施耀武

摘? 要：電壓互感器是10kV、35kV配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)量、保護(hù)、監(jiān)控的關(guān)鍵設(shè)備，為保護(hù)電壓互感器通常在高壓側(cè)安裝高壓熔斷器，但高壓熔斷器頻發(fā)，影響系統(tǒng)正常，通過(guò)切換運(yùn)行線(xiàn)路、更換熔斷器等方式處理降低系統(tǒng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。文章對(duì)引發(fā)高壓熔斷器熔斷原因分析，提出了一種有效的解決該問(wèn)題方案。

關(guān)鍵詞：電壓互感器;熔斷器;涌浪電流

中圖分類(lèi)號(hào)：TM451 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）31-0149-02

Abstract： Potential transformer is the key equipment for measuring， protecting and monitoring in 10kV and 35kV distribution network. In order to protect voltage transformer， high-voltage fuses are usually installed on the high-voltage side. However， the frequent occurrence of high-voltage fuses affects the normal system. The stability and economy of the system are reduced by switching operation lines and replacing fuses. In this paper， the cause of high-voltage fuse fusing is analyzed， and an effective solution to this problem is proposed.

Keywords： potential transformer; fuse; inrush current

引言

10kV及35kV配電網(wǎng)是我國(guó)主要采用的中壓配電網(wǎng)。電壓互感器將一次電壓轉(zhuǎn)換為二次電壓以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控、計(jì)量、保護(hù)等功能，是保證系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的重要設(shè)備。電磁式電壓互感器（Potential Transformer PT）是電力系統(tǒng)最為廣泛使用的電壓互感器。為保護(hù)PT設(shè)備，在其高壓側(cè)安裝熔斷器。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)送單相接地故障、諧振過(guò)電壓時(shí)引發(fā)熔斷器熔斷，嚴(yán)重時(shí)燒壞PT，危害電力系統(tǒng)安全。

本文總結(jié)了引發(fā)PT高壓熔斷器熔斷原因，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種具有抑制鐵磁諧振、抑制低頻涌流流入PT繞組的治理設(shè)備，提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

1 PT高壓熔斷器熔斷原因

通常認(rèn)為，10kV、35kV中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)系統(tǒng)中導(dǎo)致PT高壓熔斷器熔斷的鐵磁諧振及單相接地故障。

1.1 鐵磁諧振

諧振過(guò)電壓指電力系統(tǒng)中一些電感、電容元件在系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障時(shí)可形成各種振蕩回路，在一定的能源作用下，會(huì)產(chǎn)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)某些元件出現(xiàn)嚴(yán)重的過(guò)電壓[2]。系統(tǒng)發(fā)生諧振時(shí)，在諧振電壓和工頻電壓的作用下，PT鐵芯磁密迅速飽和，激磁電流迅速增大，會(huì)使PT繞組嚴(yán)重過(guò)熱而損壞，同一系統(tǒng)中所有PT均受到威脅。

PT是一種利用電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量交換的靜態(tài)設(shè)備，其磁通密度B和電流I特性如圖1所示，在一段區(qū)間內(nèi)鐵芯磁通密度與電流近似于線(xiàn)性關(guān)系，隨著電流增加鐵芯呈現(xiàn)磁飽和。

當(dāng)系統(tǒng)電容與PT電感滿(mǎn)足：ωl=1/ωc時(shí)，ω為角頻率，即對(duì)應(yīng)圖2兩條線(xiàn)路的交點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生鐵磁諧振。鐵磁諧振發(fā)生時(shí)，PT激勵(lì)電流迅速增加，引發(fā)高壓熔斷器熔斷，嚴(yán)重時(shí)PT燒毀或爆炸。

1.2 單相接地故障

對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，依照基爾霍夫電流定律系統(tǒng)總電荷為零;當(dāng)其中一相發(fā)生短路接地故障時(shí)，另外兩相升高至線(xiàn)電壓，此時(shí)非故障相與大地之間形成電容電流，故障切除后各相恢復(fù)到相電壓，而非故障相因以線(xiàn)電壓充電，這些電荷需要流出系統(tǒng)，此時(shí)只能通過(guò)PT一次繞組流往大地，此過(guò)程因電流過(guò)大引起鐵芯磁飽和，在工頻電壓作用下產(chǎn)生很大沖擊電流使得熔斷器發(fā)生熔斷。

2 基于可變電阻的抑制方案設(shè)計(jì)

在PT中性點(diǎn)加裝非線(xiàn)性消諧器為當(dāng)前電力系統(tǒng)中應(yīng)用于抑制鐵磁諧振及涌流最為普遍的方法。在PT的一次中性點(diǎn)通過(guò)電阻（線(xiàn)性或非線(xiàn)性電阻）接地，如圖3所示，能有效起到阻尼和限流的作用。

本次在PT的中性點(diǎn)使用碳化硅非線(xiàn)性電阻和真空繼電器開(kāi)關(guān)并聯(lián)接地，如圖4所示。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)真空繼電器開(kāi)關(guān)K閉合旁路碳化硅電阻（SiC）相當(dāng)于PT的中性點(diǎn)直接接地，完全抑制系統(tǒng)的測(cè)量開(kāi)口的電壓偏移同時(shí)，降低了零序回路阻抗，實(shí)現(xiàn)了降低3次諧波電壓含有率的目的。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生諧振或者單相接地故障時(shí)，通過(guò)控制器將K打開(kāi)后SiC自動(dòng)投入，有效抑制系統(tǒng)的諧振和沖擊涌流，接地故障恢復(fù)后K延時(shí)閉合系統(tǒng)恢復(fù)正常。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)SiC抗諧電阻不工作，完全消除了自身故障的問(wèn)題。

3 控制方案

裝置的控制器可根據(jù)PT開(kāi)口三角形的信號(hào)，經(jīng)內(nèi)部算法邏輯計(jì)算，確定故障恢復(fù)過(guò)程真空繼電器。

3.1 PT開(kāi)口電壓

開(kāi)口三角形是指中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中電壓互感器三相的三個(gè)二次繞組的接法，三相二次繞組按三角形接線(xiàn)連接，但最后有一點(diǎn)不連上，即構(gòu)成開(kāi)口三角，其原理如圖5。

3.2 開(kāi)口電壓特性

二次額定電壓為100V，為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)零序電壓，將三相PT接線(xiàn)連接形成開(kāi)口三角形。正常情況下，開(kāi)口電壓為0V。

當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，因故障相電壓為0V，非故障相升高至100V，此時(shí)開(kāi)口電壓為100V。

當(dāng)PT發(fā)生鐵磁諧振時(shí)，電壓升高，此時(shí)開(kāi)口電壓感應(yīng)處很高的電壓，但小于100V。

3.3 控制實(shí)現(xiàn)

監(jiān)測(cè)設(shè)備根據(jù)PT二次側(cè)三角形開(kāi)口電壓值，結(jié)合鐵磁諧振、單相接地故障等開(kāi)口電壓特性，實(shí)現(xiàn)圖4的真空繼電器開(kāi)關(guān)K開(kāi)斷。

（1）當(dāng)開(kāi)口電壓小于10V，此時(shí)認(rèn)為系統(tǒng)正常運(yùn)行，因此開(kāi)關(guān)K為常閉狀態(tài)，此時(shí)圖4的SiC非線(xiàn)性電阻不接地。

（2）當(dāng)開(kāi)口電壓大于60V，小于100V時(shí)，認(rèn)為發(fā)生鐵磁諧振，開(kāi)關(guān)K為呈現(xiàn)開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)圖4的SiC非線(xiàn)性電阻接地。

（3）當(dāng)開(kāi)口電壓約為100V時(shí)，判斷系統(tǒng)發(fā)送單相短路，開(kāi)關(guān)K為呈現(xiàn)開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)圖4的SiC非線(xiàn)性電阻接地。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)的控制方案，能有效解決PT熔斷器熔斷頻發(fā)問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)引發(fā)PT高壓熔斷器機(jī)理分析，設(shè)計(jì)了一套可抑制諧振涌浪電流、單相接地故障電流流入P熔斷器的治理設(shè)備，提高10kV、35kV配電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

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