电压互感器熔丝频繁熔断原因分析.pdf

上海电力 电压互感器熔丝频繁熔断原因分析 郭春菊， 潘征宇， 孙鸣 ( 上海市电力公司检修公司， 上海 2 0 1 9 0 1 ) 摘要： 在设备运行过程中， 会出现各种原因造成的电压互感器高压熔丝熔断现象， 分析了同济变电站 3 5 k V电压互 感器熔丝频繁熔断原因。根据现场运行情况， 分析讨论在实际应用中采用开1 ：1 三角形绕组两端接消谐器进行消谐的局限 性。并提出利用电压互感器高压侧中性点接消谐器的方法， 解决电压互感器高压熔丝频繁熔断的问题。 关键词： 电压互感器； 熔丝熔断； 铁磁谐振； 消谐装置 中图分类号： T M 5 5 文献标志码： B 0 引言 运行中的电磁式 电压互感 器铁芯饱和引起 工频位移过电压和铁磁谐振过电压( 通称为压变 饱和过电压) ， 都会造成压变高压熔丝熔断， 甚至 使压变烧损或爆炸， 将会影响电网的稳定运行。 近期同济变电站 3 5 k V电压互感器熔丝出现频 繁熔断现象， 还出现一起电压互感器爆炸事故， 本文根据现场运行情况结合相关理论分析了此 类情况 的出现 的原 因， 并尝试找 出解决方案 。 l 电压互感器工作原理 电压互感器的工作原理相当于二次侧开路 的变压器 ， 用来变压 ， 在二次侧接人 电压表测量 电压( 可 以并联多个 电压表 ) 。电压互感器的二次 侧不能短路。电压互感器在正常运行中， 二次负 载阻抗很大 ， 电压互感器是恒压源 ， 内阻抗很小 ， 容量很小， 一次绕组导线很细， 当互感器二次发 生短路时 ， 二次线圈的阻抗 大大减小 ， 就会出现 用很大， 变电所周围人员环境复杂， 还不宜实现 无人值班 。 3 ) 目前 国内 5 0 0 k V变 电站 采用 了智 能化 H G I S 的较少， 应用时间短， 故还需积累一定的运 行经验 ， 还需编写相应的各种规程及作业指导书。 综上所述，智能化 H G I S 推广使用还需一段 相当长的时间，在这期间常规 H G I S 将成为适合 在某些占地紧张、 可靠性要求高的5 0 0千伏变电 站应用的理想产品。 4 结语 与 A I S 设备相比， H G I S 设备带来一系列的 优势， 使得其成为新建及扩建 5 0 0 k V枢纽变电站 的主要一次设备的首选产品，而智能化 H G I S 的 一 次、 二次设备完整成套， 二次设备趋于智能化、 一 46一 网络化和微机化， 为变电站的一体化建设奠定了 很好的技术平台， 在将来上海地区发展对可靠性 要求更高的特高压电网和我国推进智能电网建 设中将发挥更有力 的作用。 参考文献： 1 徐荣根 ， 赵敏 5 0 0 k V敬亭变电站 H G I S的运行管理 J 安徽电气工程职业技术学院学报， 2 o 0 7 ( 3 ) ： 5 0 5 L 2 蔡金博 ， 郝炜 ， 徐东升 HG I S在 5 0 0 k V变电所 中的 应用前景E J 吉林电力， 2 0 0 3 ( 1 2 ) ： 3 8 3 傅旭华 ， 组合式高压电器( ( H G I S ) 的特点浅析 J 浙 江电力 ， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 6 7 6 8 4 王志毅 ， 新型 5 0 0 k V超高压开关设备( H G I S ) 的设 计选择E J 电力建设， 2 0 0 4 ( 4 ) ： 4 8 - 4 9 收稿日期： 2 0 1 2 1 1 - 1 6 作者简介： 陈康铭( 1 9 6 3 一) ， 男， 工程师， 从事变电运行管 理 工作。 上 海 电力 很大的短路电流，使副线圈因严重发热而烧毁。 因此在运行中电压互感器不允许短路。 为了保护电压互感器本体或其引出线上故 障，对于设备的危害。在 3 5 k V及以下的互感器 中， 在高压侧装设熔断器 ， 其 目的是上述部位发 生故障时，把电压互感器从高压电路中切除， 以 隔离故障点。 2 电压互感器一次熔丝熔断的原因 运行中的电压互感器高压熔丝熔断原因是 多方面的， 包含一次及二次等各种原因， 但主要 由以下五种原因造成 ： 1 ) 一次侧引线、 瓷套管相间或相对地放电； 2 ) 一次侧绕组相间、 相对地或匝间短路； 3 ) 电压互感器二次侧短路， 而二次熔丝又未 及时熔断， 造成一次侧熔丝熔断； 4 ) 系统发生过电压 ( 如单相间歇性电弧接 地 、铁磁谐振及操作过电压 ) ，电压互感器磁饱 和， 励磁电流剧增， 引起一次侧熔丝熔断。 5 ) 低频饱和电流可引起电压互感器一次熔 丝熔断。 2 1同济站 电压互感器熔丝熔 断时监盘时的 现象 电压互感器熔丝熔断时现象为， 三相线电压 中的一项开始缓慢下降 ( 电压缓慢下降是因为， 在调换之前， 熔丝虽然已经熔断， 但是由于无外 界振动还处于虚连接状态 ， 随着时间的推移连通 状态越来越差 ) ， 一般跌到 1 9 k V左右时故障录播 仪启动。一般在监盘时发现某相电压 2 0 k V左右 时， 运行人员及前去更换熔丝， 防止出现电压突 然下降造成保护装置误动。熔丝正常电阻为 3 1 5 欧姆 ， 调换下的熔丝测量电阻均为无穷大， 即完 全熔断状态。 而且调换时发现熔断的熔丝往往存 在发热现象 。 2 2 3 5千伏 电压 互感器高压熔 丝频繁熔 断 记录情况 据统计 2 0 0 7 年 3 5 k V电压互感器熔丝熔断 2次， 2 0 0 8 年 1 7 次， 2 0 0 9 年 1 8 次 ，且无任何规 律。经过查询运行记录， 每次电压互感器一次熔 丝熔断时， 电网并没有发生短路或接地事故。运 行人员现场检查 ， 确认电压互感器一二次设备无 明显异常， 而且更换高压熔丝后 ， 电压互感器即 恢复正常运行。 这就排除了出现上述原因中 1 2 3 种情况可能。剩下的两种可能是 由于出现铁磁谐 振过 电压造成或低频饱和 电流 ， 造成 的高压熔丝 熔断。 2 3考虑铁磁谐振造成频繁熔断及处理措施 同济站 3 5 k V采用的是 J D Z X 9 3 5 Q型号的 电压互感器，为单相浇注式电磁式电压互感器， 接线方式为 Y n Y n 开 口三角 。首先考虑熔丝 的 熔断有可能是铁磁谐振造成 。3 5 K V级 电力网电 磁式 电压互感器的铁磁谐振现象 ， 要消除铁磁谐 振有 以下两大类措施 ： 破坏谐振条件 ； 阻尼谐振 发生。 按照现场实际情况，我们选择了三相 T V开 口三角绕组两端接人 C X WX Z型微机消谐器的 方案。 因此， 同济站分别在 2 0 0 9 年 1 月给 3 5 k V四 段母线装设消谐装置装设 。 2 。 3 1电压互感器装设消谐装置后情况： C X WX Z型微机消谐装置是加装在互感器 二次侧的二次消谐器 ， 其在压变二次侧开口三角 形绕组两端接人阻尼电阻 R 。 ， 相当于在压变高压 侧 Y 0 结线绕组上并联一个电阻，而这一电阻只 有在电网有零序电压时才出现，正常运行时， 零 序电压绕组所接的R o 不会消耗能量。 在 加装 了 C X WX Z型微 机消谐 装置后 ， 对 同济站 3 5 k V压变高压熔丝的熔断事件，继续进 了统计。 统计情况为： 2 0 1 0 年 3 5 千伏电压互感器 熔丝熔断4 7 次， 且无规律可言， 此方案没有解决 高压熔丝频繁熔断的问题。 2 3 2其他可能因素的排查 由加装微机消谐装置方法无效 ， 所 以再次从 以下几个方面展开排查 ： 1 1 3 5 k V母线压变本体特性检查 。 2 1 压变一次侧熔丝特性检查 。 3 1 压变二次 回路检查。 4 1 系统接地 网检查 。 排查结论 ： 1 ) 专业电试人员对同济站 3 5 k V电压互感器 做了相关检查， 结果显示中性点绝缘正常， 励磁 特性在正常范围， 符合运行要求。 2 ) 同济站接地网接地电阻检查每年进行一 次，最近一次检查时间为 2 0 1 1 年 9 月 1 4日， 测 试结果正常。 一 47 上海电力 3 ) 压变一次侧熔丝的特性检查 2 0 0 9 年由西 高所进行了熔断试验，表明在大电流情况下， 熔 丝可以可靠熔断。近期由电试院进行小电流通流 测试 ，测试结果表明，熔丝在 1 1 倍 电流 ( 即 0 5 5 A) 通过的情况下， 经过 4 个小时可以熔断。 4 ) 压变二次 回路通过采用安徽振兴 的设备 对小母线 电压情况进行测试检查 ， 未发现异常情 况。 2 4分析低频饱和 电流造成熔断的可能 2 4 1低频饱和 电流如何引起电压互感器一 次熔丝熔断 目前 ， 在 3 5 k V系统 中电力电缆 的大量使用 ， 造成 电网对地 电容不断增大。电网对地电容通过 T V一次绕组有一个充放电的过渡过程，而此过 程中常常有最高幅值达数安培的工频半波涌流 通过 T V， 那么电流有可能将 T V高压熔丝熔断。 当系统发生单相接地时， 故障点会流过电容 电流， 未接地相( A 、 c ) 的电压升高到线电压 ， 其对 地电容 c 。 上充以与线电压相应的电荷。 在接地故 障期间， 此电荷产生的电容电流， 以接地点为通 路 ， 在电源 一导线 一大地间流通。 由于压变 的励 磁阻抗很大， 其中流过的电流很小。一旦接地故 障消失 ， 这时电流通路被切断， 而非接地相必须 由线电压瞬间恢复到正常相电压水平。 但是 ， 由于接地故障已断开， 非接地相在接 地期间已经充电至线电压下的电荷， 就只有通过 压变高压绕组 ，经其原来接地的 中性点 进人 大 地。在这一瞬变过程中， 压变高压绕组中将会流 过一个幅值很高的低频饱和电流， 使压变铁芯严 重饱和。实际上 ， 由于接地电弧熄灭的时刻不同， 即初始相位角不同， 故障的切除不一定都在非接 地相电压达最大值这一严重情况下发生。因此 ， 不一定每次单相接地故障消失时 ， 都会在压变高 压绕组中产生大的涌流。而且低频饱和电流的大 小 ， 还与压变伏安特性有很大关 系 ， 压变铁芯越 容易饱和， 该饱和电流就越大， 高压熔丝就越易 熔断。 安装在二次侧的电子消谐器不能限制低频 饱和电流 ， 当饱和电流发生时， 它会将二次开口 三角短路， 这反而会增大涌流幅值。 2 4 2 抑制低频饱和电流的方法 在上述情况下， 若在压变高压绕组中性点接 一 48一 人一个足够大的接地电阻，在单相故障消失时， 低频饱和各电流经过电阻 R o 后进人大地，由于 大部分压降加在电阻上， 从而大大抑制了低频饱 和电流， 使压变高压熔丝不易熔断； 同时由于在 零序电压回路串联的这个电阻R o ， 使压变饱和过 电压的大部分电压降落在电阻 R o 上，从而避免 了铁芯饱和， 限制 了压变饱和过电压的发生。 同时 由于在零序 电压回路 串联 了这个电 阻，使电压互感器铁磁谐振过电压的大部分电 压降落在电阻上 ，从而在一定程度上也能避免 了铁心饱和 ，起到限制铁磁谐振过电压的发生 的作用。 3 结论 在压变开 口三角形绕组两端接微 电脑消谐 器能够抑制压变饱和过电压，但它有一定局限 性 ， 无法抑 制低频饱 和电流 ， 适 用于 电网较小 、 对地电容不大的场合。而在压变高压绕组中性 点接消谐电阻既能消除压 变饱 和过 电压和抑制 低频饱和电流，防止高压熔丝熔断，同时只要 阻值选择适当，就不影响压变的正常运行， 但 每一台压变都必须装设 ( 尤其是较易发生铁芯 饱和 的压变) ， 适用 于电 网较 大 、 对地 电容较 大 的场合 。 通过上述分析， 同济站压变高压熔丝频繁熔 断是系统 中的低频饱和电流造成的。在压变中性 点加装非线性阻尼电阻式的一次消谐器， 可有效 抑制低频饱和电流，防止其造成高压熔丝熔断。 但应注意， 已有相关实验结果表明， 部分电压互 感器安装此类