一種提高中壓配電網(wǎng)PT安全運行的實現(xiàn)策略

施耀武

摘? 要：電壓互感器是10kV、35kV配電網(wǎng)實現(xiàn)計量、保護、監(jiān)控的關(guān)鍵設(shè)備，為保護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，通過切換運行線路、更換熔斷器等方式處理降低系統(tǒng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。文章對引發(fā)高壓熔斷器熔斷原因分析，提出了一種有效的解決該問題方案。

關(guān)鍵詞：電壓互感器;熔斷器;涌浪電流

中圖分類號：TM451 文獻標志碼：A 文章編號：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)換為二次電壓以實現(xiàn)配電網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控、計量、保護等功能，是保證系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運行的重要設(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、諧振過電壓時引發(fā)熔斷器熔斷，嚴重時燒壞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)運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

1 PT高壓熔斷器熔斷原因

通常認為，10kV、35kV中性點不接地配電網(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

諧振過電壓指電力系統(tǒng)中一些電感、電容元件在系統(tǒng)進行操作或發(fā)生故障時可形成各種振蕩回路，在一定的能源作用下，會產(chǎn)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)某些元件出現(xiàn)嚴重的過電壓[2]。系統(tǒng)發(fā)生諧振時，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，會使PT繞組嚴重過熱而損壞，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電感滿足：ωl=1/ωc時，ω為角頻率，即對應(yīng)圖2兩條線路的交點時，產(chǎn)生鐵磁諧振。鐵磁諧振發(fā)生時，PT激勵電流迅速增加，引發(fā)高壓熔斷器熔斷，嚴重時PT燒毀或爆炸。

1.2 單相接地故障

對于中性點不接地系統(tǒng)，系統(tǒng)正常運行時，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，另外兩相升高至線電壓，此時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，而非故障相因以線電壓充電，這些電荷需要流出系統(tǒng)，此時只能通過PT一次繞組流往大地，此過程因電流過大引起鐵芯磁飽和，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

在PT中性點加裝非線性消諧器為當(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的一次中性點通過電阻（線性或非線性電阻）接地，如圖3所示，能有效起到阻尼和限流的作用。

本次在PT的中性點使用碳化硅非線性電阻和真空繼電器開關(guān)并聯(lián)接地，如圖4所示。系統(tǒng)正常運行時真空繼電器開關(guān)K閉合旁路碳化硅電阻（SiC）相當(dāng)于PT的中性點直接接地，完全抑制系統(tǒng)的測量開口的電壓偏移同時，降低了零序回路阻抗，實現(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，通過控制器將K打開后SiC自動投入，有效抑制系統(tǒng)的諧振和沖擊涌流，接地故障恢復(fù)后K延時閉合系統(tǒng)恢復(fù)正常。系統(tǒng)正常運行時SiC抗諧電阻不工作，完全消除了自身故障的問題。

3 控制方案

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

3.1 PT開口電壓

開口三角形是指中性點不接地系統(tǒng)中電壓互感器三相的三個二次繞組的接法，三相二次繞組按三角形接線連接，但最后有一點不連上，即構(gòu)成開口三角，其原理如圖5。

3.2 開口電壓特性

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

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

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

3.3 控制實現(xiàn)

監(jiān)測設(shè)備根據(jù)PT二次側(cè)三角形開口電壓值，結(jié)合鐵磁諧振、單相接地故障等開口電壓特性，實現(xiàn)圖4的真空繼電器開關(guān)K開斷。

（1）當(dāng)開口電壓小于10V，此時認為系統(tǒng)正常運行，因此開關(guān)K為常閉狀態(tài)，此時圖4的SiC非線性電阻不接地。

（2）當(dāng)開口電壓大于60V，小于100V時，認為發(fā)生鐵磁諧振，開關(guān)K為呈現(xiàn)開狀態(tài)，此時圖4的SiC非線性電阻接地。

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

根據(jù)以上設(shè)計的控制方案，能有效解決PT熔斷器熔斷頻發(fā)問題。

4 結(jié)束語

通過引發(fā)PT高壓熔斷器機理分析，設(shè)計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)濟性。

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