考虑流通能量的自动消谐装置的设计与应用

2021-08-23沈开辉郑哲艺黄永州宋安超

科技创新与应用 2021年22期

沈开辉，郑哲艺，颜城，黄永州，宋安超，庄湧

（1.国网福建省电力有限公司漳州供电公司，福建漳州363020；2.安徽正广电电力技术有限公司，安徽合肥230088；3.南京瓦瑞电力科技有限公司，江苏南京210008）

随着我国配电网建设、电网规模的增大和电缆线路的增多，电磁式电压互感器铁磁谐振现象依然存在，带来的危害和影响也因电网的发展程度而加剧，极大地威胁到断路器和其他电力设备运行的可靠性和电力系统运行的安全性。

目前国内外学者提出了多种铁磁谐振治理措施，国内也有不少针对铁磁谐振问题研发的设备与装置，然而分析铁磁谐振造成的互感器事故表明，多数消谐失败的原因在于消谐器对谐振能量的吸纳不足。

鉴于此，提出了一种考虑流通能量的铁磁谐振消谐装置的设计方法，采用具有大流通能力的ZnO材料，利用其正温度特性，制成流敏消谐电阻，并确定了消谐流通能量。为了验证装置消谐效果，根据系统实际参数搭建了实验室模型。研究成果丰富了铁磁谐振消谐措施和治理技术。

1 消谐器材料的确定

以具有正温度特性的ZnO材料为例，对比SiC、ZnO非线性电阻的伏安特性曲线如图1所示。

图1 ZnO、SiC非线性电阻伏安特性曲线

由图1可见，压敏材料SiC在相同电流作用下其电阻增大速度相比ZnO而言，其速度具有明显的滞后性，这也是压敏消谐器在谐振时由于电阻增大速度不足而导致其消谐失败的主要原因；ZnO具有正温度特性，且其伏安特性更为陡峭，在流通大电流时其电阻快速增大，提高了吸收谐振能量的能力，为此可选取ZnO材料制作消谐电阻Rx。

ZnO型消谐电阻由于所采用的PTC材料具有热敏特性能，在一定的转变温度下发生相变，其电阻率迅速增加至极限值（可增大3-7个数量级），发生半导体和绝缘体的相互转变；反之，当流敏材料从高温的环境降至常温时，其阻值也会随之下降到低阻状态。可知消谐电阻温度与流过电流正相关，采用正温度特性ZnO材料替代传统SiC材料制成消谐电阻可以弥补其缺陷。

2 消谐装置工作机理

图2为ZnO型流敏型消谐器的安装接线方式。

由图2可见，流敏型消谐器串联安装在PT中性点与地之间，可以起到以下作用：

正常运行条件下，流敏型一次消谐器呈低阻，发生PT铁磁谐振时快速呈高阻而实现快速消谐；当一次绕组励磁电流增加，电压互感器铁芯饱和时，中性点出现位移电压，导致中性点流过较大电流，流敏电阻的温度升高至转化阈值后，阻值迅速增大，起到破坏谐振条件的作用。安装在中性点处能够较好地发挥出阻尼作用，而且谐振能量越大，流敏型消谐器的消谐时间越短。因此，采用流敏材料作为阻尼元件，谐振过电压的幅值越大，消谐速度越快，对设备的绝缘越有利。

整个消谐过程利用的是ZnO电阻的伏安物理特性，无需人工操作，因此可达到自动消谐的目的。