10kV電壓互感器高壓熔斷器熔斷原因分析

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門(mén)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(jiàn)的故障之一，該故障會(huì)給電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行帶來(lái)威脅，本文對(duì)10kV電壓互感器高壓熔斷器熔斷的原因進(jìn)行詳細(xì)分析，并提出了相應(yīng)的防止措施。

【關(guān)鍵詞】電壓互感器；高壓熔斷器；鐵磁諧振；過(guò)電壓

1 引言

電壓互感器是電力系統(tǒng)重要設(shè)備，它是把高電壓按比例關(guān)系變換成固定值的（通常是100V）標(biāo)準(zhǔn)二次電壓，供保護(hù)、計(jì)量、儀表等裝置使用，同時(shí)，使用電壓互感器可以將高電壓與電氣工作人員隔離。在實(shí)際應(yīng)用中，一方面為了防止電壓互感器本身或引出線(xiàn)故障而影響高壓系統(tǒng)的正常工作，另一方面，為了保護(hù)電壓互感器本身，會(huì)在一些電壓等級(jí)的電壓互感器高壓側(cè)裝設(shè)高壓熔斷器，其中在10kV電壓互感器裝設(shè)高壓熔斷器在電力系統(tǒng)中最為常見(jiàn)。我們?cè)诮y(tǒng)計(jì)變電站故障類(lèi)型的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，10kV電壓互感器高壓熔斷器熔斷是變電站常見(jiàn)的故障，這種故障有可能會(huì)讓安全自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，從而威脅電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。同時(shí)，由于該類(lèi)型的故障發(fā)生頻率較高，而10kV系統(tǒng)又是直接為廣大用戶(hù)供電的，通常需要通過(guò)改變運(yùn)行方式來(lái)確保用戶(hù)供電后才能處理該種故障，因此往往給變電站運(yùn)行班組帶來(lái)較大的工作量。為了保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行，同時(shí)減輕變電站運(yùn)行班組的工作量，需要對(duì)10kV電壓互感器高壓熔斷器的熔斷原因進(jìn)行分析，并采取切實(shí)有效的反措工作，從根本上解決這個(gè)問(wèn)題。

2高壓熔斷器的工作原理

高壓熔斷器的構(gòu)成部分有觸頭、外殼及金屬熔件。為達(dá)到斷開(kāi)電路保護(hù)設(shè)備的目的，金屬熔件在電路發(fā)生短路和過(guò)負(fù)荷時(shí)，在未損壞被保護(hù)設(shè)備之前被加熱熔斷，其熔件的熔斷就是一般所說(shuō)的熔斷器熔斷。為了不損壞被保護(hù)的電壓互感器，當(dāng)過(guò)電流或短路電流在電壓互感器回路中出現(xiàn)時(shí)，電路在熔件熔斷后自動(dòng)切斷，這就是電壓互感器高壓熔斷器的作用。

通常用保護(hù)特性來(lái)表示熔斷器的熔斷特性，其保護(hù)特性為=，曲線(xiàn)如圖1所示。

圖1中流過(guò)熔斷器的電流大小用橫坐標(biāo) 表示；熔斷器熔斷所需要的時(shí)間用縱坐標(biāo)表示；熔斷器工作的額定電流為 ，熔斷器穩(wěn)定持續(xù)工作狀態(tài)下的溫度為，。

熔斷器的保護(hù)特性可以由如下圖 1 得到：

圖 1 熔斷器的保護(hù)特性曲線(xiàn)

（1）當(dāng)流過(guò)熔件的電流小于其額定電流時(shí)，正常工作，熔斷器不會(huì)熔斷。

（2）當(dāng)流過(guò)的電流大于熔件額定電流時(shí)，過(guò)電流倍數(shù)會(huì)影響熔斷器熔斷所需要的時(shí)間：熔斷熔斷器所需要的時(shí)間會(huì)因?yàn)樵酱蟮倪^(guò)電流倍數(shù)而越短；熔斷器在非常大的過(guò)電流倍數(shù)情況下，就會(huì)瞬間熔斷。

（3）穩(wěn)定持續(xù)工作狀態(tài)下，熔斷器的溫度會(huì)很大影響熔斷器的保護(hù)特性，當(dāng)穩(wěn)定工作狀態(tài)下，升高熔斷器的溫度時(shí)，熔斷器的保護(hù)特性曲線(xiàn)就會(huì)向左移，更容易熔斷熔斷器，甚至在流過(guò)熔斷器的電流小于其額定電流時(shí)也會(huì)造成非選擇性熔斷。

（4）流過(guò)同樣的電流時(shí)，熔斷器熔斷所需要的時(shí)間會(huì)在減小熔斷器的熔件局部截面的面積時(shí)變短，即熔斷器的保護(hù)特性曲線(xiàn)會(huì)左移。

3電壓互感器高壓熔斷器熔斷時(shí)的現(xiàn)象

當(dāng)電壓互感器高壓熔斷器熔斷時(shí)，熔斷相的二次電壓會(huì)瞬間變?yōu)榱悖c發(fā)生金屬性短路時(shí)電壓的變化情況類(lèi)似，從而有可能導(dǎo)致安全自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，從而威脅電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。

案例分析：圖2是110kV某變電站的10kV母線(xiàn)接線(xiàn)方式，是典型的單母分段接線(xiàn)方式，在正常的運(yùn)行方式下，10kVⅠ母線(xiàn)由#1主變10kV側(cè)501開(kāi)關(guān)供電，10kVⅡ母線(xiàn)由#2主變10kV側(cè)502開(kāi)關(guān)供電，10kV母聯(lián)500開(kāi)關(guān)熱備用，10kV備自投投入。

圖2 110kV某變電站10kV母線(xiàn)接線(xiàn)方式

2012年的某月某日某時(shí)某分，10kVⅠ母線(xiàn)電壓互感器51PT發(fā)生高壓熔斷器三相熔斷，10kVⅠ母線(xiàn)二次電壓三相為零，同時(shí)由于10kVⅠ母線(xiàn)出線(xiàn)負(fù)荷較小，流過(guò)501開(kāi)關(guān)電流互感器的二次電流很小（達(dá)到10kV備自投動(dòng)作的電流值），因而滿(mǎn)足了10kV備自投動(dòng)作的電壓和電流條件，從而導(dǎo)致10kV備自投動(dòng)作：先是跳開(kāi)了501開(kāi)關(guān)，繼而合上500開(kāi)關(guān)，造成了10kVⅠ母線(xiàn)瞬時(shí)失壓，兩段10kV母線(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間單主變供電，降低了系統(tǒng)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(duì)策

4.1由鐵磁諧振過(guò)電壓引起

非線(xiàn)性元件電感在正常運(yùn)行時(shí)，電感值保持不變，在鐵芯未飽和時(shí)其伏安特性曲線(xiàn)是直線(xiàn)，電壓互感器自身運(yùn)行狀態(tài)會(huì)在系統(tǒng)產(chǎn)生某些波動(dòng)時(shí)改變，導(dǎo)致相電壓增高，這時(shí)出現(xiàn)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(xiàn)，所產(chǎn)生的過(guò)電壓會(huì)導(dǎo)致電壓互感器高壓熔斷器熔斷。常見(jiàn)于運(yùn)行中的系統(tǒng)產(chǎn)生鐵磁諧振的原因有：電壓互感器突然合閘時(shí)繞組內(nèi)產(chǎn)生巨大涌流、單相弧光接地、單相接地等。在10kV系統(tǒng)中，由于10kV母線(xiàn)接有較多的10kV出線(xiàn)，在惡劣天氣下，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)單相接地故障，從而產(chǎn)生鐵磁諧振過(guò)電壓，就有可能導(dǎo)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(jīng)常是發(fā)生在惡劣天氣時(shí)候的原因了。

要消除鐵磁諧振過(guò)電壓，可采取以下對(duì)策：（1）更換勵(lì)磁特性更好的電壓互感器。勵(lì)磁特性更好的電壓互感器在外部因素突變時(shí)，不易造成三相鐵芯飽和，從而降低形成諧振過(guò)電壓的可能性。（2）減少同一系統(tǒng)中電壓互感器接地?cái)?shù)量，增大電壓互感器的感抗，減小諧振范圍。（3）安裝消弧線(xiàn)圈。消弧線(xiàn)圈的作用是當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，故障點(diǎn)流過(guò)電容電流，消弧線(xiàn)圈提供電感電流進(jìn)行補(bǔ)償，使故障點(diǎn)電流降至10A以下，有利于防止弧光過(guò)零后重燃，達(dá)到滅弧的目的，降低高幅值過(guò)電壓出現(xiàn)的幾率，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。 當(dāng)消弧線(xiàn)圈正確調(diào)諧時(shí)，不僅可以有效的減少產(chǎn)生弧光接地過(guò)電壓的機(jī)率，還可以有效的抑制過(guò)電壓的輻值，同時(shí)也最大限度的減小了故障點(diǎn)熱破壞作用及接地網(wǎng)的電壓。（4）在電壓互感器高壓繞組中性點(diǎn)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(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)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(xiàn)性消諧阻尼器件，它安裝在電壓互感器高壓繞組中性點(diǎn)與地之間，電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，消諧器上電壓<500V，阻值呈高電阻值（可達(dá)幾百千歐），阻尼作用大，使諧振在起始階段不易發(fā)展；當(dāng)電網(wǎng)單相接地時(shí)，消諧器上電壓較高（10KV電網(wǎng)中，其電壓約1.7～1.8kV），阻值呈低值（幾十千歐），可滿(mǎn)足電壓互感器開(kāi)口三角電壓不小于80V的絕緣監(jiān)察要求，同時(shí)仍可阻尼諧振。電網(wǎng)弧光接地時(shí)，消諧器仍能保持一定的阻值，可以限制互感器涌流，運(yùn)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(kāi)口三角繞組上，正常運(yùn)行或者發(fā)生單相接地時(shí)，裝置不動(dòng)作，一旦判斷電網(wǎng)發(fā)生鐵磁諧振，便使正反并聯(lián)在開(kāi)口三角兩端的兩只晶閘管交替過(guò)零觸發(fā)導(dǎo)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(shí)可以重復(fù)動(dòng)作。裝置起動(dòng)消諧期間，晶閘管全導(dǎo)通，呈低阻態(tài)，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(duì)整個(gè)電網(wǎng)有效，是一種高效經(jīng)濟(jì)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(huì)導(dǎo)致高壓熔斷器熔斷，比如內(nèi)部線(xiàn)圈短路接地、絕緣損壞致過(guò)熱、導(dǎo)線(xiàn)受潮、螺絲松動(dòng)、拉弧、火花放電現(xiàn)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(shè)備運(yùn)行的維護(hù)檢查，確保電壓互感器在正常的情況下運(yùn)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(xiǎn)容量選擇過(guò)大

電壓互感器二次保險(xiǎn)容量如果選擇過(guò)大，當(dāng)二次系統(tǒng)負(fù)荷過(guò)重或發(fā)生故障，二次起不到保護(hù)作用，就有可能造成一次側(cè)的高壓熔斷器熔斷。因此，合理選擇一、二次保險(xiǎn)容量及電壓互感器容量可以避免這個(gè)問(wèn)題。

4.4電壓互感器高壓保險(xiǎn)質(zhì)量問(wèn)題

當(dāng)同一電壓互感器出現(xiàn)高壓熔斷器頻繁熔斷現(xiàn)象或幾個(gè)不同的電壓互感器均出現(xiàn)高壓熔斷器熔斷，而這些熔斷器均為同一廠(chǎng)家同一批次的同一款產(chǎn)品時(shí)，就要重點(diǎn)考慮是否是熔斷器本身的質(zhì)量問(wèn)題。如果以現(xiàn)有的技術(shù)手段不能判定，可以先更換其他廠(chǎng)家的產(chǎn)品，如果不再出現(xiàn)類(lèi)似現(xiàn)象，就可以基本判定是熔斷器本身的問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)棄用，轉(zhuǎn)而使用質(zhì)量好的高壓熔斷器。

4.5由電壓互感器安裝地點(diǎn)振動(dòng)引起

對(duì)于填料式高壓熔斷器，很容易忽視由于振動(dòng)引起熔斷器熔斷這一原因，有如下特點(diǎn)時(shí)，電壓互感器高壓熔斷器熔斷原因可以考慮是由振動(dòng)引起的：

（1）工作現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)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(jīng)常發(fā)生熔斷。

（3）有時(shí)熔斷無(wú)規(guī)律性，有時(shí)固定一相保險(xiǎn)熔斷，無(wú)規(guī)律性的保險(xiǎn)熔斷，例如有時(shí)A 相熔斷，有時(shí)B相熔斷，或者有時(shí)是C 相熔斷，我們往往會(huì)首先考慮鐵磁諧振，但電磁式電壓互感器工作現(xiàn)場(chǎng)若振動(dòng)，最大的可能性是振動(dòng)導(dǎo)致。

如果判定為是由于振動(dòng)引起的，就要根據(jù)振動(dòng)產(chǎn)生的原因采取相應(yīng)的措施，或者更改電壓互感器的安裝地點(diǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

10kV電壓互感器高壓熔斷器熔斷是變電站常見(jiàn)的故障之一，這種故障會(huì)造成電壓互感器無(wú)法正常工作，無(wú)法為保護(hù)、計(jì)量、儀表裝置等提供二次電壓，使得相應(yīng)設(shè)備的電壓值失去監(jiān)控，計(jì)量裝置失效，更有可能導(dǎo)致安全自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，威脅電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)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(jiàn)同時(shí)又是最復(fù)雜的原因是鐵磁諧振過(guò)電壓。因此，我們?cè)谌粘５姆创牍ぷ髦校瑧?yīng)當(dāng)以消除諧振過(guò)電壓為主要目標(biāo)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采取有效的措施，從而確保設(shè)備安全運(yùn)行。

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