一种提高中压配电网PT安全运行的实现策略

2019-11-28施耀武

科技创新与应用 2019年31期

施耀武

摘要：电压互感器是10kV、35kV配电网实现计量、保护、监控的关键设备，为保护电压互感器通常在高压侧安装高压熔断器，但高压熔断器频发，影响系统正常，通过切换运行线路、更换熔断器等方式处理降低系统稳定性和经济性。文章对引发高压熔断器熔断原因分析，提出了一种有效的解决该问题方案。

关键词：电压互感器;熔断器;涌浪电流

中图分类号：TM451 文献标志码：A 文章编号：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配电网是我国主要采用的中压配电网。电压互感器将一次电压转换为二次电压以实现配电网系统监控、计量、保护等功能，是保证系统安全、可靠、稳定运行的重要设备。电磁式电压互感器（Potential Transformer PT）是电力系统最为广泛使用的电压互感器。为保护PT设备，在其高压侧安装熔断器。当系统发送单相接地故障、谐振过电压时引发熔断器熔断，严重时烧坏PT，危害电力系统安全。

本文总结了引发PT高压熔断器熔断原因，在此基础上设计了一种具有抑制铁磁谐振、抑制低频涌流流入PT绕组的治理设备，提高系统运行稳定性和经济性。

1 PT高压熔断器熔断原因

通常认为，10kV、35kV中性点不接地配电网系统中导致PT高压熔断器熔断的铁磁谐振及单相接地故障。

1.1 铁磁谐振

谐振过电压指电力系统中一些电感、电容元件在系统进行操作或发生故障时可形成各种振荡回路，在一定的能源作用下，会产生串联谐振现象，导致系统某些元件出现严重的过电压[2]。系统发生谐振时，在谐振电压和工频电压的作用下，PT铁芯磁密迅速饱和，激磁电流迅速增大，会使PT绕组严重过热而损坏，同一系统中所有PT均受到威胁。

PT是一种利用电磁感应实现能量交换的静态设备，其磁通密度B和电流I特性如图1所示，在一段区间内铁芯磁通密度与电流近似于线性关系，随着电流增加铁芯呈现磁饱和。

当系统电容与PT电感满足：ωl=1/ωc时，ω为角频率，即对应图2两条线路的交点时，产生铁磁谐振。铁磁谐振发生时，PT激励电流迅速增加，引发高压熔断器熔断，严重时PT烧毁或爆炸。

1.2 单相接地故障

对于中性点不接地系统，系统正常运行时，依照基尔霍夫电流定律系统总电荷为零;当其中一相发生短路接地故障时，另外两相升高至线电压，此时非故障相与大地之间形成电容电流，故障切除后各相恢复到相电压，而非故障相因以线电压充电，这些电荷需要流出系统，此时只能通过PT一次绕组流往大地，此过程因电流过大引起铁芯磁饱和，在工频电压作用下产生很大冲击电流使得熔断器发生熔断。

2 基于可变电阻的抑制方案设计

在PT中性点加装非线性消谐器为当前电力系统中应用于抑制鐵磁谐振及涌流最为普遍的方法。在PT的一次中性点通过电阻（线性或非线性电阻）接地，如图3所示，能有效起到阻尼和限流的作用。

本次在PT的中性点使用碳化硅非线性电阻和真空继电器开关并联接地，如图4所示。系统正常运行时真空继电器开关K闭合旁路碳化硅电阻（SiC）相当于PT的中性点直接接地，完全抑制系统的测量开口的电压偏移同时，降低了零序回路阻抗，实现了降低3次谐波电压含有率的目的。当系统发生谐振或者单相接地故障时，通过控制器将K打开后SiC自动投入，有效抑制系统的谐振和冲击涌流，接地故障恢复后K延时闭合系统恢复正常。系统正常运行时SiC抗谐电阻不工作，完全消除了自身故障的问题。

3 控制方案

装置的控制器可根据PT开口三角形的信号，经内部算法逻辑计算，确定故障恢复过程真空继电器。

3.1 PT开口电压

开口三角形是指中性点不接地系统中电压互感器三相的三个二次绕组的接法，三相二次绕组按三角形接线连接，但最后有一点不连上，即构成开口三角，其原理如图5。

3.2 开口电压特性

二次额定电压为100V，为监测系统零序电压，将三相PT接线连接形成开口三角形。正常情况下，开口电压为0V。

当发生单相接地时，因故障相电压为0V，非故障相升高至100V，此时开口电压为100V。

当PT发生铁磁谐振时，电压升高，此时开口电压感应处很高的电压，但小于100V。

3.3 控制实现

监测设备根据PT二次侧三角形开口电压值，结合铁磁谐振、单相接地故障等开口电压特性，实现图4的真空继电器开关K开断。

（1）当开口电压小于10V，此时认为系统正常运行，因此开关K为常闭状态，此时图4的SiC非线性电阻不接地。

（2）当开口电压大于60V，小于100V时，认为发生铁磁谐振，开关K为呈现开状态，此时图4的SiC非线性电阻接地。