电力设备电气绝缘国家重点实验室（西安交通大学）、国网宁夏电力有限公司的研究人员马奎、王曙鸿、姚晓飞，在2021年《电工技术学报》增刊2上撰文，研究了110kV变阻抗变压器短路电流首峰值限制方法。发生短路时，可通过人工过零回路在短路电流上升阶段开断快速开关，使短路电流流过与高压绕组串联的内置限流电抗器从而被限制。
随着电网的快速发展，短路电流超标问题日益严峻，对电网及设备安全运行构成严重威胁，迫切需要研究性能优良、经济合理、运行可靠的电网限流技术。故障限流器作为一种电网限流技术近年来在高压电网进行了试点应用。由于其可靠性低、制造及运维成本高、占地面积大等问题，导致应用范围受限，尚未在高压电网中规模化推广应用。
为此，将故障限流器与变压器进行集成化设计，形成兼具故障限流器功能和变压器功能的变阻抗变压器（Variable Impedance Transformer, VIT）。正常运行时，变阻抗变压器呈低阻抗状态，运行损耗小，出口电压随负荷波动小；当系统发生短路故障时，通过快速开关瞬间将变阻抗变压器转换至高阻抗状态，从而限制短路电流。
目前，110kV-63MVA变阻抗变压器样机已研制成功，通过挂网运行和现场试验，限流效果和运行稳定性得到了验证。变阻抗变压器通过快速开关分合实现阻抗转换，受开断机理限制，燃弧只能在短路电流首次过零时被真正切断，因此变阻抗变压器不能限制短路电流首峰值，从而可能导致变压器、母线等设备被损坏。
针对上述问题，电力设备电气绝缘国家重点实验室（西安交通大学）、国网宁夏电力有限公司的研究人员在有关方案的基础上，提出了在短路电流上升阶段通过人工过零回路开断快速开关，使短路电流转移至与高压绕组串联的内置限流电抗器，从而限制短路电流首峰值的方法。
他们首先算了变压器短路电流首峰值随短路瞬间电压相位的变化关系，确定了限流需求。然后，仿真分析了人工过零回路作用下短路电流的转移过程，对短路电流转移至限流电抗器后继续增长的原因进行了分析，研究解决措施。最后，设计了模拟变压器短路的大电流试验回路，分析采用试验回路替代实际变压器短路验证限流方案的可行性。
研究结果表明，基于已有快速真空开关和短路电流识别算法的特点，加入人工过零回路后，将变阻抗变压器短路电流首峰值限制到与快速开关保持分闸状态相同的水平是可行的，且仅当短路瞬间电压相位在[-180°, -120°]、[-60°, 60°]及[120°, 180°]三个区间时才需启动人工过零回路进行限流。为实现限流目标，人工过零回路中电容器容值应尽量小，且人工过零回路触发时刻应比短路电流到达限流目标值时刻提前0.5ms以上。
人工过零限流方案实际限流效果的验证可采用大电流试验回路进行，其对快速开关短路开断能力的考验比实际变压器出口短路更严格。本研究成果为变阻抗变压器性能的进一步提升奠定了基础。
本文编自2021年《电工技术学报》增刊2，论文标题为“110kV变阻抗变压器短路电流首峰值限制方法”，作者为马奎、王曙鸿 等。
