摘要：在电力系统的运行中，短路电流会对变压器的安全可靠运行产生严重的影响，为了限制变压器的短路电流，提出了一种新型的变阻抗变压器，这种新型的变压器不但能实现阻抗的自主调节，还保障了限流效果的同时还兼顾了经济性。
关键词：变阻抗变压器；过电压分析；限流效果
1基本理论分析
1.1变压器阻抗基本原理
目前我国500kV电厂升压站主变以双绕组变压器为主，励磁支路以导纳表示双绕组变压器等值电路，在电力系统计算分析中，由于大容量变压器的阻抗中以电抗为主，亦即变压器的电抗和阻抗数值上接近相等，可近似认为，变压器的短路电压百分值k%U与变压器的电抗有一定的关系。式中，TX，k%U，NS，NU，NI分别为变压器高低压绕组的总阻抗（Ω）、短路电压百分值、额定容量（MVA）、额定电压（kV）、额定电流（kA）。
1.2短路电流计算公式
在工程计算中，多数情况下电力系统短路电流的计算只要求计算短路电流基频交流分量（以后略去基频二字）的初始值，即次暂态电流I。这是由于使用快速保护和高速断路器后，断路器开断时间小于0.1s，此外，若已知交流分量初始值，即可近似决定直流分量以至冲击电流。在采用了次暂态电动势01E和忽略负荷的近似后，短路点f的短路电流计算公式中X为电网对短路点的等值阻抗。从而可得，发电厂升压变高压母线处的等值阻抗X的计算公式。式中，1X，GX，TX分别为电厂升压变高压母线处电网侧的等值阻抗、发电机组的阻抗、发电厂升压变的阻抗。采用高阻抗变压器，即增加变压器阻抗TX的值，由式可知，在电网侧等值阻抗1X不变的条件下，TX值的增加提高了电网对短路点的等值阻抗X的值，从而实现降低短路点短路电流fI的目的。
2基于AHP高阻抗变压器限流效果模糊综合评价模型
2.1构造递阶层次结构关系
层次分析法（AHP）是20世纪70年代美国运筹学家T.L.Saaty首先提出的，采用层次化、数量化的思维方式，将影响决策结果的因素分解成目标层、准则层和方案层等多个层次。本文综合限流效果、系统稳定性、运行经济性等因素，用层次分析法建立一个全面反映各指标对具体方案综合影响的综合评价模型。首先建立模糊递阶层次结构关系模型。递阶层次结构关系包括有：（1）目标层。综合考虑各种影响因素后的高阻抗变压器限流效果综合最优方案。（2）准则层。除了高阻抗变压器的限流效果和运行经济性外，还应满足《电力系统安全稳定导则》对系统暂态稳定性的要求。（3）指标层。建立因素集，将准则层中各项准则细化到具体指标，主要如下：a.限流效果。发电厂升压变500kV母线的短路电流可以表征高阻抗变压器限制短路电流的效果。b.静态安全性。发生N-1预想事故后，系统内各元件是否过负荷，母线电压是否越限。c.暂态稳定性。采用不同阻抗值变压器，系统发生相同故障，在故障切除后的暂态过程中发电机转子间最大功角差。d.运行经济性。考虑采用高阻抗变压器增加的一次性投资及高阻抗产生的额外功率损耗。
2.2真空断路器投切电容器组过电压分析
用真空断路器投切电容器组通常会存在3个问题：截流过电压、复燃过电压和重燃过电压。
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2.2.1截流过电压
截流过电压是指电容器组在投入瞬间，电流若过零点，由于真空断路器的截流作用，电容器组由于其串联的电抗线圈及杂散电容中的能量在回路中发生高频振荡作用产生很高的恢复电压。Ujm—截流过电压峰值；Um—电源相电压峰值；Ij-截流电流峰值；L-电抗器电感值；C-杂散电容。真空断路器击穿电弧复燃，其触头间距加大后绝缘强度越大而电弧再次熄灭。这个过程会导致电压不断上升直到电弧不再被熄灭为止。这个过程和断开电容器组发生复燃过程很类似，同样会产生很高的过电压。
2.2.2重燃过电压
断路器重燃是指退出电容器组的时候，断路器的断开间发生重燃并产生过电压，危害电容器组及相关设备。在自动投切电容器组很频繁的变电站要尤其注意电容器组断路器的重燃。电容电压Uc=Us，当电流过零点时电弧熄灭，Uc=-Usm，但电源电压以正弦规律变化，真空短路器的断口两端的恢复电压Uf=Us-Usm。当电源电压达到峰值时，恢复电压Uf=2Usm。若断路器的断口介质绝缘强度不够，就会发生击穿，而产生断路器重燃。重燃发电时将产生高频振荡，若电弧在高频电流波形的过零时熄灭，电容电压将达到最大值，Uc=3Usm，并保持不变。当电压到达下半峰值时，断口的恢复电压Uf=4Usm，电容电压可高达Uc=5Usm。因此重燃产生的高电压将严重威胁电容器组及断路器等设备的绝缘。真空断路器的触头有固定的不同期性，在电容退出的过程中其中性点容易产生位移，导致重燃过电压会更高。而分闸时相位具有随机性，相位越大出现重燃过电压的几率越高。同时，电源容量越小，重燃过电压的幅值也就越高，对真空断路器的考验越大。
2.2.3复燃过电压
复燃过电压是指真空断路器在投切电容时，负荷侧的暂态电压和上升率大于真空断路器的断口的绝缘介质的恢复速度和能力，电弧将断口击穿并产生复燃。复燃相上有很高的过电压，并在其他相上感应过电压。若出现高频暂态电流过零点，真空断路器会再次灭弧截流，但如果继续重复出现上述现象，将不断重复“击穿—灭弧”的过程，直到真空断路器的绝缘强度足够大而停止。负荷侧的暂态恢复电压及其上升率越高，断路器发生复燃过电压的几率越大。
3防护措施
截流过电压主要是由于投入电容器组时真空断路器合闸过程中，与电容器组串联的电抗和杂散电容之间发生谐振而产生的过电压。而同样，在电容器组分闸的过程中，重燃和复燃产生过电压。过电压损害电容器组及其相关设备，使其不能正常使用。因此，除了选用性能良好，重燃率很低的断路器之外，一般在串联电抗侧加装阻容装置、避雷器或并联电容器的方法，降低过电压的幅值和频率来抑制截流过电压。其中避雷器的技术比较成熟且成本低、体积小及安装方便，可有效防护真空断路器在合闸过程中产生截流过电压，在串联电抗侧安装避雷器时广泛应用好方法，而选中避雷器时一般都选用氧化锌避雷器，
结语
快速开关的动作会在电抗器两端以及变压器高压侧中性点产生幅值和频率较高的过电压，严重威胁了变阻抗变压器的绝缘耐压，在限流电抗器两端并联一容值恰当的电容器能有效的抑制过电压的幅值，并且能使限流电抗器绕组电压均匀分布，有利于提高系统运行的安全可靠性。
参考文献：
[1]刘刚，黄华.高阻抗电力变压器的设计思路[J].变压器，2015，31（9）：1-5.
[2]孙秋霞，韩强.高阻抗变压器串联电抗器的接线方式浅析[J].变压器，2015，45（9）：66-67.
[3]魏旭，周志成，谢天喜，等.真空断路器投入并联电容器的过电压分析及防护[J].高电压技术，2014，40（10）：3193-3198.
[4]艾绍贵，马奎，贺好艳，等.一体化集成变阻抗节能变压器的研究[J].高电压技术，2016，42（4）：1028-1034.
论文作者:杨世天
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/18
标签：过电压论文; 阻抗论文; 变压器论文; 电压论文; 电容器论文; 电流论文; 复燃论文; 《基层建设》2017年第30期论文;