35kV PT高压熔断器熔断原因分析及解决措施

35kVPT高压熔断器熔断原因分析及解决措施摘要：电压互感器（PT）作为变电站中保护和计量的主要设备，在运行中起着至关重要的作用。其高压熔断器的频繁熔断不仅造成了经济损失，而且也影响正常的保护和计量工作，成为电网安全运行的隐患。变电站内频繁发生的35kVPT高压熔断器熔断的现象，严重威胁着电网的稳定运行，本文针对PT高压熔断器熔断的根本原因做出分析，并提出解决此问题的方向及防范措施。先介绍电压互感器的作用、概述电压互感器高压熔断器熔断的常见原因，然后结合变电站现场发生的PT高压熔断器熔断现象，通过理论分析，对变电站PT高压熔断器熔断现象的根本原因做出解释，为今后可能出现的类似问题提供参考和借鉴。关键词：电压互感器;铁磁谐振;高压熔断器熔断;解决措施电磁式电压互感器（PT）作为变电站内保护、计量的主要设备，对电力系统的安全运行起着至关重要的作用，然而PT高压熔断器频繁熔断影响设备正常的工作，威胁着电网的安全稳定运行。电压互感器经常出现高压熔断器的两相熔断情况，造成电能表的准确计量，而且造成安全自动装置的误动作，严重危及电网的安全可靠运行。近年来，在公司所属的电压等级35kV及以上的变电站内经常发生PT高压熔断器熔断现象，严重威胁着电网的安全稳定运行。经对高压熔断器熔断的PT进行例行诊断试验，发现因PT自身缺陷、损坏等引起的高压熔断器熔断很少，而更换PT、PT高压熔断器，加装消谐装置等方法，都不能彻底解决高压熔断器熔断的问题。本文了解了高压熔断器熔断原因，根据现场情况做出了正确处理、力求从根本上解决电压互感器高压熔断器熔断问题，以保证电网的安全运行。1电压互感器的作用（1） 把一次回路的高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，监视母线电压及电力设备运行状况，并提供测量仪表、继电保护及自动装置所需电压量，保证系统正常运行。（2） 可以将一次侧的高电压与二次侧工作的电气工作人员隔离，且二次侧可设接地点，确保二次设备和人身安全。（3） 使二次回路可采用低电压控制电缆，且使屏内布线简单，安装、调试、维护方便，可实现远方控制和测量。2电压互感器高压熔断器熔断的现象当电压互感器高压熔丝熔断时，熔断相二次电压降低，两相电压应保持断相出现在互感器高压侧，互感器出现零序电压，导致起动接地装置，发出“接地〃信号。变电站中PT发生断线事故，是一种常见的故障。一旦PT断线失压，会使得保护装置的电压量发生偏差，而电压量的正确获取是距离保护、带方向闭锁以及含低电压启动元件的过流保护能否正确动作的先决条件。在中性点不接地系统中，单相接地时具有以下特点：接地相的对地电压变为零，其它两相的对地电压升高根号3倍，而三相中的负荷电流和线电压仍然是对称的。因此在中性点不接地系统线路保护装置中，PT断线的判据应该能够区分单相接地故障和不对称断线。PT三相失压（对称断线）的判断，各个厂家基本相同，都是按照三相无压，线路有流进行判断的。而对于PT不对称断线，则不尽相同。3电压互感器损坏及高压熔断器熔断的危害（1）对变电设备的危害:一般情况下，系统中最常发生的异常运行现象是谐振过电压。虽然谐振过电压幅值不高，但可长期存在。尤其是低频谐波对电压互感器线圈设备影响的同时可能会危及变电其它设备的绝缘，严重的可使母线上的其它薄弱环节的绝缘击穿，造成严重的短路事故甚至大面积停电事故。（2） 对运行方式的危害:出现电压互感器烧坏及高压熔断器熔断现象后，如不能马上修复，将导致母线不能分段运行。（3） 对人员的危害：一旦发生电压互感器损坏或高压熔断器熔断现象，将会给运行人员巡视设备时造成人身伤害。（4） 降低供电可靠性和少计电量:若电压互感器损坏或高压熔断器熔断，则无法准确计量，直接造成电量损失或计量不准确。同时保护电压的消失将严重危及供电设备的安全运行。4PT高压熔断器熔断的常见原因在实际运行中，电压互感器高压熔断器经常会发生熔断现象，其原因主要有以下几种：（1） 系统运行环境变化，出现危及系统安全运行的铁磁谐振，引起电压互感器一、二次侧高压熔断器熔断。（2） 一次系统发生单相接，产生弧光接地过电压。（3） 二次负载过重，将导致电压互感器高压熔断器熔断。（4） 低频饱和电流可引起电压互感器一、二次高压熔断器熔断。（5） 电压互感器一、二次绕组绝缘降低、短路故障或消谐器绝缘下降可引起一、二次侧高压熔断器熔断。（6） 电压互感器X端绝缘水平与消谐器不匹配导致一、二次侧高压熔断器熔断。（7） 操作方法不当，不按规程操作。5实际案例5.1故障情况2017年8月2日，某变电站35kVI段母线电压互感器高压熔断器A相熔断，型号为xrnp6-40.5/0.5-31.5-1，变电站运行人员依据该站现场运行规程进行处理，及时更换已熔断的高压熔断器，8月7日，35kVI段电压互感器高压熔断器A、C相又发生相继熔断现象，有关人员对电压互感器进行全面检查和高压试验，结果没有发现任何异常。2018年2月，某变电站将两组型号为JSJW-10Q的35kV油浸式互感器更换为型号为JDZX9-10Q的干式互感器。2009年3月12日该PT开始出现高压熔断器熔断。故障出现时，变电站运行人员根据相关规程进行处理，及时更换已熔断的高压熔断器。3月16日，该PT高压熔断器又出现A、C相熔断现象。对这次高压熔断器熔断，有关人员采取了加固PT一次N端接地，并再次对该PT进行高压试验。试验表明，这两次高压熔断器熔断时，该段母线均有35kV线路接地现象。5.2故障分析第一起故障经过检查，排除了由PT本身绝缘降低及操作不当等原因造成的高压熔断器熔断，经过分析与讨论，初步认为故障主要原因可能是由于电压互感器高压熔断器容量配置不足造成的。第二起故障根据PT高压熔断器熔断的常见原因，结合现场的故障现象以及相关的高压试验结果，经过分析与讨论，初步认为故障主要原因可能是系统产生铁磁谐振引起的。电力系统的任一回路都可简化成电阻R、感抗wL、容抗1/wC的串并联回路。不管是串联还是并联回路，当容抗1/wC和感抗wL相等时，这个回路就会发生谐振。回路中的电感元件和电容元件就会产生过电压和过电流，此时的电场能量（电容）与磁场能量交换达到最大值。在高压回路中，由于线路等电气设备对地存在分布电容，再加上电压互感器之类的非线性铁磁元件电感的存在，具备了构成谐振的必要条件，一旦系统电压发生扰动，就有可能会激发谐振，由于铁磁元件的非线性（如铁芯饱和时感抗会变小），这一谐振会进一步增大，当出现wL1/wC时，这种谐振称为铁磁谐振。铁磁谐振对地产生很高的过电压，此电压可能是额定电压的几倍至几十倍，致使瓷绝缘放电，绝缘子、套管等的铁件出现电晕，电压互感器高压熔断器熔断，严重时将损坏设备。在实际运行中产生铁磁谐振的具体原因，可能有以下几方面：①中性点不接地系统发生单相接地、单相断线或跳闸，三相负荷严重不对称等。②与电压互感器铁芯的饱和程度有关。在中性点不接地系统中使用中性点接地的电压互感器时，若其铁芯过早饱和则更容易产生铁磁谐振。倒闸操作过程中，由于运行方式恰好构成谐振条件，如，三相断路器不同期分合时，都会引起电压、电流波动，引起铁磁谐振。由于本次电压互感器高压熔断器熔断的故障，是更换电压互感器后才频繁产生，因此，进一步认为：由于新旧PT结构的不同，致使该变电站35kV设备在外界系统发生不对称接地时更容易发生谐振，结果导致该PT的高压熔断器频繁熔断。5.3处理方法2018年9月12日，该变电站将35kVI段母线电压互感器高压熔断器型号由xrnp6-40.5/0.5-31.5-1更换为xrnp6-40.5/1-31.5-1，再也没有发生PT高压熔断器熔断故障。由于该变电站35kV系统是中性点不接地系统，决定在PT与中性点之间安装一次消谐装置，来解决因铁磁谐振引起过电压而导致35kV母线PT高压熔断器频繁熔断这一故障问题。2019年4月22日，在35kVPT的中性点与接地之间安装一个型号为LXQII-10（6）的消谐装置。消谐装置投运后至现在，再也没有发生PT高压熔断器熔断故障。5.4故障总结电网系统内部由于非线性负载造成较大的电流谐波分量（3、5次谐波分量较大），而原设计采用的PT.0.5级100VA（不排除PT励磁特性差）在电流谐波的作用下很容易使铁芯进入铁磁深饱和区，励磁电流增大，感抗下降，引发铁磁谐振，会在PT一次绕组出现数安培到十几安培幅值的瞬间涌流，从而烧断PT0.5A高压熔丝。变电站35kV系统采用中性点不接地方式，其母线系统上的Y0接线的PT是中性点不接地电网对地的唯一金属通道，因此，相对地电容的充、放电途径必然通过PT一次绕组，PT的励磁电感和系统对地电容形成L-C回路，从而引发铁磁谐振而出现饱和过电压，并将由通常的工频位移过电压转化为谐波振荡过电压，使PT的励磁电流可达额定励磁电流的几倍到十几倍，造成PT的高压熔丝一相或两相或三相熔断，甚至使PT因严重过热而烧毁。电网系统相对地电压不平衡、不稳定、三次谐波电流的出现，或所用三相PT伏安特性相差过大，造成PT剩余绕组开口电压升高。6结束语在实际运行中35kV电压互感器高压熔断器熔断情况时有发生，给电力系统稳定运行带来很大危害。首先，要考虑高压熔断器的配置容量问题，同时，还要从互感器本身考虑，如加装合适的消谐装置，提高设备的稳定性和抵御系统故障能力。其次，发生故障时，要快速正确处理，防止故障的进一步扩大。再次，要不断总结使用的经验和故障处理的方法，才能保证系统的安全稳定运行。很多情况下高压熔断器熔断是谐振过电压引起，低频对互感器线圈设备造成影响，使母线上的其它薄弱环节的绝缘击穿，造成短路事故。针对变电站35kV母线电压互感器高压熔断器频繁熔断现象，通过故障统计并结合电压互感器的等值电路进行详细分析.得出了在电力系统发生相对地电容改变、单相接地故障或负荷大幅波动的过渡过程中，电压互感器铁芯深度饱和激发铁磁谐振.从而导致PT高压熔断器熔断的结论;同时提出了在电压互感器二次剩余绕组并联阻尼器来抑制铁磁谐振、对长线路进行分段换位来抑制零序不平衡电容电流产生等防止电压互感器高压熔断器熔断的措施。PT高压熔断器熔断必须引起足够的重视；另外一旦发生电压互感器损坏等一次设备原因造成的高压熔断器熔断现象，要在确认PT无异常的情况下才可以直接拉刀闸，若检查PT外观有异常情况高压熔断器未全部熔断的不允许直接拉刀闸，要通过拉母线断路器的方法给PT停电，以免对人员造成伤害；同时PT高压熔断器的熔断也会降低供电可靠性和少计电量，直接造成电量损失或计量不准确；同时保护电压的消失容易造成保护装置和安全自动装置的误动作，将严重危及供电设备的安全运行。所以，PT高压熔断器熔断是不容忽视的问题，应引起足够的重视。参考文献：［1］ 薛瑞民，电子设备的雷电及瞬态过电压防护技术指南［M］.北京：中国铁道出版社，2002.［2］ 张全元变电运行现场技术问答［M］.北京：中国电力出版社.［3］ 贾绪君，电压互感器(PT)高压熔断器熔断现象及分析［J］.酒钢科技，2005，(3).［4］ 王季梅，高压交流高压熔断器及其应用［M］.北京：机械工业出版社，2006.［5］ 杨传箭.电气运行工人技术问答.水利电力出版社，1985年02月［6］ 胡志光.发电厂电气设备及运行.中国电力出版社，2008年9月［7］ 陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术［M］.北京：中国科学技术出版社，2001.［8］ 电力设备预防性试验规程［S］.电