10kV PT熔斷器熔斷的原因分析及運(yùn)行建議

黃帥軍

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門(mén)供電局,廣東 江門(mén)529000）

PT高壓熔斷器熔斷最直接原因是電力系統(tǒng)暫態(tài)電流引起熔體發(fā)熱,根據(jù)以往的文獻(xiàn)資料整理分析和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，10kV電力系統(tǒng)中可能對(duì)電壓互感器的高壓熔斷器造成系統(tǒng)暫態(tài)沖擊的主要是:（1）鐵磁諧振;（2）單相瞬時(shí)性接地故障消失對(duì)地電容放電;（3）雷擊過(guò)電壓。以下是原因分析：

1 PT熔斷器熔斷的主要原因分析

1.1 鐵磁諧振引起的原因

電力系不僅包含有許多的電感元件，也包含有許多的電容元件，電力變壓器、電壓互感器、電流互感器、消弧線(xiàn)圈以及各類(lèi)線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)都屬于電感元件，三相之間的電容、架空導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地的電容、用來(lái)其補(bǔ)償作用的電容器，還有高壓電力設(shè)備產(chǎn)生的寄生電容都屬于電容元件。電壓互感器由于其帶鐵芯，正常運(yùn)行時(shí)工作人員進(jìn)行開(kāi)關(guān)開(kāi)斷操作，或者電力系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)，就可能造成PT的非線(xiàn)性飽和，飽和之后的鐵芯就會(huì)與相鄰的導(dǎo)線(xiàn)以及臨近電力設(shè)備的對(duì)地電容形成正常情況下不會(huì)出現(xiàn)的單相或三相共振回路，就會(huì)引起不間斷的、幅值較高的鐵磁諧振，從而引起電力系統(tǒng)中的一些元件出現(xiàn)諧振過(guò)電壓。

每當(dāng)鐵磁諧振發(fā)生時(shí)，就會(huì)有諧振電流和諧振電壓產(chǎn)生，當(dāng)系統(tǒng)中加入了電壓和電流時(shí)就會(huì)造成系統(tǒng)過(guò)電壓和過(guò)電流。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，鐵磁諧振產(chǎn)生的暫態(tài)沖擊電流是導(dǎo)致PT高壓熔斷器熔斷的直接原因，嚴(yán)重的話(huà)甚至?xí)龤T，PT一旦燒毀，電網(wǎng)安全運(yùn)行就得不到保障。

其中，引起震蕩回路的電感元件的電感和回路中的電容元件的電容參數(shù)決定了回路的諧振頻率。由于PT勵(lì)磁電感是非線(xiàn)性的，這一特性就決定了其電感值不是恒定不變的，在交流電源作用下，就會(huì)發(fā)生波形畸變現(xiàn)象，此時(shí)的回路的諧振頻率也不是固定的。

綜上分析可知，鐵磁諧振是在電力系統(tǒng)受到操作過(guò)電壓或者異常故障的沖擊時(shí)，PT非線(xiàn)性鐵芯飽和，其勵(lì)磁電感發(fā)生變化，又與臨近線(xiàn)路和相鄰設(shè)備的對(duì)地電容形成特定的震蕩回路引起的。

PT鐵磁諧振通常發(fā)生在電力系統(tǒng)零序回路中，所以防止PT鐵磁諧振的產(chǎn)生可以從改變系統(tǒng)零序參數(shù)角度來(lái)分析，大致分為三類(lèi)：

1.1.1 讓電力系統(tǒng)零序電阻發(fā)生變化

（1）電力系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地變?yōu)榻?jīng)電阻接地;

（2）PT開(kāi)口三角繞組兩端不接電阻改為接電阻或者加裝消諧的裝置;

（3）PT一次側(cè)中性點(diǎn)由不接入電阻改為接入電阻或者加裝具有消諧功能的裝置。

1.1.2 讓電力系統(tǒng)的零序電感發(fā)生變化

（1）選用具有消諧功能PT，并且具有較好的勵(lì)磁特性;

（2）同一回路中PT的并聯(lián)臺(tái)數(shù)要嚴(yán)格控制;

（3）系統(tǒng)中性點(diǎn)最好能夠經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地;

（4）合理選取 PT接線(xiàn)方式，如4PT接線(xiàn)方式。

1.1.3 讓電力系統(tǒng)中的零序電容發(fā)生變化

這種方法主要減少架空線(xiàn)段，主要是采用容器組或者使用電纜來(lái)代替架空導(dǎo)線(xiàn)，從而增大對(duì)地電容，就可以有效避免諧振。

由以上分析可知，讓電力系統(tǒng)零序電阻發(fā)生改變，大部分是采取消耗諧振的能量，從而達(dá)到消除或者抑制諧振的發(fā)生，從而有效抑制諧振沖擊電流對(duì)PT高壓熔斷器的沖擊; 讓系統(tǒng)零序電感以及零序電容參數(shù)發(fā)生變化，使系統(tǒng)的電感、電容參數(shù)與諧振相符的條件不匹配，就難以激起鐵磁諧振，從而系統(tǒng)就產(chǎn)生不了對(duì)PT高壓熔斷器產(chǎn)生沖擊的暫態(tài)沖擊電流。

1.2 單相瞬時(shí)接地導(dǎo)致的原因

對(duì)于10kV中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)，其發(fā)生系統(tǒng)瞬時(shí)接地故障時(shí)，故障相電壓為零，而非故障相對(duì)地電壓值升到線(xiàn)電壓。此時(shí)，非故障相線(xiàn)路對(duì)地電容和接地點(diǎn)形成回路，故障點(diǎn)會(huì)流過(guò)容性電流，則非故障相對(duì)地電容會(huì)充上與線(xiàn)電壓對(duì)應(yīng)的電荷。一旦瞬時(shí)接地故障消失，各相對(duì)地電壓恢復(fù)到相電壓值，而原故障相對(duì)地電容電壓不能突變，電容上多余電荷會(huì)對(duì)PT高壓繞組放電（接地點(diǎn)消失后，線(xiàn)路電容只能與PT高壓繞組形成回路）。

對(duì)地電容中存儲(chǔ)的電荷對(duì)PT高壓繞組電感放電，相當(dāng)于一個(gè)直流電源作用在帶有鐵芯的電感線(xiàn)圈上；對(duì)于故障相來(lái)說(shuō)，接地點(diǎn)消失線(xiàn)路恢復(fù)電壓后，相當(dāng)于一個(gè)空載變壓器突然合閘，會(huì)激發(fā)更大的暫態(tài)涌流。因此，系統(tǒng)發(fā)生系統(tǒng)瞬時(shí)接地故障時(shí)，可能會(huì)形成較大的暫態(tài)沖擊電流，很容易造成PT的熔斷器過(guò)載而熔斷。

如果在這一瞬變過(guò)程中，線(xiàn)路對(duì)地電容積累的電荷足夠多，PT繞組將會(huì)流過(guò)一個(gè)幅值很高的直流飽和電流，使PT鐵芯嚴(yán)重飽和，可能與線(xiàn)路和設(shè)備的電容、電感形成共振，激發(fā)持續(xù)、較高幅值的諧振過(guò)電壓。

系統(tǒng)反復(fù)的單相瞬間接地就相當(dāng)于以上過(guò)程的反復(fù)，這樣造成的沖擊電流就相當(dāng)于幾次累加后的效果，從而更加容易使高壓熔斷器熔斷。

對(duì)于10kV中性點(diǎn)經(jīng)過(guò)消弧線(xiàn)圈接地的系統(tǒng)，以上分析過(guò)程中的多余電荷會(huì)通過(guò)中性點(diǎn)接地而釋放，對(duì)PT一次側(cè)熔斷絲有定的保護(hù)作用。

1.3 雷擊過(guò)電壓導(dǎo)致的原因

雷擊時(shí)巨大的雷電流有可能因?yàn)楸芾灼鞯男沽鞑粔蜓杆?，使得瞬態(tài)的過(guò)電壓使PT的鐵芯磁飽和而導(dǎo)致勵(lì)磁阻抗降低，這時(shí)瞬間增加的電流有可能超過(guò)熔斷器的設(shè)定值，從而使里面的熔體燒毀。另外，雷擊也會(huì)導(dǎo)致線(xiàn)路因閃絡(luò)等原因產(chǎn)生單相瞬時(shí)接地的情況發(fā)生，從而導(dǎo)致PT一次側(cè)熔斷器燒毀。

值得一提的是，如果熔斷器使用的時(shí)間長(zhǎng)，里面的熔體會(huì)在環(huán)境和電場(chǎng)等的作用下產(chǎn)生氧化或劣化，使其能承受系統(tǒng)單相瞬時(shí)接地和雷擊過(guò)電壓的能力減弱。10kV系統(tǒng)無(wú)消耗線(xiàn)圈接地的PT，容易因?yàn)殍F磁諧振而導(dǎo)致的熔斷器熔斷的風(fēng)險(xiǎn)較高，應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)。

2 運(yùn)行建議

（1）對(duì)10kV電力系統(tǒng)沒(méi)有經(jīng)過(guò)消線(xiàn)圈接地的系統(tǒng)，應(yīng)采用合理的消諧裝置使PT中性點(diǎn)接地：系統(tǒng)的中性點(diǎn)經(jīng)合理的消弧線(xiàn)圈或采用電阻接地后，瞬間接地故障恢復(fù)后電容放電的暫態(tài)沖擊電流減小了，這樣暫態(tài)沖擊電流對(duì)PT熔斷器的沖擊也就減小了，于此同時(shí)還可以改變諧振電路的諧振頻率，抑制或消除諧振的發(fā)生。

（2）對(duì)重復(fù)出現(xiàn)熔斷器熔斷的PT（如下表所示），應(yīng)測(cè)量其V-A特性（伏安特性），性能差的PT容易引起鐵心磁飽和，容易因?yàn)檫^(guò)電壓而導(dǎo)致較大的過(guò)電流燒毀熔斷器，應(yīng)該考慮更換。另外，可以統(tǒng)計(jì)正使用的各種型號(hào)、廠家的PT，分析其V-A特性，以便以購(gòu)買(mǎi)性能更好的產(chǎn)品。

2012~2014年江門(mén)地區(qū)各變電站10kVPT一次側(cè)熔斷絲熔斷次數(shù)統(tǒng)計(jì)表

大澤站 5 無(wú) 110kV深井站4 有110kV杜阮站 1 有 110kV雙龍站 1有110kV岡州站 1 無(wú) 110kV向東站1 有110kV高頭站 3 無(wú) 110kV永康站1 有110kV古勞站 1 有 110kV宅梧站 1有110kV合山站 1 無(wú) 110kV址山站 1無(wú)110kV河村站 1 有 110kV中心站1 有110kV荷塘站 1 有 220kV發(fā)興站 1有110kV金溪站 1 有 220kV群星站 2無(wú)110kV 110kV舊橋頭站2無(wú) 220kV外海站 1 1 有

牛灣站 1 無(wú) 220kV雁山站2 有110kV 110kV仁義站1 有

（3）檢查保險(xiǎn)絲的使用年限，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的熔斷器應(yīng)盡量在停電時(shí)更換，建議使用抗氧化性更好的保險(xiǎn)絲（如鎳材料的保險(xiǎn)絲）；

（4）對(duì)因?yàn)槔讚舳鴮?dǎo)致的熔斷器燒毀情況，可以考慮檢查避雷器的性能是否符合要求，以及檢查避雷器的接地電阻是否過(guò)大，必要時(shí)可增出線(xiàn)線(xiàn)路上避雷器（或效雷裝置）的數(shù)量。

（5）有研究成功在35kV系統(tǒng)PT一次側(cè)使用2A的熔斷器代替原來(lái)的0.5A熔斷器運(yùn)行，有限抑制了熔斷器燒毀的現(xiàn)象，且1年內(nèi)未發(fā)生因更換熔斷器容量而導(dǎo)致的其它設(shè)備異常，因此，對(duì)頻繁出現(xiàn)熔斷器熔斷的位置可以嘗試使用熔斷電流更大的熔斷器運(yùn)行。另外，相關(guān)研究中，中性點(diǎn)消弧線(xiàn)圈并聯(lián)電阻（4200Ω）接地或采用4PT的接線(xiàn)方式，也可獲得較好的效果。

（6）對(duì)經(jīng)常發(fā)生熔斷器燒毀的10kV線(xiàn)路，可以測(cè)量10kV負(fù)荷端的諧波污染情況，綜合分析PT一次側(cè)熔斷器燒毀的原因是否與其有關(guān)。