一起6 kV進線PT熔絲燒斷事件的原因分析及預防措施

黃 杰，鄒麗蓉

（國家能源集團宿遷發電有限公司，江蘇 宿遷 223800）

0 引 言

2018年11月10日，宿遷電廠計劃將#02啟動變接入二期220 kV母線，二期廠用電供電方案由“倒送電方案二”切換至“倒送電方案一”，即6 kV 3A、3B段由#02啟動變切換至由#01啟動變供電，如圖1所示。倒閘操作步驟：先分別斷開6 kV 3A、3B段備用進線開關，再依次合上630AB開關和6 kV 3A、3B段工作進線開關。

當操作人員在合630AB開關時，工作進線PT熔絲燒斷。隨后，聯系檢修人員對PT熔絲進行更換。更換完后重新送電時，工作進線PT熔絲再次燒斷。因此，本文對此展開了具體分析，并提出了有效的防范措施。

1 故障原因分析

通常習慣把重點放在#01啟動變，因為變壓器空載時一次側開關合閘容易產生勵磁涌流，嚴重時會造成變壓器鐵芯飽和引起不同程度的損害。一般勵磁涌流只存在于變壓器一次側，對二次側影響不大。此次，#01啟動變空載時，二次側630AB開關合閘引起故障。

究其原因，進線PT也可以看作一臺空載的變壓器，當#01啟動變空載時，二次側630AB開關合閘，對于PT而言等同于PT一次側合閘，一定情況下就會在PT一次側產生勵磁涌流。勵磁涌流中含有大量的三次諧波，因三次諧波具有零序特性[1]，而#01啟動變低壓側為三角形接線無法形成通路，故零序電壓經PT一次側線圈與電纜對地電容，形成系統三相對地的通路。當具備一定條件時就會引起鐵磁諧振，并隨之產生過電流導致燒毀PT熔絲。

圖1 倒送電一次系統圖

2 鐵磁諧振的產生條件及原理

2.1 概 念

鐵磁諧振是變壓器、PT等鐵磁元件因某些特定原因造成鐵芯飽和、電感量下降而引起系統的一類諧振現象。產生鐵磁諧振的過程中，電感可以看作一個非線性元件，所以此類諧振現象又稱為非線性諧振。PT鐵磁諧振接線如圖2所示。

2.2 產生條件及原理

在中性點不直接接地系統中，正常運行時，加在PT線圈上的電壓為系統額定電壓，流過線圈的電流幾乎為0，不會造成PT鐵芯飽和，勵磁電感固定常數L0，與系統對地電容C0并聯后的阻抗Z為：

圖2 PT鐵磁諧振接線圖

一般感抗XT大于容抗XC，系統三相對地的阻抗基本平衡，系統的中性點不發生偏移現象，中性點電壓為0。

當系統中出現以下情況時[2]：

（1）對只帶有PT的空載母線進行充電；

（2）線路發生單相接地；

（3）雷電波入侵變壓器、PT等鐵芯電感元件；

（4）在空載或輕載情況下，投入變壓器、PT等鐵芯電感元件。

以上這些均會產生不同程度的勵磁涌流，而勵磁涌流對系統主要有以下兩個方面的影響。

（1）勵磁涌流中含有大量的三次諧波分量。不妨以B相為參考相量，則系統中性點N的電壓為：

當三次諧波分量足夠大時，在輔助繞組開口三角處便會感應出較大的零序電壓，使電壓繼電器誤動作，造成單相接地的假象[3]。需要說明，本次PT熔絲燒斷，DCS上沒有報接地故障，是因為在開口三角處并聯安裝了“消諧裝置”。

由于三次諧波具有零序特性，相當于母線一次側單相接地短路，不妨按照PT一次側單相接地來分析。

當PT一次側發生單相接地時，系統中性點N的電位發生位移，即中性點的電壓不再為0，如圖3所示。三次諧波與勵磁電感、對地電容構成零序通路，如圖4所示。

圖3 PT飽和時引起的中性點位移原理圖

圖4 系統零序網絡圖

（2）勵磁涌流容易讓鐵芯產生飽和而使勵磁電感值下降。在中性點電位發生位移的情況下，當電感值下降到一定值時，容抗接近感抗。由式（1）可知，此時的系統阻抗Z近似為0，引起鐵磁諧振，造成流過PT熔絲的電流增大，嚴重時使熔絲燒斷，甚至燒毀PT。

3 預防措施

通常認為，當系統滿足“XC/XT≤0.01”時，即使出現感抗下降、容抗增加，但是很小概率會形成諧振的匹配參數（XC=XT），所以不易誘發鐵磁諧振。從這一點出發，考慮預防PT鐵磁諧振的措施如下。

3.1 選用伏安特性較好的PT

要想消除鐵磁諧振，最有效的方法是選用伏安特性較好的PT，即在通常過電壓水平下PT鐵芯不易產生飽和，勵磁電感值始終維持在較高的水平，不會出現明顯下降，故不會產生鐵磁諧振。

3.2 PT一次側中性點串接單相PT（增加感抗）

在PT一次側中性點處串接一臺單相PT（通常稱為零序PT），系統PT一次繞組采用星型接線方式，其中性點經零序PT接地。這樣相當于在中性點處串接了一個高阻抗的元件，從而使系統PT的勵磁電感值明顯增大，更容易滿足“XC/XT≤0.01”的條件，也可更大程度地抑制系統因鐵芯飽和而引起的鐵磁諧振。

3.3 在母線上加裝對地電容（減小容抗）

可在母線上加裝星型連接且中性點接地的電容組用來減小容抗，使系統達到“XC/XT≤0.01”的水平。工程上還采用在母線上安裝補償電容器的方法，當系統發生鐵磁諧振時，投入補償電容器，減小系統容抗，待諧振消除后再退出補償電容器，避免系統出現過補償。

3.4 在PT一次側中性點串接電阻

在PT一次側中性點處串接一個電阻增大系統阻尼，用來消耗諧振過程中產生的能量，從而達到減小諧振影響的目的，該方式通常又稱為一次消諧。其中，電阻值越大，效果越好。但是，電阻值不能太大，否則不僅會降低系統的零序保護靈敏度，也會使PT中性點處的電位上升，嚴重時可能會超出PT中性點處的絕緣水平造成絕緣擊穿。實際應用中，電阻值以幾十千歐姆為宜。

消諧器是運用該原理研制而成的，主要由多個非線性電阻串聯構成內部結構。消諧器一般串接于PT一次側中性點與地之間，如LXQ型、RXQ型等消諧器。研究表明[4]，當消諧器的電阻值R≥6%XT（PT在額定電壓下的勵磁阻抗），基本上可以抑制產生鐵磁諧振現象。

4 結 論

本文通過分析和論證，闡明了宿遷電廠6 kV進線PT熔絲燒毀的真正原因，并提出了4種有效的預防措施，解決了當前生產上的技術難題。