考慮流通能量的自動消諧裝置的設計與應用

沈開輝，鄭哲藝，顏 城，黃永州，宋安超，莊 湧

（1.國網(wǎng)福建省電力有限公司漳州供電公司，福建 漳州363020；2.安徽正廣電電力技術有限公司，安徽 合肥230088；3.南京瓦瑞電力科技有限公司，江蘇 南京210008）

隨著我國配電網(wǎng)建設、電網(wǎng)規(guī)模的增大和電纜線路的增多，電磁式電壓互感器鐵磁諧振現(xiàn)象依然存在，帶來的危害和影響也因電網(wǎng)的發(fā)展程度而加劇，極大地威脅到斷路器和其他電力設備運行的可靠性和電力系統(tǒng)運行的安全性。

目前國內(nèi)外學者提出了多種鐵磁諧振治理措施，國內(nèi)也有不少針對鐵磁諧振問題研發(fā)的設備與裝置，然而分析鐵磁諧振造成的互感器事故表明，多數(shù)消諧失敗的原因在于消諧器對諧振能量的吸納不足。

鑒于此，提出了一種考慮流通能量的鐵磁諧振消諧裝置的設計方法，采用具有大流通能力的ZnO材料，利用其正溫度特性，制成流敏消諧電阻，并確定了消諧流通能量。為了驗證裝置消諧效果，根據(jù)系統(tǒng)實際參數(shù)搭建了實驗室模型。研究成果豐富了鐵磁諧振消諧措施和治理技術。

1 消諧器材料的確定

以具有正溫度特性的ZnO材料為例，對比SiC、ZnO非線性電阻的伏安特性曲線如圖1所示。

圖1 ZnO、SiC非線性電阻伏安特性曲線

由圖1可見，壓敏材料SiC在相同電流作用下其電阻增大速度相比ZnO而言，其速度具有明顯的滯后性，這也是壓敏消諧器在諧振時由于電阻增大速度不足而導致其消諧失敗的主要原因；ZnO具有正溫度特性，且其伏安特性更為陡峭，在流通大電流時其電阻快速增大，提高了吸收諧振能量的能力，為此可選取ZnO材料制作消諧電阻Rx。

ZnO型消諧電阻由于所采用的PTC材料具有熱敏特性能，在一定的轉變溫度下發(fā)生相變，其電阻率迅速增加至極限值（可增大3-7個數(shù)量級），發(fā)生半導體和絕緣體的相互轉變；反之，當流敏材料從高溫的環(huán)境降至常溫時，其阻值也會隨之下降到低阻狀態(tài)?？芍C電阻溫度與流過電流正相關，采用正溫度特性ZnO材料替代傳統(tǒng)SiC材料制成消諧電阻可以彌補其缺陷。

2 消諧裝置工作機理

圖2為ZnO型流敏型消諧器的安裝接線方式。

由圖2可見，流敏型消諧器串聯(lián)安裝在PT中性點與地之間，可以起到以下作用：

正常運行條件下，流敏型一次消諧器呈低阻，發(fā)生PT鐵磁諧振時快速呈高阻而實現(xiàn)快速消諧；當一次繞組勵磁電流增加，電壓互感器鐵芯飽和時，中性點出現(xiàn)位移電壓，導致中性點流過較大電流，流敏電阻的溫度升高至轉化閾值后，阻值迅速增大，起到破壞諧振條件的作用。安裝在中性點處能夠較好地發(fā)揮出阻尼作用，而且諧振能量越大，流敏型消諧器的消諧時間越短。因此，采用流敏材料作為阻尼元件，諧振過電壓的幅值越大，消諧速度越快，對設備的絕緣越有利。

整個消諧過程利用的是ZnO電阻的伏安物理特性，無需人工操作，因此可達到自動消諧的目的。

3 試驗驗證

搭建PT串聯(lián)流敏型消諧器模擬平臺，具體見圖3。

圖3 流敏型消諧裝置實驗室試驗平臺

試驗系統(tǒng)中，線路互感參數(shù)L1的電感值為2.056mH、L2的 電 感 值 為2.3mH、L3的 電 感 值 為41.71uH、PT為10kV PT三個，A、B、C三相的電流互感器變比為0.20833。

調整試驗平臺中的參數(shù)，使之發(fā)生鐵磁諧振過電壓，采用示波器和電壓表與電流表共同監(jiān)測A、B、C三相電壓、電流和中性點電流以及開口三角電壓，結果見表1。

表1 PT中性點串接流敏型一次消諧器試驗數(shù)據(jù)

利用示波器檢測消諧器波形圖，結果見圖4。

由圖4可見，PT中性點經(jīng)一次流敏型消諧器接地工況對電壓互感器A、B、C三相電流的限制作用較為明顯，電流最大值約為0.1A-0.2A，遠低于PT保險的額定電流，可以避免電壓互感器發(fā)生諧振。

圖4 PT中性點串接流敏型消諧器試驗波形圖

對免諧裝置的能量進行監(jiān)測，得到如圖5所示的波形。

由圖5可知，諧振時消諧電阻在0.2s之內(nèi)能夠吸收的能量達到450J，流過的功率超過原有SiC消諧器的耐受閾值，但ZnO消諧器仍能保持其消諧功能。

圖5 諧振時ZnO消諧器吸收能量波形曲線