一種配電網(wǎng)電壓互感器主動干預(yù)裝置研制

摘要：為解決中性點不接地系統(tǒng)電壓互感器頻繁損壞，本文提出的綜合解決方法，成功開發(fā)了一種配電網(wǎng)電壓互感器主動干預(yù)裝置，解決了中性點不接地電網(wǎng)中電壓互感器可能要承受電網(wǎng)間歇性單相接地引起的過電流，提升了中性點不接地系統(tǒng)PT的安全性和熱穩(wěn)固性，系統(tǒng)正常運行時投入真空開關(guān)可抑制系統(tǒng)的測量開口的電壓偏移，不影響系統(tǒng)的測量和保護(hù)，提高了信號的電能質(zhì)量特征，并投入現(xiàn)場應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電壓互感器;配電網(wǎng);主動干預(yù);電能質(zhì)量

0引言

隨著在電壓互感器PT中性點加裝非線性消諧器為當(dāng)前電力系統(tǒng)中應(yīng)用于抑制鐵磁諧振及涌流最為普遍的方法。在PT一次中性點通過線性或非線性電阻接地，能有效起到阻尼和限流作用。當(dāng)系統(tǒng)存在較大3次諧波電流時，因3次諧波呈零序特性，流過中性點電阻形成較高3次諧波電壓，影響供電電能質(zhì)量的同時，導(dǎo)致中性點電位嚴(yán)重偏移[1-7]。

針對中性線非接地系統(tǒng)的配電網(wǎng)中母線PT經(jīng)常出現(xiàn)一次繞組燒損和高壓熔斷器熔斷及3次諧波電壓含有率偏大等，傳統(tǒng)解決方法存在一定缺陷。基于此，有必要研制一種配電網(wǎng)電壓互感器主動干預(yù)裝置，來解決上述問題。

一、設(shè)計方案

本文為解決上述各種PT保護(hù)方案不完善的問題，綜合各種原理的保護(hù)方案的優(yōu)點，提供一種基于真空開關(guān)和可控硅組合的配電網(wǎng)電壓互感器主動干預(yù)方法，即在 PT 的一次側(cè)中性點使用碳化硅非線性電阻和真空開關(guān)并聯(lián)接地，在 PT二次側(cè)開口三角回路加可控硅，將一次抗諧限流和二次消諧整合，避免了上述方案單獨使用時的缺點，形成綜合解決方案[8-12]。

裝置系統(tǒng)包括包括信號調(diào)理單元、微處理單元、保護(hù)控制單元、狀態(tài)指示單元、外部存儲單元和電源管理單元，如圖1所示。

二、模塊功能

本文將重點介紹系統(tǒng)各模塊的功能：

（1）信號調(diào)理單元是將電磁式電壓互感器PT二次側(cè)輸出的零序電壓信號調(diào)理至合適范圍后送至微處理單元;

（2）微處理單元是整個裝置的核心單元，實時采集信號調(diào)理單元輸出的電壓信號，經(jīng)計算分析后輸出相應(yīng)的控制命令至保護(hù)控制單元，同時將已采集的數(shù)據(jù)送至外部存儲單元，并將裝置的運行狀態(tài)發(fā)送至狀態(tài)指示單元，用于顯示裝置是否正常工作;

（3）保護(hù)控制單元是將微處理單元輸出的控制命令，通過相應(yīng)的驅(qū)動控制真空開關(guān)和可控硅的開通或關(guān)斷;

（4）狀態(tài)指示單元是將微處理單位輸出裝置的運行狀態(tài)，并以指示燈進(jìn)行顯示，對相應(yīng)的異常情況進(jìn)行報警輸出;

（5）外部存儲單元是存儲來自微處理單元已采集的數(shù)據(jù);所述電源管理模塊是管理整個裝置的工作電源，涉及多種電壓等級以不同芯片、器件的工作。

本文研制的裝置在抗飽和型 PT一次側(cè)與碳化硅非線性電阻并聯(lián)真空開關(guān)、二次側(cè)開口三角回路加可控硅，實現(xiàn)一次抗諧限流和二次消諧相結(jié)合的方法能快速有效的抑制系統(tǒng)的低頻諧振、PT 涌流、系統(tǒng)諧振等各種PT故障。具體的檢測、控制策略如下：

基于真空開關(guān)和可控硅組合的配電網(wǎng)電壓互感器主動干預(yù)裝置監(jiān)測零序（開口三角）電壓，依據(jù)故障電壓特征判斷故障性質(zhì)，并發(fā)出相應(yīng)的控制進(jìn)行保護(hù)[13-14]。1）若系統(tǒng)運行正常，開口三角電壓均正常，微處理單元啟動投入真空開關(guān)，旁路SiC，為計量、測控裝置提供高電能質(zhì)量電壓信號;2）若系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，故障相的電壓降為零，非故障相的電壓升高到線電壓，開口三角處測量出100V電壓，裝置判定為PT涌流，則微處理單元啟動斷開真空開關(guān)，投入SiC，抑制接地恢復(fù)涌流，等待系統(tǒng)運行正常自動復(fù)歸;3）若電壓互感器發(fā)生鐵磁諧振時，中性點產(chǎn)生位移，使三相電壓不對稱，互感器飽和，出現(xiàn)零序磁通，高壓繞組流過零序電流，在開口三角兩端會感應(yīng)零序電壓，裝置判定為低頻諧振，則微處理單元啟動二次0～300Hz可控硅全頻消諧，通過建立的磁通達(dá)到起去磁作用，當(dāng)可控硅導(dǎo)通時，有零序電流流通，這個電流是對高壓繞組中的零序電流所建立的磁通起去磁作用的，二次零序電流越大，去磁效果越大，短接時效果最好，如果長期處于短接狀態(tài)，則可能不發(fā)生諧振，但短接對互感器是不能長期運行的，只允許運行1s以內(nèi)，則利用可控硅在發(fā)生諧振時，由微處理單元采集數(shù)據(jù)，超過正常電壓值后使可控硅導(dǎo)通，使諧振瞬間消除，諧振消失后，可控硅又恢復(fù)阻斷狀態(tài);4）若可控硅導(dǎo)通運行超過1s后，諧振仍未消除，裝置判定為系統(tǒng)諧振，則微處理單元啟動斷開真空開關(guān)，投入SiC，可控硅保持阻斷狀態(tài)，抑制系統(tǒng)諧振，等待系統(tǒng)運行正常自動復(fù)歸。5）若電壓互感器發(fā)生斷線故障，故障相電壓降為零，非故障相的電壓正常，開口三角存在電壓，裝置判定為斷線故障，則微處理單元不進(jìn)行任何操作。具體檢測及控制策略，如圖2所示。

三、結(jié)論

本文針對中性點不接地系統(tǒng)電壓互感器頻繁損壞提出的綜合解決方法，成功開發(fā)了一種配電網(wǎng)電壓互感器主動干預(yù)裝置，解決了中性點不接地電網(wǎng)中電壓互感器可能要承受電網(wǎng)間歇性單相接地引起的過電流，提升了中性點不接地系統(tǒng)PT的安全性和熱穩(wěn)固性，系統(tǒng)正常運行時投入真空開關(guān)可抑制系統(tǒng)的測量開口的電壓偏移，不影響系統(tǒng)的測量和保護(hù)，提高了信號的電能質(zhì)量特征，并投入現(xiàn)場應(yīng)用。若該裝置成果能得到推廣，可進(jìn)一步優(yōu)化或完善裝置的體積、外觀和功能，真正實現(xiàn)配網(wǎng)PT高可靠性運行和高電能質(zhì)量特性。

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作者簡介：

江曉波（1989-），男，漢族，助理工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)分析及運行控制技術(shù)。