接地变压器的作用

接地变压器的作用

接地变压器专为消弧线圈所设，一般消弧线圈装设在小电流接地系统的变压器三角形侧，用来补偿电网单相接地时的接地电容电流。但变压器的三角形侧没有中性点，接地变就是为安装消弧线圈提供人为中性点的。

我国电力系统中，的6kV、10kV、35kV电网中一般都采用中性点不接地的运行方式。电网中主变压器配电电压侧一般为三角形接法，没有可供接地电阻的中性点。当中性点不接地系统发生单相接地故障时，线电压三角形仍然保持对称，对用户继续工作影响不大，并且电容电流比较小(小于10A)时，一些瞬时性接地故障能够自行消失，这对提高供电可靠性，减少停电事故是非常有效的。由于该运行方式简单、投资少，所以在我国电网初期阶段一直采用这种运行方式，并起到了很好的作用。但是随着电力事业日益的壮大和发展，这中简单的方式已不在满足现在的需求，现在城市电网中电缆电路的增多，电容电流越来越大(超过10A)，此时接地电弧不能可靠熄灭，就会产生以下后果。

1)，单相接地电弧发生间歇性的熄灭与重燃，会产生弧光接地过电压，其幅值可达4U(U为正常相电压峰值)或者更高，持续时间长，会对电气设备的绝缘造成极大的危害，在绝缘薄弱处形成击穿;造成重大损失。

2)，由于持续电弧造成空气的离解，拨坏了周围空气的绝缘，容易发生相间短路; )，产生铁磁谐振过电压，容易烧坏电压互感器并引起避雷器的损坏甚至可能使避雷器爆炸; 3

这些后果将严重威胁电网设备的绝缘，危及电网的安全运行。为了防止上述事故的发生，为系统提供足够的零序电流和零序电压，使接地保护可靠动作，需人为建立一个中性点，以便在中性点接入接地电阻。为了解决这样的办法。接地变压器(简称接地变)就在这样的情况下产生了。接地变就是人为制造了一个中性点接地电阻，它的接地电阻一般很小(一般要求小于5欧)。

另外接地变有电磁特性，对正序负序电流呈高阻抗，绕组中只流过很小的励磁电流。由于每个铁心柱上两段绕组绕向相反，同心柱上两绕组流过相等的零序电流呈现低阻抗，零序电流在绕组上的压降很小。也既当系统发生接地故障时，在绕组中将流过正序、负序和零序电流。该绕组对正序和负序电流呈现高阻抗，而对零序电流来说，由于在同一相的两绕组反极性串联，其感应电动势大小相等，方向相反，正好相互抵消，因此呈低阻抗。

接地变的工作状态，由于很多接地变只提供中性点接地小电阻，而不需带负载。所以很多接地变就是属于无二次的。接地变在电网正常运行时，接地变相当于空载状态。但是，当电网发生故障时，只在短时间内通过故障电流，中性点经小电阻接地电网发生单相接地故障时，高灵敏度的零序保护判断并短时切除故障线路，接地变只在接地故障至故障线路零序保护动作切除故障线路这段时间内起作用，其中性点接地电阻和接地变才会通过IR= (U为系统相电压，R1为中性点接地电阻，R2为接地故障贿赂附加电阻)的零序电路。根据上述分析，接地变的运行特点是;长时空载，短时过载。

总之，接地变是人为的制造一个中性点，用来连接接地电阻。当系统发生接地故障时，对正序负序电流呈高阻抗，对零序电流呈低阻抗性使接地保护可靠动作。

接地变压器的作用是在系统为?型接线或Y型接线中性点无法引出时，引出中性点用于加接消弧线圈，该变压器采用Z型接线(或称曲折型接线)，与普通变压器的区别是每相

线圈分别绕在两个磁柱上，这样连接的好处是零序磁通可沿磁柱流通，而普通变压器的零序磁通是沿着漏磁磁路流通，所以Z型接地变压器的零序阻抗很小(10Ω左右)，而普通变压器要大得多。因此规程规定，用普通变压器带消弧线圈时，其容量不得超过变压器容量的20%，而Z型变压器则可带90% ,100%容量的消弧线圈，接地变除可带消弧圈外，也可带二次负载，可代替所用变，从而节省投资费用。

单相接地是电力系统短路故障的一种，故障发生在某一相与地之间，故障情况有:单相闪络、弧光接地、金属性接地。

为了减小接地故障电流，在中性点不接地系统中一般采用在中性点接入消弧线圈的方法来补偿零序电容产生的电容电流，而我国变电站主变的10kV线圈一般均为Δ接法，无法引出中性点，所以需要加装接地变压器，制造人工中性点，以便接入消弧线圈。接地变压器的特点是具有非常低的零序阻抗，线圈采用特殊的曲折形绕法，所以也叫Z形变压器

变电站内现在一般采用接地变压器作为10kV站用变，它一般有两个用途，1.供给变电站使用的低压交流电源，2.在10kV侧形成人为的中性点，同消弧线圈相结合，用于10kV发生接地时补偿接地电容电流，消除接地点电弧，其原理如下:

三相电网各项导线之间及各相对地之间，沿导线全长都分布有电容。当电网中性点不是死接地时，单相接地相的对地电容为零，另外两相的对地电压升高到 ?3倍。相电压升

高并未超过安全电压设计的绝缘强度，但是会导致其对地电容的增加。单相接地时电容电流为正常运行时一相对地电容电流的3倍。

当该电容电流较大时，较易引起间歇电弧，对电网的电感和电容的震荡回路产生过电压，其值可达2.5到3倍的相电压。电网电压越高由其引起的过电压危险越大。因此只有60KV以下的供电系统的中性点才可不接地，因为它们的单相接地电容电流不大。否则， 应通过接地变压器将中性点经阻抗接地。

当变电站主变压器一侧(如10KV侧)为三角形或星形接线，当单相对地电容电流较大时，由于没有中性点可接地，则需要采用一台接地变压器(曲折接线的电抗其器)使电网形成人为的中性点，以便经消弧线圈接地，使电网形成人为中性点，这就是接地变压器的 作用。在电网正常运行时接地变压器承受电网的对称电压，仅流过很小的励磁电流，处于空载运行状态，其中性点对地电位差为零(忽略消弧线圈的中性点位移电压)，此时消弧线圈没有电流流过。假设,相对地短路时，三相不对称分解出来的零序电压，汇合后流经消弧线圈入地。其作用与消弧线圈一样，即它所产生的感性电流补偿了接地电容电流，消除了接地点的电弧。

接地变压器的主要特点是:

,考虑到各铁心柱上的磁势平衡，绕组采用曲折形接线。由于是短时有负载运行，电流密度可选大些。

,这种变压器在电网正常运行时，长期处于空载状态，空载损耗应尽可能小些，在电

网电压允许升高的范围内，其铁心也要处于不饱和状态;也要求避免磁路饱和，所以，铁心的磁通密度要取小些。

,流过这种变压器绕组的负载电流是零序电流，所以变压器的零序阻抗是较重要的，一般每相零序阻抗的不平横度要小于,,

消弧线圈是一种带铁芯的电感线圈。它接于变压器(或发电机)的中性点与大地之间，构成消弧线圈接地系统。正常运行时，消弧线圈中无电流通过。而当电网受到雷击或发生单相电弧性接地时，中性点电位将上升到相电压，这时流经消弧线圈的电感性电流与单相接地的电容性故障电流相互抵消，使故障电流得到补偿，补偿后的残余电流变得很小，不足以维持电弧，从而自行熄灭。这样，就可使接地故障迅速消除而不致引起过电压。

另外，中性点不接地系统单相接地的间歇性电弧是引起弧光接地过电压的主要原因。由于消弧线圈的补

偿作用，可以基本上杜绝电弧的重燃，从而制止了间歇性电弧的产生，因此也不会产生弧光接地过电压。由此可见，消弧线圈对过电压保护具有一定的作用。

一、 概述

随着我国国民经济的持续发展，电网规模越来越大，特别是电缆在配电网中的大量使用，使得系统电容电流大幅度增长。对于中性点不接地系统，当发生单相接地时，由于电容电流较大，弧光不能自熄，造成跳闸事故率上升，严重危胁着电网的安全运行。因此新

颁布的电力行业标准DL/620,1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中明确规定:3,10kV架空线路构成的系统和所有35kV、66kV系统，当单相接地故障电流大于10A时，中性点应装设消弧线圈;3,10kV电缆线路构成的系统，当单相接地故障电流大于30A时，中性点应装设消弧线圈。

老式消弧线圈(即手动无载调匝式消弧线圈)由于不能自动测量系统电容电流，再加上系统运行方式不固定，调节又需要停电，使用十分不便。近几年国内研制生产了多种形式的自动跟踪消弧线圈，但仍存在不足之处，如有的消弧线圈调节速度慢，有的消弧线圈其二次系统结构复杂，可靠性不高，甚至给系统带来较大谐波污染;同时，系统安装消弧线圈后，当发生单相接地时，如何准确选择故障线路也一直没有得到很好的解决。

为此，我公司与华北电力大学合作开发研制了新型的KA2003-XH型消弧线圈自动调谐及接地选线成套装置，其突出特点是:

1. 运行方式灵活，可以采用“预调”的运行方式，也可以采用“随调”的运行方式。补偿

范围大，保证可靠熄灭电弧。

2. 消弧线圈控制器可以控制调匝式消弧线圈、8421并联电抗器组合式消弧线圈。 3. 消弧线圈的投入不会对系统造成谐波污染。

成套装置具有调节速度快、调节方式灵活，选线快速、准确的特点。 4.

5. 调匝式消弧线圈既可以采用 “随调”的运行方式(不使用阻尼电阻)，也可以采用 “预

调”的运行方式(并联阻尼电阻)，工作安全、可靠。

6. 8421并联电抗器组合式消弧线圈不需要有载分接开关，通过电抗器投切，组合成16(或

32)档均匀分布的电抗器容量。既可以采用 “随调”的运行方式(不使用阻尼电阻)，

也可以采用 “预调”的运行方式(串联阻尼电阻)，工作安全、可靠。

7. 控制器选用性能稳定的专业嵌入式工控机，大屏幕液晶全汉化显示，具有完善的功能和

极高的可靠性;采用Windows CE操作系统，用户操作简单直观。支持鼠标、键盘、以太

网、USB。

8. 成套装置具有零序录波功能，以便进一步分析和处理数据。同时配备管理信息系统，具

有远方监视成套装置运行状况和接收远方数据等功能。

9. 输出的补偿电流在0,100%额定电流范围内调节。

10. 一方面能够及时的进行补偿，另一方面适应配电网扩容需要，有良好的经济性。 二、 机电参数

1(控制器机电参数

1) 工作电源: 直流220V或交流220V 50Hz

2) 功率损耗: ?20W

3) 可控消弧线圈数量: 2套(最多)

4) 电容电流测量误差: ?5%

5) 故障响应时间: ?10ms

6) 接地残流工频分量: ?2A

7) 控制器接地故障录波数据: 大于20000次

8) 控制器调谐输出接点容量: 直流220V，8A

9) 控制器报警输出接点容量: 直流220V，0.5A

10) 接入控制器二次零序电压: 3U?100V(交流有效值) 0

11) 接入控制器二次零序电流: 2mA?3I?1.6A(交流有效值) 0

12) 测量精度: 0.2%(相对引用误差)

13) 启动电压: 1,100V可调(默认设置15V)

14) 控制器通信方式: ?硬节点;?RS232、485

15) 通信规约: CDT规约

2(接地变及消弧线圈机电参数

1) 工作电压: 6kV,66kV

2) 故障响应时间: ?5us-20ms

3) 脱谐度: ?5%

4) 冷却方式: 自冷或强风冷却

5) 最大温升: 100 K 6) 绝缘要求: 全绝缘

7) 绝缘等级: F 级(参考值)

8) 绝缘水平: LI75KV AC35KV (10kV参考标准)

三、 环境条件

1(接地变、消弧线圈等一次设备

1) 海拔高度: ?1000m

2) 最高温度: 45 ? 3) 最低温度: -35 ?

4) 最热月平均温度: 30 ? 5) 最高年平均温度: 25 ? 6) 耐地震能力: 8 级

7) 地面水平加速度: 0.2 g(重力加速度)

8) 垂直加速度: 0.13 g (重力加速度)

9) 正弦共振三周波安全系数: ?1.67

10) 风速: 离地面高10m处，平均最大风速 15 m/s 11) 月平均最高相对湿度: 90% (25?下)

12) 日照强度: 0.1 W/cm2 13) 覆冰强度: 5 mm 14) 污秽等级: III 级

15) 日平均湿度: ?95%

2(控制器

1) 安装地点: 户内

2) 环境温度: -20?,+40.6?

3) 相对湿度: 94%

4) 周围无严重影响绝缘的污秽、无腐蚀性和爆炸性介质。

四、 型号说明

五、 成套装置构成

1. 总体构成

图5-1 66kV及以下调匝式消弧线圈成套装置(一控二)系统图

-2 66kV及以下8421分体电抗器组合式消弧线圈成套装置(一控一)示意图 图5

自动调谐成套装置由:?Z型接地变压器(当系统具有中性点时可不用) ?消弧线圈 ?自动调谐控制器 ?阻尼电阻箱(预调) ?控制屏等部分组成。整体联结如图5-1、5-2所示。 2(Z型接地变压器

接地变压器的作用是在系统为?型接线或Y型接线中性点未引出时，引出中性点连接消弧线圈。

接地变压器采用Z型接线(或称曲折型接线)，即每一相线圈分别绕在两个磁柱上其电气原理图如图5-3所示:

图5,3 接地变压器电气原理图

两相绕组产生的零序磁通相互抵消，因而Z型接地变压器的零序阻抗很小(,10Ω)，而普通变压器要大得多。因此规程规定，用普通变压器带消弧线圈时，消弧线圈容量不得超过变压器容量的20%，而Z型变压器则可带90%,100%容量的消弧线圈，可以节省投资。

接地变压器除可带消弧线圈外，还可带二次负载，做站内用电负荷。 3. 调匝式消弧

线圈

图5-4调匝式消弧线圈成套装置预调(带阻尼电阻)系统图

如果采用“预调”的运行方式，正常运行时消弧线圈投入使用，处于过补偿或全补偿运行状态，此时需要加装阻尼电阻箱用于防止谐振过电压。如图上5-4所示，发生单相接地后快速退出阻尼电阻，达到补偿熄弧。

如果采用“随调”的运行方式，正常运行时真空接触器处于断开状态，消弧线圈系统隔离。如下图5-5所示，发生单相接地后接触器快速闭合，达到补偿熄弧。

图5-5调匝式消弧线圈成套装置随调系统图

4. 8421并联电抗器组合式消弧线圈

图5-6 并联电抗器示意图

8421并联电抗器组合式消弧线圈结构如图5-6所示，L1、L2、L4、L8为电抗器，其容量按1:2:4:8分配，K1、K2、K3、K4为高压真空接触器，当接触器闭合时，相应的电抗器投入电网;当接触器断开时，相应的电抗器退出电网。这样消弧线圈具有0000,1111之间变化的16个档位，如果为了进一步减小级差，可以采用5个电抗器，使消弧线圈具有32个档位。高压真空接触器耐压高、运行稳定、控制简单、速度快(动作时间小于20ms)，完全满足现场要求。

如果采用“随调”的运行方式，正常运行时高压真空接触器都处于断开状态，即电抗器都退出系统，发生单相接地后快速投入电抗器，达到补偿熄弧。如果采用“预调”的运行方式，正常运行时电抗器按照适当的组合投入系统，使消弧线圈处于过补偿或全补偿运

行状态，此时需要加装阻尼电阻箱用于防止谐振过电压。如图5-7所示，发生单相接地后快速退出阻尼电阻，达到补偿熄弧。

图5-7 “预调”运行方式

如果系统原有消弧线圈由于容量不足需要扩容，可以采用原有消弧线圈外加并联电抗器组合式消弧线圈方案，如图5-8所示。这样可以将原有消弧线圈L作为基础容量进行使用，0

降低了成本。

图5-8 与原有消弧线圈配合示意图

5(自动调谐控制器

(1)自动调谐控制器特点

, 采用4U机箱，整套设备集中、紧凑、密封性好、扩展性强、便于维护。前板配有

5.7”TFT LCD大屏幕显示、功能按键。底板、主板、电源适用于工业环境，低功耗，

没有旋转风扇，可靠性高。

, 采用Window CE操作系统，支持鼠标、键盘。装置具有故障录波功能，可以提供故

障前后的波形，包括故障发生前的一个周期和故障发生后五个周期的波形。可保存现

场故障录波数据和选线结果20000次。

, 自动检测系统电容电流，跟踪电容电流变化及时补偿电感电流，使接地故障电流限

制在整定范围内。装置能够根据需要调整和设置脱谐度及残流。

, 消弧线圈控制器可以控制调匝式消弧线圈、8421并联电抗器组合式消弧线圈。 (2)主要功能

, 人机对话功能:自动/手动/停止控制方式的切换功能、时间参数、运行参数和控制

参数的设置功能、故障信息查询功能等。

, 自检功能:选线装置具有自检功能，死机自恢复功能。并能监视各线路出口

处一次接地电容电流和各段母线零序电压。同时具备主机故障报警、电源消失

报警、板卡通道故障报警功能。

, 记忆功能:具有掉电保持储存信息的功能，可记录20000次以上控制器动作信息、

接地信息及故障信息的历史数据，确保控制器工作电源或注入电流断电后所设参数不

会丢失。

, 显示功能:5.7”TFT LCD液晶显示器，系统接地时显示:消弧线圈发生单相接地故

障信息、日期、时间、消弧线圈档位、中性点电压值、系统电容电流值、补偿电感电

流值、接地残流、脱谐度，以及故障线路所在母线、故障线路、备选线路、继续计算

次数等。

, 通信功能:具有远动接口RS232、RS422/485，波特率1200,9600bps可选，标准CDT

通讯规约，与变电所微机监控系统相连。同时具备网络通讯功能。 , 联机运行功能:控制器配有信号采集装置，负责信号的采集和开关量信号的输入输

出，采用“一控一”或“一控二”的控制方式均能够自动对不同运行方式(母线分段

或并列)下的系统进行控制，有效的解决了母线合环下自动调谐问题。 , 自动闭锁功能:当系统发生单相接地时，自动闭锁调控系统，消弧线圈稳定补偿。 , 识别功能:自动识别系

统中永久接地故障和瞬时接地故障，并快速启动和退出消弧

线圈补偿。

, 故障录波功能:装置具有故障录波功能，可以提供故障前后的波形，包括故

障发生前的一个周期和故障发生后五个周期的波形。可保存现场故障录波数据

和选线结果20000次。

, 选线功能:

A. 消弧线圈控制器具备2段母线， 40条线路的选线功能(一控二)。适

用于中性点不接地、经固定消弧线圈接地、经自动调谐式消弧线圈接地、

经高阻接地、经消弧柜接地等多种接地方式。适用于不同电压等级

(66kV、35kV、10kV、6kV)的系统。

B. 消弧线圈控制器实时采集系统故障信号，应用多种选线方法进行综合

选线，具体包括:智能群体比幅比相法、谐波比幅比相法、小波法、首

半波法、有功分量法、能量法、零序电流突变量法。装置通过粗糙集理

论确定各种选线方法的有效域，根据故障信号特征自动对每一种选线方

法得出的故障选线结果进行可信度量化评估，应用证据理论将多种选线

方法融合到一起，最大限度地保证各种选线方法之间实现优势互补。为

了避免故障信号受到干扰而导致误选，装置采用了连续选线方法，每隔

一定时间(1秒)重新采集数据进行分析，只要故障没有消失，装置的选

线计算就不停止。

C. 消弧线圈控制器能准确识别直接接地、经电阻接地、经弧光接地、间

歇性弧光接地等复杂的故障类型，在现场工作人员的配合下可以解决不

同线路两点同相接地故障问题。

, 极性判断功能:装置能够自动判断接入零序电压、电流信号的极性接反情况，

保证选线的正确性。

6(控制屏

控制屏规格、尺寸及颜色由用户确定。

六、 成套装置工作原理

1(自动调谐原理

正常运行中系统零序等值回路如图6,1所示，其中E为系统不平衡电压，该电压是系统的三相对地电容0

不完全对称形成的固有不平衡电压与接地变压器中性点产生的对地电压的合成;X为消弧线圈电抗;X为LC系统对地容抗;I为流过消弧线圈的不平衡电流。 0

图6-1 正常运行中系统零序等值回路

图6-2 U与消弧线圈电抗的谐振曲线图 0

由图6-1可知，消弧线圈与系统对地电容对于系统不平衡电压E0形成串联谐振回路，当系统对地电容固定时，中性点电压U与消弧线圈电抗的谐振曲线如图6-2所示。 0

应用时调节消弧线圈至某一档，测得中性点位移电压，再调节消弧线圈至相邻档，测

得中性点位移电压，假定调档过程中不变，在关联参考方向下，则有:

若采用标量形式，则可建立方程组:

可得

如果消弧线圈提供了为各档位相应的电流值(以为基准)，则上式可以变为:

上述计算系统对地容抗的方法称为“位移电压法”，我们利用KA2003-XH型消弧线圈成套装置的特点研制出改进的“位移电压法”。该方法利用改变消弧线圈电感参数，得到相应的反馈值，这样就可以有效的利用上述位移电压算法进行电容电流的计算。

控制器计算出系统接地电容电流后，根据用户指定的残流或脱谐度要求得到消弧线圈的最佳档位方案。如果采用“随调”的运行方式，正常运行时消弧线圈都退出系统，发生单相接地后控制器按照最佳档位方案快速投入消弧线圈，达到补偿熄弧。如果采用“预调”的运行方式，正常运行时控制器按照最佳档位方案投入消弧线圈，使系统处于过补偿运行状态，此时阻尼电阻可以防止谐振过电压，发生单相接地后快速退出阻尼电阻，达到过补偿熄弧。 2(单相接地选线原理

当系统发生单相接地时，为不影响整个系统供电，应快速准确地选出故障线路。本成套装置控制器可以根据用户需要嵌入选线功能，最多可以对两段母线及40条线路进行选线。控制器启动判线的条件为:零序电压3大于接地启动电压设定值且各线路零序电流大于启动 电流设定值。

本装置采用多种方法进行故障选线，每种方法都针对信号的具体特点，不同方法之间具有互补性。

1) 智能型比幅比相法

智能型比幅比相方法的基本原理是:对于中性点不接地系统，比较母线的零序电压和所有线路零序电流的幅值和相位，故障线路零序电流相位应滞后零序电压90?并与正常线路零序电流反相，若所有线路零序电流同相，则为母线接地。传统比幅比相方法在信号处理、抗干扰和有效域方面存在一定的缺陷。智能型的比幅比相方法采用Butterworth数字滤波器，对信号进行有效的数字滤波处理，提取出了更可靠的信号成分，提高了选线正确性。

2) 谐波比幅比相法

谐波方法的基本原理是:对于中性点经消弧线圈接地系统，对谐波分量来说消弧线圈处于欠补偿状态，如果线路零序电流中含有丰富的谐波成分，则比较所有线路零序电流谐波分量的幅值与相位，故障线路零序电流幅值较大且相位应与正常线路零序电流反相，若所有线路零序电流同相，则为母线接地。谐波选线方法采用有效的数字滤波手段，提取出

能量最高的谐波频带范围，避免了提取单一谐波频率而导致的误差。

3) 小波法

小波分析是一门现代信号处理理论与方法，它能有效地分析变化规律不确定和不稳定的随机信号，能够从信号中提取到局部化的有用成分。小波选线方法利用单相接地故障产生的暂态电流和谐波电流作为选线判断的依据。由于小电流接地电网单相接地故障等值电路是一个容性通路，故障的突然作用在电路中产生的暂态电流通常很大。特别是发生弧光接地故障或间歇性接地故障情况下，暂态电流含量更丰富，持续时间更长。暂态电流满足在故障线路上的数值等于在非故障线路上数值之和且方向相反的关系，可以用来选线。

4) 首半波法

小电流接地电网单相接地故障产生的暂态电流虽然很复杂，但是发生故障的最初半个周波内，一定满足故障线路零序电流与正常线路零序电流极性相反的特点，因此可以通过比较首半波的零序电流极性进行故障选线，该方法对中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的电网都适用。

5) 有功分量法、能量函数法

这两种方法的原理相同，对于中性点经消弧线圈接地系统，消弧线圈智能补偿零序电流的无功分量，不能补偿零序电流的有功分量，因此故障线路的零序电流的有功分量与正常线路极性相反，可以用这个特点进行选线。由于有功分量的含量较小，所以装置采用零序电流与

零序电压的乘积，即零序能量来度量零序电流的有功分量，实际上是把有功分量进行了累加，零序能量最大的线路就是故障线路。

6) 突变量选线方法

这是我们针对并联组合式消弧线圈提出的一种独特选线方法。在系统发生单相接地后，通过高压接触器控制电抗器的投切，使消弧线圈的电感电流发生变化。由于这个突变的电流只能在故障线路上体现出来，因此计算各线路在电抗器投切前后零序电流的变化量，可以判断变化量最大者即为接地线路。使用该方法可进行连续判断，选线准确率很高。

如果消弧线圈未投入运行，控制器仍可作为选线装置使用，按照中性点不接地条件下的选线方法进行单相接地故障选线。

7) 有效域技术

对于不同的故障信号特征，各种选线方法都有一定的适用条件。当适用条件满足时，该选线方法选线结果一定正确，否则，选线结果可能出现错误。我们称选线方法能够可靠选线的适用条件为该方法的充分性条件，满足充分性条件的故障区域，称为该选线方法的有效域。

本装置通过粗糙集理论对每一种选线方法都界定了有效域，当故障信号特征落在某方法的有效域内时，该方法对该故障的选线结果一定是正确的，否则给这种方法的选线结果乘以一个系数w(0种方法共同的支持点，选线结果非常可靠。

8) 连续选线技术

连续判断技术是针对小电流接地系统单相接地故障中故障信号微弱、容易受干扰的特点而采取的技术措施。该技术不完全依赖于一次判断的结果，而是综合考虑全过程的情况。 装置在故障没有消失的情况下每隔1秒钟重复进行选线计算，直至故障消失，这样可以有效地排除少数几次误判。

3(母线分段运行或并列运行的控制方式

控制器可以采用“一拖一”或“一拖二”的控制方式，两种方式下在母线分段或并列运行情况下的控制方法不同。

1) “一拖一”控制方式

“一拖一”控制方式即一个控制器只控制一台消弧线圈，两段母线的消弧线圈需要配置两个控制器。

, 分段运行

在系统正常运行时，两台控制器分别计算两段母线的电容电流，同时按照调谐标准(用户指定的脱谐度)给出消弧线圈目标档位。当发生单相接地故障时，控制器调节故障母线的消弧线圈达到过补偿。

, 并列运行

在系统正常运行时，I段控制器计算两段母线的电容电流，?段控制器闭锁，当发生单相接地故障时，只有?段消弧线圈进行调谐。

2) “一拖二”控制方式

“一拖二”控制方式即一个控制器控制两台消弧线圈，两段母线的消弧线圈只需要配置一个控制器。建议用户采用“一拖二”控制方式。

, 分段运行

在系统正常运行时，控制器分别计算两段母线的电容电流，同时按照调谐标准(残流最小或指定脱谐度数值等)给出消弧线圈目标档位。当发生单相接地故障时，控制器按照事先计算好的方案只调节故障母线消弧线圈达到过补偿。

, 并列运行

如果计算出一台消弧线圈能够达到过补偿，则调节一台消弧线圈;一台消弧线圈补偿不足，则将某一台消弧线圈全部投入，差额部分由第二台调节完成，装置默认?段消弧线圈具有优先权，故障时最先调节或全部投入，?段消弧线圈调节差额。

又分为如下两种情况:

(1)一台消弧线圈运行、另一台(检修)退出

控制器计算两段母线的电容电流，给出电抗器的组合方案。当发生单相接地故障时，控制器按照事先计算好的方案调节该消弧线圈达到过补偿。

(2)两台消弧线圈都运行

控制器计算两段母线的电容电流，在确定电抗器组合方案的时候，控制器首先判断仅调节一台消弧线圈是否能够达到过补偿点，如果可行就只调节一台消弧线圈;如果不可行，就调节两个消弧线圈。当发生单相接地故障时，按照事先计算好的方案控制一台或两台消弧线圈达到过补偿。

举例说明如下:

假设变电站两段母线各安装一套消弧线圈，消弧线圈补偿电感电流各80A，两段母线处于并列运行状况，且消弧线圈都投入运行。

[情况1]如果两段母线的所有线路电容电流为70A，则发生单相接地故障后，控制器调节一台消弧线圈的电感电流达到74A，实现过补偿并进行选线。

[情况2]如果两段母线的所有线路电容电流为110A，则发生单相接地故障后，控制器调节一台消弧线圈的电感电流为80A，同时调节另一台消弧线圈的电感电流为34A，两台消弧线圈一起提供114A的电感电流，实现过补偿并进行选线。

七、 控制器操作说明

1(性能特点

采用嵌入式专用工控机作为主处理器，完成数据采集、任务调度、数据计算、信息显示、自动跟踪调谐、故障报警等功能。使用高级语言编程;全汉化显示，界面友好。并配有故障录波，功能强大，可靠性高。

装置有大容量电子硬盘，可以记录20000次的故障录波数据以及调档信息、报警信息等，便于运行人员分析系统运行状况。装置带有USB口，可将装置记忆的接地信息、调档信息等存入U盘进行脱机分析、整理、打印，也可将设定参数、软件升级等数据由U盘调入装置。 2(自动、手动状态

为了使消弧线圈能够工作于自动、手动控制状态，我们设置了“自动、手动”转换开关。当转换开关切换至“自动”时，控制器进行系统电容电流测量，并自动控制真空接触器。

当转换开关切换至“手动”时，控制器不进行系统电容电流测量，可通过自保持按钮手动控制真空接触器分合。只有在消弧线圈不带电的情况下(接地变压器断路器断开或中性点隔离刀拉开)即调试状态下才可以用“手动”。

如果消弧线圈处于“随调”的运行方式，由于没有阻尼电阻，建议用户慎重使用“手动”状态，因为如果系统的运行方式发生变化，有可能使消弧线圈处于谐振状态，产生谐

振过电压。

3(正常运行状态

控制器主界面显示了两段母线的中性点接地方式，中性点接地方式包括“消弧线圈接地自动调谐”、“消弧线圈接地手动调谐”、 “不接地”三种状态。

1) 消弧线圈接地自动调谐

当消弧线圈为自动调谐状态时，控制器界面进入“消弧线圈接地自动调谐”界面。屏幕显示如图7-1界面，这里以“一拖二”方式为例(“一拖一”方式则只显示I段母线消弧线圈的信息)。各参数说明如下(参数中电压、电流均为一次侧数值，以下同):

中性点电压: 母线PT开口三角测量电压。

消弧线圈电压:消弧线圈PT测量电压。

目标档位: 发生单相接地后，消弧线圈所要调节到的档位。

当前档位: 消弧线圈当前所处档位。

电容电流:系统发生单相金属性接地时，流过接地点的电容电流，，其中为系统线电 压，为系统容抗。

电感电流:系统发生单相金属性接地时，投入消弧线圈后补偿的电感电流，，其中为 消弧线圈感抗。

脱 谐 度: 。

系统设置:进入系统设置界面。

手动测量:对系统电容电流进行手动测量。

在图7-1中，由于消弧线圈为随调运行方式，故正常运行时消弧线圈的档位为0，如果消弧线圈为预调运行方式，则消弧线圈档位应与目标档位一致。

图7-1消弧线圈接地自动调谐显示主界面

1) 消弧线圈接地手动调谐

当消弧线圈为手动控制状态时，控制器界面进入“消弧线圈接地手动调谐”界面。界面上各参数说明同“消弧线圈接地自动调谐”。屏幕显示如图7-2。

由于在手动控制状态，控制器不进行电容电流计算，因此电容电流、脱谐度两个参数值为空。

图7-2 消弧线圈接地手动调谐显示主界面

1) 中性点不接地时的显示信息

当系统检测到消弧线圈未接入系统时，屏幕显示如图7-3所示。界面上各参数说明同“消弧线圈接地自动调谐”，但是需要注意，除了中性点电压外，其他参数值为空。

图7-3 中性点不接地系统显示主界面

4(接地故障状态

1) 消弧线圈调谐状态下发生接地故障

当发生接地故障时，控制器将迅速检测到故障的发生，同时向远动发送相应的开关量信号及串口信号。

故障界面左下角将显示:“系统状态:发生接地故障。”

故障界面将显示故障发生的时间、故障母线、故障线路、备选线路及选线次数同时界面还将显示以下信息:

档位:目前消弧线圈所处档位。

中性点电压:当前故障下的系统零序电压。

屏幕显示如图7-4，故障消失后10s，该界面自动消失并回到主界面如图7-1。

图7-4 消弧线圈调谐状态下发生接地故障报警界面 1) 中性点不接地状态下发生接地故障

当中性点不接地状态下发生接地故障时，控制器将迅速检测到故障的发生，同时向远

动发送相应的开关量信号及串口信号。

故障界面左下角将显示:“系统状态:发生单相接地故障。”

故障界面将显示故障发生的时间、故障母线、故障线路、备选线路及选线次数同时界面还将显示以下信息:

消弧线圈档位:由于系统中性点不接地，因此消弧线圈档位值不显示。

中性点电压值:当前故障下的系统零序电压。

屏幕显示如图7-5，故障消失后10s，该界面自动消失并回到主界面如图7-1。

图7-5 中性点不接地状态下发生接地故障显示界

5(成套装置的系统状态显示

在屏幕界面左下方显示系统状态:

1) “系统正常运行”:装置的软硬件工作正常，系统正常运行。

2) “装置故障，未投入运行”:装置出现故障，不能正常运行。

3) “发生单相接地故障”:系统发生接地故障。

4) “计算系统电容电流”:系统经过实时跟踪发现电网的电容电流发生变化，重新进

行电容电流测量。

在屏幕界面显示母联开关的状态，如果母联开关闭合则显示“并列运行”，如果母联开关断开则显示“分段运行”。

6(系统操作说明

1) 装置的键盘操作说明

键盘操作如下:

左右键( 键)

在KA2003-XH控制器的所有人机对话界面上，左右键的功能都是在显示屏的各个操作目标之间移动光标，用来选择操作目标(包括按钮框、输入框、选择框和数据)。每点击一下左或右键，光标即向左或向右移动一个操作目标。

上下键( 键)

上下键的主要作用是修改定值。对于主菜单，上下键的作用和左右键相同;当进入了数字输入框并选中了一个数据作为操作目标后，单击“上键”，目标数据加1，单击“下键”，目标数据减1;当进入了选择输入框或列表框时，上下键的功能是用来上下移动光标，以选择不同的项目或条目。

确认键( 键)

确认键仅对功能按钮起作用，按下确认键后，系统即开始执行被选中的功能按钮所确定的操作。

2) 系统设置菜单的各个功能框操作说明

系统设置菜单界面:

控制器启动后进入主界面，选择“系统设置”，则进入(图7-6)所示的系统设置菜单界面(该画面中，光标停留在参数设置功能框上):

图7-6系统设置菜单

系统参数设置功能框:

该功能框的作用是根据用户的需求调整参数。按一下“参数设置”键，进入参数设置

界面如图7-7所示。

该功能框包括以下内容:?“启动电压”，用户可以根据保护整定计算定值设定此参数;?“报警方式”，用户可以设置装置与后台用硬接点或串口进行通讯;?“信号延迟”，用户可以指定接地故障发生后经过多长时间发出报警信号(推荐为3-5秒);?“源地址”、“目标地址”、“波特率”，用户可以设定参数与综合自动化通信;?“脱谐标准”，用户可以根据系统情况设置脱谐标准。

用户在填写完毕这几个参数后，按确认键返回上一级菜单。

图7-7 系统参数设置功能框

线路设置功能框:

该功能框的作用是根据用户的需求调整线路的配置文件。按一下“线路设置”键之后，进入线路配置文件界面如图7-8所示。该文件包括线路名称、母线名称、变比、电流启动值，修改完后保存退出。

图7-8线路设置文件显示界面 故障记录功能框:

故障记录框可以查看已经发生的故障情况，包括各次接地故障发生的时间，持续时间和选线结果，如图7-9所示，可以利用上下键选择某一次记录。

图7-9 系统故障记录功能框

调谐记录功能框:

调谐记录框保存运行过程中的调谐内容，包括调谐计算时间以及两段母线的容抗及消弧线圈目标档位，如图7-10所示，可以利用上下键选择某一次记录。

图7-10 系统调档记录功能框故障统计框

日期时间修改功能框:

用左右键选中时间日期框后，按确认键，显示界面自动切换为时间日期调整画面，如图7-11所示。通过操作左右、上下键，可以逐一地对系统年、月、日和时、分、秒这六个参数进行设定或修改，当光标停留在某一个参数上时，直接输入或点击上下键修改参数。日期时间参数设置完毕之后，按一下确认键返回主菜单。

图7-11时间日期修改功能框 录波程序功能框:

录波程序用来分析发生接地故障时的各条线路的稳态和暂态的波形，以便能更好的判断故障时的实际情况，如图7-12所示。

图7-12 录波程序显示界面

1) 系统测试说明

图7-13 系统测试界面

进入系统测试程序后(图7-13)，显示KA2003-XH消弧控制系统的测试界面。该功能框的作用是对进入KA2003-XH消弧控制系统的模拟量输入信号、数字量输出信号以及数字量输入信号进行在线测试，具体测试方法如下:

(A)模拟量输入测试(AD):进入系统测试菜单后，此时即开始显示当前通道所采样的电压或电流信号的数值，以有效值形式显示。单击上下键可以选择需要查看的模拟量输入通道。

(B)数字量输出测试(DO):进入系统测试菜单后，首先选择需要测试的通道，按一下“复位”，再按一下“输出”键，“1”表示闭合，“0”表示断开。这样可以通过开关

量板的继电器出口检测数字量是否输出。

(C)数字量输入测试(DI):单击上下键选择需要查看的通道，下方显示“1”表示有数字量输入; “0”表示没有数字量输入。

(D)按“返回”键返回主菜单。

1) 手动测量说明

单击手动测量按钮将测量系统的电容电流并刷新主界面的各项显示，如果处于自动调谐状态，系统将根据此次电容电流测量情况决定是否进行相应的调档。

八、 安装调试注意事项

1. 现场准备

安装KA2003-XH型消弧线圈自动调谐成套装置之前，应做好必要的准备工作。有完整的

回路安装及接线原理图。

2. 开箱检查

, 货到之后，先检查包装箱的外观，看有无明显的损坏。

, 自动调谐及接地选线控制器用纸箱包装，内加防潮隔离和防震材料。小的附件及电

缆单独扎牢放置在包装箱的空隙中。搬运时不得跌落和碰撞。

, 打开包装箱后，请按定货合同清单检查到货与合同是否相符，并检查是否有断线、

和损坏的零部件，是否缺少零件、端子，检查机箱面板是否有破裂、变形与划伤和丢

失元器件。

3. 注意事项

, 装置故障启动电压参数根据现场绝缘装置整定值设置或由继电保护整定专门提供。 , 在消弧线圈成套装置投入之前，必须保证母线上已连接有出线，即系统中有一定的

电容电流。

, 在随调运行方式下，控制器检测到消弧线圈中性点具有较高电压，例如对于6kV系

统，系统正常运行时控制器监测到中性点电压大于300V，则说明系统不平衡度很高，

此时应关闭消弧线圈控制器并检查系统运行是否正常。

, 如果消弧线圈处于“随调”的运行方式，由于没有阻尼电阻，建议用户慎重使用“手

动”，因为如果系统的运行方式发生变化，有可能使消弧线圈处于谐振状态，产生谐

振过电压。

, 在发生单相接地故障时，切忌在消弧线圈投入后突然退出消弧线圈，否则容易产生

过电压。

, 装置供电电源180-240V、直流或交流50Hz，若不能满足要求应配稳压电源。 , 装置出厂前已进行整机调试和试验，装置挂网运行前，应做系统联调，调试时我公

司工程安装人员配合。

4. 消弧线圈投入运行操作步骤

, 合上接地变压器中性点隔离刀闸。

, 合上接地变压器断路器。

, 将控制屏转换开关切换至“中间”位置。

, 合上控制屏内交流电源开关确保消弧线圈控制回路带电。

, 合上控制屏内直流电源开关及控制器背板电源开关向控制器供电，进入主菜单画面

后查看各通道是否正常。启机过程中若发现有冒烟、打火、异味等不正常现象，应立

即关闭电源，检查并找出故障发生原因，排除故障之后才能再加电。 , 将转控制屏换开关切换至“自动”位置，将光标移至“手动测试”位置，按确认键

测量系统的电容电流并自动刷新主界面的各项显示。

, 观察主界面中显示的中性点电压值，若发现其值超过300V(针对6kV系统来说)，

则将消弧线圈退出运行;若发现电压值正常，则继续往下进行。

至此，消弧线圈自动调谐成套装置的加电工作完成，消弧线圈安全投入运行。 5. 消弧线圈退出运行操作步骤

, 断开控制屏内交流电源开关确保消弧线圈控制回路断电。

, 将控制屏转换开关切换至“中间”位置。

, 断开接地变压器断路器。

, 拉开接地变压器中性点隔离刀闸。

至此，消弧线圈退出运行，自动调谐控制器仅作为选线装置使用。

九、 运行维护注意事项

1. 正常运行时注意事项

1) 设定参数应有专人负责，各参数设定后应作记录，如非必要不应频繁变动参数。 2) 正常情况下，消弧线圈自动调谐装置应投入在“消弧线圈接地自动调谐”状态。 3) 禁止将一台消弧线圈同时接在两台接地变压器的中性点上。

4) 对一次设备在运行中应监视并记录下列内容:

, 运行无杂音。

, 套管应清洁、无破损和裂纹。

, 引线接触牢固，接地极完好。

, 表计指示准确。

5) 对控制器在运行中应监视并记录下列内容:

, 脱谐度，显示值应在设定范围内。

, 消弧线圈电压、消弧线圈电流、系统电容电流、消弧线圈电感电流、接地残流、

脱谐度均能够正确显示。

, 中性点电压，应小于15,相电压。

6) 运行人员每半年进行一次消弧线圈运行工况分析，分析内容包括下列内容:

, 接地故障次数，起止时间。

, 一次、二次设备运行状况。

2. 系统发生单相接地故障时注意事项 1) 系统发生单相接地时，禁止操作或手动调节该段母线上的消弧线圈。 2) 当出现下列情况时，禁止拉合消弧线圈与中性点之间的隔离开关。

, 系统发生单相接地，听到消弧线圈发出嗡嗡的声音。

, 中性点位移电压大于15,相电压。

3) 发生单相接地必须尽快排除，接地时限一般不应超过2小时。 4) 发生单相接地时，应监视并记录下列数据:

, 接地变压器运行情况。

, 消弧线圈及有载调节开关或高压接触器运行情况。 3. 装置异常时注意事项

如发现下列情况时，应立即将消弧线圈退出系统，并将一次设备控制回路和控制器断电，

并向调度和上级主管部门进行汇报，应作好记录并及时通知我公司。异常故障报警。

2) 接地变和消弧线圈有异常响声。

3) 有载调节开关或高压接触器异常。

4) 一次或二次设备发生冒烟、有异味的情况。

5) 控制屏电源开关跳开。

4. 装置维护注意事项

1) 接地变压器和消弧线圈应定期进行预防性试验，项目包括:

, 绕组的直流电阻测量。

1) 控制器发出

, 绕组的绝缘电阻测量。

2) 消弧线圈和高压接触器应每年进行一次耐压试验。

3) 控制屏应每年进行一次检验，项目包括:

, 检查接线是否松动。

, 清除灰尘。

4) 控制器应每年进行一次检测，项目包括:

, 检查二次回路接线是否正确。

, 检查远动遥信功能是否正常。

, 检查控制器功能性试验是否正常。

5) 真空接触器或有载调节开关每年进行一次检测，具体内容如下:

, 手动断开或闭合高压真空接触器，检查其动作是否正确，同时检查接触器返回

信号是否正确(8421控制)。

, 通过控制按钮控制有载调节开关档位升降，检查档位指示、状态反馈是否正确

(调匝式消弧线圈)。

十、 设备选型

1. 消弧线圈容量的确定

容量选择应考虑下述问题:

1) 系统目前对地电容电流I(应以实测值为准); C

2) 系统5-10年的发展规划，特别是线路长度的增加量，据此估算远期系统电容电流。

根据上述数据确定消弧线圈容量:Q=1.5-2.5(I×)。其中I为系统电容电流，为相电LCC 压。

2. 接地变压器容量的确定

1) 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;

2) 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. 订货须知

为了更好的为您服务，订货时请提供以下数据:

1) 系统电压等级、电容电流。

2) 消弧线圈类型:干式或油浸式。

3) 接地变及消弧线圈容量。

4) 补偿范围及级差。

5) 控制器的控制方式: “一拖一”或“一拖二”。

6) 消弧线圈类型:调匝式消弧线圈还是8421并联电抗器组合式消弧线圈。

7) 运行方式:“随调”还是“预调”。

8) 安装地点:户内还是户外。

十一、 附图

附图1

附图2