绕组为Y型接法，不需要使用接地变压器。如果变电站变压器绕组为△型接法，需要增加接地变压器引出中性点。接地变压器绕组为z接线，每相由匝数相等的两个串联分绕组组成，每个磁芯上的两个分绕组之间及它们对次级分绕组的零序互磁通为零，具备零序阻抗低、激磁阻抗大、功耗小等特征。可以只有初级绕组，也可以根据需要增加二次绕组(即所用变负荷)。接地变压器当兼做所用变使用时，接地变的额定容量等于所带消弧线圈的额定容量加上所用变的容量.独立使用时，接地变可带90%一100%容量的消弧线圈。
    为满足控制器的测量需要，接地变压器三相绕组应有30V左右的不平衡电压，为此接地变压器设有调偏开关，当系统不平衡电压较小时，可以通过调偏开关档位进行调整，详见接地变压器安装使用说明书。接地变压器容量确定时，主要考虑以下两点:
    ☆接地变压器不带二次负荷时，接地变压器容量等于消弧线圈容量.
    ☆接地变压器带有二次负荷时，接地变压器一次侧容量等于消弧线圈容量加二次负荷容量。
3.2.2调匝式消弧线圈
    有载调匝式消弧线圈是一带铁芯的电感线圈，设有多档位分接头，通过有载开关调整分接头的位置，从而改变消弧线圈的电感量。消弧线圈接在变压器中性点上，当系统发生单相接地时，消弧线圈提供的感性电流与系统的电容电流相位相反，流过接地点的残流即为电感电流与电容电流的差值。调整电感电流，就可以使接地残流达到最小值，从而消除接地过电压。
    消弧线圈采用预补偿方式，即在系统发生单相接地前,消弧线圈已处于最佳补偿状态。调匝式消弧线圈装置补偿效果最佳，补偿速度快，无谐波，对瞬时性单相接地故障具有快速补偿能力，极大地减少了系统由瞬时性单相接地故障发展成水久接地故障的几率，系统安全可靠。
    消弧线圈的选型应根据系统电容电流大小来决定消弧线圈的补偿范围。一般来说，系统应按电压等级估算电容电流，每一电压等级总电容电流应为线路、母线及其它一次设备的电容电流之和。实际计算时往往将变电站设备的电容电流纳入线路电容电流中的方法计算。
    根据我国电力行业标准DL/T620-1997,消弧线圈的容量应根据电网5一10年的发展规划确定，并按下式计算

根据我国电网发展现状，实际推荐

式中:W一消弧线圈的容量，kVA, Ic-电容电流，A, Un-系统标称电压，kV.
3.2.3自动调谐控制器
    I)自动调谐控制器采用中性点位移电压电流法实现了在线实时测量系统电容电流，并依据中性点位移电压的变化和电容电流的实时测量值作为调档判据，极大提高调档动作的有效性，避免了无谓的有载开关动作。
    2)控制器具有以下特点: ☆通用性、互换性强:控制器采用全新模块设计的通用硬件平台，全而支持冗余结构、方便设备维护、扩容。硬件采用模块化设计，各个模块全部通用。产品具有良好的电磁兼容性，运行稳定，可靠。软件采用模块化设计，可通过控制字选择不同的功能. ☆适用性好:可用于1控1 (1台控制器控制1台消弧线圈)，用于单台消弧线圈的自动跟踪控制.1控2(1台控制器控制2台消弧线圈)，用于同一变电站中两台消弧线圈的自动跟踪协调控制。
    ☆自适应跟踪:根据运行中位移电压的实际值，自动调钻残流的下限，保证在满足位移电压要求的情况下，消弧线圈运行在最合理的档位，保证合适残流值。
    ☆负载自动均衡:1控2(1台控制器控制2台消弧线圈)并列运行时，两个线圈的负载自动均衡分配，每个线圈所负担的载荷与其最大承载能力的比值相等或接近相等。
    ☆多机协调:可以实现多机自动协调工作，能够控制多台消弧线圈对多段母线协调跟踪。
    ☆双机热备用:两台控制器不分主从，互相热备用，任一台控制器故障时，其控制的消弧线圈将立即切换到另一台控制器，系统可靠性极高。
    ☆数据接口齐全:采用大屏幕LCD中文显示屏，全汉化显示，图形化界面，便于运行人员维护、操作；输入、输出及报警信号齐全，使用方便.配备有485串行通讯接口，满足综合自动化要求，实现远程监控。带有远方控制接点，实现远方控制调档.带有跳闸接u口，满足不同需要。
    ☆装置具有完善的安全机制，一次设备采用调匝式消弧线圈，在单相接地发生、档位错误(如接入档位开关错误)、必要定值参数丢失、品ON管支路异常等系统出现故障时对消弧线圈有载开关进行闭锁，其补偿感性电流不需要二次设备来维持，不会产生谐波，系统运行可靠性高。
    ☆抗干扰性好，可靠性高，控制器采用二次电源技术，抗电磁干扰性高.控制器设计了双重自复位电路，可实现系统的自动恢复。并联中电阻选线方法克服了残流增量法在系统接地后需调v消弧线圈档位以及对高阻接地选线不准的缺点，能够正确对金属接地、高阻接地和母线接地进行准确选线，对极性难以判断的出线也可以正确选线，选线准确性达到100%.调匝式消弧线圈并联中电阻选线方式，综合了调匝式消弧线圈补偿速度快和电阻接地选线准确率高的优点。预调式补偿方式的消弧线圈还限制弧光接地过电压，确保对瞬时性接地进行有效补偿和对于永久性接地故障准确选线，必要时可以跳闸。现场试验结果表明:在各种线路接地试验中，并联中电阻选线能够显著增加故障线路零序电流，选线全部正确。并联电阻投运时，对系统无冲击，井能进一步降低中性点电压，不会影响设备安全运行。
3)控制器主要技术指标
适用环境:
    环境溢度:-20℃﹋+40t
    相对湿度:≤95%
    大气压力:80﹋11Ok Pa
    海拔高度:≤1000m
安装地点:
    无爆炸危险、无腐蚀性气体及导电尘埃，无严重霉菌、无剧烈振动源的场合。
工作电源:
    直流220V/交流220V，电压允许偏差-20%﹋+15%.频率50Hz，允许偏差土5%；
调档电源:
    交流220V, 50Hz, 100VA
电容电流测量误差:≤2% 残流范围:<5A 电容电流测量周期:1秒控制消弧线圈数量:1控1型1台.1控2型2台跳闸功能:1路输入开关量:20路输出开关量:“装置故障”报警空接点1对，容量:DC 220V/5A “外部故障”报警空接点1对，容量:DC 220V/5A “系统接地”报警空接点1对，容量:DC 220V/5A 接地信息记忆次数:200 电乐回路输入阻杭竺100kΩ
4)调节原理
    控制器采用多路高速A/D转换器，同时对中性点电流、中性点电压、出线零序电流及线电压进行采样。采用快速傅里叶变换(FFT)，能够快速准确计算出系统容流，使调档有载开关能够准确动作到正确位置，有效避免有载开关的多动或误动，从而极大发挥了调匝式消弧线圈可靠性高、补偿速度快、无谐波产生的特点。 TKXH-Z型调匝式自动跟踪补偿消弧线圈成套控制装置充分考虑到系统的安全性，在各种特殊情况下，能有效的对有载开关进行闭锁，系统运行安全可靠。控制器实时计算系统容流，它以脱谐度和残流作为是否需要调节消弧线圈补偿电流的判断依据。投运前先将脱谐度和接地残流设定为某一个范围，当系统的脱谐度或残流超出此范围，控制器发出指令，调钻消弧线圈的档位，使调钻后的脱谐度及残流满足要求。
3.2.4.阻尼电阻
    本装置为预调式，调节精度高，残流小，系统接近谐振点运行。增加阻尼电阻的目的是限制中性点的位移电压L，小于15%相电压，维持系统的正常运行，防止产生过电压。因而系统可以运行于过补、全补、欠补三种方式。当系统发生单相接地时，中性点流过很大的电流，为降低接地电流中的电阻分量及防止电阻损坏，这时必须将阻尼电阻短接。
    采用不锈钢带电阻，具有超过1OA的长期通流能力，装置配有适当阻值的电阻，可以根据现场用户情况与接地变调偏开关配合调整中性点电压.完善的自触发装置，可以对金属性和绝大多数高阻接地进行有效补偿.自触发方式动作迅速，毫秒级内便可将电阻短接，有效抑制弧光接地过电压。当系统发生单相接地时，中性点电压升高，中性点电流增大。当大于设定值时，迅速将阻尼电阻短接，当单相接地消失后，阻尼电阻自动恢复正常运行。

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