电工高级技师论文——XBSG自动跟踪补偿消弧线圈成套装置的应用
摘要：在中性点不接地的煤矿供电系统中，发生单项接地故障时，将产生较大的电容电流，如不加以限制将对矿井的供电安全和职工人身安全造成较大的危险。本文主要分析自动跟踪补偿成套装置的原理。
关键词：消弧线圈 自动跟踪补偿 脱谐度
论文主题：
我矿于1978年建矿，随着社会的发展，现代化技术的提高，设备更新换代速度的加快，造成负荷加大，用电量增加。通过变电所的扩容，才满足了矿井生产的用电需求，但也造成接地时的对地电容电流大于20A。为达到《煤矿安全规程》第457条的规定：矿井高压电网必须采取措施，限制单项接地时的电容电流不超过20A的规定，我矿选用了徐州和纬信电科技有限公司生产的XBSG自动跟踪补偿消弧线圈成套保护装置，该成套装置对电网对地分布电容比较大，对地绝缘相对薄弱的电缆电网尤为重要，它可有效地抑制电弧接地过电压，减少单相接地故障引发相间短路和电缆放炮的几率，还能有效地抑制电弧接地过电压和铁磁谐振过电压。自动运行时该装置能始终处于最佳补偿状态，使接地故障点的电容电流减小到5A以下。
一、自动跟踪补偿消弧线圈的原理
XBSG自动跟踪补偿消弧线圈成套装置工作原理见附件，其中三相五柱消弧线圈有五个铁芯柱,中间三个铁芯柱绕有高、低压线圈，边柱上没有线圈。高压绕组采用星形联接，高压侧接电网A、B、C三相，星形联接点接电网地，低压侧绕组采用开口三角形联接，开口通过可控硅接通小型电抗器L1、L2，通过接触器接通阻尼电阻。
三相五柱消弧线圈当电网正常工作时，加在三相五柱消弧线圈上的电压仅为正序，大小相等，相位互差120度，矢量和为零，消弧线圈星形联接点没有电流入地，正序磁通在中间三个柱之间流通，互为通道，不流经边柱；由于中间三个柱没有气隙，磁阻很小，正序阻抗很大，正序电流很小，其值相当于变压器的空载电流。当电网发生单相接地故障时，加在三相五柱式消弧线圈上的电压可分解为正序分量和零序分量，电网有零序电压产生，正序电压产生的电流、磁通与电网正常工作时相同；零序电压产生的零序电流流入三相高压绕组，由于大小相等，方向一致，所产生的零序磁通也必然是大小相等，方向相同，通过气隙，与两个边柱构成通道，由于零序磁路有气隙，磁阻较大，故零序电流较大，通过调整磁路气隙的大小，可以改变零序电感值，进而改变消弧线圈固定补偿部分的电感电流。
低压绕组采用开口三角形联接。在电网正常工作时，开口电压仅为系统不平衡产生的不平衡电压。当电网发生接地故障时，该开口反应零序电压，利用可控硅接通小型电抗器L1、L2，电脑控制器通过调整可控硅的导通角，调节三相五柱消弧线圈副边电感电流的大小，即可改变原边的电感电流大小，实现消弧线圈电感电流的自动调节。通过对电网电容电流的实时跟踪，自动调节电感电流，实现消弧线圈的自动跟踪补偿。
低压绕组的开口电压经过接触器的接点KM接通阻尼电阻RL。在电网正常运行时，该电阻增加了电网的阻尼率，可限制全补偿时出现谐振过电压，同时起到PT消谐作用；在电网发生接地故障后，2秒钟内电脑控制器自动切除该阻尼电阻，进一步减小单相接地点的残流，当接地故障消除时电脑控制器自动投入该阻尼电阻，防止谐振。
二次回路的电阻R回路是为了给电网提供一定的阻尼而设置的，并有过流和短路保护，有交流接触器KM控制。
控制装置的电源由交流220V电网提供（如图2所示）。在成套装置工作以后，电网发生接地故障时，电压继电器KA1、KA2线圈上的电压将超过KA1的整定值，KA
二、脱谐度
消弧线圈的脱谐度v表征偏离谐振状态的程度，可以用来描述消弧线圈的补偿程度。
V=（Ic-IL）/Ic *100%
式中Ic——对地电容电流A；
IL——消弧线圈电感电流,A。
脱谐度数值的选取应适当。一方面，脱谐度的减小不仅能减小单相接地弧道中的残流，还可以降低恢复电压的上升速度，从而可知，脱谐度越小越好；运行经验表明，脱谐度不大于5%就能很好地灭弧，维持较理想的残余电流和恢复电压的上升速度。在正常运行情况下，中性点的长时间电压位移不应超过系统标称相电压的 15%，消弧线圈宜采用过补偿运行方式。目前的自动调谐接地补偿装置能够实现全补偿运行或很小的脱谐度。
三、主要结构及技术特点
1、主要结构
XBSG自动跟踪补偿消弧线圈成套装置由三相五柱消弧线圈、低压电抗器、阻尼电阻箱、电脑控制器等构成。对电网单相接地的电容电流进行自动跟踪补偿,并可根据设定的脱谐度实现欠补、全补或过补运行，也可以采用手动进行固定补偿。
2、技术特点
消弧线圈在其额定电流范围内，可以通过微机控制可控硅调节电感电流，实现对电网单相对地电容电流自动跟踪补偿，调感线性好，性能可靠，调节精度高。
(1)预补偿方案，可控硅调节电流，消弧线圈无机械传动部分，可做到0ms投入全补偿，对瞬间性接地故障或实接地故障都能起到补偿作用，可有效抑制电网操作过电压及接地故障引起的二次故障发生率。
(2)无挡调节技术，补偿后接地点无功残流小于5A。
(3)实时跟踪显示电网电容电流值，电压值，电网零序电压值。
(4)具有“四遥功能”和RS485通讯接口，便于接入变电站综合自动化系统。
(5)具备完善的零序过电压，零序过电流，五防闭锁等保护功能,能充分保证消弧线圈的可靠运行。
(6)维护量小，消弧线圈为干式结构，单柜室内安装,同类产品中占地面积最小，可与高压室开关柜配套，整齐划一。
XBSG自动跟踪补偿消弧线圈成套装置中设置有零序过电压保护、零序过电流保护、阻尼投入保护、阻尼切除保护、阻尼闭锁保护、阻尼温度保护，可充分保证该成套装置的可靠，安全运行。
3、运行情况
XBSG自动跟踪补偿消弧线圈成套装置在2007年5月安装调试后投入运行，通过实际接地试验，接地电容电流显示符合实际值，补偿残流小于5A。投入运行自今，共发生接地故障9次，该装置记录了接地时的补偿开始和结束时间、零序电压值、补偿电流值及脱谐度等数据，减少了因接地时的过电压对电缆线路的损坏。保证了矿井生产的安全供电。
四、结束语
由于矿井环境的特殊性，决定了矿井供电必须采用中性点不接地方式或者经消弧线圈接地的供电方式，为了矿井的安全生产，保障职工的生命安全，遵照煤矿安全规程的要求，必须限制矿井单相接地电容电流在20A以下。
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