消弧線圈是用於小電流接地系統的一種補償裝置。當系統發生單相接地故障時，消弧線圈產生感性電流補償接地電容電流，使通過接地點的電流低於產生間歇電弧或維持穩定的電弧所需要的電流值，起到消除接地點電弧的作用。 

1．自動調諧原理
     正常運行中系統零序等值迴路如圖6－1所示，其中E0為系統不平衡電壓，該電壓是系統的三相對地電容不完全對稱形成的固有不平衡電壓與接地變壓器中性點產生的對地電壓的合成；XL為消弧線圈電抗；XC為系統對地容抗；I0為流過消弧線圈的不平衡電流。

由圖1可知，消弧線圈與系統對地電容對於系統不平衡電壓E0形成串聯諧振迴路，當系統對地電容固定時，中性點電壓U0與消弧線圈電抗的諧振曲線如圖2所示。

應用時調節消弧線圈至某一檔，測得中性點位移電壓 ，再調節消弧線圈至相鄰檔，測得中性點位移電壓 ，假定調檔過程中 不變，在關聯參考方向下，則有：

 

上述計算系統對地容抗的方法稱為“位移電壓法”，我們利用KA2003-XH型消弧線圈成套裝置的特點研製出改進的“位移電壓法”。該方法利用改變消弧線圈電感參數，得到相應的反饋值，這樣就可以有效的利用上述位移電壓算法進行電容電流的計算。

控制器計算出系統接地電容電流后，根據用戶指定的殘流或脫諧度要求得到消弧線圈的最佳檔位方案。如果採用“隨調”的運行方式，正常運行時消弧線圈都退出系統，發生單相接地后控制器按照最佳檔位方案快速投入消弧線圈，達到補償熄弧。如果採用“預調”的運行方式，正常運行時控制器按照最佳檔位方案投入消弧線圈，使系統處於過補償運行狀態，此時阻尼電阻可以防止諧振過電壓，發生單相接地后快速退出阻尼電阻，達到過補償熄弧。

2．單相接地選線原理

當系統發生單相接地時，為不影響整個系統供電，應快速準確地選出故障線路。本成套裝置控制器可以根據用戶需要嵌入選線功能，最多可以對兩段母線及40條線路進行選線。控制器啟動判線的條件為：零序電壓3 大於接地啟動電壓設定值且各線路零序電流 大於啟動電流設定值。

本裝置採用多種方法進行故障選線，每種方法都針對信號的具體特點，不同方法之間具有互補性。

1) 智能型比幅比相法

智能型比幅比相方法的基本原理是：對於中性點不接地系統，比較母線的零序電壓和所有線路零序電流的幅值和相位，故障線路零序電流相位應滯后零序電壓90°並與正常線路零序電流反相，若所有線路零序電流同相，則為母線接地。傳統比幅比相方法在信號處理、抗干擾和有效域方面存在一定的缺陷。智能型的比幅比相方法採用Butterworth數字濾波器，對信號進行有效的數字濾波處理，提取出了更可靠的信號成分，提高了選線正確性。

2) 諧波比幅比相法

諧波方法的基本原理是：對於中性點經消弧線圈接地系統，對諧波分量來說消弧線圈處於欠補償狀態，如果線路零序電流中含有豐富的諧波成分，則比較所有線路零序電流諧波分量的幅值與相位，故障線路零序電流幅值較大且相位應與正常線路零序電流反相，若所有線路零序電流同相，則為母線接地。諧波選線方法採用有效的數字濾波手段，提取出能量最高的諧波頻帶範圍，避免了提取單一諧波頻率而導致的誤差。

3) 小波法

小波分析是一門現代信號處理理論與方法，它能有效地分析變化規律不確定和不穩定的隨機信號，能夠從信號中提取到局部化的有用成分。小波選線方法利用單相接地故障產生的暫態電流和諧波電流作為選線判斷的依據。由於小電流接地電網單相接地故障等值電路是一個容性通路，故障的突然作用在電路中產生的暫態電流通常很大。特別是發生弧光接地故障或間歇性接地故障情況下，暫態電流含量更豐富，持續時間更長。暫態電流滿足在故障線路上的數值等於在非故障線路上數值之和且方向相反的關係，可以用來選線。 

4) 首半波法

小電流接地電網單相接地故障產生的暫態電流雖然很複雜，但是發生故障的最初半個周波內，一定滿足故障線路零序電流與正常線路零序電流極性相反的特點，因此可以通過比較首半波的零序電流極性進行故障選線，該方法對中性點不接地和中性點經消弧線圈接地的電網都適用。

5) 有功分量法、能量函數法

這兩種方法的原理相同，對於中性點經消弧線圈接地系統，消弧線圈智能補償零序電流的無功分量，不能補償零序電流的有功分量，因此故障線路的零序電流的有功分量與正常線路極性相反，可以用這個特點進行選線。由於有功分量的含量較小，所以裝置採用零序電流與零序電壓的乘積，即零序能量來度量零序電流的有功分量，實際上是把有功分量進行了累加，零序能量最大的線路就是故障線路。

6) 突變量選線方法

這是我們針對並聯組合式消弧線圈提出的一種獨特選線方法。在系統發生單相接地后，通過高壓接觸器控制電抗器的投切，使消弧線圈的電感電流發生變化。由於這個突變的電流只能在故障線路上體現出來，因此計算各線路在電抗器投切前後零序電流的變化量，可以判斷變化量最大者即為接地線路。使用該方法可進行連續判斷，選線準確率很高。

如果消弧線圈未投入運行，控制器仍可作為選線裝置使用，按照中性點不接地條件下的選線方法進行單相接地故障選線。

7) 有效域技術

對於不同的故障信號特征，各種選線方法都有一定的適用條件。當適用條件滿足時，該選線方法選線結果一定正確，否則，選線結果可能出現錯誤。我們稱選線方法能夠可靠選線的適用條件為該方法的充分性條件，滿足充分性條件的故障區域，稱為該選線方法的有效域。

本裝置通過粗糙集理論對每一種選線方法都界定了有效域，當故障信號特征落在某方法的有效域內時，該方法對該故障的選線結果一定是正確的，否則給這種方法的選線結果乘以一個係數w(0<w<1)。應用証據理論把這些信息組合起來，使最終選線結果反映了各種方法共同的支持點，選線結果非常可靠。

8) 連續選線技術

連續判斷技術是針對小電流接地系統單相接地故障中故障信號微弱、容易受干擾的特點而採取的技術措施。該技術不完全依賴於一次判斷的結果，而是綜合考慮全過程的情況。裝置在故障沒有消失的情況下每隔1秒鐘重複進行選線計算，直至故障消失，這樣可以有效地排除少數幾次誤判。

3．母線分段運行或併列運行的控制方式

控制器可以採用“一拖一”或“一拖二”的控制方式，兩種方式下在母線分段或併列運行情況下的控制方法不同。

1)  “一拖一”控制方式

“一拖一”控制方式即一個控制器只控制一台消弧線圈，兩段母線的消弧線圈需要配置兩個控制器。

分段運行

在系統正常運行時，兩台控制器分別計算兩段母線的電容電流，同時按照調諧標準(用戶指定的脫諧度)給出消弧線圈目標檔位。當發生單相接地故障時，控制器調節故障母線的消弧線圈達到過補償。

併列運行

在系統正常運行時，I段控制器計算兩段母線的電容電流，Ⅱ段控制器閉鎖，當發生單相接地故障時，只有Ⅰ段消弧線圈進行調諧。

2)  “一拖二”控制方式

“一拖二”控制方式即一個控制器控制兩台消弧線圈，兩段母線的消弧線圈只需要配置一個控制器。建議用戶採用“一拖二”控制方式。

分段運行

在系統正常運行時，控制器分別計算兩段母線的電容電流，同時按照調諧標準(殘流最小或指定脫諧度數值等)給出消弧線圈目標檔位。當發生單相接地故障時，控制器按照事先計算好的方案只調節故障母線消弧線圈達到過補償。

併列運行

如果計算出一台消弧線圈能夠達到過補償，則調節一台消弧線圈；一台消弧線圈補償不足，則將某一台消弧線圈全部投入，差額部分由第二台調節完成，裝置默認Ⅰ段消弧線圈具有優先權，故障時最先調節或全部投入，Ⅱ段消弧線圈調節差額。

又分為如下兩種情況：

（1）一台消弧線圈運行、另一台（檢修）退出

控制器計算兩段母線的電容電流，給出電抗器的組合方案。當發生單相接地故障時，控制器按照事先計算好的方案調節該消弧線圈達到過補償。

（2）兩台消弧線圈都運行   

控制器計算兩段母線的電容電流，在確定電抗器組合方案的時候，控制器首先判斷僅調節一台消弧線圈是否能夠達到過補償點，如果可行就只調節一台消弧線圈；如果不可行，就調節兩個消弧線圈。當發生單相接地故障時，按照事先計算好的方案控制一台或兩台消弧線圈達到過補償。

舉例說明如下：

假設變電站兩段母線各安裝一套消弧線圈，消弧線圈補償電感電流各80A，兩段母線處於併列運行狀況，且消弧線圈都投入運行。

[情況1]如果兩段母線的所有線路電容電流為70A，則發生單相接地故障后，控制器調節一台消弧線圈的電感電流達到74A， 實現過補償並進行選線。

[情況2]如果兩段母線的所有線路電容電流為110A，則發生單相接地故障后，控制器調節一台消弧線圈的電感電流為80A，同時調節另一台消弧線圈的電感電流為34A，兩台消弧線圈一起提供114A的電感電流，實現過補償並進行選線。

詳情請訪問：http://www.dhhb.com

http://www.dhhb.com/xh/

消弧線圈是用於小電流接地系統的一種補償裝置。當系統發生單相接地故障時，消弧線圈產生感性電流補償接地電容電流，使通過接地點的電流低於產生間歇電弧或維持穩定的電弧所需要的電流值，起到消除接地點電弧的作用。 

1．自動調諧原理
     正常運行中系統零序等值迴路如圖6－1所示，其中E0為系統不平衡電壓，該電壓是系統的三相對地電容不完全對稱形成的固有不平衡電壓與接地變壓器中性點產生的對地電壓的合成；XL為消弧線圈電抗；XC為系統對地容抗；I0為流過消弧線圈的不平衡電流。

 

   正常運行中系統零序等值迴路

 

 U0與消弧線圈電抗的諧振曲線圖

由圖1可知，消弧線圈與系統對地電容對於系統不平衡電壓E0形成串聯諧振迴路，當系統對地電容固定時，中性點電壓U0與消弧線圈電抗的諧振曲線如圖2所示。

應用時調節消弧線圈至某一檔，測得中性點位移電壓 ，再調節消弧線圈至相鄰檔，測得中性點位移電壓 ，假定調檔過程中 不變，在關聯參考方向下，則有：

  
若採用標量形式，則可建立方程組： 
                         
可得

        
如果消弧線圈提供了為各檔位相應的電流值 (以 為基準)，則上式可以變為：

  

上述計算系統對地容抗的方法稱為“位移電壓法”，我們利用KA2003-XH型消弧線圈成套裝置的特點研製出改進的“位移電壓法”。該方法利用改變消弧線圈電感參數，得到相應的反饋值，這樣就可以有效的利用上述位移電壓算法進行電容電流的計算。

控制器計算出系統接地電容電流后，根據用戶指定的殘流或脫諧度要求得到消弧線圈的最佳檔位方案。如果採用“隨調”的運行方式，正常運行時消弧線圈都退出系統，發生單相接地后控制器按照最佳檔位方案快速投入消弧線圈，達到補償熄弧。如果採用“預調”的運行方式，正常運行時控制器按照最佳檔位方案投入消弧線圈，使系統處於過補償運行狀態，此時阻尼電阻可以防止諧振過電壓，發生單相接地后快速退出阻尼電阻，達到過補償熄弧。

2．單相接地選線原理

當系統發生單相接地時，為不影響整個系統供電，應快速準確地選出故障線路。本成套裝置控制器可以根據用戶需要嵌入選線功能，最多可以對兩段母線及40條線路進行選線。控制器啟動判線的條件為：零序電壓3 大於接地啟動電壓設定值且各線路零序電流 大於啟動電流設定值。

本裝置採用多種方法進行故障選線，每種方法都針對信號的具體特點，不同方法之間具有互補性。

1) 智能型比幅比相法

智能型比幅比相方法的基本原理是：對於中性點不接地系統，比較母線的零序電壓和所有線路零序電流的幅值和相位，故障線路零序電流相位應滯后零序電壓90°並與正常線路零序電流反相，若所有線路零序電流同相，則為母線接地。傳統比幅比相方法在信號處理、抗干擾和有效域方面存在一定的缺陷。智能型的比幅比相方法採用Butterworth數字濾波器，對信號進行有效的數字濾波處理，提取出了更可靠的信號成分，提高了選線正確性。

2) 諧波比幅比相法

諧波方法的基本原理是：對於中性點經消弧線圈接地系統，對諧波分量來說消弧線圈處於欠補償狀態，如果線路零序電流中含有豐富的諧波成分，則比較所有線路零序電流諧波分量的幅值與相位，故障線路零序電流幅值較大且相位應與正常線路零序電流反相，若所有線路零序電流同相，則為母線接地。諧波選線方法採用有效的數字濾波手段，提取出能量最高的諧波頻帶範圍，避免了提取單一諧波頻率而導致的誤差。

3) 小波法

小波分析是一門現代信號處理理論與方法，它能有效地分析變化規律不確定和不穩定的隨機信號，能夠從信號中提取到局部化的有用成分。小波選線方法利用單相接地故障產生的暫態電流和諧波電流作為選線判斷的依據。由於小電流接地電網單相接地故障等值電路是一個容性通路，故障的突然作用在電路中產生的暫態電流通常很大。特別是發生弧光接地故障或間歇性接地故障情況下，暫態電流含量更豐富，持續時間更長。暫態電流滿足在故障線路上的數值等於在非故障線路上數值之和且方向相反的關係，可以用來選線。 

4) 首半波法

小電流接地電網單相接地故障產生的暫態電流雖然很複雜，但是發生故障的最初半個周波內，一定滿足故障線路零序電流與正常線路零序電流極性相反的特點，因此可以通過比較首半波的零序電流極性進行故障選線，該方法對中性點不接地和中性點經消弧線圈接地的電網都適用。

5) 有功分量法、能量函數法

這兩種方法的原理相同，對於中性點經消弧線圈接地系統，消弧線圈智能補償零序電流的無功分量，不能補償零序電流的有功分量，因此故障線路的零序電流的有功分量與正常線路極性相反，可以用這個特點進行選線。由於有功分量的含量較小，所以裝置採用零序電流與零序電壓的乘積，即零序能量來度量零序電流的有功分量，實際上是把有功分量進行了累加，零序能量最大的線路就是故障線路。

6) 突變量選線方法

這是我們針對並聯組合式消弧線圈提出的一種獨特選線方法。在系統發生單相接地后，通過高壓接觸器控制電抗器的投切，使消弧線圈的電感電流發生變化。由於這個突變的電流只能在故障線路上體現出來，因此計算各線路在電抗器投切前後零序電流的變化量，可以判斷變化量最大者即為接地線路。使用該方法可進行連續判斷，選線準確率很高。

如果消弧線圈未投入運行，控制器仍可作為選線裝置使用，按照中性點不接地條件下的選線方法進行單相接地故障選線。

7) 有效域技術

對於不同的故障信號特征，各種選線方法都有一定的適用條件。當適用條件滿足時，該選線方法選線結果一定正確，否則，選線結果可能出現錯誤。我們稱選線方法能夠可靠選線的適用條件為該方法的充分性條件，滿足充分性條件的故障區域，稱為該選線方法的有效域。

本裝置通過粗糙集理論對每一種選線方法都界定了有效域，當故障信號特征落在某方法的有效域內時，該方法對該故障的選線結果一定是正確的，否則給這種方法的選線結果乘以一個係數w(0<w<1)。應用証據理論把這些信息組合起來，使最終選線結果反映了各種方法共同的支持點，選線結果非常可靠。

8) 連續選線技術

連續判斷技術是針對小電流接地系統單相接地故障中故障信號微弱、容易受干擾的特點而採取的技術措施。該技術不完全依賴於一次判斷的結果，而是綜合考慮全過程的情況。裝置在故障沒有消失的情況下每隔1秒鐘重複進行選線計算，直至故障消失，這樣可以有效地排除少數幾次誤判。

3．母線分段運行或併列運行的控制方式

控制器可以採用“一拖一”或“一拖二”的控制方式，兩種方式下在母線分段或併列運行情況下的控制方法不同。

1)  “一拖一”控制方式

“一拖一”控制方式即一個控制器只控制一台消弧線圈，兩段母線的消弧線圈需要配置兩個控制器。

分段運行

在系統正常運行時，兩台控制器分別計算兩段母線的電容電流，同時按照調諧標準(用戶指定的脫諧度)給出消弧線圈目標檔位。當發生單相接地故障時，控制器調節故障母線的消弧線圈達到過補償。

併列運行

在系統正常運行時，I段控制器計算兩段母線的電容電流，Ⅱ段控制器閉鎖，當發生單相接地故障時，只有Ⅰ段消弧線圈進行調諧。

2)  “一拖二”控制方式

“一拖二”控制方式即一個控制器控制兩台消弧線圈，兩段母線的消弧線圈只需要配置一個控制器。建議用戶採用“一拖二”控制方式。

分段運行

在系統正常運行時，控制器分別計算兩段母線的電容電流，同時按照調諧標準(殘流最小或指定脫諧度數值等)給出消弧線圈目標檔位。當發生單相接地故障時，控制器按照事先計算好的方案只調節故障母線消弧線圈達到過補償。

併列運行

如果計算出一台消弧線圈能夠達到過補償，則調節一台消弧線圈；一台消弧線圈補償不足，則將某一台消弧線圈全部投入，差額部分由第二台調節完成，裝置默認Ⅰ段消弧線圈具有優先權，故障時最先調節或全部投入，Ⅱ段消弧線圈調節差額。

又分為如下兩種情況：

（1）一台消弧線圈運行、另一台（檢修）退出

控制器計算兩段母線的電容電流，給出電抗器的組合方案。當發生單相接地故障時，控制器按照事先計算好的方案調節該消弧線圈達到過補償。

（2）兩台消弧線圈都運行   

控制器計算兩段母線的電容電流，在確定電抗器組合方案的時候，控制器首先判斷僅調節一台消弧線圈是否能夠達到過補償點，如果可行就只調節一台消弧線圈；如果不可行，就調節兩個消弧線圈。當發生單相接地故障時，按照事先計算好的方案控制一台或兩台消弧線圈達到過補償。

舉例說明如下：

假設變電站兩段母線各安裝一套消弧線圈，消弧線圈補償電感電流各80A，兩段母線處於併列運行狀況，且消弧線圈都投入運行。

[情況1]如果兩段母線的所有線路電容電流為70A，則發生單相接地故障后，控制器調節一台消弧線圈的電感電流達到74A， 實現過補償並進行選線。

[情況2]如果兩段母線的所有線路電容電流為110A，則發生單相接地故障后，控制器調節一台消弧線圈的電感電流為80A，同時調節另一台消弧線圈的電感電流為34A，兩台消弧線圈一起提供114A的電感電流，實現過補償並進行選線。