消弧线圈补偿原理及运行注意事项

一、消弧线圈补偿原理

1、中性点接地方式及优缺点 接地适用范围 方式 （电容电流） 优点 缺点 1、对绝缘要求较高，易引发绝缘击35KV：〈10A 穿，引发相间短路等相继故障 不接 2、故障定位难，操作多 地 10KV：〈30A 1、 接地电流小，瞬时故障时3、人员触电时，因线路不跳闸，安全性较差 可自行熄弧 2、 可带接地故障运行（一般4、易发生谐振 不超过2h），可靠性较高 5、中性点电位偏移较大 经消弧线〈100A 6、运行方式改变时，操作多 圈 7、补偿易受限制，消弧线圈容量增加可能滞后电网发展 1、可抑制谐振过电压 2、中性点电位偏移较小 3、可迅速隔离故障点 经小接地故障线路迅速切除，间断对用100~1000A 4、设备的绝缘水平较底 电阻 户的供电 5、不受运行方式影响 6、人员触电时，能快速切除故障，安全性好 2、弧光接地的危害 (1) 单相接地的一般过程

间歇性电弧接地——稳定性电弧接地——金属性接地 (2)弧光接地过电压及电弧电流

发生单相间歇性弧光接地（弧光接地）时，由于电弧多次不断的熄灭和重燃，导致系统对地电容上的电荷多次不断的积累和重新再分配，在非故障相的电感—电容回路上引起高频振荡过电压。对于架空线路，过电压幅值一般可达3.1～3.5倍相电压，对于电缆线路，非故障相的过电压可达4～71倍。

弧光接地时流过故障点的电弧电流为高频电流和工频电流的和，在弧光接地或电弧重燃的瞬间,已充电的相对地电容将要向故障点放电,相当于RLC放电过程，其高频振荡电流为：

iULCetsint

其中：U为相电压，δ＝R/2L，ωo＝1／，≈ωo（在输电线路中） 过渡过程结束后，流过故障点的电弧电流只剩下稳态的工频电容电流。 (3)弧光接地的危害

A、 加剧了电缆等固体绝缘的积累性破坏，威胁设备安全； B、 导致烧PT或保险熔断； C、 导致避雷器爆炸；

D、 燃弧点温度高达5000K以上，会烧伤导线，甚至导致断线事故；

E、 电弧不能很快熄灭，在风吹、电动力、热气流等因素的影响下，将会发展成为相间弧光短路事故； F、 电弧燃烧时会直接破坏电缆相间绝缘，导致相间短路事故的发生； G、 跨步电压高，危及人身安全； H、 高频电流对通讯产生干扰。 (4)工频接地电流与电弧间的关系

维持弧光燃烧取决于高频振荡电流衰减的快慢和接地工频电流，工频接地电流与电弧间存在如下关系：

工频接地电流（残流） 电弧状态 <10A 可自行消灭 10~30A 产生间歇性电弧 >30A 产生稳定性电弧 A、在20KV以下的系统，由于承受过电压的能力（过电压倍数，不是绝对值）较强，允许产生间歇性电弧，所以，它的接地的电容电流的允许值是小于30A。而20-63KV的系统承受过电压的能力较差，所以，它的接地的电容电流的允许值是小于10A。

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B、相同大小（小于10A）的容性残流和感性残流均可起到消弧作用，所以当消弧线圈容量不足时，可采用前补偿调谐。 C、补偿度（kIL）过大，系统残流超过可能超过10A，可维持电弧燃烧，所以补偿度不宜过大。 Ic3、消弧线圈补偿原理

消弧线圈利用流经故障点的电感电流和电容电流相位差为180°，补偿电容电流减小流经故障点电流，降低故障相接地电弧两端的恢复电压速度，来达到消弧的目的。

(1)消弧线圈补偿原理

如图所示，在正常情况下，三相电压是基本平衡的。由于各种原因，系统发生单相（例如Ａ相）接地故障，破坏了原有的对称平衡，系统将产生接地电容电流IC，消弧圈在当时系统中性点相电压的作用下，将产生电感电流IL它们各自的流动方向如图１所示。从向量图中，可以看出，ＩL与ＩC相差１８０°，所以是起相互抵消的作用。

UB’ UC’ 消弧线圈补偿原理图 ICC’ ICB’ 单相接地向量图

当系统未发生单相接地时，根据电工原理可以知道，在对称情况下，各相对地电压相等，在这些电压作用下，各相对地电容产生的电容电流ＩCA＝ＩCB＝ＩCC＝ＩCO，分别越前于ＵA、ＵB、ＵC电压的９０°。当发生单相接地故障时（例如Ａ相金属性接地）相当于在故障相上，加一个与ＵA大小相同，但方向相反的相电压—Ｕφ，则故障相对地电压ＵA＝０，而中性点对地电压升高到相电压，其他两相对地电压升高倍，即Ｕ′B＝Ｕ′C＝Uφ，在Ｕ′B、Ｕ′C电压的作用下，所产生的电容电流Ι′CB、Ι′CC分别越前于Ｕ′B、Ｕ′C电压的９０°，其相量和ＩC即为流过A相故障点的电容电流。它的大小是正常时一相对地电容电流的３倍，方向滞后于A相正常时电压９０°。

A、单相接地后，故障相对地电压为零，中性点电压升高为相电压，健全相相电压升高倍，而电源电动势及线电压对称，且10~35KV负荷为对称

性负荷，仍为对称系统，所以中性点不接地及经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，可带故障运行，保证用户的持续供电。

B、故障点的电容电流大小是正常时一相对地电容电流的３倍，方向滞后于故障相正常时电压９０°。 (2)不同接地系统单相接地线路电流情况

A、经小电阻接地系统，非故障线路 故障线路 接地系统 发生单相接地故障时，故障线大小 方向 大小 方向 路的零序电流比非故障线路不接地 非故障线路电本线路电容电流 流入母线 流出母线 零序电流大得多，而且两者零容电流和 小电阻 序电流相差180°，根据这一集中本线路电容电流 流入母线 补偿 消弧流出母线（欠补） 原理（零序电流原理、零序功

残流 线圈 分散本线路电容及所带消流入或流出流入母线（过补） 率原理），可以采用电流元件

快速区分出接地故障线路。 补偿 弧线圈补偿电流和 母线 B、中性点经小电阻接地

系统是利用零序电流及零序功率原理进行快速选线的，当该系统中运行消弧线圈时，因消弧线圈改变了系统电容电流的分布，

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造成了选线正确率的下降，所以当这两个不同接地系统间进行负荷调整前，必须先停用调整线路的消弧线圈。

4、消弧线圈引起的中性点位移电压 ÙC O ÙB ÙA 中性点位移电压原理图

根据 “地”接点O的节电电压方程：

Y1(UAUO)Y2(UBUO)Y3(UCUO)YLUO0

可得：

UOUAUAj(C1C2C3)Ubd 1jdjdj(C1C2C3)jGL3GCL222U0UbddUe15%3

式中：ρ——称为电网的不对称度，其值与导线的排列形式，是否有地线及是否换位等因素 有关。通常架空线的不对称度ρ值为0.5%～1.5%，个别情况可达2.5%及以上，电缆线路的ρ值约为0.2%～0.5%。若电网三相对地电容相等，则ρ＝0，VN＝0。

——为补偿电网的脱谐度。 k——为补偿电网的补偿度。

d——为补偿电网的阻尼率。正常架空线路的阻尼率d约为3%～5%，线路污染受潮，d可增至1. 0%；电缆线路d约为2%～4%，绝缘老化时，可增至10%。

Ubd——为电网的不对称电压，是中性点不接地电网(无消弧线圈) 因三相对地电容不等而引起的中性点位移电压。

A 因中性点不接地电网三相对地电容不等，产生不对称电压；

B接于B相的备用电缆增加了电网不对称程度，加大了不对称电压（线路特别是电缆线路临时由运行线路充电时，应分别接入三相）；

C 系统运行方式或消弧线圈变化时，造成中性点电压发生变化，可能引起假接地； D 消弧线圈中的阻尼绕组可有效减小中性点位移电压； E 经小电阻接地系统中性点位移电压很小；

F 通过调节消弧线圈分头，可调整系统三相电压平衡；

G 因消弧线圈的补偿电流是已知的，所以利用不同补偿电流时的，中性点电压位移可计算系统总的电容电流，以及脱偕度，自动补偿消弧线圈就是利用这一原理进行自动补偿的。

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中性点位移电压相量图 5、消弧线圈的补偿方式

(1)全补偿方式：补偿后电感电流等于网络电容电流，接地点残流为0，即ICΣ = IL 。

从消除故障点的电弧，避免出现弧光过电压的角度来看，此种补偿方式是最理想的，但在全补偿时，ωL=1/3ωCΣ，正是电感L和三相对地电容3CΣ对50Hz交流串联谐振的条件，在正常情况下，如果线路的三相对地电容不完全相等，则电源中性点对地之间就产生电压偏移，该偏移电压在串联谐振回路中产生很大的电压降落，从而使电源中性点对地电压严重升高。因此，在实际应用中不能采用该种补偿方式。

(2)欠补偿方式：补偿后电感电流小于网络电容电流，接地点残流为容性，即ICΣ ＞ IL 。

在该种补偿方式下，当系统的运行方式发生改变时，如某个元件或某条输电线路被切除，在系统电容电流减小的情况下，很可能出现ICΣ和 IL电流相等的情况，发生串联谐振过电压。因此，该种补偿方式一般也很少被采用。

(3)过补偿方式：补偿后电感电流大于网络电容电流，接地点残流为感性，即ICΣ＜IL 。采用该种补偿方式，可以有效避免系统发生串联谐振过电压的问题，在实际运行中获得了广泛的应用。

考虑到系统的安全运行及中性点的对地电压，经消弧线圈接地系统，选取过补偿方式较好。 6、消弧线圈装置（自动补偿）

一次设备接线如图 (无中性点)。成套装置由Z型接地变压器(系统中有中性点时不用)、有载调节式消弧线圈、限压阻尼电阻箱、微机测量控制器组成。

(1) 曲折型接线的接地变压器

A、正常运行时长期处于空载运行状态，其零序阻抗、空载损耗很小 B、引出理想的人工中性点连接消弧线圈；

C、正常运行时长期处于空载运行状态，其零序阻抗、空载损耗很小 (2) 有载调节式消弧线圈

带有载分接开关的调匝式消弧线圈，正常不接地的情况下几乎处在空载状态下进行，使用寿命较长，利用每个分接头工作时确定的电感量可计算电网电容电流和脱谐度。 (3) 限压阻尼电阻箱

A、正常运行时，限制中性点位移电压

B、在发生单相接地时，为避免阻尼电阻降低消弧线圈的补偿能力，将电阻短接，同时也避免了电阻的过热。短接阻尼电阻采用中性点电压和电流两套独立启动短接回路。

一套是根据中性点电压值来控制交流接触器KM１，若该值超过设定值，则电压继电器动作，控制交流接触器闭合接点短接阻尼电阻。

另一套是由直流接触器KM2、中间继电器、过流继电器组成，当系统接地流过消弧线圈的电流超过设定值时，电流继电器动作，通过中间继电器使直流接触器闭合短接阻尼电阻。双套措施互补，保证了电阻可靠短接。若配有接地选线装置，阻尼电阻在接地0.5 s后被短接。 (4) 微机控制器

采用在线实时测量法，可快速、准确、直观、完整地显示电网的有关参数，根据设定值自动或手动调整消弧线圈分头，使其随时运行在最佳工作状态。

二、消弧线圈运行中的注意事项

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1、电压互感器开口三角电压

电磁式电压互感器接线图

目前国内均采用电磁式电压互感器开口三角绕组构成的绝缘监测装置来监视系统的绝缘状况，如图，电压互感器通常采

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用两个二次绕组，其中主二次绕组额定相电压为100/ 3V，辅助（开口三角）二次绕组额定相电压为100/3V。

电压互感器变比：

中性点位移电压相量图 U100100/ 333/开口三角电压：Ua1x1(UaUo)(UbUo)(UcUo)3Uo

开口三角电压反映3倍中性点电压（零序电压）。

通常，绝缘监测装置的电压整定值为15～30V（即中性点位移电压为额定相电压的15%~30%）。若开口三角电压大于该整定值，则使绝缘监测装置发出接地信号。（规程规定：无接地时中性点位移电压，长期运行不超过额定相电压的15%）

2、故障判断

由于绝缘监测装置是根据开口三角电压反应3倍中性点电压（零序电压）的原理工作的，而实际电网中除单相接地外，还有多种原因，如铁磁谐振、PT断线、线路断线等都会使开口三角绕组两端出现零序电压，并可能导致绝缘监测装置动作。由于此时系统并没有真正接地，而装置却发出了接地信号，这种接地称为“假接地”，只有准确、快速的判断故障，才可能及时、准确的处理故障。

故障判断 故障后电压变化情况 故障类型 三相相电压 开口三角 金属性 一相为零，另两相上升为线电压 100V 单相接地 非金属性接地 一相低，不为零；另两相上升，接近线电压 30~100V 三相电压依次轮换升高，且电压表指针在同范围分频谐振 〈100V 内出现低频摆动，一般不超过2倍相电压 铁磁一相(两相)降低，不为零；另两相(一相)升高，基波谐振 〈100V 谐振 大于线电压，一般不超过3倍相电压 三相同时升高，升高数值大于线电压，一般不超高频谐振 >100V 过3～3．5倍相电压 5

开口三角绕组一三相正常 相或两相接反 二次中性线断线，PT 同时一次系统单三相正常 断线 相接地 一次一相(两相)一相(两相)降低，其他相正常 断线 一相上升，小于1.5倍相电压；两相下电源侧 降，大于0．866倍相电压 单相断线 一相降低，小于0．5倍相电压；另两负荷侧 相降低，大于0．866倍相电压 单相断线且电源侧相继接地 单回线路断线及相继故障 电源侧 一相为0，另两相上升为线电压； 一相上升为1.5倍相电压，另两相上升为线电压 一相上升为1.5倍相电压，另两相电压电源侧 下降为0．866倍相电压 一相下降为0，另两相下降为0．866倍负荷侧 相电压 负荷侧 电源侧 一相降低，另两相上升 两相断线 负荷侧 三相降低 两相断线且电源侧相继接地 两相断线且负荷侧相继接地 电源侧 一相为0，另两相上升为线电压； 负荷侧 三相上升为线电压 电源侧 一相为0，另两相上升为线电压 负荷侧 三相下降为0 66.7V 100V 33.3V 两侧和为50 V 100V 150V 50V 0 两侧和为100 V 100V 173V 100V 0 单相断线且负荷侧相继接地 A、PT断线在某一时刻一般只发生在一个变电站的一段母线； B、单相接地时，整个小电流接地系统都将发生相同的电压变化； C、线路断线时，其两侧电压有较大区别，线路电流也有明显变化； D、铁磁谐振时，其电压变化特征特别突出。

大多数变电站未装设接地保护选线装置，需要进行人工判断，并需要人工排除故障。为此，在发接地信号时，正确地判断故障的类型和性质是关键，因此，要做好以下几点：

A、要根据变电站内并列运行的各段母线三相相电压及开口三角电压进行初步判断；

B、要询问其他变电站的异常情况，并进一步观察消弧线圈的仪表指示、线电压、三相电流是否正常； C、必要时要进行适当的检查，如PT熔断器、PT刀闸辅助接点是否完好，用验电器验电等。 3、消弧线圈的操作

(1)倒换分接头前，必须拉开消弧线圈的隔离开关，将消弧线圈停电，以保证人身安全。这里必须注意，尽管消弧线圈接于变压器的中性点上，但在正常运行中，其中性点电压不一定是零，所以一定要认为运行中的消弧线圈是带电的。这是由于电力系统三相不完全对称，而使变压器的中性点在正常运行时也会出现对地电压的缘故。这样，在改换换接器接头的瞬间有可能发生接地短路。

(2)倒换分接头完毕，应测量消弧线圈导通良好，检验确无接地支路后，合上隔离开关，投入运行。

(3)采用过补偿方式运行时，线路送电前应先倒换分接头位置，以增加电感电流，然后再送电。停电时反之。 (4)当采用欠补偿方式运行时，先将线路送电，再提高分接头的位置。停电时反之。

(5)当系统发生接地或中性点位移电压较大时，禁止用隔离开关投入和切除消弧线圈，禁止更改消弧设备的调谐值。因为将消弧设备断开，也将补偿回路变成中性点不接地的方式运行。当单相短路时，这样网络就改变成中性点直接接地的运行方式。分接头换接器的传动装置位于顶盖上的消弧线圈，当未将它从回路中断开时也不允许改变调谐值。

(6)若需要将消弧线圈从一台变压器的中性点倒在另一台变压器上，应先拉后合，不得将消弧线圈同时接在两台变压器中性点上。因为两台变压器的各项参数不完全相同，如果通过消弧线圈的隔离开关并列两台变压器中性点时，可能形成一定的环流。

(7)绝对不可同时将两台以上的电力变压器中性点连接到有消弧线圈的中性母线上去，因为当变压器分列运行时在补偿网络内有接地短路时，中性点上的电压U0使网络分开部分的相电压的变化完全相同。就不可能决定接地短路发生在哪一部分网络内。

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(8)若运行中的变压器与所带的消弧线圈一起停电时，先拉开消弧线圈的隔离开关，再停用变压器。送电时则相反。 (9)处理接地故障时，禁止停用消弧线圈。若消弧线圈温升超过规定时，可在接地相上先作人工接地，消除接地点后，再停用消弧线圈。如图所示。

(10)发现消弧线圈、接地变压器、阻尼电阻发生下列情况之一时应立即停运。

A、正常运行情况下，声响明显增大，内部有爆裂声。

B、严重漏油或喷油，使油面下降到低于油位计的指示限度。 C、套管有严重的破损和放电现象。 D、冒烟着火。

E、附近的设备着火、爆炸或发生其他情况，对成套装置构成严重威胁时。 F、当发生危及成套装置安全的故障，而有关的保护装置拒动时。

(11)有下列情况之一时，禁止拉合消弧线圈与中性点之间的单相隔离开关： A、系统有单相接地现象出现，已听到消弧线圈的嗡嗡声。 B、中性点位移电压大于15%相电压。

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