10kV電壓互感器高壓熔斷器熔斷原因分析

廣東電網有限責任公司江門供電局 吳昊杰

【摘要】10kV電壓互感器高壓熔斷器熔斷是變電站常見的故障之一，該故障會給電網的安全可靠運行帶來威脅，本文對10kV電壓互感器高壓熔斷器熔斷的原因進行詳細分析，并提出了相應的防止措施。

【關鍵詞】電壓互感器；高壓熔斷器；鐵磁諧振；過電壓

1 引言

電壓互感器是電力系統重要設備，它是把高電壓按比例關系變換成固定值的（通常是100V）標準二次電壓，供保護、計量、儀表等裝置使用，同時，使用電壓互感器可以將高電壓與電氣工作人員隔離。在實際應用中，一方面為了防止電壓互感器本身或引出線故障而影響高壓系統的正常工作，另一方面，為了保護電壓互感器本身，會在一些電壓等級的電壓互感器高壓側裝設高壓熔斷器，其中在10kV電壓互感器裝設高壓熔斷器在電力系統中最為常見。我們在統計變電站故障類型的時候發現，10kV電壓互感器高壓熔斷器熔斷是變電站常見的故障，這種故障有可能會讓安全自動裝置誤動作，從而威脅電網的安全可靠運行。同時，由于該類型的故障發生頻率較高，而10kV系統又是直接為廣大用戶供電的，通常需要通過改變運行方式來確保用戶供電后才能處理該種故障，因此往往給變電站運行班組帶來較大的工作量。為了保證電網安全可靠運行，同時減輕變電站運行班組的工作量，需要對10kV電壓互感器高壓熔斷器的熔斷原因進行分析，并采取切實有效的反措工作，從根本上解決這個問題。

2高壓熔斷器的工作原理

高壓熔斷器的構成部分有觸頭、外殼及金屬熔件。為達到斷開電路保護設備的目的，金屬熔件在電路發生短路和過負荷時，在未損壞被保護設備之前被加熱熔斷，其熔件的熔斷就是一般所說的熔斷器熔斷。為了不損壞被保護的電壓互感器，當過電流或短路電流在電壓互感器回路中出現時，電路在熔件熔斷后自動切斷，這就是電壓互感器高壓熔斷器的作用。

通常用保護特性來表示熔斷器的熔斷特性，其保護特性為=，曲線如圖1所示。

圖1中流過熔斷器的電流大小用橫坐標 表示；熔斷器熔斷所需要的時間用縱坐標表示；熔斷器工作的額定電流為 ，熔斷器穩定持續工作狀態下的溫度為，。

熔斷器的保護特性可以由如下圖 1 得到：

圖 1 熔斷器的保護特性曲線

（1）當流過熔件的電流小于其額定電流時，正常工作，熔斷器不會熔斷。

（2）當流過的電流大于熔件額定電流時，過電流倍數會影響熔斷器熔斷所需要的時間：熔斷熔斷器所需要的時間會因為越大的過電流倍數而越短；熔斷器在非常大的過電流倍數情況下，就會瞬間熔斷。

（3）穩定持續工作狀態下，熔斷器的溫度會很大影響熔斷器的保護特性，當穩定工作狀態下，升高熔斷器的溫度時，熔斷器的保護特性曲線就會向左移，更容易熔斷熔斷器，甚至在流過熔斷器的電流小于其額定電流時也會造成非選擇性熔斷。

（4）流過同樣的電流時，熔斷器熔斷所需要的時間會在減小熔斷器的熔件局部截面的面積時變短，即熔斷器的保護特性曲線會左移。

3電壓互感器高壓熔斷器熔斷時的現象

當電壓互感器高壓熔斷器熔斷時，熔斷相的二次電壓會瞬間變為零，與發生金屬性短路時電壓的變化情況類似，從而有可能導致安全自動裝置誤動作，從而威脅電網的安全可靠運行。

案例分析：圖2是110kV某變電站的10kV母線接線方式，是典型的單母分段接線方式，在正常的運行方式下，10kVⅠ母線由#1主變10kV側501開關供電，10kVⅡ母線由#2主變10kV側502開關供電，10kV母聯500開關熱備用，10kV備自投投入。

圖2 110kV某變電站10kV母線接線方式

2012年的某月某日某時某分，10kVⅠ母線電壓互感器51PT發生高壓熔斷器三相熔斷，10kVⅠ母線二次電壓三相為零，同時由于10kVⅠ母線出線負荷較小，流過501開關電流互感器的二次電流很小（達到10kV備自投動作的電流值），因而滿足了10kV備自投動作的電壓和電流條件，從而導致10kV備自投動作：先是跳開了501開關，繼而合上500開關，造成了10kVⅠ母線瞬時失壓，兩段10kV母線長時間單主變供電，降低了系統供電的可靠性。

4 10kV電壓互感器高壓熔斷器熔斷的原因分析及對策

4.1由鐵磁諧振過電壓引起

非線性元件電感在正常運行時，電感值保持不變，在鐵芯未飽和時其伏安特性曲線是直線，電壓互感器自身運行狀態會在系統產生某些波動時改變，導致相電壓增高，這時出現不同飽和程度的三相鐵心，致使電感值不斷下降，使鐵磁諧振出現，所產生的過電壓會導致電壓互感器高壓熔斷器熔斷。常見于運行中的系統產生鐵磁諧振的原因有：電壓互感器突然合閘時繞組內產生巨大涌流、單相弧光接地、單相接地等。在10kV系統中，由于10kV母線接有較多的10kV出線，在惡劣天氣下，經常會出現單相接地故障，從而產生鐵磁諧振過電壓，就有可能導致10kV電壓互感器高壓熔斷器熔斷，這就解析了10kV電壓互感器高壓熔斷器熔斷經常是發生在惡劣天氣時候的原因了。

要消除鐵磁諧振過電壓，可采取以下對策：（1）更換勵磁特性更好的電壓互感器。勵磁特性更好的電壓互感器在外部因素突變時，不易造成三相鐵芯飽和，從而降低形成諧振過電壓的可能性。（2）減少同一系統中電壓互感器接地數量，增大電壓互感器的感抗，減小諧振范圍。（3）安裝消弧線圈。消弧線圈的作用是當電網發生單相接地故障后，故障點流過電容電流，消弧線圈提供電感電流進行補償，使故障點電流降至10A以下，有利于防止弧光過零后重燃，達到滅弧的目的，降低高幅值過電壓出現的幾率，防止事故進一步擴大。 當消弧線圈正確調諧時，不僅可以有效的減少產生弧光接地過電壓的機率，還可以有效的抑制過電壓的輻值，同時也最大限度的減小了故障點熱破壞作用及接地網的電壓。（4）在電壓互感器高壓繞組中性點安裝一次消諧電阻器。相比于上述三種方式，安裝消諧電阻器是一種較為簡單，經濟性更好的方式，是一種廣泛采用的方式。一次消諧電阻器是一種非線性消諧阻尼器件，它安裝在電壓互感器高壓繞組中性點與地之間，電網正常運行時，消諧器上電壓<500V，阻值呈高電阻值（可達幾百千歐），阻尼作用大，使諧振在起始階段不易發展；當電網單相接地時，消諧器上電壓較高（10KV電網中，其電壓約1.7～1.8kV），阻值呈低值（幾十千歐），可滿足電壓互感器開口三角電壓不小于80V的絕緣監察要求，同時仍可阻尼諧振。電網弧光接地時，消諧器仍能保持一定的阻值，可以限制互感器涌流，運行效果十分明顯。（5）安裝二次消諧器。二次消諧器安裝在電壓互感器的開口三角繞組上，正常運行或者發生單相接地時，裝置不動作，一旦判斷電網發生鐵磁諧振，便使正反并聯在開口三角兩端的兩只晶閘管交替過零觸發導通，限制和阻尼鐵磁諧振。諧振消除后，晶閘管自行截止，必要時可以重復動作。裝置起動消諧期間，晶閘管全導通，呈低阻態，電阻約為幾mΩ～幾十mΩ，如此小的電阻值足以阻尼高頻、基頻及分頻三種諧振，而且對整個電網有效，是一種高效經濟的消諧方法。

4.2由于電壓互感器自身缺陷引起

電壓互感器自身的缺陷也會導致高壓熔斷器熔斷，比如內部線圈短路接地、絕緣損壞致過熱、導線受潮、螺絲松動、拉弧、火花放電現象以及套管緣破損放電等等，都可以引起一次熔絲熔斷，做好設備運行的維護檢查，確保電壓互感器在正常的情況下運行，即可避免由此引起的高壓熔斷器熔斷故障。

4.3二次保險容量選擇過大

電壓互感器二次保險容量如果選擇過大，當二次系統負荷過重或發生故障，二次起不到保護作用，就有可能造成一次側的高壓熔斷器熔斷。因此，合理選擇一、二次保險容量及電壓互感器容量可以避免這個問題。

4.4電壓互感器高壓保險質量問題

當同一電壓互感器出現高壓熔斷器頻繁熔斷現象或幾個不同的電壓互感器均出現高壓熔斷器熔斷，而這些熔斷器均為同一廠家同一批次的同一款產品時，就要重點考慮是否是熔斷器本身的質量問題。如果以現有的技術手段不能判定，可以先更換其他廠家的產品，如果不再出現類似現象，就可以基本判定是熔斷器本身的問題，應當棄用，轉而使用質量好的高壓熔斷器。

4.5由電壓互感器安裝地點振動引起

對于填料式高壓熔斷器，很容易忽視由于振動引起熔斷器熔斷這一原因，有如下特點時，電壓互感器高壓熔斷器熔斷原因可以考慮是由振動引起的：

（1）工作現場振動較大的電壓互感器。

（2）每次熔斷后，更換新熔斷器后一切正常，但又經常發生熔斷。

（3）有時熔斷無規律性，有時固定一相保險熔斷，無規律性的保險熔斷，例如有時A 相熔斷，有時B相熔斷，或者有時是C 相熔斷，我們往往會首先考慮鐵磁諧振，但電磁式電壓互感器工作現場若振動，最大的可能性是振動導致。

如果判定為是由于振動引起的，就要根據振動產生的原因采取相應的措施，或者更改電壓互感器的安裝地點。

5 結束語

10kV電壓互感器高壓熔斷器熔斷是變電站常見的故障之一，這種故障會造成電壓互感器無法正常工作，無法為保護、計量、儀表裝置等提供二次電壓，使得相應設備的電壓值失去監控，計量裝置失效，更有可能導致安全自動裝置誤動作，威脅電網的安全可靠運行。造成10kV電壓互感器高壓熔斷器熔斷的原因很多，而其中最常見同時又是最復雜的原因是鐵磁諧振過電壓。因此，我們在日常的反措工作中，應當以消除諧振過電壓為主要目標，根據現場情況采取有效的措施，從而確保設備安全運行。

【參考文獻】

[1] 楊傳箭. 電氣運行工人技術問答. [M]水利電力出版社， 2012.02

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