智能化擊穿保險器測試裝置分析及其應用前景探討

趙偉娜

（廣西電網(wǎng)有限責任公司北海供電局，廣西 北海 536000）

0 引 言

電壓互感器用于改變線路上的電壓。由于變壓器電壓變換的目的是傳輸電能，因此容量很大，往往以kVA或MVA為計量單位。電壓互感器可轉(zhuǎn)換電壓，其主要用途是為測量儀表和繼電保護設備供電，測量線路的電壓、功率和電能，或在線路出現(xiàn)狀況時維護線路上的關鍵裝置、電動機和變壓器。電壓互感器的容量較低，往往只有幾至幾十伏，最高不超過1 kVA。電壓互感器使高電壓參照比率轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗妷海?00 V。電壓互感器一次側(cè)接在一次系統(tǒng)，二次側(cè)接測量儀表、繼電保護等，主要為電磁式（電容式電壓互感器運用普遍），還有非電磁式，如電子式、光電式。擊穿保險器安裝、使用與維護產(chǎn)品應固定安裝于35 mm導軌。產(chǎn)品一端接被保護設備線路，如互感器的中性點、不接地的變壓器相線，另一端接地（PE），接地電阻不超過10 Ω。遙信終端11、12為常開，11、14為常閉，根據(jù)需要接相應的報警裝置。

1 擊穿保險器

1.1 擊穿保險器概述

擊穿保險器是一種用于室內(nèi)外電壓互感器二次側(cè)過電壓維護的設備，能防止由高壓引起的二次回路對二次設備甚至人體造成的威脅。變壓器低壓側(cè)可避免斷路器引起的低壓側(cè)電壓升高、高壓和低壓線圈之間的漏電，是一種過電壓維護設備[1]。擊穿保險接地模式能夠避免上述問題（數(shù)百伏電壓可擊穿）。正常運轉(zhuǎn)時，擊穿保險能夠保障電壓與大地之間的絕對絕緣，但如何保障擊穿保險器的正常運轉(zhuǎn)，該擊穿時短路，不該擊穿時開路，避免造成反措要求的多點接地故障，在目前研究階段仍處于空白。本研究旨在開發(fā)一種測試裝備，保證擊穿保險的正常運作。

1.2 擊穿保險器的作用

為避免低壓配電系統(tǒng)不接地和電壓互感器中性點電壓上升引起的絕緣擊穿狀況，常用擊穿保險器作為主維護設備。一旦被維護設備與大地之間出現(xiàn)的過電壓提高到保險器的放電電壓，擊穿保險器即可放電，電流經(jīng)過接地裝置到達地面，從而使過電壓保持在特定數(shù)值內(nèi)，保護裝置的絕緣性。

2 擊穿保險器測試裝置

2.1 智能化擊穿保險器測試項目進展

現(xiàn)階段，市場上沒有這種產(chǎn)品檢測設備，但具體電力生產(chǎn)運用過程中的確需要這種裝置。筆者采用了各種擊穿保險器、避雷器、壓敏保護器等，展開了大規(guī)模的數(shù)據(jù)比對、整合、分析、集成和規(guī)劃。根據(jù)當前科學理論和實踐需要，應用科學儀器和設備，通過針對性、系統(tǒng)評價，依據(jù)回顧、記錄、測量和結(jié)論所伴隨的條件變化，掌握條件與現(xiàn)象之間的因果聯(lián)系，即說明多個自變量與一個因變量之間的聯(lián)系，從而達到多電壓、多電流、多波形等多項目標。進度安排：20天內(nèi)完成裝置研究，60天內(nèi)開發(fā)制造系統(tǒng)并完成軟件開發(fā)，15天內(nèi)對該項目展開總結(jié)與評估（如表1所示）。

2.2 智能化擊穿保險器測試裝置工作原理

本裝置利用高精度非線性電阻展開連線，監(jiān)測、收集被保護設備與大地之間的電壓，通過計算放大后，運用無觸點數(shù)字電路作為執(zhí)行元件。為避免低壓配電系統(tǒng)不接地和電壓互感器中性點電壓升高引起的絕緣擊穿問題，常用擊穿熔斷器作為主保護裝置。一旦被保護裝置與接地之間產(chǎn)生的過電壓達到保險絲的放電電壓，保險絲就會放電，電流將通過接地裝置送至接地。為避免低壓配電系統(tǒng)不接地和電壓互感器中性點電壓上升引起的絕緣擊穿狀況，常用擊穿保險器作為主維護設備。若被維護設備與接地之間產(chǎn)生的過電壓上升至保險器的放電電壓值，保險器就會放電，電流將經(jīng)過接地設備送至接地，從而可將過電壓限制在一定數(shù)值內(nèi)，有效保護設備的絕緣性。電子式擊穿保險器的電氣特性與普通的擊穿保險器完全相同，但其功能遠遠超過普通擊穿保險器，是普通擊穿保險器理想的替代產(chǎn)品。

2.3 智能化擊穿保險器測試裝置技術路徑

擊穿保險器內(nèi)置了獨特的雙脫扣保護裝置，還擁有熱保護和過載保護。當主元件破損時，裝置能夠呈現(xiàn)開路狀態(tài)，進而避免因部件損壞引發(fā)電壓互感器二次中性點多點接地或者繼電保護不規(guī)范作業(yè)。擊穿保險器擁有損壞警報和與主回路電氣隔離的遙信輔助觸點輸入功能，能夠為操作人員的日常巡視和接入遠程監(jiān)視系統(tǒng)工作帶來便利，避免運行中該類元件出現(xiàn)監(jiān)視死角，有效提高系統(tǒng)繼電保護的可靠性。擊穿保險器采用模塊式可插拔結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品由插拔模塊、安裝底座構(gòu)成，采用標準的35 mm安裝卡軌，現(xiàn)場安裝、檢修、維護更換非常方便。

2.4 智能化擊穿保險器測試裝置性能及參數(shù)

持續(xù)工作電壓：Uc500 V；工頻放電電壓：Us1 000～1 500 V；標稱放電電流 In（8/20 μs）：20 kA；大放電電流Imax（8/20 μs）：25 kA；電壓保護水平Up：2.8 kV；響應時間t：100 ns；工作溫度范圍：-40～80 ℃；工作/故障狀態(tài)：透明/紅；阻燃等級：V0；接線端子×小接線能力：4 mm2。

若變電所遭遇直擊雷，近區(qū)異常落雷或者出現(xiàn)工頻接地問題，變電所地網(wǎng)流入最高的雷電流或工頻接地電流時，變電所接地網(wǎng)兩點間的暫態(tài)電位差會很大，可能高于電壓互感器一次繞組的絕緣耐受水平，進而危害電壓互感器二次繞組中性點絕緣[2]。應用于三相四線與三相五線系統(tǒng)中的預裝配整體模塊，橋接件包含在整體模塊范圍內(nèi)。智能化擊穿保險器測試裝置原理如圖1所示。

圖1 智能化擊穿保險器測試裝置

3 智能化擊穿保險器測試裝置的應用前景

（1）本研究設計的智能化擊穿保險器測試裝置用于解決不接地的低壓配電網(wǎng)絡中，因變壓器中性點絕緣擊穿而引起的電壓上升現(xiàn)象，可將過電壓限制在一定數(shù)值內(nèi)，使設備絕緣得到有效保護，放電電壓從300～1 000 V連續(xù)可調(diào)，動作后現(xiàn)場有信號顯示，并能同時送出報警信號動作。當過電壓消失，可遠方手動或自動復歸，實現(xiàn)裝置重復使用，相當于一個可控的無觸點開關。若被維護設備與接地之間的過電壓滿足放電電壓值，電子擊穿保險器放電，電流經(jīng)過接地設備送至接地，從而將過電壓限制在一定數(shù)值內(nèi)，有效保護設備的絕緣性。電子式擊穿保險器動作電壓值精確，放電電壓可根據(jù)現(xiàn)場系統(tǒng)的零序阻抗分布自行設定。實際上，由于電力系統(tǒng)運行方式的改變，要求擊穿保險器的放電電壓作相應調(diào)整。

（2）窗口顏色顯示工作狀態(tài)，紅色表示產(chǎn)品故障，提示工作人員進行更換，可選擇附帶遙信端子，可以遠程操作，具有通流量高、殘壓小、響應放電速度大、動作值離散性較低和絕緣性恢復迅速等特點。擊穿保險器主要運用于電壓互感器的二次側(cè)（低壓側(cè)）過電壓維護，以防止高壓進入二次回路，避免二次回路電壓危害人身安全與二次元件安全。此外，其能夠用于變壓器的低壓端，防止高壓與低壓線圈之間發(fā)生擊穿時引起低壓側(cè)電壓升高，提升系統(tǒng)繼電保護的穩(wěn)定性。

（3）本智能化擊穿保險器測試裝置可直接并聯(lián)，配備有指示燈，以表示器件是否有效運轉(zhuǎn)。設計滿足技術標準，若電源保護因過流過熱導致?lián)舸┦r，失效脫離裝置可自動將其從電網(wǎng)中脫離，且告警指示區(qū)域能夠在有作業(yè)電壓的狀態(tài)下展開替換。該設備的研制有效利用了新工藝和新技術，在智能系統(tǒng)層面滿足了現(xiàn)代電力增長的需求，不僅填補了技術空白，而且引領了技術發(fā)展；不僅創(chuàng)新了操作模式，而且彌補了設備和元件中的不足，值得在全省系統(tǒng)中推廣應用。

4 結(jié) 論

擊穿保險器是一種用于室內(nèi)外電壓互感器二次側(cè)過電壓維護的設備，能防止由高壓引起二次回路對二次設備甚至人體造成威脅。變壓器低壓側(cè)可避免因斷路器引起低壓側(cè)電壓升高、高壓和低壓線圈之間漏電，是一種過電壓維護設備。本研究提供的智能化擊穿保險器測試裝置，設計滿足技術標準。若電源保護因過流過熱導致?lián)舸┦r，失效脫離裝置可以自動將其從電網(wǎng)上脫離，且告警指示區(qū)域能夠在具有作業(yè)電壓的狀態(tài)下進行更換。該設備的研制有效利用了新工藝和新技術，在智能系統(tǒng)層面滿足了現(xiàn)代電力增長的需求，引領了技術的發(fā)展。