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摘要：为解决中性点不接地系统电压互感器频繁损坏，本文提出的綜合解决方法，成功开发了一种配电网电压互感器主动干预装置，解决了中性点不接地电网中电压互感器可能要承受电网间歇性单相接地引起的过电流，提升了中性点不接地系统PT的安全性和热稳固性，系统正常运行时投入真空开关可抑制系统的测量开口的电压偏移，不影响系统的测量和保护，提高了信号的电能质量特征，并投入现场应用。
关键词：电压互感器;配电网;主动干预;电能质量
0引言
随着在电压互感器PT中性点加装非线性消谐器为当前电力系统中应用于抑制铁磁谐振及涌流最为普遍的方法。在PT一次中性点通过线性或非线性电阻接地，能有效起到阻尼和限流作用。当系统存在较大3次谐波电流时，因3次谐波呈零序特性，流过中性点电阻形成较高3次谐波电压，影响供电电能质量的同时，导致中性点电位严重偏移[1-7]。
针对中性线非接地系统的配电网中母线PT经常出现一次绕组烧损和高压熔断器熔断及3次谐波电压含有率偏大等，传统解决方法存在一定缺陷。基于此，有必要研制一种配电网电压互感器主动干预装置，来解决上述问题。
一、设计方案
本文为解决上述各种PT保护方案不完善的问题，综合各种原理的保护方案的优点，提供一种基于真空开关和可控硅组合的配电网电压互感器主动干预方法，即在 PT 的一次侧中性点使用碳化硅非线性电阻和真空开关并联接地，在 PT二次侧开口三角回路加可控硅，将一次抗谐限流和二次消谐整合，避免了上述方案单独使用时的缺点，形成综合解决方案[8-12]。
装置系统包括包括信号调理单元、微处理单元、保护控制单元、状态指示单元、外部存储单元和电源管理单元，如图1所示。
二、模块功能
本文将重点介绍系统各模块的功能：
（1）信号调理单元是将电磁式电压互感器PT二次侧输出的零序电压信号调理至合适范围后送至微处理单元;
（2）微处理单元是整个装置的核心单元，实时采集信号调理单元输出的电压信号，经计算分析后输出相应的控制命令至保护控制单元，同时将已采集的数据送至外部存储单元，并将装置的运行状态发送至状态指示单元，用于显示装置是否正常工作;
（3）保护控制单元是将微处理单元输出的控制命令，通过相应的驱动控制真空开关和可控硅的开通或关断;
（4）状态指示单元是将微处理单位输出装置的运行状态，并以指示灯进行显示，对相应的异常情况进行报警输出;
（5）外部存储单元是存储来自微处理单元已采集的数据;所述电源管理模块是管理整个装置的工作电源，涉及多种电压等级以不同芯片、器件的工作。
本文研制的装置在抗饱和型 PT一次侧与碳化硅非线性电阻并联真空开关、二次侧开口三角回路加可控硅，实现一次抗谐限流和二次消谐相结合的方法能快速有效的抑制系统的低频谐振、PT 涌流、系统谐振等各种PT故障。具体的检测、控制策略如下：
基于真空开关和可控硅组合的配电网电压互感器主动干预装置监测零序（开口三角）电压，依据故障电压特征判断故障性质，并发出相应的控制进行保护[13-14]。1）若系统运行正常，开口三角电压均正常，微处理单元启动投入真空开关，旁路SiC，为计量、测控装置提供高电能质量电压信号;2）若系统发生单相接地故障，故障相的电压降为零，非故障相的电压升高到线电压，开口三角处测量出100V电压，装置判定为PT涌流，则微处理单元启动断开真空开关，投入SiC，抑制接地恢复涌流，等待系统运行正常自动复归;3）若电压互感器发生铁磁谐振时，中性点产生位移，使三相电压不对称，互感器饱和，出现零序磁通，高压绕组流过零序电流，在开口三角两端会感应零序电压，装置判定为低频谐振，则微处理单元启动二次0～300Hz可控硅全频消谐，通过建立的磁通达到起去磁作用，当可控硅导通时，有零序电流流通，这个电流是对高压绕组中的零序电流所建立的磁通起去磁作用的，二次零序电流越大，去磁效果越大，短接时效果最好，如果长期处于短接状态，则可能不发生谐振，但短接对互感器是不能长期运行的，只允许运行1s以内，则利用可控硅在发生谐振时，由微处理单元采集数据，超过正常电压值后使可控硅导通，使谐振瞬间消除，谐振消失后，可控硅又恢复阻断状态;4）若可控硅导通运行超过1s后，谐振仍未消除，装置判定为系统谐振，则微处理单元启动断开真空开关，投入SiC，可控硅保持阻断状态，抑制系统谐振，等待系统运行正常自动复归。5）若电压互感器发生断线故障，故障相电压降为零，非故障相的电压正常，开口三角存在电压，装置判定为断线故障，则微处理单元不进行任何操作。具体检测及控制策略，如图2所示。
三、结论
本文针对中性点不接地系统电压互感器频繁损坏提出的综合解决方法，成功开发了一种配电网电压互感器主动干预装置，解决了中性点不接地电网中电压互感器可能要承受电网间歇性单相接地引起的过电流，提升了中性点不接地系统PT的安全性和热稳固性，系统正常运行时投入真空开关可抑制系统的测量开口的电压偏移，不影响系统的测量和保护，提高了信号的电能质量特征，并投入现场应用。若该装置成果能得到推广，可进一步优化或完善装置的体积、外观和功能，真正实现配网PT高可靠性运行和高电能质量特性。
参 考 文 献
[1]刘志刚. 电磁式电压互感器故障分析及综合防护[J].炼油与化工， 2018， 29（2）：58-60.
[2]李杲喆，薛玮，周力行.配电网串联补偿线路铁磁谐振风险评估[J].电器与能效管理技术，2019，（2）：32-37.
[3]易成星，杨伟， 朱文艳. 电压互感器铁磁谐振过电压的研究[J].电工电气， 2013， （9）：20-23.
[4]段宏坤. 10k V电压互感器高压保险熔断的原因分析及治理措施研究[D]. 保定：华北电力大学，2013.
[5]姜伟. 配电网铁磁谐振分析与治理措施研究[D]. 济南：山东大学，2014.
[6]杨文勇， 刘丽， 戴宇， 等. 接地消弧装置导致PT铁磁谐振机理分析[J]. 电力大数据， 2019， 22（8）：88-92.
[7]齐郑， 李鸿毅. 孤岛模式下的微网多PT铁磁谐振的研究[J]. 电力系统保护与控制， 2019， 47（22）：52-58.
[8]孟宪影， 狄藤藤， 杜飞. 基于综合判别方法的单相接地/PT断线故障自动判别及报警装置研发[J]. 装备制造技术， 2018， （12），215-217+224.
[9]申文伟，何峰，鲍新， 等. 中性点非有效接地系统电压互感器故障分析与治理措施研究[J]. 高压电器， 2018， 54（7）：200-205.
[10]朱望强. 医院供电系统铁磁谐振发生与防治和高可靠性供电方法研究[D]. 重庆：重庆大学， 2018.
[11]李蕾. 10kV配电网中铁磁谐振过电压及抑制措施的研究[D]. 济南：山东大学， 2018.
[12]粱晓红， 刘永青 ，严福超， 等. 10kV系统单相接地引起PT烧毁原因分析及处理[J]. 电工技术， 2017， （12）：76-77+82.
[13]赵淑敏， 凌光. 小接地系统4PT方式的二次电压分析与建模[J]. 电气自动化， 2017， 39（1）： 78-81..
[14]刘衍， 龙国华， 周求宽， 等. 开关型消弧激发PT过流的试验与仿真研究[J]. 高压电器， 2017， 53（2）：87-94.
作者简介：
江晓波（1989-），男，汉族，助理工程师，主要研究方向：电力系统分析及运行控制技术。
关键词：电压互感器;配电网;主动干预;电能质量
0引言
随着在电压互感器PT中性点加装非线性消谐器为当前电力系统中应用于抑制铁磁谐振及涌流最为普遍的方法。在PT一次中性点通过线性或非线性电阻接地，能有效起到阻尼和限流作用。当系统存在较大3次谐波电流时，因3次谐波呈零序特性，流过中性点电阻形成较高3次谐波电压，影响供电电能质量的同时，导致中性点电位严重偏移[1-7]。
针对中性线非接地系统的配电网中母线PT经常出现一次绕组烧损和高压熔断器熔断及3次谐波电压含有率偏大等，传统解决方法存在一定缺陷。基于此，有必要研制一种配电网电压互感器主动干预装置，来解决上述问题。
一、设计方案
本文为解决上述各种PT保护方案不完善的问题，综合各种原理的保护方案的优点，提供一种基于真空开关和可控硅组合的配电网电压互感器主动干预方法，即在 PT 的一次侧中性点使用碳化硅非线性电阻和真空开关并联接地，在 PT二次侧开口三角回路加可控硅，将一次抗谐限流和二次消谐整合，避免了上述方案单独使用时的缺点，形成综合解决方案[8-12]。
装置系统包括包括信号调理单元、微处理单元、保护控制单元、状态指示单元、外部存储单元和电源管理单元，如图1所示。
二、模块功能
本文将重点介绍系统各模块的功能：
（1）信号调理单元是将电磁式电压互感器PT二次侧输出的零序电压信号调理至合适范围后送至微处理单元;
（2）微处理单元是整个装置的核心单元，实时采集信号调理单元输出的电压信号，经计算分析后输出相应的控制命令至保护控制单元，同时将已采集的数据送至外部存储单元，并将装置的运行状态发送至状态指示单元，用于显示装置是否正常工作;
（3）保护控制单元是将微处理单元输出的控制命令，通过相应的驱动控制真空开关和可控硅的开通或关断;
（4）状态指示单元是将微处理单位输出装置的运行状态，并以指示灯进行显示，对相应的异常情况进行报警输出;
（5）外部存储单元是存储来自微处理单元已采集的数据;所述电源管理模块是管理整个装置的工作电源，涉及多种电压等级以不同芯片、器件的工作。
本文研制的装置在抗饱和型 PT一次侧与碳化硅非线性电阻并联真空开关、二次侧开口三角回路加可控硅，实现一次抗谐限流和二次消谐相结合的方法能快速有效的抑制系统的低频谐振、PT 涌流、系统谐振等各种PT故障。具体的检测、控制策略如下：
基于真空开关和可控硅组合的配电网电压互感器主动干预装置监测零序（开口三角）电压，依据故障电压特征判断故障性质，并发出相应的控制进行保护[13-14]。1）若系统运行正常，开口三角电压均正常，微处理单元启动投入真空开关，旁路SiC，为计量、测控装置提供高电能质量电压信号;2）若系统发生单相接地故障，故障相的电压降为零，非故障相的电压升高到线电压，开口三角处测量出100V电压，装置判定为PT涌流，则微处理单元启动断开真空开关，投入SiC，抑制接地恢复涌流，等待系统运行正常自动复归;3）若电压互感器发生铁磁谐振时，中性点产生位移，使三相电压不对称，互感器饱和，出现零序磁通，高压绕组流过零序电流，在开口三角两端会感应零序电压，装置判定为低频谐振，则微处理单元启动二次0～300Hz可控硅全频消谐，通过建立的磁通达到起去磁作用，当可控硅导通时，有零序电流流通，这个电流是对高压绕组中的零序电流所建立的磁通起去磁作用的，二次零序电流越大，去磁效果越大，短接时效果最好，如果长期处于短接状态，则可能不发生谐振，但短接对互感器是不能长期运行的，只允许运行1s以内，则利用可控硅在发生谐振时，由微处理单元采集数据，超过正常电压值后使可控硅导通，使谐振瞬间消除，谐振消失后，可控硅又恢复阻断状态;4）若可控硅导通运行超过1s后，谐振仍未消除，装置判定为系统谐振，则微处理单元启动断开真空开关，投入SiC，可控硅保持阻断状态，抑制系统谐振，等待系统运行正常自动复归。5）若电压互感器发生断线故障，故障相电压降为零，非故障相的电压正常，开口三角存在电压，装置判定为断线故障，则微处理单元不进行任何操作。具体检测及控制策略，如图2所示。
三、结论
本文针对中性点不接地系统电压互感器频繁损坏提出的综合解决方法，成功开发了一种配电网电压互感器主动干预装置，解决了中性点不接地电网中电压互感器可能要承受电网间歇性单相接地引起的过电流，提升了中性点不接地系统PT的安全性和热稳固性，系统正常运行时投入真空开关可抑制系统的测量开口的电压偏移，不影响系统的测量和保护，提高了信号的电能质量特征，并投入现场应用。若该装置成果能得到推广，可进一步优化或完善装置的体积、外观和功能，真正实现配网PT高可靠性运行和高电能质量特性。
参 考 文 献
[1]刘志刚. 电磁式电压互感器故障分析及综合防护[J].炼油与化工， 2018， 29（2）：58-60.
[2]李杲喆，薛玮，周力行.配电网串联补偿线路铁磁谐振风险评估[J].电器与能效管理技术，2019，（2）：32-37.
[3]易成星，杨伟， 朱文艳. 电压互感器铁磁谐振过电压的研究[J].电工电气， 2013， （9）：20-23.
[4]段宏坤. 10k V电压互感器高压保险熔断的原因分析及治理措施研究[D]. 保定：华北电力大学，2013.
[5]姜伟. 配电网铁磁谐振分析与治理措施研究[D]. 济南：山东大学，2014.
[6]杨文勇， 刘丽， 戴宇， 等. 接地消弧装置导致PT铁磁谐振机理分析[J]. 电力大数据， 2019， 22（8）：88-92.
[7]齐郑， 李鸿毅. 孤岛模式下的微网多PT铁磁谐振的研究[J]. 电力系统保护与控制， 2019， 47（22）：52-58.
[8]孟宪影， 狄藤藤， 杜飞. 基于综合判别方法的单相接地/PT断线故障自动判别及报警装置研发[J]. 装备制造技术， 2018， （12），215-217+224.
[9]申文伟，何峰，鲍新， 等. 中性点非有效接地系统电压互感器故障分析与治理措施研究[J]. 高压电器， 2018， 54（7）：200-205.
[10]朱望强. 医院供电系统铁磁谐振发生与防治和高可靠性供电方法研究[D]. 重庆：重庆大学， 2018.
[11]李蕾. 10kV配电网中铁磁谐振过电压及抑制措施的研究[D]. 济南：山东大学， 2018.
[12]粱晓红， 刘永青 ，严福超， 等. 10kV系统单相接地引起PT烧毁原因分析及处理[J]. 电工技术， 2017， （12）：76-77+82.
[13]赵淑敏， 凌光. 小接地系统4PT方式的二次电压分析与建模[J]. 电气自动化， 2017， 39（1）： 78-81..
[14]刘衍， 龙国华， 周求宽， 等. 开关型消弧激发PT过流的试验与仿真研究[J]. 高压电器， 2017， 53（2）：87-94.
作者简介：
江晓波（1989-），男，汉族，助理工程师，主要研究方向：电力系统分析及运行控制技术。