一種提高中壓配電網PT安全運行的實現策略

施耀武

摘? 要：電壓互感器是10kV、35kV配電網實現計量、保護、監控的關鍵設備，為保護電壓互感器通常在高壓側安裝高壓熔斷器，但高壓熔斷器頻發，影響系統正常，通過切換運行線路、更換熔斷器等方式處理降低系統穩定性和經濟性。文章對引發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配電網是我國主要采用的中壓配電網。電壓互感器將一次電壓轉換為二次電壓以實現配電網系統監控、計量、保護等功能，是保證系統安全、可靠、穩定運行的重要設備。電磁式電壓互感器（Potential Transformer PT）是電力系統最為廣泛使用的電壓互感器。為保護PT設備，在其高壓側安裝熔斷器。當系統發送單相接地故障、諧振過電壓時引發熔斷器熔斷，嚴重時燒壞PT，危害電力系統安全。

本文總結了引發PT高壓熔斷器熔斷原因，在此基礎上設計了一種具有抑制鐵磁諧振、抑制低頻涌流流入PT繞組的治理設備，提高系統運行穩定性和經濟性。

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系統中導致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中一些電感、電容元件在系統進行操作或發生故障時可形成各種振蕩回路，在一定的能源作用下，會產生串聯諧振現象，導致系統某些元件出現嚴重的過電壓[2]。系統發生諧振時，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，同一系統中所有PT均受到威脅。

PT是一種利用電磁感應實現能量交換的靜態設備，其磁通密度B和電流I特性如圖1所示，在一段區間內鐵芯磁通密度與電流近似于線性關系，隨著電流增加鐵芯呈現磁飽和。

當系統電容與PT電感滿足：ωl=1/ωc時，ω為角頻率，即對應圖2兩條線路的交點時，產生鐵磁諧振。鐵磁諧振發生時，PT激勵電流迅速增加，引發高壓熔斷器熔斷，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，系統正常運行時，依照基爾霍夫電流定律系統總電荷為零;當其中一相發生短路接地故障時，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，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生很大沖擊電流使得熔斷器發生熔斷。

2 基于可變電阻的抑制方案設計

在PT中性點加裝非線性消諧器為當前電力系統中應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并聯接地，如圖4所示。系統正常運行時真空繼電器開關K閉合旁路碳化硅電阻（SiC）相當于PT的中性點直接接地，完全抑制系統的測量開口的電壓偏移同時，降低了零序回路阻抗，實現了降低3次諧波電壓含有率的目的。當系統發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，有效抑制系統的諧振和沖擊涌流，接地故障恢復后K延時閉合系統恢復正常。系統正常運行時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PT開口三角形的信號，經內部算法邏輯計算，確定故障恢復過程真空繼電器。

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，為監測系統零序電壓，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。

當發生單相接地時，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PT發生鐵磁諧振時，電壓升高，此時開口電壓感應處很高的電壓，但小于100V。

3.3 控制實現

監測設備根據PT二次側三角形開口電壓值，結合鐵磁諧振、單相接地故障等開口電壓特性，實現圖4的真空繼電器開關K開斷。

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

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

（3）當開口電壓約為100V時，判斷系統發送單相短路，開關K為呈現開狀態，此時圖4的SiC非線性電阻接地。

根據以上設計的控制方案，能有效解決PT熔斷器熔斷頻發問題。

4 結束語

通過引發PT高壓熔斷器機理分析，設計了一套可抑制諧振涌浪電流、單相接地故障電流流入P熔斷器的治理設備，提高10kV、35kV配電網系統可靠性和經濟性。

參考文獻：

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