1．自動(dòng)調(diào)諧原理
正常運(yùn)行中系統(tǒng)零序等值回路如圖1所示，其中e0為系統(tǒng)不平衡電壓，該電壓是系統(tǒng)的三相對(duì)地電容不完全對(duì)稱形成的固有不平衡電壓與接地變壓器中性點(diǎn)產(chǎn)生的對(duì)地電壓的合成；xl為消弧線圈電抗；xc為系統(tǒng)對(duì)地容抗；i0為流過消弧線圈的不平衡電流。
正常運(yùn)行中系統(tǒng)零序等值回路
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(tǒng)對(duì)地電容對(duì)于系統(tǒng)不平衡電壓e0形成串聯(lián)諧振回路，當(dāng)系統(tǒng)對(duì)地電容固定時(shí)，中性點(diǎn)電壓u0與消弧線圈電抗的諧振曲線如圖2所示。
應(yīng)用時(shí)調(diào)節(jié)消弧線圈至某一檔，測(cè)得中性點(diǎn)位移電壓 ，再調(diào)節(jié)消弧線圈至相鄰檔，測(cè)得中性點(diǎn)位移電壓 ，假定調(diào)檔過程中 不變，在關(guān)聯(lián)參考方向下，則有：
若采用標(biāo)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(yīng)的電流值 (以 為基準(zhǔn))，則上式可以變?yōu)椋?br>上述計(jì)算系統(tǒng)對(duì)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(diǎn)研制出改進(jìn)的“位移電壓法”。該方法利用改變消弧線圈電感參數(shù)，得到相應(yīng)的反饋值，這樣就可以有效的利用上述位移電壓算法進(jìn)行電容電流的計(jì)算。
控制器計(jì)算出系統(tǒng)接地電容電流后，根據(jù)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。如果采用“隨調(diào)”的運(yùn)行方式，正常運(yùn)行時(shí)消弧線圈都退出系統(tǒng)，發(fā)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(dá)到補(bǔ)償熄弧。如果采用“預(yù)調(diào)”的運(yùn)行方式，正常運(yùn)行時(shí)控制器按照最佳檔位方案投入消弧線圈，使系統(tǒng)處于過補(bǔ)償運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)阻尼電阻可以防止諧振過電壓，發(fā)生單相接地后快速退出阻尼電阻，達(dá)到過補(bǔ)償熄弧。
2．單相接地選線原理
當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，為不影響整個(gè)系統(tǒng)供電，應(yīng)快速準(zhǔn)確地選出故障線路。本成套裝置控制器可以根據(jù)用戶需要嵌入選線功能，最多可以對(duì)兩段母線及40條線路進(jìn)行選線?？刂破鲉?dòng)判線的條件為：零序電壓3 大于接地啟動(dòng)電壓設(shè)定值且各線路零序電流 大于啟動(dòng)電流設(shè)定值。
本裝置采用多種方法進(jìn)行故障選線，每種方法都針對(duì)信號(hào)的具體特點(diǎn)，不同方法之間具有互補(bǔ)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(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，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(yīng)滯后零序電壓90°并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(tǒng)比幅比相方法在信號(hào)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采用butterworth數(shù)字濾波器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行有效的數(shù)字濾波處理，提取出了更可靠的信號(hào)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(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，對(duì)諧波分量來說消弧線圈處于欠補(bǔ)償狀態(tài)，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(yīng)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。諧波選線方法采用有效的數(shù)字濾波手段，提取出能量最高的諧波頻帶范圍，避免了提取單一諧波頻率而導(dǎo)致的誤差。
3)小波法
小波分析是一門現(xiàn)代信號(hào)處理理論與方法，它能有效地分析變化規(guī)律不確定和不穩(wěn)定的隨機(jī)信號(hào)，能夠從信號(hào)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(chǎn)生的暫態(tài)電流和諧波電流作為選線判斷的依據(jù)。由于小電流接地電網(wǎng)單相接地故障等值電路是一個(gè)容性通路，故障的突然作用在電路中產(chǎn)生的暫態(tài)電流通常很大。特別是發(fā)生弧光接地故障或間歇性接地故障情況下，暫態(tài)電流含量更豐富，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。暫態(tài)電流滿足在故障線路上的數(shù)值等于在非故障線路上數(shù)值之和且方向相反的關(guān)系，可以用來選線。
4)首半波法
小電流接地電網(wǎng)單相接地故障產(chǎn)生的暫態(tài)電流雖然很復(fù)雜，但是發(fā)生故障的最初半個(gè)周波內(nèi)，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(diǎn)，因此可以通過比較首半波的零序電流極性進(jìn)行故障選線，該方法對(duì)中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)都適用。
5)有功分量法、能量函數(shù)法
這兩種方法的原理相同，對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，消弧線圈智能補(bǔ)償零序電流的無功分量，不能補(bǔ)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(gè)特點(diǎn)進(jìn)行選線。由于有功分量的含量較小，所以裝置采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(shí)際上是把有功分量進(jìn)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(duì)并聯(lián)組合式消弧線圈提出的一種獨(dú)特選線方法。在系統(tǒng)發(fā)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(fā)生變化。由于這個(gè)突變的電流只能在故障線路上體現(xiàn)出來，因此計(jì)算各線路在電抗器投切前后零序電流的變化量，可以判斷變化量最大者即為接地線路。使用該方法可進(jìn)行連續(xù)判斷，選線準(zhǔn)確率很高。
如果消弧線圈未投入運(yùn)行，控制器仍可作為選線裝置使用，按照中性點(diǎn)不接地條件下的選線方法進(jìn)行單相接地故障選線。
7)有效域技術(shù)
對(duì)于不同的故障信號(hào)特征，各種選線方法都有一定的適用條件。當(dāng)適用條件滿足時(shí)，該選線方法選線結(jié)果一定正確，否則，選線結(jié)果可能出現(xiàn)錯(cuò)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(qū)域，稱為該選線方法的有效域。
本裝置通過粗糙集理論對(duì)每一種選線方法都界定了有效域，當(dāng)故障信號(hào)特征落在某方法的有效域內(nèi)時(shí)，該方法對(duì)該故障的選線結(jié)果一定是正確的，否則給這種方法的選線結(jié)果乘以一個(gè)系數(shù)w(0<w<1)。應(yīng)用證據(jù)理論把這些信息組合起來，使最終選線結(jié)果反映了各種方法共同的支持點(diǎn)，選線結(jié)果非常可靠。
8)連續(xù)選線技術(shù)
連續(xù)判斷技術(shù)是針對(duì)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障中故障信號(hào)微弱、容易受干擾的特點(diǎn)而采取的技術(shù)措施。該技術(shù)不完全依賴于一次判斷的結(jié)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秒鐘重復(fù)進(jìn)行選線計(jì)算，直至故障消失，這樣可以有效地排除少數(shù)幾次誤判。
3．母線分段運(yùn)行或并列運(yùn)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，兩種方式下在母線分段或并列運(yùn)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(gè)控制器只控制一臺(tái)消弧線圈，兩段母線的消弧線圈需要配置兩個(gè)控制器。
分段運(yùn)行
在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)控制器分別計(jì)算兩段母線的電容電流，同時(shí)按照調(diào)諧標(biāo)準(zhǔn)(用戶指定的脫諧度)給出消弧線圈目標(biāo)檔位。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，控制器調(diào)節(jié)故障母線的消弧線圈達(dá)到過補(bǔ)償。
并列運(yùn)行
在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，i段控制器計(jì)算兩段母線的電容電流，ⅱ段控制器閉鎖，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，只有ⅰ段消弧線圈進(jìn)行調(diào)諧。
2) “一拖二”控制方式
“一拖二”控制方式即一個(gè)控制器控制兩臺(tái)消弧線圈，兩段母線的消弧線圈只需要配置一個(gè)控制器。建議用戶采用“一拖二”控制方式。
分段運(yùn)行
在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，控制器分別計(jì)算兩段母線的電容電流，同時(shí)按照調(diào)諧標(biāo)準(zhǔn)(殘流最小或指定脫諧度數(shù)值等)給出消弧線圈目標(biāo)檔位。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，控制器按照事先計(jì)算好的方案只調(diào)節(jié)故障母線消弧線圈達(dá)到過補(bǔ)償。
并列運(yùn)行
如果計(jì)算出一臺(tái)消弧線圈能夠達(dá)到過補(bǔ)償，則調(diào)節(jié)一臺(tái)消弧線圈；一臺(tái)消弧線圈補(bǔ)償不足，則將某一臺(tái)消弧線圈全部投入，差額部分由第二臺(tái)調(diào)節(jié)完成，裝置默認(rèn)ⅰ段消弧線圈具有優(yōu)先權(quán)，故障時(shí)最先調(diào)節(jié)或全部投入，ⅱ段消弧線圈調(diào)節(jié)差額。
又分為如下兩種情況：
（1）一臺(tái)消弧線圈運(yùn)行、另一臺(tái)（檢修）退出
控制器計(jì)算兩段母線的電容電流，給出電抗器的組合方案。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，控制器按照事先計(jì)算好的方案調(diào)節(jié)該消弧線圈達(dá)到過補(bǔ)償。
（2）兩臺(tái)消弧線圈都運(yùn)行
控制器計(jì)算兩段母線的電容電流，在確定電抗器組合方案的時(shí)候，控制器首先判斷僅調(diào)節(jié)一臺(tái)消弧線圈是否能夠達(dá)到過補(bǔ)償點(diǎn)，如果可行就只調(diào)節(jié)一臺(tái)消弧線圈；如果不可行，就調(diào)節(jié)兩個(gè)消弧線圈。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，按照事先計(jì)算好的方案控制一臺(tái)或兩臺(tái)消弧線圈達(dá)到過補(bǔ)償。
舉例說明如下：
假設(shè)變電站兩段母線各安裝一套消弧線圈，消弧線圈補(bǔ)償電感電流各80a，兩段母線處于并列運(yùn)行狀況，且消弧線圈都投入運(yùn)行。
[情況1]如果兩段母線的所有線路電容電流為70a，則發(fā)生單相接地故障后，控制器調(diào)節(jié)一臺(tái)消弧線圈的電感電流達(dá)到74a， 實(shí)現(xiàn)過補(bǔ)償并進(jìn)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(fā)生單相接地故障后，控制器調(diào)節(jié)一臺(tái)消弧線圈的電感電流為80a，同時(shí)調(diào)節(jié)另一臺(tái)消弧線圈的電感電流為34a，兩臺(tái)消弧線圈一起提供114a的電感電流，實(shí)現(xiàn)過補(bǔ)償并進(jìn)行選線。