高壓熔斷器故障案例分析及預防措施

胡志慧 中國鐵路上海局集團有限公司杭州供電段

當高壓熔斷器流過的的電流超過規定值時，以其本身產生的熱量使熔體熔斷，從而斷開電路，保護用電器和線路不被燒壞。高壓熔斷器是運用這種原理制成的一種電流保護元件。高壓熔斷器廣泛應用于高壓配電系統以及用電設備中，作為短路和過電流的保護器，是應用最普遍的保護器件之一。在鐵路牽引變電所中，高壓熔斷器多用于母線電壓互感器的保護。在牽引供電驗收規程中，雖然高壓熔斷管目前未歸屬于重要設備范疇，但是它一旦出現故障，若未及時發現，有可能擴大故障范圍，造成不必要的影響。下面是針對近期發生的一件因高壓熔斷管出現問題引起的故障跳閘案例的深入分析。

1 故障概況

2018年09月16日22:58:41，春申變電所1#變壓器（1B）低壓側a相過電流動作，a相斷路器（201ADL）跳閘。檢查發現11#電壓互感器（11YH）高壓側5#熔斷器(5RD)電阻較大，對該高壓熔斷器進行更換，并對11YH進行檢查,試驗合格后恢復正常運行。

2 故障原因分析

2.1 201ADL跳閘數據分析

如圖1春申牽引變電所故障跳閘報文顯示，故障時低壓側a相電壓值為21.77 V，低壓側a相電流值為3.603 A。1#主變低壓側a相低壓側低壓定值為61 V，a相過流定值為3.58 A,過流時間 0.7 s。

201 A斷路器設有低壓啟動過流保護。過流保護一般用于長線路大負荷，線路負荷電流大，與短路電流接近，因此單純使用過流保護時，靈敏度達不到要求，容易造成誤跳閘。因負荷啟動跟短路的區別是母線電壓較高，因此所內過流保護加上低壓啟動閉鎖，也就是說，只有同時滿足過流、低壓兩個條件時，過電流保護才會動作。

故障跳閘時，a相電壓值21.77 V低于a相的低壓定值61 V，a相電流值3.603 A大于a相過流定值3.58 A，同時滿足低壓過流兩個條件，保護動作，引起低壓a相過流動作，201 A斷路器跳閘。

過流保護屬于變壓器后備保護，它的動作有兩種可能性：一是線路上有故障，但保護不動作或保護動作開關拒動，造成越級跳閘；二是母線上設備發生故障，變壓器后備保護動作跳閘。故障跳閘報文中無線路保護動作信息。可初步判斷為母線上設備發生故障。

2.2 跳閘后牽引變電所內處置措施

23:03:55，遠動操作201ADL合閘送電。23:08，所內進行壓互切換，手動操作將11YH切換至備用的12YH運行，11YH退出運行。具體操作報文如圖2所示。

圖2 牽引變電所內操作報文

23:09，所內人員巡視設備未發現異常。

當地手動拉開2521GK，申請對11YH進行檢查。對11YH高壓側5RD電阻進行測量，電阻較大，為400.9 kΩ，更換5RD。對11YH進行檢查及試驗，各項試驗數據均顯示正常。對11YH二次接線進行檢查，未發現問題。

結束對11YH檢查工作后，當地閉合2521GK，確認合位，對11YH二次電壓進行測量，電壓值顯示正常。

2.3 高壓熔斷器故障分析

故障后對相關設備檢查后發現11YH高壓側5RD電阻值大，判斷該高壓熔斷器已發生熔斷但未完全熔斷。該批次的高壓熔斷器于2017年購買，將損壞的高壓熔斷器與2018年采購的進行解剖對比發現，2018年采購的高壓熔斷器熔絲表面光澤，石英沙干燥，而損壞的高壓熔斷器熔絲已有綠色氧化層，且石英砂潮濕，如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 發生熔斷的高壓熔斷器石英砂

圖4 正常狀態的高壓熔斷器石英砂

圖5 正常熔絲與熔斷熔絲的比較

高壓熔斷器5RD型號為RN2-35/0.5A，該型號的熔斷器為高壓限流熔斷器。在短路時以限制線路電流到最小值的方式進行瞬時開斷，1 min內熔斷電流應在（0.6-1.8）A范圍內。其熔管的正常電阻值應為（315±14）Ω，故障時電阻值測得為400.9 kΩ，表明該熔斷器處于熔斷但未完全熔斷狀態。

2.4 熔斷器熔斷為何未報“PT斷線”告警

PT斷線原因主要是電壓互感器二次側過載、絕緣下降或短路造成的。PT斷線還可能是安裝方面的問題，若PT引線安裝位置不正確或固定不可靠，工作時可能受到電磁力矩的作用，而由于PT引線所受的都是方向交變的電磁力的作用，時間一長，引線就容易因為疲勞而斷裂。

5RD主要用于11YH的保護。當電壓互感器發生短路等故障時，高壓熔斷器應迅速熔斷，此時電壓互感器和母線完全斷開，電壓降為0。因所內保護配置中饋線側“PT斷線檢查”投入，正常情況下，保護裝置檢測出電壓為零后應當發出“PT斷線”的告警信號。此次故障中，跳閘前所內保護裝置上并未出現“PT斷線”的信號。

而故障后對電壓互感器的檢查中也未發現其有任何異常，因而判定高壓熔斷器5RD出現問題，在電壓互感器沒有任何故障的情況下發生非正常性熔斷，熔斷過程中熔斷管阻抗不斷增大，下端的電壓互感器采集的電壓從9月16日15點左右電壓開始出現波動并逐漸下降，如圖6所示。

圖6 電壓互感器的電壓變化趨勢

饋線保護測控裝置中對PT斷線的設置為，在保護未啟動的情況下，裝置設有PT斷線告警的功能，檢測到PT斷線后，延時3 s告警點亮面板告警燈。判據為：U<10 V，I>0.2 A。201 A斷路器跳閘前，熔斷器發生熔斷，但未完全熔斷，從故障錄波波形上可以看出主變低壓側A相電壓Ula呈現尖峰波，非正弦波，電壓諧波含量較高，如圖7所示。判斷此時熔斷器呈高阻、非線性阻抗狀態。故障跳閘時檢測到低壓側a相電壓值為21.77 V，該電壓大于PT斷線的告警定值10 V，因而熔斷器發生熔斷并未發出“PT斷線”的告警信號。但當出現負荷大時，滿足低電壓過流條件最終導致201 A斷路器誤動作跳閘。

圖7 故障錄波波形

3 故障原因綜述

（1）高壓熔斷器存在質量問題，熔斷器為2018年7月16日檢修時更換，兩個月后熔斷器發生非正常熔斷。

（2）電壓互感器主備用切換方式為手動切換，當熔斷管熔斷后，無法快速切換至備用電壓互感器，必須人工手動切換，導致裝置采集的電壓出現異常，在饋線有較大負荷時造成過電流，引起保護誤動作跳閘。

（3）從熔斷器出現熔斷趨勢，電壓開始逐漸下降到發生故障跳閘這一過程經歷了大約8 h的時間，期間相關人員未及時發現這一現象，使得這一故障范圍擴大并最終引起跳閘。

4 改進措施

（1）聯系微機保護廠家對手動切換運行方式的電壓互感器，在后臺設置告警信號（將報警電壓值設為22 kV)，當母線電壓低于22 kV時，后臺機發出遙測越下限告警信號，便于及時發現電壓異常情況。

（2）后期在微機保護設備升級項目中將所內電壓互感器手動切換改為自動切換，在電壓發生異常情況時能快速的切換至備用電壓互感器，確保母線電壓采集正常，防止過流保護誤動作。

（3）對存在質量問題的該批次熔斷器棄用，選擇產品質量好的廠家進行購買。后期在檢修過程中，對高壓熔斷管進行電阻測量，RN2-35/0.5 A熔斷管標準值為（315±15）Ω，對不符合標準的熔斷器及時進行更換。

（4）因熔斷器有一定的使用壽命，若長期承受短時過載電流而未達到熔斷電流，則會加速其老化，因此將熔斷器納入壽命管理，更換周期為兩年。

這是一起因高壓熔斷管出現問題后，導致故障跳閘的典型案例。之前其他線路也出現過類似的故障情況。鑒于此，在日常運行過程中應給予足夠的重視，提高警覺性，若再發生類似的情況，力求在故障的發生初期，通過敏銳有效的觀測及數據監控，將問題控制在最小范圍內，縮短故障的處理時間。同時在產品的選擇上，尋求質量較好的廠家進行產品采購，關注產品各項數據指標的差異，作為產品選購及運行的參考。