電力設(shè)備電氣絕緣國家重點實驗室（西安交通大學(xué)）、國網(wǎng)寧夏電力有限公司的研究人員馬奎、王曙鴻、姚曉飛，在2021年《電工技術(shù)學(xué)報》增刊2上撰文，研究了110kV變阻抗變壓器短路電流首峰值限制方法。發(fā)生短路時，可通過人工過零回路在短路電流上升階段開斷快速開關(guān)，使短路電流流過與高壓繞組串聯(lián)的內(nèi)置限流電抗器從而被限制。

隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，短路電流超標(biāo)問題日益嚴(yán)峻，對電網(wǎng)及設(shè)備安全運行構(gòu)成嚴(yán)重威脅，迫切需要研究性能優(yōu)良、經(jīng)濟合理、運行可靠的電網(wǎng)限流技術(shù)。故障限流器作為一種電網(wǎng)限流技術(shù)近年來在高壓電網(wǎng)進(jìn)行了試點應(yīng)用。由于其可靠性低、制造及運維成本高、占地面積大等問題，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，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）。正常運行時，變阻抗變壓器呈低阻抗?fàn)顟B(tài)，運行損耗小，出口電壓隨負(fù)荷波動小；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，通過快速開關(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變阻抗變壓器樣機已研制成功，通過掛網(wǎng)運行和現(xiàn)場試驗，限流效果和運行穩(wěn)定性得到了驗證。變阻抗變壓器通過快速開關(guān)分合實現(xiàn)阻抗轉(zhuǎn)換，受開斷機理限制，燃弧只能在短路電流首次過零時被真正切斷，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。

針對上述問題，電力設(shè)備電氣絕緣國家重點實驗室（西安交通大學(xué)）、國網(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人工過零回路開斷快速開關(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，仿真分析了人工過零回路作用下短路電流的轉(zhuǎn)移過程，對短路電流轉(zhuǎn)移至限流電抗器后繼續(xù)增長的原因進(jìn)行了分析，研究解決措施。最后，設(shè)計了模擬變壓器短路的大電流試驗回路，分析采用試驗回路替代實際變壓器短路驗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關(guān)和短路電流識別算法的特點，加入人工過零回路后，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°]三個區(qū)間時才需啟動人工過零回路進(jìn)行限流。為實現(xiàn)限流目標(biāo)，人工過零回路中電容器容值應(yīng)盡量小，且人工過零回路觸發(fā)時刻應(yīng)比短路電流到達(dá)限流目標(biāo)值時刻提前0.5ms以上。

人工過零限流方案實際限流效果的驗證可采用大電流試驗回路進(jìn)行，其對快速開關(guān)短路開斷能力的考驗比實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》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。