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隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，短路電流超標(biāo)問(wèn)題日益嚴(yán)峻，對(duì)電網(wǎng)及設(shè)備的安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅，迫切需要研究性能優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行可靠的電網(wǎng)限流技術(shù)。故障限流器作為一種電網(wǎng)限流技術(shù)近年來(lái)在高壓電網(wǎng)進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用。由于其可靠性低、制造及運(yùn)維成本高、占地面積大等問(wèn)題，導(dǎo)致應(yīng)用范圍受限，尚未在高壓電網(wǎng)中規(guī)?；茝V應(yīng)用。

為此，將故障限流器與變壓器進(jìn)行集成化設(shè)計(jì)，形成兼具故障限流器功能和變壓器功能的變阻抗變壓器（Variable Impedance Transformer, VIT）。正常運(yùn)行時(shí)，變阻抗變壓器呈低阻抗?fàn)顟B(tài)，運(yùn)行損耗小，出口電壓隨負(fù)荷波動(dòng)?。划?dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，通過(guò)快速開(kāi)關(guān)瞬間將變阻抗變壓器轉(zhuǎn)換至高阻抗?fàn)顟B(tài)，從而限制短路電流。

目前，110kV-63MVA變阻抗變壓器樣機(jī)已研制成功，通過(guò)掛網(wǎng)運(yùn)行和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，限流效果和運(yùn)行穩(wěn)定性得到了驗(yàn)證。變阻抗變壓器通過(guò)快速開(kāi)關(guān)分合實(shí)現(xiàn)阻抗轉(zhuǎn)換，受開(kāi)斷機(jī)理限制，燃弧只能在短路電流首次過(guò)零時(shí)被真正切斷，因此變阻抗變壓器不能限制短路電流首峰值，從而可能導(dǎo)致變壓器、母線等設(shè)備被損壞。

針對(duì)上述問(wèn)題，電力設(shè)備電氣絕緣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（西安交通大學(xué)）、國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司的研究人員在有關(guān)方案的基礎(chǔ)上，提出了在短路電流上升階段通過(guò)人工過(guò)零回路開(kāi)斷快速開(kāi)關(guān)，使短路電流轉(zhuǎn)移至與高壓繞組串聯(lián)的內(nèi)置限流電抗器，從而限制短路電流首峰值的方法。

他們首先算了變壓器短路電流首峰值隨短路瞬間電壓相位的變化關(guān)系，確定了限流需求。然后，仿真分析了人工過(guò)零回路作用下短路電流的轉(zhuǎn)移過(guò)程，對(duì)短路電流轉(zhuǎn)移至限流電抗器后繼續(xù)增長(zhǎng)的原因進(jìn)行了分析，研究解決措施。最后，設(shè)計(jì)了模擬變壓器短路的大電流試驗(yàn)回路，分析采用試驗(yàn)回路替代實(shí)際變壓器短路驗(yàn)證限流方案的可行性。

研究結(jié)果表明，基于已有快速真空開(kāi)關(guān)和短路電流識(shí)別算法的特點(diǎn)，加入人工過(guò)零回路后，將變阻抗變壓器短路電流首峰值限制到與快速開(kāi)關(guān)保持分閘狀態(tài)相同的水平是可行的，且僅當(dāng)短路瞬間電壓相位在[-180°, -120°]、[-60°, 60°]及[120°, 180°]三個(gè)區(qū)間時(shí)才需啟動(dòng)人工過(guò)零回路進(jìn)行限流。為實(shí)現(xiàn)限流目標(biāo)，人工過(guò)零回路中電容器容值應(yīng)盡量小，且人工過(guò)零回路觸發(fā)時(shí)刻應(yīng)比短路電流到達(dá)限流目標(biāo)值時(shí)刻提前0.5ms以上。

人工過(guò)零限流方案實(shí)際限流效果的驗(yàn)證可采用大電流試驗(yàn)回路進(jìn)行，其對(duì)快速開(kāi)關(guān)短路開(kāi)斷能力的考驗(yàn)比實(shí)際變壓器出口短路更嚴(yán)格。本研究成果為變阻抗變壓器性能的進(jìn)一步提升奠定了基礎(chǔ)。

本文編自2021年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊2，論文標(biāo)題為“110kV變阻抗變壓器短路電流首峰值限制方法”，作者為馬奎、王曙鴻 等。