18 kV电压互感器一次熔断器烧断故障分析

赵 兵

(贵州省天生桥一级水电开发有限责任公司水力发电厂，贵州 黔西南 562400)

18 kV电压互感器一次熔断器烧断故障分析

赵 兵

(贵州省天生桥一级水电开发有限责任公司水力发电厂，贵州 黔西南 562400)

以贵州省天生桥一级水电开发有限责任公司水力发电厂(以下简为天生桥水力发电厂)18 kV电压互感器一次熔断器烧断故障为例，介绍了如何对电压互感器一次熔断器烧断故障进行诊断、分析，并提出了相应的处理方案。

电压互感器；一次熔断器；烧断

0 引言

天生桥水力发电厂处于红水河流域南盘江上游，全厂共有4台300 MW发电机组，首台机组于1998年开始发电，2000年最后一台机组发电，至今运行已有14年。自2006年后，各台机组相继出现18 kV电压互感器一次熔断器保险单相烧断故障，特别是4号机组，在2007年7月—2009年3月出现了5次机组正常运行时18 kV电压互感器一次熔断器保险单相烧断的故障。

1 设备接线及主要设备技术参数

天生桥水力发电厂所有机组出线均为单机单变单元接线，无母线。主变电压为220 kV，额定容量为360 000 kVA，△/Y接线，中性点直接接地。发生故障的18 kV电压互感器为机组出口电压互感器，每台机组分别并联安装有4组电压互感器，编号为1YH(发变组保护用)、2YH(仪表及励磁系统A套用)、3YH(励磁系统B套用)、4YH(调速器用)，同时在主变低压侧(18 kV)装有一组，编号为5YH(同期装置及发变组保护用)。发电机中性点经消弧线圈接地，采用欠补偿方式。各主要设备技术参数如表1～表4所示。

2 电压互感器用熔断器原理及特性分析

熔断器由金属熔件、外壳、灭弧材料(如石英粉)及触头构成，熔件熔断分气化、产生电弧及熄灭电弧阶段。熔断器的熔化方式有2种，流过数倍过电流时沿全长熔化及流过过电流时一点或几小段熔化并产生电弧后沿全长熔化。

正常工作时，熔件流过的电流小于其额定电流，如果熔断器熔件质量正常的话，即不会熔断。当熔件流过的额定电流大于其额定电流时，熔断器的熔断时间与其过电流倍数有密切关系。过电流倍数较小时，熔件熔断需要较长的时间；过电流倍数较大时，熔件熔断会瞬时完成。熔断器具体熔断时长取决于产品的技术参数。电压互感器厂家未提供详细的技术参数，但经电厂技术人员试验，当通过交流额定电流(0.5 A)时，熔件没有熔断，保持1 min后，温度没有明显变化，过后测量直阻与试验前一样；当通过交流电流大于额定电流时，温度明显上升，并且电流大约在1.5 A时，保险烧断。

熔断器的保护特性与熔件的老化程度及初始温度有很大关系。当熔件在熔断器稳定工作状态下温度过热时，甚至流过的电流小于额定电流也会造成非选择性熔断。

3 电压互感器保险管烧断的原因分析及排查

综合天生桥水力发电厂现场情况，电压互感器一次熔断器烧断的条件有：

表1 电压互感器技术参数

表2 发电机技术参数

表3 发电机中性点消弧线圈技术参数

表4 消弧线圈各档位参数

3.1 直接条件

(1) 电压互感器二次回路短路，经对电压互感器本体绕组和二次回路试验检查，该情况不存在。

(2) 电压互感器一次回路长时间过电流，如果主变低压侧或单元接线的母线筒有接地(或非金属接地)，其余两相电压会升高，保护会发“三相电压不平衡”信号，但数次电压互感器故障均未发该信号，可以排除。

(3) 熔断器触头表面接触不良、氧化严重、连接螺栓不紧等情况都会给熔断器带来额外的温升，降低熔断器对应定值电流的熔点。检查接触电阻和运行时对电压互感器熔断器进行红外线热成像扫描，可以排除接触不良和温升带来的故障。

3.2 间接条件

间接条件主要有外部过电压和内部过电压。

(1) 外部过电压主要是雷击过电压，但雷击过电压可能性不大，首先该电厂与其连接的换流站距离不到10 km，同时发生故障时均没有雷雨天气。

(2) 内部过电压主要为操作过电压和暂时过电压。由于操作过电压均需进行系统内部的某项操作，但故障发生时机组均在正常运行中，其间系统无任何操作项目及其他异常现象，所以说操作过电压无法成立。谐振过电压是暂时过电压的一种形式，包括线性谐振、铁磁谐振及参数谐振。首先，电磁式电压互感器(TV)的非线性效应和TV感抗为容抗的100倍以内，即参数匹配在谐振范围均是谐振过电压原因，但对于已运行多年的系统以上可能性基本没有。其次，对中性点经消弧线圈接地系统，因消弧线圈的电感值远小于电压互感器的励磁电流，零序回路中电感参数主要由消弧线圈决定，并相对稳定了中性点电位，即使电压互感器的励磁电感发生变化，也不会发生铁磁谐振而产生过电压。其他激发条件有投入和断开空载母线、TV突然合闸、单相接地突然消失、外界对系统的干扰或系统操作产生的过电压等。综上所述，谐振过电压并不具备产生的条件。

4 采取的措施

根据上述分析及天生桥水力发电厂的具体情况，初步提出防电压互感器高压熔断器熔断的2个方案。

(1) 增大电压互感器高压熔断器规格。考虑到有可能出现无法准确判断的小过流电流，建议将高压熔断器额定电流由0.5 A提高到1 A，同时保险管的直阻由现在的180 Ω降至最低，以降低运行温度。最后更换为额定电流1 A、直阻4 Ω的熔断器。考虑到熔断器的老化因素，确定每3年更换一次。

(2) 结合原来的消弧线圈存在漏油现象对消弧线圈进行改造，为新的消弧线圈设定合理的工作点，调整对应的参数值，选定相关的运行策略，新的接地方式采用发电机中性点经消弧线圈与小电阻串联的接地成套装置接地。经消弧线圈接地对中性点的保护性能最优，但没有发生接地故障时，因消弧线圈的感性投入，与系统的容性负载会产生串联谐振，中性点电压将被抬升，这对系统正常运行不利。为了既充分利用消弧线圈的优点，也利用上小电阻对抑制过电压的长处，并且降低系统正常运行时中性点的电压，采用发电机中性点经消弧线圈与小电阻串联的接地成套装置接地，这也是今后发电机中性点接地方式的发展方向。

以上方案的全部改造工作于2011年完成，至今未发生故障。

[1]陈化钢主编.电力设备异常运行及事故处理手册.北京：中国水利水电出版社，2009

[2]顺特阿海珐电气有限公司.接地成套装置产品使用说明书

2014-05-15

赵兵(1968—)，男，广西百色人，电气工程师，研究方向：变电检修。