發電機中性點經消弧線圈接地補償方式和作用
發布時間：2023-09-30 點擊：538
發電機中性點經消弧線圈接地補償方式和作用
消弧線圈無論在輸變電系統， 還是在柴油發電機組中性點接地方面都得到了廣泛應用。當發生單相故障時， 由于消弧線圈接地產生感性電流， 充分補償了故障電容電流， 減小了接地故障電流及燃弧的可能性， 所以柴油發電機可以持續運行一段時間。消弧線圈這一特點在我國電力系統發展的早期， 無疑是最適合要求和得以普遍采用的主要原因。近年來特別在高壓柴油發電機中性點接地方面， 選擇配電變壓器二次線圈帶電阻的高阻接地方式較多， 但還不可能用一種形式完全取代另一種形式， 目前柴油發電機中性點采用消弧線圈接地還有相當的數量， 設計選擇什么方式， 要具體做充分的技術經濟比較。
一、 消弧線圈的結構特點
早在1916年由彼得遜（w．petersen）首先提出了消弧線圈的概念。他全面研究了同電力系統中接地故障有關的各種問題， 不僅提供了解決問題的途徑， 還為運行中可能出現的各種問題， 創建了完備的理論基礎， 并于1917年安裝了世界上首臺消弧線圈裝置。因此，消弧線圈又稱彼得遜線圈（petersencoil）。
消弧線圈的外形和單相變壓器相似，而內部實際上是一個具有分段（帶間隙）鐵芯的 電感線圈。間隙是沿著整個鐵芯分布的， 以便減少漏磁。采用帶間隙鐵芯的目的是為了在較小的電感下， 增大消弧線圈的容量， 以及使電感值變化比較平穩， 從而保證在整定好的調諧值之下運行。每一消弧線圈， 均有調節補償電流的分接頭， 利用切換器在一定的范圍內改變線圈的匝數， 就可以獲得不同數值的補償電流。目前已經能夠設計和制造連續平滑調整電感數值的消弧線圈，用于發電機中性點接地。
消弧線圈分油浸式和干式兩種， 油浸式消弧線圈鐵心與線圈均浸在變壓器油中， 干式則為環氧澆注結構。
二、消弧線圈的選擇
1、型式及參數的選擇
消弧線圈一般選用油浸式， 因發電機位于戶內， 在屋內相對濕度小于80%的環境條件下，也可選用干式。
當消弧線圈的鐵心飽和后， 電抗下降， 激磁電流急劇上升。所以， 為防止消弧線圈的鐵心飽和，消弧線圈的伏安特性起始飽和電壓一般要求不低于1.1~1.15倍額定相電壓。運行經驗及研究證明， 消弧線圈的起始飽和電壓過低， 鐵心飽和， 運行中可能引起消弧線圈異常動作，最好在出廠前要求制造廠進行伏安特性試驗。
從絕緣考慮，為留有一定裕度，選擇消弧線圈的額定電壓等于發電機的額定電壓，即線電壓，一般還要對海拔高度、地震裂度、環境溫度等環境條件作相應校驗。
2、容量及分接頭的選擇
消弧線圈的補償容量一般按下式計算：
q= kxhic（un/√3）......................（公式1）
式中，q—消弧線圈的補償容量（kva） ；
kxh—系數，過補償取1.35 ；欠補償按脫諧度確定；
ic—發電機回路的計算電容電流（a）；
un—發電機回路的額定電壓（kv）。
脫諧度， v=il -ic/ ic，kxh= il /ic其中il為消弧線圈電感電流，單位為安培。過補償方式，即消弧線圈感性電流大于發電機容性電流， v<0；欠補償方式，即消弧線圈感性電流小于發電機容性電流， v>0。
對于安裝在電網變壓器中性點的消弧線圈， 采用過補償方式。對于安裝在采用單元連接的發電機中性點的消弧線圈， 為了限制電容耦合傳遞過電壓， 以及頻率變動等對發電機中性點電壓的影響， 一般采用欠補償方式。考慮到限制傳遞過電壓等因素， 在正常情況下，脫諧度不宜超過±30%。
電容電流的計算，包括發電機及其電壓回路的設備和連接線對地電容電流。
ic= un / 3xoc= 3ωco（un/ 3）......................（公式2）
式中，xoc—發電機回路電抗（ω ） ，xoc= 1/3ωco ；
co—發電機回路每相對地電容（f）；
ω—發電機角頻率， ω= 2πf。
發電機中性點消弧線圈調諧要求比較嚴格，為滿足發電機定子接地保護和調諧要求，優選具有可連續調節的消弧線圈。否則，電流分接頭最好不低于9個。
3、 消弧線圈有功損耗的等效電阻
消弧線圈的等效電路如圖1。電阻和電感對應圖 1（a）、（b）分別為rl、lr 和rl、lr。
設消弧線圈的有功損耗為pr，消弧線圈的無功功率為 pq，則
pr=ux（2）/ rl; pq= uxil= ux（2）⋅ 3ωco，所以
pr/ pq=p%/ 100 = （ux/ rl）/ il=（1 /rl） / 3ωco
∴ rl= 100ux /ilp% = 100 /3ωcop%......................（公式3）
式中： ux—發電機相電壓， v；
il—消弧線圈工作電流， a；
p% —有功損失比百分值pr/pq，一般為2左右； 當附加電阻限制耦合電容傳遞過電壓時，一般為4左右。
圖1 發電機消弧線圈等效電路圖
已知圖 1（a），則圖 1（b）中參數為
rl =rlω2lr 2/ rl2 +ω2lr2
ωlr = rl2 +ω2lr2 / rl2ω2lr
已知圖 1（b），則圖 1（a）中參數為
1/ rl = rl/ rl2 +ω2lr2
1/ ωlr= ωrl/ rl2 +ω2lr2
二、正常運行和單相接地故障時的基波零序電壓和電流
1、正常運行情況
為了討論發電機中性點位移電壓，將發電機表示成圖2，三相對地電容c1、c2 、c3彼此互不相等， l和gl表示消弧線圈的等值電感和電導， e1 、e2 、e3 為發電機三相電勢。
圖2 發電機正常運行時的中性點電壓
先討論沒有消弧線圈的情況， 由于c1 ≠c2 ≠c3 ，即使三相電勢完全對稱， 中性點仍有電壓ubd按基爾霍夫定律節點電壓法：
再看接入消弧線圈后中性點電壓，設其為u0，即圖2(b)中電感l上的壓降。應用 等效發電機原理，得
......................（公式4）
式中，vc—消弧線圈脫諧度；
d—發電機電壓網絡阻尼率；
ir—發電機電壓網絡電阻泄漏電流；
ex—發電機相電壓；
ubd—發電機電壓網絡不對稱電壓。
由式（4）可知，如果在諧振條件下且消弧線圈為純電感，則vc=0 ，d=0，即使三相 對地電容略有不同， 出現微小的不對稱電壓， 也會使消弧線圈諧振接地的發電機中性點電壓趨于無窮大。實際上諧振接地方式的消弧線圈并非純電感， 有的人為加大其電阻（串聯電阻rl），使 gl≠0 ，d≠0，這時即使有ubd≠0，但v ≠0，中性點電壓將受到限制（在電阻小于感抗的條件下，增大rl ，rl減小， gl增大，阻尼率d增大；當接地變接地時，電阻大于感抗，增大rl ，反而使阻尼率d減小）。所以，從限制正常運行中性點電壓看，一般發電機中性點消弧線圈脫諧度不取零值， 越大越好， 但其取值大小還要受傳遞過電壓和故障點殘流的限制， 因而要綜合比較確定。當限制電壓u0 時，適當增加阻尼系數d（一般為 0.04~0.25 左右），即增加消弧線圈的電阻rl ，此時等效電阻為
rl= 1 / gl= 1 / 3ωcod = 100 / 3ωcop%......................（公式5）
2、 單相接地故障情況
（1） 單相接地故障電流
在討論和計算單相接地故障時的基波零序電壓和電流時， 三相電源電勢和三相對地 電容將視為完全對稱。首先從金屬性短路開始討論， 設故障點位于定子繞組 a 相距中性點α處，見圖3（a） α為中性點到故障點的匝數占總匝數的百分比，定子繞組感抗遠小于定子對地容抗， 所以忽略定子繞組感抗和感抗壓降， 這樣零序電壓即是發電機中性點的位移點壓，也是定子繞組任意相和任意點的零序電壓，即
......................（公式6）
當故障點在機端時，α=1.0 ，u0=ex（相電勢）；當故障點在中性點時，α=0 ，u0=0。發電機單相接地時零序電壓與與短路點的關系見圖3（b）。進一步分析經過渡電阻rd發生單相接地的情況，其等效復合序網和等效電路如圖4。故障點將e（ .）x分成 αe（ .）x和(1−α）e .x兩部分， 發電機每相電容c0 也分成αc0 和（1−α）c0 兩部分， 每一部分均用
康明斯發電機公司好不好？聽聽英國工廠員工現身說法
使用柴油發電機組時要防止氣缸磨損
柴油發電機并聯供電負載均衡分配的條件
柴油發電機組如何安裝與調試？（四）
柴油發電機組氣門的常見故障是什么？
誰說溫度低是柴油發電機的運行基礎，冷卻水溫度不要太低也是很重要
柴油發電機組內燃機大修,一次恢復性的修理
發電機自動電壓調節器的工作原理
消弧線圈無論在輸變電系統， 還是在柴油發電機組中性點接地方面都得到了廣泛應用。當發生單相故障時， 由于消弧線圈接地產生感性電流， 充分補償了故障電容電流， 減小了接地故障電流及燃弧的可能性， 所以柴油發電機可以持續運行一段時間。消弧線圈這一特點在我國電力系統發展的早期， 無疑是最適合要求和得以普遍采用的主要原因。近年來特別在高壓柴油發電機中性點接地方面， 選擇配電變壓器二次線圈帶電阻的高阻接地方式較多， 但還不可能用一種形式完全取代另一種形式， 目前柴油發電機中性點采用消弧線圈接地還有相當的數量， 設計選擇什么方式， 要具體做充分的技術經濟比較。
一、 消弧線圈的結構特點
早在1916年由彼得遜（w．petersen）首先提出了消弧線圈的概念。他全面研究了同電力系統中接地故障有關的各種問題， 不僅提供了解決問題的途徑， 還為運行中可能出現的各種問題， 創建了完備的理論基礎， 并于1917年安裝了世界上首臺消弧線圈裝置。因此，消弧線圈又稱彼得遜線圈（petersencoil）。
消弧線圈的外形和單相變壓器相似，而內部實際上是一個具有分段（帶間隙）鐵芯的 電感線圈。間隙是沿著整個鐵芯分布的， 以便減少漏磁。采用帶間隙鐵芯的目的是為了在較小的電感下， 增大消弧線圈的容量， 以及使電感值變化比較平穩， 從而保證在整定好的調諧值之下運行。每一消弧線圈， 均有調節補償電流的分接頭， 利用切換器在一定的范圍內改變線圈的匝數， 就可以獲得不同數值的補償電流。目前已經能夠設計和制造連續平滑調整電感數值的消弧線圈，用于發電機中性點接地。
消弧線圈分油浸式和干式兩種， 油浸式消弧線圈鐵心與線圈均浸在變壓器油中， 干式則為環氧澆注結構。
二、消弧線圈的選擇
1、型式及參數的選擇
消弧線圈一般選用油浸式， 因發電機位于戶內， 在屋內相對濕度小于80%的環境條件下，也可選用干式。
當消弧線圈的鐵心飽和后， 電抗下降， 激磁電流急劇上升。所以， 為防止消弧線圈的鐵心飽和，消弧線圈的伏安特性起始飽和電壓一般要求不低于1.1~1.15倍額定相電壓。運行經驗及研究證明， 消弧線圈的起始飽和電壓過低， 鐵心飽和， 運行中可能引起消弧線圈異常動作，最好在出廠前要求制造廠進行伏安特性試驗。
從絕緣考慮，為留有一定裕度，選擇消弧線圈的額定電壓等于發電機的額定電壓，即線電壓，一般還要對海拔高度、地震裂度、環境溫度等環境條件作相應校驗。
2、容量及分接頭的選擇
消弧線圈的補償容量一般按下式計算：
q= kxhic（un/√3）......................（公式1）
式中，q—消弧線圈的補償容量（kva） ；
kxh—系數，過補償取1.35 ；欠補償按脫諧度確定；
ic—發電機回路的計算電容電流（a）；
un—發電機回路的額定電壓（kv）。
脫諧度， v=il -ic/ ic，kxh= il /ic其中il為消弧線圈電感電流，單位為安培。過補償方式，即消弧線圈感性電流大于發電機容性電流， v<0；欠補償方式，即消弧線圈感性電流小于發電機容性電流， v>0。
對于安裝在電網變壓器中性點的消弧線圈， 采用過補償方式。對于安裝在采用單元連接的發電機中性點的消弧線圈， 為了限制電容耦合傳遞過電壓， 以及頻率變動等對發電機中性點電壓的影響， 一般采用欠補償方式。考慮到限制傳遞過電壓等因素， 在正常情況下，脫諧度不宜超過±30%。
電容電流的計算，包括發電機及其電壓回路的設備和連接線對地電容電流。
ic= un / 3xoc= 3ωco（un/ 3）......................（公式2）
式中，xoc—發電機回路電抗（ω ） ，xoc= 1/3ωco ；
co—發電機回路每相對地電容（f）；
ω—發電機角頻率， ω= 2πf。
發電機中性點消弧線圈調諧要求比較嚴格，為滿足發電機定子接地保護和調諧要求，優選具有可連續調節的消弧線圈。否則，電流分接頭最好不低于9個。
3、 消弧線圈有功損耗的等效電阻
消弧線圈的等效電路如圖1。電阻和電感對應圖 1（a）、（b）分別為rl、lr 和rl、lr。
設消弧線圈的有功損耗為pr，消弧線圈的無功功率為 pq，則
pr=ux（2）/ rl; pq= uxil= ux（2）⋅ 3ωco，所以
pr/ pq=p%/ 100 = （ux/ rl）/ il=（1 /rl） / 3ωco
∴ rl= 100ux /ilp% = 100 /3ωcop%......................（公式3）
式中： ux—發電機相電壓， v；
il—消弧線圈工作電流， a；
p% —有功損失比百分值pr/pq，一般為2左右； 當附加電阻限制耦合電容傳遞過電壓時，一般為4左右。
圖1 發電機消弧線圈等效電路圖
已知圖 1（a），則圖 1（b）中參數為
rl =rlω2lr 2/ rl2 +ω2lr2
ωlr = rl2 +ω2lr2 / rl2ω2lr
已知圖 1（b），則圖 1（a）中參數為
1/ rl = rl/ rl2 +ω2lr2
1/ ωlr= ωrl/ rl2 +ω2lr2
二、正常運行和單相接地故障時的基波零序電壓和電流
1、正常運行情況
為了討論發電機中性點位移電壓，將發電機表示成圖2，三相對地電容c1、c2 、c3彼此互不相等， l和gl表示消弧線圈的等值電感和電導， e1 、e2 、e3 為發電機三相電勢。
圖2 發電機正常運行時的中性點電壓
先討論沒有消弧線圈的情況， 由于c1 ≠c2 ≠c3 ，即使三相電勢完全對稱， 中性點仍有電壓ubd按基爾霍夫定律節點電壓法：
再看接入消弧線圈后中性點電壓，設其為u0，即圖2(b)中電感l上的壓降。應用 等效發電機原理，得
......................（公式4）
式中，vc—消弧線圈脫諧度；
d—發電機電壓網絡阻尼率；
ir—發電機電壓網絡電阻泄漏電流；
ex—發電機相電壓；
ubd—發電機電壓網絡不對稱電壓。
由式（4）可知，如果在諧振條件下且消弧線圈為純電感，則vc=0 ，d=0，即使三相 對地電容略有不同， 出現微小的不對稱電壓， 也會使消弧線圈諧振接地的發電機中性點電壓趨于無窮大。實際上諧振接地方式的消弧線圈并非純電感， 有的人為加大其電阻（串聯電阻rl），使 gl≠0 ，d≠0，這時即使有ubd≠0，但v ≠0，中性點電壓將受到限制（在電阻小于感抗的條件下，增大rl ，rl減小， gl增大，阻尼率d增大；當接地變接地時，電阻大于感抗，增大rl ，反而使阻尼率d減小）。所以，從限制正常運行中性點電壓看，一般發電機中性點消弧線圈脫諧度不取零值， 越大越好， 但其取值大小還要受傳遞過電壓和故障點殘流的限制， 因而要綜合比較確定。當限制電壓u0 時，適當增加阻尼系數d（一般為 0.04~0.25 左右），即增加消弧線圈的電阻rl ，此時等效電阻為
rl= 1 / gl= 1 / 3ωcod = 100 / 3ωcop%......................（公式5）
2、 單相接地故障情況
（1） 單相接地故障電流
在討論和計算單相接地故障時的基波零序電壓和電流時， 三相電源電勢和三相對地 電容將視為完全對稱。首先從金屬性短路開始討論， 設故障點位于定子繞組 a 相距中性點α處，見圖3（a） α為中性點到故障點的匝數占總匝數的百分比，定子繞組感抗遠小于定子對地容抗， 所以忽略定子繞組感抗和感抗壓降， 這樣零序電壓即是發電機中性點的位移點壓，也是定子繞組任意相和任意點的零序電壓，即
......................（公式6）
當故障點在機端時，α=1.0 ，u0=ex（相電勢）；當故障點在中性點時，α=0 ，u0=0。發電機單相接地時零序電壓與與短路點的關系見圖3（b）。進一步分析經過渡電阻rd發生單相接地的情況，其等效復合序網和等效電路如圖4。故障點將e（ .）x分成 αe（ .）x和(1−α）e .x兩部分， 發電機每相電容c0 也分成αc0 和（1−α）c0 兩部分， 每一部分均用
康明斯發電機公司好不好？聽聽英國工廠員工現身說法
使用柴油發電機組時要防止氣缸磨損
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柴油發電機組如何安裝與調試？（四）
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上一篇：淺析柴油發電機組的優特點及概況