10 kV TV高压熔丝熔断原因分析及防止措施

2010-05-29傅剑文

浙江电力 2010年4期

蔡源，傅剑文，饶源

（新安江水力发电厂，浙江建德 311608）

新安江电厂新10 kV系统如图1所示，配变采用干式变，中性点不接地；10 kV TV采用JDZX-10单相浇注电磁式TV，一次侧高压熔丝整定值为0.5 A。电磁式TV伏安特性过电压倍数≤1.9，即电压超过额定电压1.9倍TV就饱和。投入运行以来，已发生 10多次TV高压熔丝熔断故障。相关研究表明，铁磁谐振过电压可以使电磁式TV铁心饱和而造成10 kV TV高压熔丝熔断，下面就此加以分析。

1 10 kV TV高压熔丝熔断原因分析

1.1 铁磁谐振过电压

运行经验证明，在中性点不接地、中性点经消弧线圈接地以及中性点直接接地的3～220 kV电网中，都曾发生过由于电磁式TV铁心饱和引起的铁磁谐振过电压。其中以在中性点不接地配电网中出现较为频繁。

图1 新安江电厂10 kV系统原理接线图

当这种过电压发生时，由于互感器的铁心饱和，导致其绕组的励磁电流大大增加，严重时可达其额定励磁电流的百倍以上，从而引起互感器的熔断器熔断、绕组烧毁甚至爆炸。在有些情况下，这种过电压可能很高，最大为相电压的3.0倍左右，会引起绝缘闪络或避雷器爆炸。另外，当过电压发生时，还会出现虚假接地现象，造成运行值班人员错误判断。

1.2 暂态涌流

如果6～35 kV电网中性点不接地，其母线上Yo接线的电磁式TV一次绕组成为中性点不接地电网对地的唯一金属通道，是电网相对地电容的充、放电途径，这种慢变过程使TV铁心深度饱和，因此在电网接地消失时会在TV一次绕组中出现幅值为数安培的涌流，将TV 0.5 A高压熔丝熔断。

2 铁磁谐振产生的原因

2.1 TV结构及参数变化

3台单相TV组与三相五柱TV的谐振激发方式不同。试验研究表明，单相TV组的起振电压较三相五柱TV低，也就是说，单相TV组容易激发谐振。这主要是由于两者磁路结构有差异，造成零序阻抗不同所致。

三相五柱互感器和单相互感器组的磁路如图2所示，单相互感器组零序磁通的磁路和正序磁通的磁路一样，每相都有自己的闭合回路，因而零序阻抗等于正序阻抗。对三相五柱TV，由于零序磁通经过两个边柱返回，所以其磁路长，而且铁心截面小，因而其零序磁通磁阻较单相互感器组要大得多。由上所述，谐振是由于零序磁通造成的，三相五柱互感器零序磁通遇到的磁阻大，谐振就不容易产生。

新安江电厂在10 kV系统未改造之前，TV使用的是油浸三相五柱互感器，运行20多年未发生谐振过电压造成TV一次高压熔丝熔断就是一个很好的说明。

图2 TV零序磁通经过铁心闭合的回路

2.2 电网参数变化

研究表明，谐振区域与阻抗比XCO/XL有直接关系，1/2分频谐振区阻抗比XCO/XL约为0.01～0.08；基波谐振区的 XCO/XL约为 0.08～0.8；高频谐振区的XCO/XL约为0.6～3.0。当改变电网零序电容时，XCO/XL随之改变，可能会由一种谐振转变为另一种谐振状态。如果零序电容过大或过小，就可以脱离谐振区域，谐振就不会发生。

因此，若XCO/XL＜0.01，一般来说谐振就不会发生，相应的线路长度经验公式为：

式中：l为输电线路长度。

根据以上经验公式，计算出新安江电厂10 kV系统可能存在的谐振范围和输电线路应避免谐振的最小距离见表1。

结合图1各线路的距离和表1的统计，除滩头坞101线、罗桐埠104线满足要求外（不包括与开关站102线联络运行特殊方式），新安江电厂10 kV系统TV参数的选配都满足谐振的条件。

3 防止产生谐振的措施

配电网中消除谐振过电压的措施很多，可以归纳为两类：一类是改变参数，破坏产生谐振的条件；另一类是接入阻尼电阻，增大回路的阻尼效应。现就抑制谐振的常用的3种方法加以分析。

3.1 二次侧开口三角串入消谐电阻（灯泡）

该电阻相当于直接接到电源变压器的中性点上，故其电阻越小，越能抑制谐振的发生。当阻值为零时，即将开口三角两端短接，相当于电网中性点直接接地，谐振就不会发生。

表1 10 kV系统TV避免谐振的最小距离

优点是有一定消谐能力且消谐灯泡单价便宜。该方法的缺点是：

（1）采用白炽灯泡时，由于谐振经常在单相接地消失后产生，白炽灯泡因发热而使其电阻显著增大，所以此时不起消谐作用。

（2）理论上，阻值越小越好，可是实际上当阻值很小时，却因为功率大于TV热容量而容易发生烧TV问题。

（3）使用过程中发现消谐灯泡寿命往往不长，经常需要更换。

（4）装于二次侧，无法抑制一次侧暂态涌流，TV熔丝仍然容易熔断。

因为消谐灯泡有种种局限性，所以近几年来已经很少使用。

3.2 二次侧加装电子消谐装置

正常情况下消谐装置不动作。当发生谐振时，微电脑控制可控硅瞬间短接TV二次侧，谐振消失后断开电路。

该方法的优点是消除谐振功能较好；相对于二次侧消谐灯泡只在谐振发生时短接TV，安全性更高。该方法的缺点是：

（1）无法分辨电网断线谐振。当电网线路中一相导线断线，断线相的对地电容与变压器电感发生工频谐振。此谐振可导致断开相对地有三倍工频相电压，会造成消谐装置动作，TV一次绕组承受很高电压，饱和很严重，再加上二次绕组被可控硅短路，电流更成倍增长，会在较短时间内烧毁该相TV。

（2）早期消谐装置为了提高抑制工频谐振的能力，往往把工频启动电压设置偏低，遇到频繁接地等现象时有可能频繁动作，因此容易烧毁健全相TV。

（3）装于二次侧，无法抑制一次侧暂态涌流，TV熔丝仍然容易熔断。

3.3 加装一次侧消谐器

该装置采用在TV一次中性点与地之间接入一个大容量非线性电阻体，见图3。中性点串入的电阻等价于每相对地接入电阻，能够起到消耗能量、阻尼和抑制谐波的作用。在线路单相接地时，由于中性点O对地带有一定电位，故能相应减少非故障相TV绕组的电压，使TV的饱和程度降低，不至于发生铁磁谐振。由于消谐器安装在一次侧，具有良好的阻尼和限流效果，故很少会将TV熔丝熔断。

图3 LXQ（D）Ⅱ型消谐器接入示意图

该方法的优点是抑制谐振效果好；抑制高压涌流效果好，安装后很少出现TV熔丝熔断的问题。该方法的缺点是：

（1）大容量的非线性电阻不容易烧制，消谐器只能通过250 mA电流。而TV高压熔丝是0.5 A的，所以往往在TV出现故障、高压熔丝熔断之前消谐器就已烧坏，扩大事故。

（2）目前的TV多为弱绝缘，中性点绝缘程度低，而消谐器安装在中性点，大电流流过时，消谐器上会产生一个较高的电压，可能会损坏TV中性点绝缘。

3.4 消谐器选用

消谐器的选择与TV高压绕组X端（尾端）的绝缘等级有关。由于消谐器是串在TV一次绕组中性点与地之间的非线性阻尼电阻，其非线性特征使得消谐器在正常工作电流段具有一定的阻值，从而有效限制了暂态涌流产生的铁磁谐振。但当电网出现异常大电流（如雷击、电网断线谐振）时，会产生一个比较大的电压，如果TV尾端绝缘等级不强（俗称弱绝缘TV，其高压尾端与二次侧一同输出），就有可能损坏TV X端绝缘。针对上述情况，选用LXQ（D）Ⅱ型消谐器，其D参数元件能有效限制消谐器两端电压，使其在弱绝缘TV的绝缘耐受水平之下，从而有效保护中性点绝缘。

在I段TV消谐器安装后的谐波试验中，发现消谐后比消谐前3次谐波明显增大，但对电气设备无影响。

新安江电厂10 kV系统加装消谐器投入至今，未再发生10 kV系统TV熔丝熔断问题。