智能化擊穿保險(xiǎn)器測試裝置分析及其應(yīng)用前景探討

趙偉娜

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)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(jì)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(hù)設(shè)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(shí)維護(hù)線路上的關(guān)鍵裝置、電動(dòng)機(jī)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?，?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(hù)等，主要為電磁式（電容式電壓互感器運(yùn)用普遍），還有非電磁式，如電子式、光電式。擊穿保險(xiǎn)器安裝、使用與維護(hù)產(chǎn)品應(yīng)固定安裝于35 mm導(dǎo)軌。產(chǎn)品一端接被保護(hù)設(shè)備線路，如互感器的中性點(diǎn)、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(yīng)的報(bào)警裝置。

1 擊穿保險(xiǎn)器

1.1 擊穿保險(xiǎn)器概述

擊穿保險(xiǎn)器是一種用于室內(nèi)外電壓互感器二次側(cè)過電壓維護(hù)的設(shè)備，能防止由高壓引起的二次回路對二次設(shè)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(hù)設(shè)備[1]。擊穿保險(xiǎn)接地模式能夠避免上述問題（數(shù)百伏電壓可擊穿）。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，擊穿保險(xiǎn)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(xiǎn)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，該擊穿時(shí)短路，不該擊穿時(shí)開路，避免造成反措要求的多點(diǎn)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(xiǎn)的正常運(yùn)作。

1.2 擊穿保險(xiǎn)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(diǎn)電壓上升引起的絕緣擊穿狀況，常用擊穿保險(xiǎn)器作為主維護(hù)設(shè)備。一旦被維護(hù)設(shè)備與大地之間出現(xiàn)的過電壓提高到保險(xiǎn)器的放電電壓，擊穿保險(xiǎn)器即可放電，電流經(jīng)過接地裝置到達(dá)地面，從而使過電壓保持在特定數(shù)值內(nèi)，保護(hù)裝置的絕緣性。

2 擊穿保險(xiǎn)器測試裝置

2.1 智能化擊穿保險(xiǎn)器測試項(xiàng)目進(jìn)展

現(xiàn)階段，市場上沒有這種產(chǎn)品檢測設(shè)備，但具體電力生產(chǎn)運(yùn)用過程中的確需要這種裝置。筆者采用了各種擊穿保險(xiǎn)器、避雷器、壓敏保護(hù)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(dāng)前科學(xué)理論和實(shí)踐需要，應(yīng)用科學(xué)儀器和設(shè)備，通過針對性、系統(tǒng)評價(jià)，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(gè)自變量與一個(gè)因變量之間的聯(lián)系，從而達(dá)到多電壓、多電流、多波形等多項(xiàng)目標(biāo)。進(jìn)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(xiàng)目展開總結(jié)與評估（如表1所示）。

2.2 智能化擊穿保險(xiǎn)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(hù)設(shè)備與大地之間的電壓，通過計(jì)算放大后，運(yùn)用無觸點(diǎn)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(diǎn)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(hù)裝置。一旦被保護(hù)裝置與接地之間產(chǎn)生的過電壓達(dá)到保險(xiǎn)絲的放電電壓，保險(xiǎn)絲就會(huì)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(diǎn)電壓上升引起的絕緣擊穿狀況，常用擊穿保險(xiǎn)器作為主維護(hù)設(shè)備。若被維護(hù)設(shè)備與接地之間產(chǎn)生的過電壓上升至保險(xiǎn)器的放電電壓值，保險(xiǎn)器就會(huì)放電，電流將經(jīng)過接地設(shè)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(hù)設(shè)備的絕緣性。電子式擊穿保險(xiǎn)器的電氣特性與普通的擊穿保險(xiǎn)器完全相同，但其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通擊穿保險(xiǎn)器，是普通擊穿保險(xiǎn)器理想的替代產(chǎn)品。

2.3 智能化擊穿保險(xiǎn)器測試裝置技術(shù)路徑

擊穿保險(xiǎn)器內(nèi)置了獨(dú)特的雙脫扣保護(hù)裝置，還擁有熱保護(hù)和過載保護(hù)。當(dāng)主元件破損時(shí)，裝置能夠呈現(xiàn)開路狀態(tài)，進(jìn)而避免因部件損壞引發(fā)電壓互感器二次中性點(diǎn)多點(diǎn)接地或者繼電保護(hù)不規(guī)范作業(yè)。擊穿保險(xiǎn)器擁有損壞警報(bào)和與主回路電氣隔離的遙信輔助觸點(diǎn)輸入功能，能夠?yàn)椴僮魅藛T的日常巡視和接入遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)工作帶來便利，避免運(yùn)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(hù)的可靠性。擊穿保險(xiǎn)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(biāo)準(zhǔn)的35 mm安裝卡軌，現(xiàn)場安裝、檢修、維護(hù)更換非常方便。

2.4 智能化擊穿保險(xiǎn)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(biāo)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(hù)水平Up：2.8 kV；響應(yīng)時(shí)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(shí)，變電所接地網(wǎng)兩點(diǎn)間的暫態(tài)電位差會(huì)很大，可能高于電壓互感器一次繞組的絕緣耐受水平，進(jìn)而危害電壓互感器二次繞組中性點(diǎn)絕緣[2]。應(yīng)用于三相四線與三相五線系統(tǒng)中的預(yù)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(xiǎn)器測試裝置原理如圖1所示。

圖1 智能化擊穿保險(xiǎn)器測試裝置

3 智能化擊穿保險(xiǎn)器測試裝置的應(yīng)用前景

（1）本研究設(shè)計(jì)的智能化擊穿保險(xiǎn)器測試裝置用于解決不接地的低壓配電網(wǎng)絡(luò)中，因變壓器中性點(diǎn)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(shè)備絕緣得到有效保護(hù)，放電電壓從300～1 000 V連續(xù)可調(diào)，動(dòng)作后現(xiàn)場有信號顯示，并能同時(shí)送出報(bào)警信號動(dòng)作。當(dāng)過電壓消失，可遠(yuǎn)方手動(dòng)或自動(dòng)復(fù)歸，實(shí)現(xiàn)裝置重復(fù)使用，相當(dāng)于一個(gè)可控的無觸點(diǎn)開關(guān)。若被維護(hù)設(shè)備與接地之間的過電壓滿足放電電壓值，電子擊穿保險(xiǎn)器放電，電流經(jīng)過接地設(shè)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(hù)設(shè)備的絕緣性。電子式擊穿保險(xiǎn)器動(dòng)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(shè)定。實(shí)際上，由于電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的改變，要求擊穿保險(xiǎn)器的放電電壓作相應(yīng)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(jìn)行更換，可選擇附帶遙信端子，可以遠(yuǎn)程操作，具有通流量高、殘壓小、響應(yīng)放電速度大、動(dòng)作值離散性較低和絕緣性恢復(fù)迅速等特點(diǎn)。擊穿保險(xiǎn)器主要運(yùn)用于電壓互感器的二次側(cè)（低壓側(cè)）過電壓維護(hù)，以防止高壓進(jìn)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(shí)引起低壓側(cè)電壓升高，提升系統(tǒng)繼電保護(hù)的穩(wěn)定性。

（3）本智能化擊穿保險(xiǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，若電源保護(hù)因過流過熱導(dǎo)致?lián)舸┦r(shí)，失效脫離裝置可自動(dòng)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(shè)備的研制有效利用了新工藝和新技術(shù)，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(bǔ)了技術(shù)空白，而且引領(lǐng)了技術(shù)發(fā)展；不僅創(chuàng)新了操作模式，而且彌補(bǔ)了設(shè)備和元件中的不足，值得在全省系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。

4 結(jié) 論

擊穿保險(xiǎn)器是一種用于室內(nèi)外電壓互感器二次側(cè)過電壓維護(hù)的設(shè)備，能防止由高壓引起二次回路對二次設(shè)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(hù)設(shè)備。本研究提供的智能化擊穿保險(xiǎn)器測試裝置，設(shè)計(jì)滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。若電源保護(hù)因過流過熱導(dǎo)致?lián)舸┦r(shí)，失效脫離裝置可以自動(dòng)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(jìn)行更換。該設(shè)備的研制有效利用了新工藝和新技術(shù)，在智能系統(tǒng)層面滿足了現(xiàn)代電力增長的需求，引領(lǐng)了技術(shù)的發(fā)展。