光新路配電所自閉母互柜高壓熔絲頻繁熔斷原因分析與對策

王 蓉 上海鐵路局杭州供電段

上海光新路10 kV變配電所自2009年6～8月間頻繁發生母互柜10 kV高壓熔絲熔斷故障。為此須查清故障時通過高壓熔絲的電流，才能了解導致高壓熔絲熔斷的原因，找出有針對性的辦法。內母互柜電壓互感器的開口三角形繞組開口端分別加裝了FXG3-25型弧和消諧裝置，前期運行狀況良好，但2009年6月～8月期間，頻繁發生線路母互柜高壓熔絲熔斷甚至燒毀的現象。

總結以往經驗教訓，運行中的壓互一次側熔絲熔斷的原因是多方面的。其中，二次回路故障、10 kV單相接地、相間弧光短路、10 kV系統諧振、10 kV系統受到雷擊等，是一次側熔絲熔斷的主要原因。

以下為2009年7月光新路所發生高壓熔絲熔斷現象的故障記錄（見表1）：

1 光新路配電所簡介

上海光新路10 kV配電所主要供電對象為光新路存車場和106所，同時承擔滬寧、滬杭線自閉、貫通信號供電。其主接線圖如圖1所示。

圖1 主接線圖

2 故障情況

光新路10 kV系統采用不接地運行方式，這種運行方式在系統發生單相接地時，允許一定的時間內帶故障運行，因而大大提高了系統的供電可靠性。近年來,隨著鐵路的跨越式發展，以及2005年以來滬寧、滬杭線的電氣化改造及鐵路第六次大提速等工程的進行，由于地理條件限制及檢修運行安全距離要求，我段對滬寧、滬杭自閉（貫通）線路大量的架空線改電纜，使系統對地電容也迅速增大。在系統發生某些擾動時，極易引發系統內電磁式電壓互感器的飽和，激發諧振過電壓，導致系統接地電壓互感器高壓保險熔斷燒毀，嚴重時出現設備閃絡跳閘。根據電網的實際情況，選擇了在所

表1 故障記錄表

分析以上的故障紀錄，呈現特點：系統受到外界的某些干擾后，母互柜一相或兩相對地電壓升高，電壓表做低頻擺動，接著PT保險絲熔斷，電壓表擺動現象消失。

由于6～35 kV中性點不接地電網中的電壓互感器，當母線空載或出線較少時（光新路10 kV配電所僅有兩個光新路存車場和106所，用電負荷小），因合閘充電或在運行時接地故障消除等原因的激發，會使電壓互感器過飽和，則可能產生鐵磁諧振過電壓。出現相對地電壓不穩定、接地指示誤動作、PT高壓保險絲熔斷等異常現象，嚴重時會導致PT燒毀，繼而引發其它事故。其中，鐵磁諧振過電壓現象突出表現為：三相電壓不平衡，一或二相電壓升高超過線電壓。從故障記錄及當時的現場情況來看，排除二次回路故障及受到雷擊等因素的影響外，導致光新路所自閉母互柜熔絲頻繁熔斷的原因很有可能是由于10 kV系統線路發生接地故障或諧振引起。

3 故障分析及對策

消諧應從兩方面著手，即改變電感電容參數和消耗諧振能量。為此了解了多種消諧措施。

在鐵路電力系統中，消除鐵磁諧振的具體措施主要有：

（1）在系統中性點（即電源中性點）裝設消弧線圈，使系統阻抗參數盡量避開諧振區，對發生諧振較頻繁自閉、貫通回路，還應考慮將自母互、貫母互電壓互感器中性點改為經消弧線圈接地。

諧振嚴重的變配電所可考慮在電源中性點裝設自動調諧接地補償裝置（成本較高）。

（2）在壓互中性點安裝消諧器，當系統單相接地時，消諧裝置上會出現較高的電壓使消諧器導通，消耗能量，起到阻尼和限制電流的作用，并且也降低了互感器上的電壓，改善了電壓互感器的伏安特性。但要注意：電阻的選擇不能太大，否則發生單相接地時，開口三角電壓就會較低，對保護的正確動作有一定的影響。因此宜采用非線性電阻，正常時，阻值較大，故障時由于高電壓作用，阻值下降，同樣起到消耗能量和阻尼等的作用，而不會影響開口三角保護功能的可靠性。一般選R≥0.06XL，容量大于600VA的電阻。這種方式一般在10 kV及以下的系統中采用。

（3）在壓互的開口三角裝設消諧裝置或電阻（此方法較易實現，比高壓側裝設消諧裝置相對容易，不必考慮絕緣距離等等問題）。

（4）從具體倒閘操作檢修等方面考慮消除鐵磁諧振的方法。

①給母線充電前先切除PT，充電后再投入PT，停母線時先切除PT再拉開開關。

②操作中注意監視母線電壓，如電壓過高則立即改變方式，合上或拉開引起諧振的開關、斷路器或電壓互感器。

③加強運行管理，提高檢修質量。在運行過程中，應盡量在操作中減少過電壓發生的可能。例如：對于空載線路應退出重合閘，以防止線路重合而引起的過電壓，并提高檢修質量，消除隱患，注重斷路器三相分合閘同期性的檢驗，以防止斷路器的不同期合閘引起的過電壓，而激發諧振的可能性。

④維護好系統其它用電負荷，避免發生對地閃絡或接地等事故引起的諧振過電壓。

消諧措施各有其適用范圍,需依電網具體情況選用一種或幾種才能奏效。

光新路10 kV系統所早在2006年滬寧滬杭電氣化上馬大量架空線該電纜后，就在自閉貫通母互柜H19及H18柜電壓互感器中性點處安裝了FXG3-25型消諧器，當系統單相接地時，消諧裝置上會出現較高的電壓使消諧器導通，消耗能量，起到阻尼和限制電流的作用，從而達到抗諧振的目的.前期運行效果良好，但2009年6月以來，頻繁發生高壓熔絲熔斷的現象，分析原因：由于近年來滬寧城際、滬杭客專、京滬高鐵共用該線路的自閉貫通線路，隨著工程進度的不斷深入，以及隨之而來的線路遷改、改造等工程的不斷深入，線路參數處于經常變化之中，原有消弧線圈調諧裝置已經不能滿足補償要求，同時確切的參數無法及時收集，無法測算要裝設電網的電容電流，同時無法預測線路的發展趨勢走向，對重新選擇消弧線圈的容量帶來困難。

因此采取了在壓互一次中性點對地接入LXQ-10型阻尼電阻，于2009年10月26、27日分別光新路10 kV所自閉（貫通）母互中性點改裝一組LXQ1-6/10型消諧裝置，同時在鄰所（松江配電所）自閉（貫通）母互柜加裝了兩組該型消諧器。同時在選擇阻尼電阻時注意絕緣等級與壓互絕緣等級的匹配，它的直流特性與傳統的RXQ及LXQ消諧器相近，但結構設計迥異，具有體積小，重量輕，表面經過特殊處理，戶內外均適用，安裝也很方便等特點。它有效地限制PT一次涌流，防止PT高壓熔斷器熔斷。對非金屬性接地所激發的諧振過電壓也能起到抑制作用。L型消諧器由SiC非線性電阻片與線性電阻(6～7 kΩ)串聯后組成，其工作原理是在諧振剛開始時，加在消諧器上的電壓較低時呈高阻值，使諧振在初始階段不易發展起來。當系統發生單相接地故障時，消諧器上將出現千余伏電壓，此時電阻下降至稍大于6～7 kΩ，使其不至于影響接地指示裝置的靈敏度。因為是在PT一次側的中性點與地之間串接L型消諧器，所以不消耗PT二次側繞組的電能，可適當減少PT的功率。同時由于其體積較小，非常適合安裝在小型PT手車和小型開關柜內。運行至今，抑制諧波的效果較為明顯，情況得到了明顯改善和控制。

但是使用該方法時應注意：

（1）電阻器R0的電阻R0不能太小，也不能太大，否則單相接地時，開口三角電壓太低，影響接地指示靈敏度及保護裝置的正確動作。

（2）若網絡中必須有多臺高壓側中性點接地的PT同時運行，則必須每臺PT均在中性點安裝消諧電阻器方有效。

（3）電阻器的額定功率須較大，一般采用額定功率相當大的非線性電阻器與線性電阻器串聯。非線性電阻器在低電壓下電阻較大，還能阻止諧振發展。

（4）該措施與PT開口三角繞組并接R△并非完全等價，對于系統三相電容嚴重不對稱或PT一次非全相熔斷器燒斷等異常情況均可有效消諧。

（5）當系統發生單相接地故障時，R0上將有超過幾千伏的高壓，此時不能使用中性點絕緣較低的PT。

4 結論

變配電所10 kV中性點不接地系統電壓互感器一次側高壓熔絲熔斷有多種原因，要根據不同的情況分析處理，在一次繞組的接地端串接性能良好的消諧器通常能有效防止這一現象的發生。電壓互感器一次側熔絲頻繁熔斷，若不認真分析原因即換上新熔絲，誤將有故障的電氣設備重新投運，其結果可能是設備燒損更加嚴重，進一步擴大事故范圍，因此，判明熔絲熔斷原因，正確的加以處理，是保證電氣安全運行的重要措施。