一起變電站35 kV母線電壓互感器高壓熔絲異常熔斷故障分析

胡冬良，艾飛，章立新

（國網浙江省電力公司杭州供電公司，杭州310016）

一起變電站35 kV母線電壓互感器高壓熔絲異常熔斷故障分析

胡冬良，艾飛，章立新

（國網浙江省電力公司杭州供電公司，杭州310016）

針對某220 kV變電站35 kV母線電壓互感器高壓熔絲頻繁熔斷現象，結合變電站的系統運行方式，通過對統計數據進行分析，逐步排除了二次消諧裝置異常、熔絲過熱等一系列因素；通過在35 kVⅡ段母線加裝電壓電流監視裝置，對電壓電流信號進行錄波分析，發現由于電壓互感器抗飽和特性裕度不足，額定電流0.5 A熔絲抗電流擾動性能較差，導致熔絲頻繁承受脈動過電壓和脈動沖擊電流，進而引起熔絲逐步受損熔斷。最后結合研究結果提出合理的建議及改造方案，并通過試驗驗證了改造方案的可行性。

電壓互感器；脈動過電壓；脈動沖擊電流；高壓熔絲；熔斷

0 引言

近年來電磁式母線TV（電壓互感器）高壓熔絲頻繁熔斷的現象引起了有關專家學者重視，圍繞其熔斷機理開展了一系列研究[1]，從理論上定性分析了TV高壓熔絲熔斷的原因，并給出了解決建議，但相關建議缺乏實際的研究數據支撐。文獻[2]通過EMTP仿真和實驗室試驗，指出采用額定電流為0.5 A和2 A的熔絲對現有系統接地保護沒有影響，對于輕微故障或故障發展緩慢時，2種規格熔絲均不會熔斷，對已嚴重故障時均能熔斷，但對部分故障時0.5 A熔絲能熔斷而2 A熔絲無法熔斷的情況未經論證，就建議將原額定電流為0.5 A熔絲更換為2 A熔絲，其結論缺乏嚴密性，也給電力系統運行的可靠性、安全性帶來隱患。

文獻[3]介紹了某220 kV變電站TV高壓熔絲熔斷情況，從理論分析、熔絲熔斷時系統的運行方式、熔斷規律等方面對TV高壓熔絲熔斷數據進行了詳細的分析，得出可能的原因并提出切合實際的建議。

以下在文獻[3]理論分析的基礎上，針對該220 kV變電站35 kV母線TV高壓熔絲頻繁熔斷的情況，進行了試驗研究并對試驗數據和波形進行分析，找出了初步原因并提出合理建議。

1 系統運行方式

某220 kV變電站于2009年4月投運，其35 kV系統為單母分段接線，正常運行方式為兩段母線分列運行，每段母線上各有1條電纜線路和1臺電抗器投入運行，母線TV開關柜為ZS32型金屬鎧裝柜，消諧方式為二次微機消諧器（型號WNXⅢ-60/D），TV高壓熔絲采用國內主流廠家的XRNP6-40.5/0.5A。

在熔絲頻繁熔斷后，檢修人員協同廠家人員對TV進行檢測及試驗，電壓測量數據正常，絕緣情況良好，未發現明顯異常。查閱微機消諧裝置相關信息，發現有多起接地信息，開口三角電壓為31～35 V，并且有諧振接地記錄，開口三角電壓為255 V，但實際運行中并無接地記錄，可見該接地信息為虛接地現象[4]。根據統計，2013年5—12月35 kV母線TV高壓熔絲平均每月熔斷8～9次，期間更換過不同廠家同規格熔絲，熔斷次數無明顯改善，可認為并非熔絲質量引起。

針對上述情況，對35 kVⅡ段母線電壓電能質量以及熔絲熔斷期間電壓情況進行錄波監測。在故障錄波期間，發生了3次熔絲熔斷，其熔斷過程錄波類似。以其中一次為例：

熔絲熔斷期間，C相電壓逐步降低，而A相、B相電壓正常。從電壓波形分析，在熔絲受損初期，先是C相基波電壓在峰值附近出現高頻信號，后逐步增大，如圖1—3；更換C相熔絲后，恢復正常。

圖1 TV C相電壓異常初期

對更換的熔絲進行解體，并未發現多點熔斷情況，如圖4。

通過分析35 kV設備配置情況，調看TV柜二次消諧裝置運行記錄，結合電網運行情況、電能質量測試數據以及熔絲故障時電壓變化等，初步判斷故障原因為：在系統電壓出現微小擾動時，TV柜二次消諧裝置頻繁觸發動作，短接TV二次開口三角回路，引起一次側高壓熔絲頻繁承受脈動電流，導致高壓熔絲過熱逐步受損。

圖2 TV C相電壓異常中期

圖3 TV C相電壓異常后期

圖4 XRNP6-40.5/0.5 A熔絲解體圖

2 試驗過程

通過上述錄波分析，停用35 kVⅡ段母線二次消諧裝置，改用一次消諧方式進行跟蹤比較，對拆下來的二次消諧裝置進行抗干擾試驗、脈沖群差模試驗等，結果正常。

2.1 采用一次消諧裝置

參考其他地市電力公司經驗，采用某公司LXQ（D）-35型一次消諧器進行改造，改造前后3個月的統計數據見表1。

從表1中可以看出，采用一次消諧裝置后熔絲熔斷的頻率并未得到改善。

在運行中，曾懷疑熔絲熔斷可能因熔絲發熱引起，因此在TV熔絲更換后在TV兩端的金屬部位粘貼感溫試紙，該試紙能記錄熔絲運行中最高溫度，經多次使用觀察，該感溫試紙并無超過30℃的異常溫度數據。

表1 改造前后熔絲熔斷情況

根據調度要求，該變電站35 kV電抗器每月進行2次輪換運行，每次切換后在24～36 h內TV高壓熔絲多次出現熔斷情況；期間35 kVⅡ段母線B相避雷器動作次數為78次，其他兩相均為19次，與起始三相均為3次不符，說明母線B相多次出現過電壓的情況，熔絲多次承受脈動過電壓后引起熔絲的熔斷，與統計數據中B相熔絲熔斷次數較A，C相多情況一致。

2.2 加裝電壓電流監測裝置

為進一步查找熔絲異常的原因，在該變電站35 kVⅡ段母線加裝過電壓監測和熔絲回路電流監測裝置。在35 kVⅡ段母線備用一間隔安裝過電壓監測裝置分壓器，在線監測裝置實測35 kV系統過電壓；熔絲回路電流監測裝置安裝在35 kVⅡ段母線TV小車右下角（圖5）；高速電力波形記錄分析儀位于柜體外，同時處理分壓器過電壓三路電壓信號、壓變輸出3路電壓信號、開口三角處電壓信號共計7路電壓信號以及熔絲電路3路電流信號，如圖6。

圖5 電流監測儀安裝示意圖

熔絲回路電流監測額采用Acrel AKH-0.66/Z三相電流互感器，變比為100 A/5 A，穿心匝數1匝，準確級1級，額定負載1.5 VA。錄波儀器采用DF5032高速電流波形分析儀，采樣頻率為0.5 MHz，錄波時間60 ms，其中預錄波時間20 ms，錄波觸發模式采用電壓幅值越限（15 kV）和電壓突變量越限（3 kV）2種模式。

圖6 母線過電壓監測和熔絲回路電流監測裝置原理

在調試時，為便于將分壓器電壓與TV二次電壓進行對比，在試驗接線中使其二次極性與TV二次電壓極性相反。安裝調試完成后，通過正常采樣值對比，如圖7所示，以A相電壓為例，二者測量電壓幅值，相位一致，極性相反。

圖7 分壓器和TV二次A相電壓

3 案例分析

安裝電壓電流監測裝置后，對多次錄波波形數據進行分析，在正常情況下，通過TV高壓側熔絲的電流范圍為0.2～0.3 A，并不會引起熔絲過熱，與前述TV熔絲感溫試紙無異常顯示分析結論一致。以下選擇2起典型錄波數據進行分析，其中錄波圖中指示35 kV母線TV電壓指TV測量母線電壓（簡稱壓變電壓），35 kV備用一電壓為分壓器測量母線電壓（簡稱分壓器電壓）。

3.1 案例1分析

2014-01-06 16∶6∶41，TV二次電壓A相在觸發錄波時其電壓躍變為63.81 kV，為額定電壓的2.23倍，B和C兩相正常（見圖8）。TV二次A相電壓和分壓器A相電壓波形如圖9所示，TV二次電壓發生擾動，而分壓器二次電壓并未出現異常波動。分壓變B和C兩相電壓也發生擾動，TV二次三相電壓降低明顯，分壓器電壓同時發生擾動，半個周波后恢復正常（見圖10、圖11）。經過多次反復擾動，16∶42∶27分母線TV三相恢復正常（見圖12）。1月8日更換熔絲后進行了測量，B和C兩相熔斷，A相電阻49.5 Ω，遠大于原始值4.9 Ω。

圖8 觸發錄波電壓

圖9 TV及分壓器A相電壓

圖10 三相熔絲受損時TV二次電壓

圖11 三相熔絲受損時分壓器二次電壓

圖12 熔絲更換后TV二次電壓

3.2 案例2分析

2014-02-18 11∶14∶07，三相電壓出現脈動，A相電壓最大達到94.56 kV，為額定值3.31倍，觸發錄波，隨后恢復正常（見圖13）。但通過熔絲的電流多次承受脈動電流，最高值達到6.475 A，遠遠超過額定電流0.5 A（見圖14）。同時在TV二次三相電壓基波峰值附近出現不同程度的高頻信號（見圖15），而分壓器電壓正常，說明該高頻異常信號與母線電壓無關，應該由TV引起。

圖13 觸發錄波電壓

從圖16、圖17可以看出，2月19日03∶19，該高頻信號不斷放大，引起通過TV電流的脈動幅度逐步變大，最高達到20.2 A，TV二次電壓B相畸變嚴重。對35 kV TV B相電壓進行傅里葉分析，得到電壓幅頻特性如圖18所示，未見明顯高次諧波。

圖14 TV B相高壓熔絲電流

圖15 TV及分壓器B相電壓

圖16 TV B相高壓熔絲電流

通過對錄波波形分析，大多數波形均呈現案例2波形數據。

4 原因分析

通過對運行情況的統計及試驗分析，可以得出以下結論：

圖17 TV三相電壓

圖18 TV B相電壓幅頻特性（dB/次）

（1）TV高壓熔絲熔斷的過程并非猝然的，而是在多次脈動電流沖擊下逐步受損熔斷。

（2）TV高壓熔絲受損熔斷過程中并未出現過熱現象。

（3）分壓器二次電壓較電磁式TV測量電壓穩定。

（4）初步認為：TV抗飽和特性裕度不足，0.5 A熔絲抗電流擾動性能較差。

5 技術改造建議

（1）加強對35 kV TV勵磁特性曲線測量，保證交接、勵磁試驗勵磁曲線與出廠值相差不超過30%，TV三相相間勵磁曲線相差不超過30%[5]。

（2）新投運的熔絲三相間偏差不超過10%[6-7]；TV熔絲熔斷后，應對剩余的熔絲進行檢查及回路電阻測試，阻值偏差超過10%的應退出使用；同型號同批次的熔絲，電阻偏差應不超過10%。

（3）運行單位持續對熔絲熔斷情況進行統計分析，并結合母線避雷器、電抗器投切等運行方式的改變及線路接地故障等數據進行深入分析。

（4）在徹底改造前，為緩解TV高壓熔絲頻繁熔斷情況，暫時使用1 A熔絲進行替換，并統計運行情況；同時進一步監測母線電壓、TV一次電流波形。

（5）對于新建開關柜，母線TV應優先采用電容式TV。

受開關柜尺寸所限，在技改中無法采用電容式TV，故優先采用四TV接線方式，并確保四TV勵磁特性曲線及二次繞組容量應滿足要求。目前，采用四TV的技術改造方案自2015年2月在35 kV某變電站試運行[8-9]，至今TV高壓熔絲未出現熔斷情況。

[1]張由桂.電磁式電壓互感器高壓熔絲熔斷的原因及處理方法[J].電氣應用，2007（4）∶28-29.

[2]王明欽，陳維江，李永君，等.油田35 kV系統電壓互感器高壓熔絲異常熔斷故障的抑制措施[J].電網技術，2012，36（12）∶283-288.

[3]胡冬良，章立新，艾飛.35 kV母線電壓互感器高壓熔絲頻繁熔斷原因分析及探討[C].//中國高等學校電力系統及其自動化專業第29屆學術年會，2013.

[4]葛棟.配電網電磁式電壓互感器飽和引起的過電壓及過電流的計算分析與抑制措施研究[D].武漢：武漢大學，2004.

[5]武萬才，吳志勇，邊疆，等.地區電網電磁式電壓互感器燒損和高壓熔絲熔斷原因分析[J].高壓電器，2011，47（3）∶87-92.

[6]GB/T 15166.2-1994交流高壓熔斷器限流式熔斷器[S].北京：國家技術監督局，1994.

[7]GB/T 15166.2-2008高壓交流熔斷器第2部分：限流熔斷器[S].北京：中國標準出版社，2008.

[8]馬利東，杜忠.電壓互感器高壓熔絲頻繁熔斷故障原因探討[J].農村電氣化，2014（9）∶29-30.

[9]喬永亮.變電站35 kV母線壓變熔絲頻繁熔斷分析[J].華中電力，2014（2）∶32-34.

[10]蔡源，傅劍文，饒源.10 kV TV高壓熔絲熔斷原因分析及防止措施[J].浙江電力，2010，29（4）∶23-26.

[11]吳尊，朱旭，王曉明.電磁式電壓互感器空載勵磁電流異常原因分析[J].浙江電力，2010，29（1）∶18-22.

（本文編輯：方明霞）

Analysis on High-voltage Fuse Melting of 35 kV Bus Potential Transformer in a Substation

HU Dongliang，AI Fei，ZHANG Lixing
（State Grid Hangzhou Power Supply Company，Hangzhou 310016，China）

In order to investigate the reasons of frequent high-voltage fuse melting of 35 kV bus potential transformer in a substation，a number of factors such as the second harmonic elimination device abnormality and fuse overheat are excluded through substation operation mode and statistic data analysis.Voltage and current monitoring device is installed on 35 kV sectionⅡbus to record the wave and analysis the voltage and current signals.The paper indicates that due to insufficient anti-saturation characteristic margin of PT and poor current anti-interference capability of rated current 0.5 A fuse，impact on PT fuse from impulse overvoltage and current frequently occurs，which eventually causes fuse damage and blow.In the end，reasonable proposals and rehabilitation programs are put forward，and the feasibility of rehabilitation programs is verified by tests.

potential voltage；impulse overvoltage；current frequently occurs；high voltage fuse；melting

TM864

B

1007-1881（2017）01-0005-06

2016-05-11

胡冬良（1982），男，工程師，技師，從事電力系統控制、運行、分析方面工作。