沈開輝，鄭哲藝，顏 城，黃永州，宋安超，莊 湧

（1.國(guó)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(shù)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(guó)配電網(wǎng)建設(shè)、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(shè)備運(yùn)行的可靠性和電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了多種鐵磁諧振治理措施，國(guó)內(nèi)也有不少針對(duì)鐵磁諧振問題研發(fā)的設(shè)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(duì)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(shè)計(jì)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(yàn)證裝置消諧效果，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際參數(shù)搭建了實(shí)驗(yàn)室模型。研究成果豐富了鐵磁諧振消諧措施和治理技術(shù)。

1 消諧器材料的確定

以具有正溫度特性的ZnO材料為例，對(duì)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(shí)由于電阻增大速度不足而導(dǎo)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(shí)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(zhuǎn)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(gè)數(shù)量級(jí)），發(fā)生半導(dǎo)體和絕緣體的相互轉(zhuǎn)變；反之，當(dāng)流敏材料從高溫的環(huán)境降至常溫時(shí)，其阻值也會(huì)隨之下降到低阻狀態(tài)。可知消諧電阻溫度與流過電流正相關(guān)，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(bǔ)其缺陷。

2 消諧裝置工作機(jī)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(diǎn)與地之間，可以起到以下作用：

正常運(yùn)行條件下，流敏型一次消諧器呈低阻，發(fā)生PT鐵磁諧振時(shí)快速呈高阻而實(shí)現(xiàn)快速消諧；當(dāng)一次繞組勵(lì)磁電流增加，電壓互感器鐵芯飽和時(shí)，中性點(diǎn)出現(xiàn)位移電壓，導(dǎo)致中性點(diǎn)流過較大電流，流敏電阻的溫度升高至轉(zhuǎn)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(diǎn)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(shí)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(duì)設(shè)備的絕緣越有利。

整個(gè)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(dá)到自動(dòng)消諧的目的。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

搭建PT串聯(lián)流敏型消諧器模擬平臺(tái)，具體見圖3。

圖3 流敏型消諧裝置實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)平臺(tái)

試驗(yàn)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(gè)，A、B、C三相的電流互感器變比為0.20833。

調(diào)整試驗(yàn)平臺(tái)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(cè)A、B、C三相電壓、電流和中性點(diǎn)電流以及開口三角電壓，結(jié)果見表1。

表1 PT中性點(diǎn)串接流敏型一次消諧器試驗(yàn)數(shù)據(jù)

利用示波器檢測(cè)消諧器波形圖，結(jié)果見圖4。

由圖4可見，PT中性點(diǎn)經(jīng)一次流敏型消諧器接地工況對(duì)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(yuǎn)低于PT保險(xiǎn)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(diǎn)串接流敏型消諧器試驗(yàn)波形圖

對(duì)免諧裝置的能量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得到如圖5所示的波形。

由圖5可知，諧振時(shí)消諧電阻在0.2s之內(nèi)能夠吸收的能量達(dá)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(shí)ZnO消諧器吸收能量波形曲線