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摘要：本文对分析了消弧线圈的主要作用，并列举了消弧线圈的主要类型，并重点分析了偏磁式消弧线圈与调匝式消弧线圈的原理和优缺点。
关键词：消弧线圈；偏磁式；调匝式
中图分类号：TV74 文献标识码：A
一、消弧线圈的用途
随着国民经济的不断发展和电力系统的不断完善，电力系统的安全运行和供电的可靠性越来越重要，中性点接地方式的选择直接影响以上两个指标的重要因素。随着矿井供电网络不断扩大，以及高压电缆出线的增多，系统对地电容电流急剧增加，单相接地后流经接地点的电流较大，易引起接地弧光，然而电弧不易熄灭，易导致弧光过电压和相间短路跳闸等事故率的上升。
我公司35KV供电系统全部为中性点不接地即小电流接地系统，这种系统在发生单相接地时，电网仍可带故障运行，这就大大降低了运行成本，增加了供电系统的可靠性。但这种运行方式在单相接地电流较大时容易产生弧光过电压和相间短路，给供电设备造成了极大的危害。防止这种危害的方法之一就是在中性点和地之间串联一个电抗器（消弧线圈）。当发生单相接地时，由于消弧线圈产生的感性电流补偿了故障点的容性电流，而使故障点的残流变小，从而降低建弧机率，抑制、延缓事故扩大化甚至消除事故的目的。
二、消弧线圈工作原理概述
当消弧线圈正确调谐时,不仅可以有效地减少产生弧光接地过电压的机率，同时也最大限度地减少了故障点热破坏作用及接地网电压等。
1、对补偿系统的基本要求是：
(1) 在发生单相接地故障时,补偿装置使流经故障点的残流减小,尽可能只有主接地电流的有功分量和不能被补偿的高次谐波电流；
(2) 在电网正常和故障情况下,因中性点位移引起的相对地电压升高值不得危害电网的正常绝缘。
要想达到第一条的要求,还必须实现对电网电容电流的自动跟踪问题。
2、消弧线圈接地系统的中性点电压位移
（1）正常运行时的中性点电压位移
消弧线圈接地系统等效电路如图一所示,其中L是消弧线圈的电感,r0代表消弧线圈有功损耗的等效电阻,设三相电源电压完全平衡,其值为Uφ，各相泄漏电阻彼此相等,ra=rb=rc=r,且以UA作为参考相量。
式中电网的不对称度
电网阻尼率
电网的脱谐度
中性点位移电压的大小
(1)
式中U0为中性点未加消弧线圈时电网的自然不平衡电压
图一消弧线圈正常运行时的等值图 图二谐振曲线
从式(1)可见,补偿系统中性点位移电压随着脱谐度变化而发生变化，其变化曲线即谐振曲线如图二所示，可见脱谐度v越趋近于零，中性点位移电压愈高，当v=0即全补偿时，其值为/d。所以加装消弧线圈后，对中性点位移电压起到了放大作用，脱谐度愈小，放大作用愈强，放大倍数约为10－40。
(2)故障时的中性点电压位移
当电网中出现单相断线，非全相合闸等故障时，增大，将可能超过限值。另外，电网中出现非同期合闸或大型异步电动机投切操作都可能产生过电压，只有一点补偿电网同未补偿电网是相同的，即发生单相金属性接地时，中性点电压位移都是Uφ。
通过以上计算可以得出以下结论：
(1) 在电网正常运行情况下,正确调谐的消弧线圈对电网安全运行有害无利,为了满足正常中性点位移电压不超过某一限值的要求而不得不将消弧线圈的脱谐度整定在较大的数值,使接地残流加大，补偿效果降低。
(2) 在电网发生断线故障，断路器非同期合闸事故或大型电动机投切操作时，小脱谐度的消弧线圈使中性点电压位移比无补偿电网严重得多，将出现危险的过电压。
(3) 消弧线圈发挥有利作用是在电网出现单相接地后，并且脱谐度越小越好，最好是全补偿。
三、消弧线圈的调谐方式
目前，消弧线圈的调谐方式按照发展历程，主要有以下几类：
（1）人工调匝式消弧线圈
（2）调气隙式消弧线圈
（3）自动调匝式消弧线圈（有载开关）
（4）调容式消弧线圈
（5）偏磁式消弧线圈
目前国内自动补偿的消弧线圈由三种，分别是调气隙式消弧线圈、调匝式消弧线圈、偏磁式消弧线圈。由于现代微电子科学和电力电子技术的发展，完全可以实现动态补偿的方案，即在电网正常运行时，消弧线圈工作在远离谐振点位置，出现单相接地后，瞬间调整消弧线圈实施全补偿。
动态补偿要求消弧电抗器在电网出现单相接地后能够瞬间调整至全补偿状态。这就对消弧线圈有两点基本要求:一是能够带额定电压连续调节电感值,二是调节速度迅速。利用机械运动改变铁芯中气隙长度，从而改变电抗器电感的方法不能满足这一要求。可以采用在交流工作线圈内布置一个铁芯磁化段，通过改变铁芯磁化段磁路上的直流助磁磁通大小来调节交流等值磁导，实现电感连续可调的目的。以下仅对偏磁式消弧线圈和调匝式消弧线圈的原理、优缺点进行比较说明。
四、偏磁式消弧线圈与调匝式消弧线圈比较
（一）调匝式消弧线圈
（1）基本工作原理：此种消弧线圈是通过有载开关调节电抗器的分接抽头来改变电感。
（2）主要优、缺点：
①补偿范围小（由于有载开关的档位数量的限定，导致消弧线圈补偿电流的上下限之比也就三倍或四倍左右，这样消弧线圈的适用性就比较小）；
②调节速度慢，每调一个档位都要十几秒钟；
③有载开关不能带高压调节（电网在正常运行时，中性点的电压几乎等于零的时候才能调节，电网发生单相接地后，中性点的电压升高后（最高升到相电压）不能调节，如此时有载开关动作，那么立马就会被烧掉）。
④只能采用预调的方式，不能采用动态的补偿方式，容易导致电网串联谐振过电压（由于调节速度慢，且不能带高压调节，所以消弧线圈必须在电网未发生单相接地时（此时消弧线圈和电网的分布电容处于串联的状态）调节到谐振点附近，这样一来即使串联了阻尼电阻也容易导致电网串联谐振过电压；
⑤必须串联阻尼电阻，阻尼电阻容易崩烧（由于必须提前把消弧线圈调节到谐振点附近，所以必须串联一个阻尼电阻，在电网发生单相接地后再把阻尼电阻短接掉，万一接地后阻尼电阻未短接掉或发生高阻接地后中性点电压未升到装置认定接地的门槛电压而导致阻尼电阻不短接，那么阻尼电阻就会被烧掉）；
⑥使用寿命短，可靠性差（由于此种消弧线圈是靠调整有载开关档位来测量系统的电容电流的大小的，那么电网在一波动时就必须调节档位，此种消弧线圈由于原理性死循环的问题，会导致有载开关来回调整，这样寿命就减小，另外在调整有载开关的过程中如果电网此时发生接地，就会导致有载开关烧毁）；
⑦补偿电流有级差，补偿效果差（由于消弧线圈是调档位的，所以补偿电流只能分级补偿，不能做到无级连续调节，所以接地后残流大，补偿效果差）；
⑧一次设备占地大、凌乱、安装使用维护繁杂（由于成套装置一次设备包括接地变、消弧线圈本体、阻尼电阻箱和有载开关四部份，安装使用及维护繁杂）
（二）偏磁式消弧线圈
（1）基本工作原理：电控无级连续可调消弧线圈、全静态结构、内部无任何运动部件，整套装置无任何触点，可靠性高，调节速度快，使用寿命长。它的基本工作原理是利用施加直流励磁电流，改变铁芯的磁阻，从而达到实现电抗器值无级连续可调的目的，它可以带高压快速调节电感值。
（2）主要优、缺点：
①调节范围大，补偿电流上下限之比可达40倍以上；
②无级连续调节，补偿效果好（补偿电流可以很平稳平滑的无级连续调节）；
③可带高压调节（消弧线圈在电网发生单相接地后，也就是中性点电压升到相电压以后仍然可以调节）；
④调节速度快，5ms内完成（补偿电流从5A调到400A可以在5ms内完成）；
⑤采用动态补偿，从根本上解决了补偿系统中的串联谐振过电压问题；
⑥无需外加阻尼电阻，不存在由于控制死区而引发的阻尼电阻崩烧等问题；
⑦使用寿命长（消弧线圈全静态结构，不存在任何的机械运动部件，一次设备不存在任何的电子元器件，使用寿命同变压器一样长，达到二三十年都不会出现烧毁等问题）；
⑧占地小，安装使用维护方便（一次设备主要有接地变和偏磁式消弧线圈两大部分，占地小，安装简单使用方便，基本属于免维护）
五、结论
伴随着现代电子科学和电力电子技术的发展，消弧线圈不断完善升级，目前较为广泛使用的大部分都为偏磁式消弧线圈，该设备设计原理比较先进，現场运行安全、可靠，能对电容电流进行动态补偿，使用效果较好，有力的提高了供电系统的安全性可可靠性。
关键词：消弧线圈；偏磁式；调匝式
中图分类号：TV74 文献标识码：A
一、消弧线圈的用途
随着国民经济的不断发展和电力系统的不断完善，电力系统的安全运行和供电的可靠性越来越重要，中性点接地方式的选择直接影响以上两个指标的重要因素。随着矿井供电网络不断扩大，以及高压电缆出线的增多，系统对地电容电流急剧增加，单相接地后流经接地点的电流较大，易引起接地弧光，然而电弧不易熄灭，易导致弧光过电压和相间短路跳闸等事故率的上升。
我公司35KV供电系统全部为中性点不接地即小电流接地系统，这种系统在发生单相接地时，电网仍可带故障运行，这就大大降低了运行成本，增加了供电系统的可靠性。但这种运行方式在单相接地电流较大时容易产生弧光过电压和相间短路，给供电设备造成了极大的危害。防止这种危害的方法之一就是在中性点和地之间串联一个电抗器（消弧线圈）。当发生单相接地时，由于消弧线圈产生的感性电流补偿了故障点的容性电流，而使故障点的残流变小，从而降低建弧机率，抑制、延缓事故扩大化甚至消除事故的目的。
二、消弧线圈工作原理概述
当消弧线圈正确调谐时,不仅可以有效地减少产生弧光接地过电压的机率，同时也最大限度地减少了故障点热破坏作用及接地网电压等。
1、对补偿系统的基本要求是：
(1) 在发生单相接地故障时,补偿装置使流经故障点的残流减小,尽可能只有主接地电流的有功分量和不能被补偿的高次谐波电流；
(2) 在电网正常和故障情况下,因中性点位移引起的相对地电压升高值不得危害电网的正常绝缘。
要想达到第一条的要求,还必须实现对电网电容电流的自动跟踪问题。
2、消弧线圈接地系统的中性点电压位移
（1）正常运行时的中性点电压位移
消弧线圈接地系统等效电路如图一所示,其中L是消弧线圈的电感,r0代表消弧线圈有功损耗的等效电阻,设三相电源电压完全平衡,其值为Uφ，各相泄漏电阻彼此相等,ra=rb=rc=r,且以UA作为参考相量。
式中电网的不对称度
电网阻尼率
电网的脱谐度
中性点位移电压的大小
(1)
式中U0为中性点未加消弧线圈时电网的自然不平衡电压
图一消弧线圈正常运行时的等值图 图二谐振曲线
从式(1)可见,补偿系统中性点位移电压随着脱谐度变化而发生变化，其变化曲线即谐振曲线如图二所示，可见脱谐度v越趋近于零，中性点位移电压愈高，当v=0即全补偿时，其值为/d。所以加装消弧线圈后，对中性点位移电压起到了放大作用，脱谐度愈小，放大作用愈强，放大倍数约为10－40。
(2)故障时的中性点电压位移
当电网中出现单相断线，非全相合闸等故障时，增大，将可能超过限值。另外，电网中出现非同期合闸或大型异步电动机投切操作都可能产生过电压，只有一点补偿电网同未补偿电网是相同的，即发生单相金属性接地时，中性点电压位移都是Uφ。
通过以上计算可以得出以下结论：
(1) 在电网正常运行情况下,正确调谐的消弧线圈对电网安全运行有害无利,为了满足正常中性点位移电压不超过某一限值的要求而不得不将消弧线圈的脱谐度整定在较大的数值,使接地残流加大，补偿效果降低。
(2) 在电网发生断线故障，断路器非同期合闸事故或大型电动机投切操作时，小脱谐度的消弧线圈使中性点电压位移比无补偿电网严重得多，将出现危险的过电压。
(3) 消弧线圈发挥有利作用是在电网出现单相接地后，并且脱谐度越小越好，最好是全补偿。
三、消弧线圈的调谐方式
目前，消弧线圈的调谐方式按照发展历程，主要有以下几类：
（1）人工调匝式消弧线圈
（2）调气隙式消弧线圈
（3）自动调匝式消弧线圈（有载开关）
（4）调容式消弧线圈
（5）偏磁式消弧线圈
目前国内自动补偿的消弧线圈由三种，分别是调气隙式消弧线圈、调匝式消弧线圈、偏磁式消弧线圈。由于现代微电子科学和电力电子技术的发展，完全可以实现动态补偿的方案，即在电网正常运行时，消弧线圈工作在远离谐振点位置，出现单相接地后，瞬间调整消弧线圈实施全补偿。
动态补偿要求消弧电抗器在电网出现单相接地后能够瞬间调整至全补偿状态。这就对消弧线圈有两点基本要求:一是能够带额定电压连续调节电感值,二是调节速度迅速。利用机械运动改变铁芯中气隙长度，从而改变电抗器电感的方法不能满足这一要求。可以采用在交流工作线圈内布置一个铁芯磁化段，通过改变铁芯磁化段磁路上的直流助磁磁通大小来调节交流等值磁导，实现电感连续可调的目的。以下仅对偏磁式消弧线圈和调匝式消弧线圈的原理、优缺点进行比较说明。
四、偏磁式消弧线圈与调匝式消弧线圈比较
（一）调匝式消弧线圈
（1）基本工作原理：此种消弧线圈是通过有载开关调节电抗器的分接抽头来改变电感。
（2）主要优、缺点：
①补偿范围小（由于有载开关的档位数量的限定，导致消弧线圈补偿电流的上下限之比也就三倍或四倍左右，这样消弧线圈的适用性就比较小）；
②调节速度慢，每调一个档位都要十几秒钟；
③有载开关不能带高压调节（电网在正常运行时，中性点的电压几乎等于零的时候才能调节，电网发生单相接地后，中性点的电压升高后（最高升到相电压）不能调节，如此时有载开关动作，那么立马就会被烧掉）。
④只能采用预调的方式，不能采用动态的补偿方式，容易导致电网串联谐振过电压（由于调节速度慢，且不能带高压调节，所以消弧线圈必须在电网未发生单相接地时（此时消弧线圈和电网的分布电容处于串联的状态）调节到谐振点附近，这样一来即使串联了阻尼电阻也容易导致电网串联谐振过电压；
⑤必须串联阻尼电阻，阻尼电阻容易崩烧（由于必须提前把消弧线圈调节到谐振点附近，所以必须串联一个阻尼电阻，在电网发生单相接地后再把阻尼电阻短接掉，万一接地后阻尼电阻未短接掉或发生高阻接地后中性点电压未升到装置认定接地的门槛电压而导致阻尼电阻不短接，那么阻尼电阻就会被烧掉）；
⑥使用寿命短，可靠性差（由于此种消弧线圈是靠调整有载开关档位来测量系统的电容电流的大小的，那么电网在一波动时就必须调节档位，此种消弧线圈由于原理性死循环的问题，会导致有载开关来回调整，这样寿命就减小，另外在调整有载开关的过程中如果电网此时发生接地，就会导致有载开关烧毁）；
⑦补偿电流有级差，补偿效果差（由于消弧线圈是调档位的，所以补偿电流只能分级补偿，不能做到无级连续调节，所以接地后残流大，补偿效果差）；
⑧一次设备占地大、凌乱、安装使用维护繁杂（由于成套装置一次设备包括接地变、消弧线圈本体、阻尼电阻箱和有载开关四部份，安装使用及维护繁杂）
（二）偏磁式消弧线圈
（1）基本工作原理：电控无级连续可调消弧线圈、全静态结构、内部无任何运动部件，整套装置无任何触点，可靠性高，调节速度快，使用寿命长。它的基本工作原理是利用施加直流励磁电流，改变铁芯的磁阻，从而达到实现电抗器值无级连续可调的目的，它可以带高压快速调节电感值。
（2）主要优、缺点：
①调节范围大，补偿电流上下限之比可达40倍以上；
②无级连续调节，补偿效果好（补偿电流可以很平稳平滑的无级连续调节）；
③可带高压调节（消弧线圈在电网发生单相接地后，也就是中性点电压升到相电压以后仍然可以调节）；
④调节速度快，5ms内完成（补偿电流从5A调到400A可以在5ms内完成）；
⑤采用动态补偿，从根本上解决了补偿系统中的串联谐振过电压问题；
⑥无需外加阻尼电阻，不存在由于控制死区而引发的阻尼电阻崩烧等问题；
⑦使用寿命长（消弧线圈全静态结构，不存在任何的机械运动部件，一次设备不存在任何的电子元器件，使用寿命同变压器一样长，达到二三十年都不会出现烧毁等问题）；
⑧占地小，安装使用维护方便（一次设备主要有接地变和偏磁式消弧线圈两大部分，占地小，安装简单使用方便，基本属于免维护）
五、结论
伴随着现代电子科学和电力电子技术的发展，消弧线圈不断完善升级，目前较为广泛使用的大部分都为偏磁式消弧线圈，该设备设计原理比较先进，現场运行安全、可靠，能对电容电流进行动态补偿，使用效果较好，有力的提高了供电系统的安全性可可靠性。