18 kV電壓互感器一次熔斷器燒斷故障分析

趙 兵

(貴州省天生橋一級水電開發有限責任公司水力發電廠，貴州 黔西南 562400)

18 kV電壓互感器一次熔斷器燒斷故障分析

趙 兵

(貴州省天生橋一級水電開發有限責任公司水力發電廠，貴州 黔西南 562400)

以貴州省天生橋一級水電開發有限責任公司水力發電廠(以下簡為天生橋水力發電廠)18 kV電壓互感器一次熔斷器燒斷故障為例，介紹了如何對電壓互感器一次熔斷器燒斷故障進行診斷、分析，并提出了相應的處理方案。

電壓互感器；一次熔斷器；燒斷

0 引言

天生橋水力發電廠處于紅水河流域南盤江上游，全廠共有4臺300 MW發電機組，首臺機組于1998年開始發電，2000年最后一臺機組發電，至今運行已有14年。自2006年后，各臺機組相繼出現18 kV電壓互感器一次熔斷器保險單相燒斷故障，特別是4號機組，在2007年7月—2009年3月出現了5次機組正常運行時18 kV電壓互感器一次熔斷器保險單相燒斷的故障。

1 設備接線及主要設備技術參數

天生橋水力發電廠所有機組出線均為單機單變單元接線，無母線。主變電壓為220 kV，額定容量為360 000 kVA，△/Y接線，中性點直接接地。發生故障的18 kV電壓互感器為機組出口電壓互感器，每臺機組分別并聯安裝有4組電壓互感器，編號為1YH(發變組保護用)、2YH(儀表及勵磁系統A套用)、3YH(勵磁系統B套用)、4YH(調速器用)，同時在主變低壓側(18 kV)裝有一組，編號為5YH(同期裝置及發變組保護用)。發電機中性點經消弧線圈接地，采用欠補償方式。各主要設備技術參數如表1～表4所示。

2 電壓互感器用熔斷器原理及特性分析

熔斷器由金屬熔件、外殼、滅弧材料(如石英粉)及觸頭構成，熔件熔斷分氣化、產生電弧及熄滅電弧階段。熔斷器的熔化方式有2種，流過數倍過電流時沿全長熔化及流過過電流時一點或幾小段熔化并產生電弧后沿全長熔化。

正常工作時，熔件流過的電流小于其額定電流，如果熔斷器熔件質量正常的話，即不會熔斷。當熔件流過的額定電流大于其額定電流時，熔斷器的熔斷時間與其過電流倍數有密切關系。過電流倍數較小時，熔件熔斷需要較長的時間；過電流倍數較大時，熔件熔斷會瞬時完成。熔斷器具體熔斷時長取決于產品的技術參數。電壓互感器廠家未提供詳細的技術參數，但經電廠技術人員試驗，當通過交流額定電流(0.5 A)時，熔件沒有熔斷，保持1 min后，溫度沒有明顯變化，過后測量直阻與試驗前一樣；當通過交流電流大于額定電流時，溫度明顯上升，并且電流大約在1.5 A時，保險燒斷。

熔斷器的保護特性與熔件的老化程度及初始溫度有很大關系。當熔件在熔斷器穩定工作狀態下溫度過熱時，甚至流過的電流小于額定電流也會造成非選擇性熔斷。

3 電壓互感器保險管燒斷的原因分析及排查

綜合天生橋水力發電廠現場情況，電壓互感器一次熔斷器燒斷的條件有：

表1 電壓互感器技術參數

表2 發電機技術參數

表3 發電機中性點消弧線圈技術參數

表4 消弧線圈各檔位參數

3.1 直接條件

(1) 電壓互感器二次回路短路，經對電壓互感器本體繞組和二次回路試驗檢查，該情況不存在。

(2) 電壓互感器一次回路長時間過電流，如果主變低壓側或單元接線的母線筒有接地(或非金屬接地)，其余兩相電壓會升高，保護會發“三相電壓不平衡”信號，但數次電壓互感器故障均未發該信號，可以排除。

(3) 熔斷器觸頭表面接觸不良、氧化嚴重、連接螺栓不緊等情況都會給熔斷器帶來額外的溫升，降低熔斷器對應定值電流的熔點。檢查接觸電阻和運行時對電壓互感器熔斷器進行紅外線熱成像掃描，可以排除接觸不良和溫升帶來的故障。

3.2 間接條件

間接條件主要有外部過電壓和內部過電壓。

(1) 外部過電壓主要是雷擊過電壓，但雷擊過電壓可能性不大，首先該電廠與其連接的換流站距離不到10 km，同時發生故障時均沒有雷雨天氣。

(2) 內部過電壓主要為操作過電壓和暫時過電壓。由于操作過電壓均需進行系統內部的某項操作，但故障發生時機組均在正常運行中，其間系統無任何操作項目及其他異?，F象，所以說操作過電壓無法成立。諧振過電壓是暫時過電壓的一種形式，包括線性諧振、鐵磁諧振及參數諧振。首先，電磁式電壓互感器(TV)的非線性效應和TV感抗為容抗的100倍以內，即參數匹配在諧振范圍均是諧振過電壓原因，但對于已運行多年的系統以上可能性基本沒有。其次，對中性點經消弧線圈接地系統，因消弧線圈的電感值遠小于電壓互感器的勵磁電流，零序回路中電感參數主要由消弧線圈決定，并相對穩定了中性點電位，即使電壓互感器的勵磁電感發生變化，也不會發生鐵磁諧振而產生過電壓。其他激發條件有投入和斷開空載母線、TV突然合閘、單相接地突然消失、外界對系統的干擾或系統操作產生的過電壓等。綜上所述，諧振過電壓并不具備產生的條件。

4 采取的措施

根據上述分析及天生橋水力發電廠的具體情況，初步提出防電壓互感器高壓熔斷器熔斷的2個方案。

(1) 增大電壓互感器高壓熔斷器規格。考慮到有可能出現無法準確判斷的小過流電流，建議將高壓熔斷器額定電流由0.5 A提高到1 A，同時保險管的直阻由現在的180 Ω降至最低，以降低運行溫度。最后更換為額定電流1 A、直阻4 Ω的熔斷器?？紤]到熔斷器的老化因素，確定每3年更換一次。

(2) 結合原來的消弧線圈存在漏油現象對消弧線圈進行改造，為新的消弧線圈設定合理的工作點，調整對應的參數值，選定相關的運行策略，新的接地方式采用發電機中性點經消弧線圈與小電阻串聯的接地成套裝置接地。經消弧線圈接地對中性點的保護性能最優，但沒有發生接地故障時，因消弧線圈的感性投入，與系統的容性負載會產生串聯諧振，中性點電壓將被抬升，這對系統正常運行不利。為了既充分利用消弧線圈的優點，也利用上小電阻對抑制過電壓的長處，并且降低系統正常運行時中性點的電壓，采用發電機中性點經消弧線圈與小電阻串聯的接地成套裝置接地，這也是今后發電機中性點接地方式的發展方向。

以上方案的全部改造工作于2011年完成，至今未發生故障。

[1]陳化鋼主編.電力設備異常運行及事故處理手冊.北京：中國水利水電出版社，2009

[2]順特阿?，m電氣有限公司.接地成套裝置產品使用說明書

2014-05-15

趙兵(1968—)，男，廣西百色人，電氣工程師，研究方向：變電檢修。