400 V PT一次保险熔断原因分析及处理

2016-12-06卜繁薇

综合智慧能源 2016年8期

关键词：铁磁中性点过电压

卜繁薇

（华电国际邹县电厂，山东邹城　273522）

400 V PT一次保险熔断原因分析及处理

卜繁薇

（华电国际邹县电厂，山东邹城273522）

对400 V电压互感器（PT）一次保险熔断的现象进行分析，确定单相高阻接地时，非故障相电压升高，PT饱和，励磁电流增加是保险熔断的原因。采用中性点加装流敏电阻的方案，解决了单相接地时PT一次保险熔断的问题。

电压互感器；熔断；单相接地；过电压；抗饱和倍数；流敏电阻

1　设备简介

某电厂#5机组锅炉400 V电力分配中心（PDC）A段变压器额定电压6 kV，容量为2.66 MV·A，连接组别DYn1，其低压侧中性点通过接地变压器T23接地，如图1所示。接地变压器T23容量为3 kV·A，变压器短路电抗百分比为4%，变比为400/200，二次电阻R11为15.4 Ω。锅炉400 V PDC A段上电压互感器（PT）为电磁型PT，三相三柱式，中性点直接接地，变比为如图2所示。PT一次侧保险额定电流设计值为2 A。2016年1月，#5机组锅炉400 V PDC A段多次发生PT一次保险B相熔断的现象。

图1　400 V PDC A段系统

图2　400 V PDC A段电压PT接线原理

2　PT一次保险熔断的主要因素

（1）内部或一次侧引线故障：PT一次侧保险主要用来保护内部故障和一次侧引线故障。PT内部故障、外部引线有闪络放电或短路时会引起PT一次侧电流猛增，保险熔断。

（2）二次回路故障：通常情况下，运行的PT二次回路过载、绝缘下降或与其相连的设备发生故障时，二次侧空气开关能够及时跳开，避免造成PT过流。但PT二次侧空气开关由于选择过大或其他原因未能及时跳开时，则会引起一次侧保险熔断。

（3）铁磁谐振故障［1］：当母线空载或出线较少时，因合闸充电或接地故障消除等因素的激发使PT饱和，产生铁磁谐振，谐振时，PT产生的过电压或过电流将引起一次侧保险熔断或PT烧毁。

（4）单相接地故障：在小电流接地系统中，单相接地或单相间歇性电弧接地时，非故障相对地电压升高，而电压的升高可能引起PT饱和，励磁电流迅速增大，使一次侧保险熔断。

3　锅炉400 V PDC A段B相保险熔断原因

（1）PT一、二次侧设备故障：#5机组锅炉400 V PDC A段PT B相一次保险熔断后，对PT及二次回路进行了详细的检查和测试，除A相一次保险误使用为4A保险（2A的额定电流）外，其他均未发现异常，这排除了PT一、二次侧设备故障引起保险熔断的因素。

（2）铁磁谐振故障：#5机组锅炉A变压器400 V侧中性点通过接地变压器接地，接地变压器变比为400/200，二次电阻为15.4 Ω，其所带的锅炉400 V PDC A段系统属于高阻接地系统。高阻接地是电力系统中性点通过一电阻接地，其单相接地故障时，故障电流限制在10 A以下，电阻电流被限制到等于或略大于系统总电容电流，即IR≥IC，Rn≤XCO/3，如图3所示，图中：Rn为中性点接地电阻；XCO为每相对地容抗；IC为总电容电流；IR为流过电阻器的电流［2-3］。

图3　中性点经高阻接地原理

高阻接地系统相对于不接地系统具有以下特点：（1）中性点电阻是耗能元件，也是阻尼元件，相当于在谐振电路中的电网对地电容两端并接的阻尼电阻，基本上可以消除电网的各种谐振过电压。试验表明，在高阻接地方式中，只要中性点电阻小于1500 Ω，均可消除谐振过电压，如配电网中常见的因PT饱和引起的铁磁谐振过电压。（2）采用高阻接地可以有效地抑制单相接地时的暂态接地过电压，使其不大于2.5倍相电压。在中性点经高阻接地的配电网中，当接地电弧熄弧后，配电网对地电容中的残余电荷将通过中性点电阻释放掉，所以当下次发生燃弧时，过电压幅值和配电网在正常运行条件下发生单相接地时情况相同，不会产生很高的过电压［4］。

#5机组锅炉400 V PDC A段PT B相一次保险熔断后，对其变压器中性点接地设备的接地情况进行了检查，接地设备良好，排除了400 V系统由高阻接地系统变成不接地系统的因素，大大减少了铁磁谐振的可能性。

由于保险熔断是在#5机组正常运行期间，也排除了因合闸充电的原因激发的铁磁谐振。

#5机组锅炉400 V PDC A段PT B相一次保险熔断时，总是伴随有本段上煤仓层014A电机控制中心（MCC）接地报警信号的发出，但每次进行检查时，系统电压均正常，并未发现煤仓层014A MCC有接地问题。

为进一步查找PT保险熔断的原因，更换PT B相一次保险后，把PT的二次电压，电流接入故障录波器进行监视。再一次故障时，录取的PT一次电流及二次电压波形如图4所示，A相电压为92.6V，B相电压为79.1 V，C相电压为16.7 V。A相电流有效值为3.9A，B相电流为3.5A，C相电流为0.1A。

PT熔断时，煤仓层014 AMCC接地报警信号再次发出。通过测量绝缘电阻的方法，对煤仓层014A MCC段每路负载进行排查，发现输煤#11皮带运转层振打器电源C相接地。由于振打器总是时断时续的短时运行，只有在运行时才会发生接地，所以当时检查人员并未捕捉到接地状况，以为是接地信号误发。

在单相接地故障消除时虽然存在激发铁磁谐振的条件，但从图4的波形来看，接地后，电压波形平稳，并未发生周期性波动，与谐振的波形不符，不是铁磁谐振［5］。

图4　PT系统故障时故障录波

4　单相接地故障

小接地系统，当C相经过渡电阻接地时，矢量图如图5所示。图中：Uph为相电压；Rf为接地过渡电阻；UO为中性点对地电压；UA，UB，UC分别为A，B，C相电压；UAd，UBd，UCd分别为A，B，C相对地电压。

当过渡电阻Rf由0→∞变化时，UO由-Uc→0变化，d点轨迹为以CO为直径的圆弧，Uo随此圆弧而改变。此时C相电压在0→Uph（Uph为相电压）之间变化，但不会高于额定相电压。C相经过渡电阻Rf接地，恒有UAd＞UBd。UAd最高电压可达到1.82Uph，而不是直接接地的

图5　经过渡电阻接地向量

中性点经电阻接地的电网，相当于在零序阻抗上并联了一个电阻，此电阻可以起到抑制谐振过电压的作用，接地电流的分量IR与电容电流IC的比值越大，非故障相上的电压就越低，如图6所示，该图中，IR/IC＞2时，过电压倍数在2.5以下。

图6　过电压与IR/IC的关系

#11皮带运转层振打器在C相高阻接地时，A相（超前相）二次电压为92.6 V，B相（滞后相）二次电压为79.1 V，C相二次电压为16.7 V，超前相电压大于滞后电压，与图5、图6分析结果相符。

图7　非线性电感的伏安特性曲线

5　问题的解决

对于小接地系统，解决PT因电压升高引起的一次保险熔断的问题，通常有2种方法［6］。

（1）提高PT的抗饱和倍数。要彻底解决单相接地时PT一次保险熔断问题，最根本的方法是选用抗饱和倍数高，励磁特性好的PT。中性点高阻接地系统使用的三相接地型PT，在运行时除承受幅值一般不超过1.3倍额定工频电压外，还要承受系统单相接地等故障引起的幅值较大的过电压。因此要求提高抗饱和倍数和具有较好的过励磁特性，PT的抗饱和倍数选择2.5，3.0或3.5倍，其磁通密度选取一般小于0.8 T。优点：能彻底消除单相接地时PT一次保险熔断问题的发生，保护PT自身和电网的安全运行。缺点：PT的抗饱和倍数不能无限做大，柜内空间的限制也决定PT的体积不宜过大。

（2）PT中性点经非线性流敏电阻接地。流敏元件的伏安特性如图8所示，小电流时呈低阻态，大电流时呈高阻态，且可以相互转换。

图8　流敏原件伏安特性

系统正常运行时由于呈低阻状态，基本不会影响PT的测量精度。当过压初期阶段，电流增大，超过0.2 A时，该流敏元件的阻抗急剧增大，限制电流的发展，使PT快速饱和，有效地保护了PT保险；当PT阻抗升高，零序电流减小，流敏元件阻抗迅速降低，不影响测量精度。优点：通过它的物理特性，阻抗的变化来达到限流的目的；缺点：一次电压的运行状态不可知，不能有效监视。

综合考虑经济、安装条件等因素后，最终采用PT中性点经非线性流敏电阻接地的方案。