淺談消弧線圈

【摘 要】 介紹了消弧線圈的工作原理，論述了消弧線圈的結構及工藝。

【關鍵詞】 變壓器 消弧線圈

1 引言

63kV及以下電力系統是中性點不接地系統，因此電網各相導線對地存在分布電容。在電力系統正常運行情況下，系統中性點的對地電壓基本為零，而各相導線的對地電壓也基本上等于相電壓。各相導線在對地相電壓的作用下，通過對地電容電流。由于三相電力系統是對稱的，所以各相導線對地的電容電流也是對稱的。當電力系統發生單相對地短路時，故障相的對地電壓降為零，非故障相的對地電壓由相電壓升至線電壓，而中性點對地電壓升至相電壓。在這種情況下，故障相的對地電容電流被短路，非故障相的對地電容電流升至正常時的[3]倍。兩非故障相的對地電容電流經過故障相的對地短路點流向非故障相導線中，接線原理圖如圖1所示。

圖1 接地裝置示意圖

F—接地變壓器 XL—消糊線圈 R2—阻尼電阻

R—非線性電阻 K1K2—接點

2 工作原理

當電力系統發生單相對地短路時，流過接地點的電容電流將產生間歇電弧。在間歇電弧的作用下，電力系統中將出現過電壓，可能危及絕緣薄弱環節，造成事故擴大。為了使對地間歇電弧很快熄滅，而不再重燃，必須使接地點流過電感電流來補償電容電流。

消弧線圈是一種單鐵心電抗器，通常制造成油浸自冷式，一般包括主繞組、副繞組及電表繞組。電表繞組是用來記錄消弧線圈的動作，電表線圈的定額一律定為額定電壓100V，額定電流10A。副繞組的功能是當消弧線圈如果不能自動消除故障時用來查找故障點，其額定電壓為6.6kV，其額定電流為主線圈最大電流的12倍。副繞組的接線原理見圖2。當電力系統發生單相對地短路故障，而消弧線圈沒能將故障自動消除時，可將開關合上，這時由于副繞經過限流電阻R而閉合，消弧線圈相當于一臺帶負載的變壓器，因此通過主繞組電流的增大，就可以迅速查出故障點。

3 結構及工藝制造

3.1鐵心結構

消弧線圈實質上是鐵心電抗器，故鐵心是它最重要的部件，一般由上下鐵心及三個鐵餅組成，鐵餅之間存在氣隙。由于消弧線圈的主要特點是漏磁大，鐵心振動大。因此在制造消弧線圈時一定要想方設法降低損耗，減小鐵心振動。帶氣隙的鐵心，其磁阻主要決定于氣隙的尺寸。由于氣隙的磁化特性基本上是線性的，所以鐵心電抗器的電感值將不取決于外在電壓或電流值，而僅取決于自身繞組匝數以及繞組和鐵心氣隙的尺寸。故在運行中，氣隙不變，電感值亦不變。

在消弧線圈制造中首先考慮的是鐵餅的制造。鐵餅制造的工序有：剪片、固定、裝配。鐵餅制作過程是在鐵心疊片完成后，各側面涂上鐵心黑漆，等到時黑漆固化后將鐵心固定，鐵餅之間的氣隙是由環氧玻璃布板構成，每一個鐵餅就有一片接地片，它們疊接在氣隙之間。為了使鐵餅整體固化，增加防震能力及機械強度，我們用環氧樹脂將三個鐵餅澆注起來。為降低噪音，我們將鐵心原階梯頂部改為平面，并在鐵心頂部加裝壓緊裝置，各拉緊桿用防松螺母緊固。因為消弧線圈運行時產生很大的漏磁通，附近的金屬體會因感應渦流而發熱，故采用不導磁的不銹鋼螺桿，以減少損耗和發熱。為了防止漏磁通在閉合回路中產生電流，只采用單根螺桿連通上下夾件，其它螺桿絕緣。

在中小容量的消弧線圈中，主磁通所占的比例較大，漏磁通所占的比例較小。所以主電感所占比例也較大，漏磁通所占比例較小。主磁通所產生的電感為：LW=1.257W2SM/nδ×108

式中：W——繞組匝數；SM——氣隙總有效截面；n——主磁通路徑中氣隙的個數；δ——氣隙高度。

從式中可知，在繞組匝數、氣隙處總有效截面面積、氣隙數不變的情況下，鐵餅的氣隙高度就決定了電感值的大小，并與電感值成反比關系。若在試驗中電感值大了，那就得調大氣隙。相反，若電感值小了，那就得調小氣隙。

3.2繞組接線方式

消弧線圈的主繞組由兩個繞組組成，它們的繞制方式多為層圓筒式。它們被分裝在兩個鐵心柱上，其接線方式一般為并聯連接如圖3，但是也有可能出現串聯連接方式。消弧線圈因主繞組的的兩種接線方式，而出現了兩種不同的運行情況，具體運行情況對比如表1所示。

圖2 繞組并聯連接圖圖3 繞組串聯連接圖

從以上分析比較，我們主張消弧線圈的主繞組應采用并聯連接方式，而不應采用串聯連接方式，否則將使消弧線圈的運行特性變壞。

4 消弧線圈溫升

消弧線圈溫升應按GB10229-1988《電抗器》的有關規定計算：消弧線圈在額定電流下的繞組溫升不得超過下列數值：

(1)對于持續流通額定電流的繞組，90K；

(2)對于額定電流的最大流通時間規定為2h的繞組，100K；

(3)對于最大通流時間規定為30min的繞組，120K。