企業自備電站接地電容電流的補償
圓振篩一、引言
化工企業蒸汽用量大，利用蒸汽余熱發電，既經濟、節能又能提高企業用電的可靠性。再加上目前電力緊張，進一步促進了各企業興建熱電聯產式熱電站的熱情。現在正在設計或施工的此類工程很多，可以說遍地都是?；て髽I電站的機壓母線一般都采用10KV或6KV中性點不接地系統，而且一般都采用機壓母線對負荷直配電纜。該方案運行維護簡單,節省了全套升壓站的投資，非常受企業的歡迎。但是直線篩，此方案會造成單相接地電容電流很大。在我公司承擔的青海某90萬噸/年純堿工程中，第一期工程的單相接地電容電流就達到了31.5A，二期預計與一期工程的規模一樣。在我公司承擔的山東某100萬噸/年純堿工程中，其第一期工程的單相接地電容電流已達到了33.5A，而且企業已有規劃，一期工程竣工就開始二期工程的設計，到2008年完成三期工程的建設。國家規范要求，單相接地電容電流4A以上就必須采取補償措施。單相接地電容電流問題是工程設計必須解決的問題。
氣旋篩 二、單相接地電容電流的危害
中性點不接地的高壓電網中，單相接地電容電流的危害主要體旋回破碎機現在四個方面：
1．LS型螺旋管式輸送機弧光接地過電壓危害
當電容電流過大，接地點電弧不能自行熄滅，出現間歇性電弧接地時，產生弧光接地過電壓，這種過電壓可達相電壓的3-5倍或更高，它遍布于整個電網中，并且持給料機續時間長，可達幾小時，它不僅擊穿電網中的絕緣薄弱環節，而且對整個電網絕緣都有很大的危害。
2．造成接地點熱破壞及接地網電壓生產設備升高
單相接地電容電流過大，使接地點熱效應增大，對電纜等設備造成熱破壞，該電流流入接地網后由于接地電阻的原因，輸送鏈條使整個接地電網電壓升高，危害人身安全。
3．Fu刮板輸送機交流雜散電流危害
電容電流流入大地后，在大地中形成雜散電流，該電流可能產生火花，引燃可燃氣體、煤塵爆炸等，可能造成雷管先期放炮頂擊式振篩機，并且腐蝕水管，氣管等金屬設施。
4．接地電弧還會直接引起火篩砂機災,甚至直接引起可燃氣體、煤塵爆炸。
三、消弧線圈鏈板輸送線的作用
電網安裝消弧線圈后，發生單相接地時消弧線圈產生電感電流，該電感電流補償接地電容電流，使得接地電流減少；同時使得故障相恢復電壓速度減少鐵礦石破碎機，治理電容電流過大所造成的危害。同時由于消弧線圈的嵌位作用，它可以有效地防止鐵磁諧振過電壓的產生。消弧線圈補償效果越好，對電網的安全保護作用越大，所以需要跟蹤電容電流變化自動調諧的消弧線圈。
礦用皮帶輸送機 四、消弧線圈作用原理及國內外現狀
4.1膠帶機 補償系統的原理
消弧線圈的作用是當電網發生單相接地故障后，提供一電感電流，補償接地電容電流，使接地電流減少，也使得故障相接地電弧兩端的恢復電壓速度降低，達到熄滅電弧的目的。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，還可以有效地抑制過電壓的幅值，同時也最大限度地減少故障點熱破壞作用及接地網的電壓等。所謂正確調諧，即電感電流接近或等于電容電流，工程上用脫諧度v描述調諧程度
當V = 0時，稱為全補償，當V> 0時為欠補償，V< 0時為過補償。從發揮消弧線圈的作用上來看，脫諧度的絕對值越小越好，最好是處于全補償狀態，即調至諧振點上。但是在電網正常運行時，小脫諧度的消弧線圈將產生各種諧振過電壓。如煤礦6KV電網，當消弧線圈處于全補償時，電網正常穩態運行情況下其中性點位移電壓是未補償電網的10-25倍，這就是通常所說的串聯諧振過電壓。除此之外，電網中各種操作（如大電機投入，斷路器非同期合閘等）及電網發生其它故障時（如單相斷線，斷路器非全相合閘等）都可能產生危險的過電壓，所以在電網正常運行時，或發生單相接地之外的其他故障時，小脫諧度的消弧線圈給電網帶來的不是安全因素而是危害。綜上所述，當電網發生單相接地故障時，希望消弧線圈的脫諧度越小越好，最好是全補償。當電網正常運行時,希望消弧線圈的脫諧度越大越好，最好是退出運行。
4.2 補償系統的分類
早期采用人工調匝式固定補償的消弧線圈，稱為固定補償系統。固定補償系統的工作方式是：將消弧線圈整定在過補償狀態，其過補程度的大小取決于電網正常穩態運行時不使中性點位移電壓超過相電壓的15%，之所以采用過補償是為了避免電網切除部分線路時發生危險的串聯諧振過電壓。因為，如整定在欠補償狀態，切除線路將造成電容電流減少，可能出現全補償或接近全補償的情況?？梢?，固定補償方式很難適應變動比較頻繁的電網，這種系統已逐漸不再使用。取代它的是能跟蹤電網電容電流自動調諧的裝置，這類裝置又分為兩種，一種稱之為隨動式補償系統。隨動式補償系統工作方式是：自動跟蹤電網電容電流的變化，隨時調整消弧線圈，使其保持在諧振點上，在消弧線圈中串聯一電阻，增加電網阻尼率，將諧振過電壓限制在允許范圍內。當電網發生單相接地故障后，控制系統將電阻短接掉，達到最佳補償效果，該系統的消弧線圈不能帶高電壓調整。另一種稱之為動態補償系統。動態補償系統的工作方式是：在電網正常運行時，調整消弧線圈遠離諧振點，徹底避免串聯諧振過電壓及各種諧振過電壓產生的可能性，當電網發生單相接地后，瞬間調整消弧線圈至最佳狀態，使接地電弧自動熄滅。這種系統要求消弧線圈能帶高電壓快速調整，從根本上避免了串聯諧振產生的可能性，通過適當的控制，系統是唯一可能使電網中原有的功率方向型單相接地選線裝置（高漏）繼續使用的系統。
4.3 國內主要產品的比較
目前，自動補償的消弧線圈國內主要有三種產品，分別是調氣隙式，調匝式及偏磁式。
4.3.1 調氣隙式
調氣隙式屬于隨動式補償系統。其消弧線圈為動芯式結構，通過移動鐵芯改變磁路磁阻達到連續調節電感的目的。然而，其調整只能在低電壓或無電壓的情況下進行，其電感調節范圍上下限之比為2.5 倍。控制系統在電網正常運行情況下將消弧線圈調整至全補償附近，將約100Ω電阻串聯在消弧線圈上。用來限制串聯諧振過電壓，使穩態過電壓數值在允許范圍內（中性點電位升高小于15%的相電壓）。當電網發生單相接地后，必須在0.2S秒內將電阻短接掉實施最佳補償，否則電阻有爆炸的危險。該產品的主要缺點有四條：
1. 工作噪音大，可靠性差
動芯式消弧線圈由于其結構上有運動部件，當高壓施加其上后，振動噪音很大，而且隨著使用時間的增長，內部越來越松動，噪音愈來愈大。串聯電阻約3KW，100Ω。當補償電流為50A時，需要250KW容量的電阻才能長期工作，所以在接地后，必須迅速切除電阻，否則有爆炸的危險。這就影響到整個裝置的可靠性。
2. 調節精度差
由于氣隙的微小變化都造成電感較大的變化，電機通過機械部件調氣隙的精度遠遠不夠。用液壓調節成本太高。
3. 過電壓水平高
在電網正常運行時，消弧線圈處于全補償狀態或接近全補償狀態，雖有串聯電阻將穩態諧振過電壓限制在允許范圍內。但是電網中，各種擾動（大電機投切，非同期合閘，非全相合閘等），使得其瞬間過電壓危害較為嚴重。
4. 功率方向型單相接地選線裝置不能繼續使用
安裝該產品后，電網中原有的功率方向型單相接地選線裝置不能繼續使用。
4.3.2 調匝式
該裝置屬于隨動式補償系統，它同調氣隙式的唯一區別是將動芯式消弧線圈用有載調匝式消弧線圈取代，這種消弧線圈是用原先的人工調匝消弧線圈改造而成，即采用有載調節開關改變工作繞組的匝數，達到調節電感的目的，有載調節開關每調節一檔時間13秒。其工作方式同調氣隙式完全相同，也是采用串聯電阻限制諧振過電壓。該裝置同調氣隙式相比，消除了消弧線圈的高噪音，但是卻犧牲了補償效果，消弧線圈電感不能連續調節，只能離散地分檔調節，補償效果差，并且同樣具有過電壓水平高，電網中原有方向型接地選線裝置不能使用及串聯電阻存在爆炸的危險等缺點，另外，該裝置比較零亂，它由四件設備組成（接地變壓器，消弧線圈，電阻箱，控制柜），安裝施工比較復雜。總的來講，該裝置技術上比較落后。
由于經濟上的原因，國產有載調匝式消弧線圈的有載調節開關采用低電壓開關，它只能在低壓下調節抽頭，發生接地后不能調節。
4.3.3 偏磁式
偏磁式消弧線圈成套裝置具有以下特點：
1. 利用自然零序電壓原理在線實時測量電網對地電容。
2. 運用磁放大器原理進行動態補償，電網正常運行時少量投入補償電抗，電網脫諧度大，可有效地防止串聯諧振過電壓的發生。發生單相接地后，瞬間實施最佳補償。
3. 現在廣泛應用的功率方向原理的單相接地保護裝置，仍能繼續使用。
綜上所述，偏磁式上述1、2、3點，在技術上屬國內領先水平。
偏磁式消弧線圈成套裝置屬動態補償系統，這種補償系統要求消弧線圈的技術水平高，其消弧線圈內部為全靜態結構，無任何運動部件，電感的調節通過輔助勵磁的方法實現，可以在高電壓下以電的速度調節電感，調節范圍大，精度高，可靠性高。控制器在電網正常運行時實時檢測電容電流數值，調節消弧線圈遠離諧振點，通常處于其下限位置，從根本上避免了串聯諧振過電壓產生的可能性，當電網發生單相接地后，在5ms內調整消弧線圈達到最佳補償狀態，使接地電弧自動熄滅。該裝置可靠性高，采用適當的控制方式后，可以使電網中原有的方向型接地選線裝置繼續使用。
五、偏磁式消弧線圈補償系統的功能特點及技術性能
1.消弧線圈結構的特點
電控無級連續可調消弧線圈，全靜態結構，內部無任何運動部件，無觸點，調節范圍大，可靠性高，調節速度快。這種線圈的基本工作原理是利用施加直流勵磁，改變鐵芯的磁阻，從而達到改變消弧線圈電抗值的目的，它可以帶高壓以電的速度調節電感值。
2.控制方法的特點
?。?）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與最佳補償之間相互矛盾的問題。眾所周知，消弧線圈在高壓電網正常運行時無任何好處，如果這時調諧到全補償狀態或接近全補償狀態，會出現串聯諧振過電壓，使中性點電壓升高，電網中的各種正常操作及單相接地以外的各種故障的發生都可能產生危險的過電壓。所以在電網正常運行時，調節消弧線圈使其跟蹤電網電容電流的變化有害無利，這也就是電力部門有關規程規定“固定補償式消弧線圈不能工作在全補償及接近全補償狀態”的原因，一般都是工作在過補償狀態。國內其它類似的自動補償裝置均是隨動系統，都是在電網尚未發生故障前即將消弧線圈調節到全補償狀態等待接地故障的發生，為了避免出現過高的串聯諧振過電壓而在消弧線圈上串聯一個阻尼電阻，將穩態諧振過電壓限制到容許的范圍內，并不能解決暫態諧振過電壓的問題。另外；由于電阻的功率限制，在出現接地故障后必須迅速切除，這無疑給電網增加了一個不安全的因素。
?。?）不是采取限制串聯諧振過電壓的方法，而是采用避開諧振點的動態補償方法，根本不讓串聯諧振出現，即在電網正常運行時，不施加勵磁電流，將消弧線圈調諧到遠離諧振點的狀態，但實時檢測電網電容電流的大小，當電網發生單相接地后，瞬間（約5ms）調節消弧線圈實施最佳補償。
3.實際應用情況
根據偏磁式消弧線圈補償系統能在電網發生單相接地后，瞬間調節消弧線圈實施最佳補償的特點，在選型時可以留出適當的余量。
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