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摘要：本文从电容式电压互感器（CVT）内部结构出发，充分考虑各种非线性器件的饱和特性，构建了CVT的暂态模型；通过稳态和暂态频谱分析，理论上确定了可能引起CVT高压侧保险丝熔断的原因；并根据暂态模型建立了CVT完整的饱和MATLAB仿真模型，通过仿真验证了理论分析的正确性，为解决CVT高压侧保险丝非正常熔断现象提供了理论依据。
关键词：电容式电压互感器；熔断；非线性；暂态模型
0.引言
某变电站35kV母线CVT高压侧保险丝频繁发生熔断现象，根据事故记录，当时母线电压并没有越限，所以由系统间谐振引起CVT高压侧保险丝熔断的可能性不大。通过事故记录发现，在CVT高压侧保险丝熔断时有两种外界干扰[1-2]，即220kV旁母上负荷的投切和35kV母线上电抗器的投切。本文就这种现象进行了系统深入的研究。
1.故障情况
2012年7月至2013年2月期间，某站35kV母线上，型号为 的CVT高压侧保险丝总共发生了16次非期望熔断事故。为确保CVT正常工作，只能决定取消CVT高压保险丝，但这样做就不能在事故情况下有效保护CVT及其后级设备。
2．原因分析
事故记录显示，所有的事故均发生在220KV旁母上负荷的投切及35KV母线上电抗器的投切操作时，期间35kV母线电压并没有越限，所以由系统间并联谐振引起事故的可能性不大。初步判断，原因是在外部条件的诱导下，使CVT内部非线性参数发生了变化，进而发生了串联谐振，引起高压侧过电流，导致保险丝熔断。如图1所示为CVT等效工作电路，当非线性电感Lm在一定的外界条件刺激下，电感值会急剧下降，在某些频率下会与等值分压电容发生串联谐振，引起高压侧过电流现象；从而造成过电流保险丝熔断事故。
图1 CVT等效工作电路图
3．CVT暂态模型的建立及频谱分析
当系统出现某些操作时，会向系统中注入各次谐波电流，并进入CVT所在母线，激发CVT中非线性器件饱和；针对各个非线性器件，本文根据CVT内部结构建立了完整的电路暂态模型。如图2所示，A图为CVT暂态等效完整电路图。通过参数合并得到B、C等效模型。
等效电路图
通过对图2中CVT输入阻抗Zin的幅频特性进行分析，可以得到系统的谐振点，由于Zin中含有非线性特征，特在MATLAB中采用区间配合的方法进行阻抗幅频特性分析，图3为CVT稳态输入阻抗的幅频特性。
图3-A CVT稳态 图3-B 非线性电感区间
输入阻抗幅频特性 配合下的输入阻抗特性
图3-A显示，在稳态时，CVT的串联谐振频率为78.5Hz，而随着非线性电感值的下降，由图4-B可知，谐振频率将会小幅增加，最大达到192Hz，从而在一个相当宽的低频范围，CVT都具有谐振的可能性；而在谐振点附近，阻抗幅值将急剧下降，此时只要谐波频率合适，对CVT一次侧将产生数倍的过电流，导致熔断器非期望熔断。
4．仿真验证
本文主要利用MATLAB来进行仿真研究，采用转换法拟合非线性电感的磁化曲线，并据此建立CVT完整的饱和仿真模型，模拟实际运行的情况，分析研究可能导致CVT高压侧保险丝熔断的情况。
表1为中间变压器实测的电压互感器的V-I数据，并通过转换得到其一次侧的相应数据。采用转换法拟合非线性电感的磁化曲线，转化后的磁化曲线如图4所示：
图4 中间变压器励磁支路磁化曲线
同理模拟出补偿电抗器和阻尼绕组的磁化曲线；并按照磁化曲线设计非线性电感，通过分段线性化的方法在MATLAB中进行仿真分析。
根据CVT的暂态模型和非线性电感的磁化曲线，在MATLAB中建立了电容式电压互感器的谐振仿真模型，进而建立CVT系统的仿真模型，进行系统中220kV母线上负荷投切和35kV母线上电抗器投切的仿真。仿真结果分别如图5、图6所示，可以看出，两种情况下CVT一次侧电流波形都发生了明显的畸变和有效值增大现象且超过了保险丝额定电流，验证了前面理论分析的正确性。
图5 220kV母线负荷投切时 图6 35kV母线上电抗器投切时
CVT一次侧电流波形 CVT一次侧电流波形
5结论
本文通过对CVT内部结构与参数的分析，找到了CVT一次侧不过压情况下熔断器非期望熔断的原因；在本身参数条件下，经过外界刺激，完全有发生内部串联谐振的危险；针对这一现象，简单的在二次侧并联阻尼绕组并不能解决问题，必须在CVT出厂时考虑其即将工作的环境，合理的进行各个元器件的参数设计和阻尼器设计，避免CVT内部受其工作环境中特殊的刺激产生串联谐振。对理论分析进行了仿真验证；对以后合理解决这一问题提供了理论依据。
作者简介：
杨玉良，1985年生，男，汉，河南唐河，国网平顶山供电公司变电运维值班员，中级工程师，从事变电运维工作；
论文作者:杨玉良,李延林,李方超,赵炜,李闯
论文发表刊物:《电力设备》2016年第14期
论文发表时间:2016/10/12
标签：谐振论文; 母线论文; 保险丝论文; 高压论文; 电感论文; 模型论文; 电流论文; 《电力设备》2016年第14期论文;