10kV PT熔斷器熔斷的原因分析及運行建議

黃帥軍

（廣東電網有限責任公司江門供電局,廣東 江門529000）

PT高壓熔斷器熔斷最直接原因是電力系統暫態電流引起熔體發熱,根據以往的文獻資料整理分析和實際運行經驗的總結，10kV電力系統中可能對電壓互感器的高壓熔斷器造成系統暫態沖擊的主要是:（1）鐵磁諧振;（2）單相瞬時性接地故障消失對地電容放電;（3）雷擊過電壓。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、消弧線圈以及各類線路導線都屬于電感元件，三相之間的電容、架空導線對地的電容、用來其補償作用的電容器，還有高壓電力設備產生的寄生電容都屬于電容元件。電壓互感器由于其帶鐵芯，正常運行時工作人員進行開關開斷操作，或者電力系統發生異常時，就可能造成PT的非線性飽和，飽和之后的鐵芯就會與相鄰的導線以及臨近電力設備的對地電容形成正常情況下不會出現的單相或三相共振回路，就會引起不間斷的、幅值較高的鐵磁諧振，從而引起電力系統中的一些元件出現諧振過電壓。

每當鐵磁諧振發生時，就會有諧振電流和諧振電壓產生，當系統中加入了電壓和電流時就會造成系統過電壓和過電流。根據實際運行經驗，在10kV中性點不接地系統中，鐵磁諧振產生的暫態沖擊電流是導致PT高壓熔斷器熔斷的直接原因，嚴重的話甚至會燒毀PT，PT一旦燒毀，電網安全運行就得不到保障。

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決定了回路的諧振頻率。由于PT勵磁電感是非線性的，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，就會發生波形畸變現象，此時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受到操作過電壓或者異常故障的沖擊時，PT非線性鐵芯飽和，其勵磁電感發生變化，又與臨近線路和相鄰設備的對地電容形成特定的震蕩回路引起的。

PT鐵磁諧振通常發生在電力系統零序回路中，所以防止PT鐵磁諧振的產生可以從改變系統零序參數角度來分析，大致分為三類：

1.1.1 讓電力系統零序電阻發生變化

（1）電力系統中性點直接接地變為經電阻接地;

（2）PT開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一次側中性點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 讓電力系統的零序電感發生變化

（1）選用具有消諧功能PT，并且具有較好的勵磁特性;

（2）同一回路中PT的并聯臺數要嚴格控制;

（3）系統中性點最好能夠經消弧線圈接地;

（4）合理選取 PT接線方式，如4PT接線方式。

1.1.3 讓電力系統中的零序電容發生變化

這種方法主要減少架空線段，主要是采用容器組或者使用電纜來代替架空導線，從而增大對地電容，就可以有效避免諧振。

由以上分析可知，讓電力系統零序電阻發生改變，大部分是采取消耗諧振的能量，從而達到消除或者抑制諧振的發生，從而有效抑制諧振沖擊電流對PT高壓熔斷器的沖擊; 讓系統零序電感以及零序電容參數發生變化，使系統的電感、電容參數與諧振相符的條件不匹配，就難以激起鐵磁諧振，從而系統就產生不了對PT高壓熔斷器產生沖擊的暫態沖擊電流。

1.2 單相瞬時接地導致的原因

對于10kV中性點不接地的系統，其發生系統瞬時接地故障時，故障相電壓為零，而非故障相對地電壓值升到線電壓。此時，非故障相線路對地電容和接地點形成回路，故障點會流過容性電流，則非故障相對地電容會充上與線電壓對應的電荷。一旦瞬時接地故障消失，各相對地電壓恢復到相電壓值，而原故障相對地電容電壓不能突變，電容上多余電荷會對PT高壓繞組放電（接地點消失后，線路電容只能與PT高壓繞組形成回路）。

對地電容中存儲的電荷對PT高壓繞組電感放電，相當于一個直流電源作用在帶有鐵芯的電感線圈上；對于故障相來說，接地點消失線路恢復電壓后，相當于一個空載變壓器突然合閘，會激發更大的暫態涌流。因此，系統發生系統瞬時接地故障時，可能會形成較大的暫態沖擊電流，很容易造成PT的熔斷器過載而熔斷。

如果在這一瞬變過程中，線路對地電容積累的電荷足夠多，PT繞組將會流過一個幅值很高的直流飽和電流，使PT鐵芯嚴重飽和，可能與線路和設備的電容、電感形成共振，激發持續、較高幅值的諧振過電壓。

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

對于10kV中性點經過消弧線圈接地的系統，以上分析過程中的多余電荷會通過中性點接地而釋放，對PT一次側熔斷絲有定的保護作用。

1.3 雷擊過電壓導致的原因

雷擊時巨大的雷電流有可能因為避雷器的泄流不夠迅速，使得瞬態的過電壓使PT的鐵芯磁飽和而導致勵磁阻抗降低，這時瞬間增加的電流有可能超過熔斷器的設定值，從而使里面的熔體燒毀。另外，雷擊也會導致線路因閃絡等原因產生單相瞬時接地的情況發生，從而導致PT一次側熔斷器燒毀。

值得一提的是，如果熔斷器使用的時間長，里面的熔體會在環境和電場等的作用下產生氧化或劣化，使其能承受系統單相瞬時接地和雷擊過電壓的能力減弱。10kV系統無消耗線圈接地的PT，容易因為鐵磁諧振而導致的熔斷器熔斷的風險較高，應加強防護。

2 運行建議

（1）對10kV電力系統沒有經過消線圈接地的系統，應采用合理的消諧裝置使PT中性點接地：系統的中性點經合理的消弧線圈或采用電阻接地后，瞬間接地故障恢復后電容放電的暫態沖擊電流減小了，這樣暫態沖擊電流對PT熔斷器的沖擊也就減小了，于此同時還可以改變諧振電路的諧振頻率，抑制或消除諧振的發生。

（2）對重復出現熔斷器熔斷的PT（如下表所示），應測量其V-A特性（伏安特性），性能差的PT容易引起鐵心磁飽和，容易因為過電壓而導致較大的過電流燒毀熔斷器，應該考慮更換。另外，可以統計正使用的各種型號、廠家的PT，分析其V-A特性，以便以購買性能更好的產品。

2012~2014年江門地區各變電站10kVPT一次側熔斷絲熔斷次數統計表

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

牛灣站 1 無 220kV雁山站2 有110kV 110kV仁義站1 有

（3）檢查保險絲的使用年限，對長時間運行的熔斷器應盡量在停電時更換，建議使用抗氧化性更好的保險絲（如鎳材料的保險絲）；

（4）對因為雷擊而導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大，必要時可增出線線路上避雷器（或效雷裝置）的數量。

（5）有研究成功在35kV系統PT一次側使用2A的熔斷器代替原來的0.5A熔斷器運行，有限抑制了熔斷器燒毀的現象，且1年內未發生因更換熔斷器容量而導致的其它設備異常，因此，對頻繁出現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行。另外，相關研究中，中性點消弧線圈并聯電阻（4200Ω）接地或采用4PT的接線方式，也可獲得較好的效果。

（6）對經常發生熔斷器燒毀的10kV線路，可以測量10kV負荷端的諧波污染情況，綜合分析PT一次側熔斷器燒毀的原因是否與其有關。