一起变电站35 kV母线电压互感器高压熔丝异常熔断故障分析

胡冬良，艾飞，章立新

（国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州310016）

一起变电站35 kV母线电压互感器高压熔丝异常熔断故障分析

胡冬良，艾飞，章立新

（国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州310016）

针对某220 kV变电站35 kV母线电压互感器高压熔丝频繁熔断现象，结合变电站的系统运行方式，通过对统计数据进行分析，逐步排除了二次消谐装置异常、熔丝过热等一系列因素；通过在35 kVⅡ段母线加装电压电流监视装置，对电压电流信号进行录波分析，发现由于电压互感器抗饱和特性裕度不足，额定电流0.5 A熔丝抗电流扰动性能较差，导致熔丝频繁承受脉动过电压和脉动冲击电流，进而引起熔丝逐步受损熔断。最后结合研究结果提出合理的建议及改造方案，并通过试验验证了改造方案的可行性。

电压互感器；脉动过电压；脉动冲击电流；高压熔丝；熔断

0 引言

近年来电磁式母线TV（电压互感器）高压熔丝频繁熔断的现象引起了有关专家学者重视，围绕其熔断机理开展了一系列研究[1]，从理论上定性分析了TV高压熔丝熔断的原因，并给出了解决建议，但相关建议缺乏实际的研究数据支撑。文献[2]通过EMTP仿真和实验室试验，指出采用额定电流为0.5 A和2 A的熔丝对现有系统接地保护没有影响，对于轻微故障或故障发展缓慢时，2种规格熔丝均不会熔断，对已严重故障时均能熔断，但对部分故障时0.5 A熔丝能熔断而2 A熔丝无法熔断的情况未经论证，就建议将原额定电流为0.5 A熔丝更换为2 A熔丝，其结论缺乏严密性，也给电力系统运行的可靠性、安全性带来隐患。

文献[3]介绍了某220 kV变电站TV高压熔丝熔断情况，从理论分析、熔丝熔断时系统的运行方式、熔断规律等方面对TV高压熔丝熔断数据进行了详细的分析，得出可能的原因并提出切合实际的建议。

以下在文献[3]理论分析的基础上，针对该220 kV变电站35 kV母线TV高压熔丝频繁熔断的情况，进行了试验研究并对试验数据和波形进行分析，找出了初步原因并提出合理建议。

1 系统运行方式

某220 kV变电站于2009年4月投运，其35 kV系统为单母分段接线，正常运行方式为两段母线分列运行，每段母线上各有1条电缆线路和1台电抗器投入运行，母线TV开关柜为ZS32型金属铠装柜，消谐方式为二次微机消谐器（型号WNXⅢ-60/D），TV高压熔丝采用国内主流厂家的XRNP6-40.5/0.5A。

在熔丝频繁熔断后，检修人员协同厂家人员对TV进行检测及试验，电压测量数据正常，绝缘情况良好，未发现明显异常。查阅微机消谐装置相关信息，发现有多起接地信息，开口三角电压为31～35 V，并且有谐振接地记录，开口三角电压为255 V，但实际运行中并无接地记录，可见该接地信息为虚接地现象[4]。根据统计，2013年5—12月35 kV母线TV高压熔丝平均每月熔断8～9次，期间更换过不同厂家同规格熔丝，熔断次数无明显改善，可认为并非熔丝质量引起。

针对上述情况，对35 kVⅡ段母线电压电能质量以及熔丝熔断期间电压情况进行录波监测。在故障录波期间，发生了3次熔丝熔断，其熔断过程录波类似。以其中一次为例：

熔丝熔断期间，C相电压逐步降低，而A相、B相电压正常。从电压波形分析，在熔丝受损初期，先是C相基波电压在峰值附近出现高频信号，后逐步增大，如图1—3；更换C相熔丝后，恢复正常。

图1 TV C相电压异常初期

对更换的熔丝进行解体，并未发现多点熔断情况，如图4。

通过分析35 kV设备配置情况，调看TV柜二次消谐装置运行记录，结合电网运行情况、电能质量测试数据以及熔丝故障时电压变化等，初步判断故障原因为：在系统电压出现微小扰动时，TV柜二次消谐装置频繁触发动作，短接TV二次开口三角回路，引起一次侧高压熔丝频繁承受脉动电流，导致高压熔丝过热逐步受损。

图2 TV C相电压异常中期

图3 TV C相电压异常后期

图4 XRNP6-40.5/0.5 A熔丝解体图

2 试验过程

通过上述录波分析，停用35 kVⅡ段母线二次消谐装置，改用一次消谐方式进行跟踪比较，对拆下来的二次消谐装置进行抗干扰试验、脉冲群差模试验等，结果正常。

2.1 采用一次消谐装置

参考其他地市电力公司经验，采用某公司LXQ（D）-35型一次消谐器进行改造，改造前后3个月的统计数据见表1。

从表1中可以看出，采用一次消谐装置后熔丝熔断的频率并未得到改善。

在运行中，曾怀疑熔丝熔断可能因熔丝发热引起，因此在TV熔丝更换后在TV两端的金属部位粘贴感温试纸，该试纸能记录熔丝运行中最高温度，经多次使用观察，该感温试纸并无超过30℃的异常温度数据。

表1 改造前后熔丝熔断情况

根据调度要求，该变电站35 kV电抗器每月进行2次轮换运行，每次切换后在24～36 h内TV高压熔丝多次出现熔断情况；期间35 kVⅡ段母线B相避雷器动作次数为78次，其他两相均为19次，与起始三相均为3次不符，说明母线B相多次出现过电压的情况，熔丝多次承受脉动过电压后引起熔丝的熔断，与统计数据中B相熔丝熔断次数较A，C相多情况一致。

2.2 加装电压电流监测装置

为进一步查找熔丝异常的原因，在该变电站35 kVⅡ段母线加装过电压监测和熔丝回路电流监测装置。在35 kVⅡ段母线备用一间隔安装过电压监测装置分压器，在线监测装置实测35 kV系统过电压；熔丝回路电流监测装置安装在35 kVⅡ段母线TV小车右下角（图5）；高速电力波形记录分析仪位于柜体外，同时处理分压器过电压三路电压信号、压变输出3路电压信号、开口三角处电压信号共计7路电压信号以及熔丝电路3路电流信号，如图6。

图5 电流监测仪安装示意图

熔丝回路电流监测额采用Acrel AKH-0.66/Z三相电流互感器，变比为100 A/5 A，穿心匝数1匝，准确级1级，额定负载1.5 VA。录波仪器采用DF5032高速电流波形分析仪，采样频率为0.5 MHz，录波时间60 ms，其中预录波时间20 ms，录波触发模式采用电压幅值越限（15 kV）和电压突变量越限（3 kV）2种模式。

图6 母线过电压监测和熔丝回路电流监测装置原理

在调试时，为便于将分压器电压与TV二次电压进行对比，在试验接线中使其二次极性与TV二次电压极性相反。安装调试完成后，通过正常采样值对比，如图7所示，以A相电压为例，二者测量电压幅值，相位一致，极性相反。

图7 分压器和TV二次A相电压

3 案例分析

安装电压电流监测装置后，对多次录波波形数据进行分析，在正常情况下，通过TV高压侧熔丝的电流范围为0.2～0.3 A，并不会引起熔丝过热，与前述TV熔丝感温试纸无异常显示分析结论一致。以下选择2起典型录波数据进行分析，其中录波图中指示35 kV母线TV电压指TV测量母线电压（简称压变电压），35 kV备用一电压为分压器测量母线电压（简称分压器电压）。

3.1 案例1分析

2014-01-06 16∶6∶41，TV二次电压A相在触发录波时其电压跃变为63.81 kV，为额定电压的2.23倍，B和C两相正常（见图8）。TV二次A相电压和分压器A相电压波形如图9所示，TV二次电压发生扰动，而分压器二次电压并未出现异常波动。分压变B和C两相电压也发生扰动，TV二次三相电压降低明显，分压器电压同时发生扰动，半个周波后恢复正常（见图10、图11）。经过多次反复扰动，16∶42∶27分母线TV三相恢复正常（见图12）。1月8日更换熔丝后进行了测量，B和C两相熔断，A相电阻49.5 Ω，远大于原始值4.9 Ω。

图8 触发录波电压

图9 TV及分压器A相电压

图10 三相熔丝受损时TV二次电压

图11 三相熔丝受损时分压器二次电压

图12 熔丝更换后TV二次电压

3.2 案例2分析

2014-02-18 11∶14∶07，三相电压出现脉动，A相电压最大达到94.56 kV，为额定值3.31倍，触发录波，随后恢复正常（见图13）。但通过熔丝的电流多次承受脉动电流，最高值达到6.475 A，远远超过额定电流0.5 A（见图14）。同时在TV二次三相电压基波峰值附近出现不同程度的高频信号（见图15），而分压器电压正常，说明该高频异常信号与母线电压无关，应该由TV引起。

图13 触发录波电压

从图16、图17可以看出，2月19日03∶19，该高频信号不断放大，引起通过TV电流的脉动幅度逐步变大，最高达到20.2 A，TV二次电压B相畸变严重。对35 kV TV B相电压进行傅里叶分析，得到电压幅频特性如图18所示，未见明显高次谐波。

图14 TV B相高压熔丝电流

图15 TV及分压器B相电压

图16 TV B相高压熔丝电流

通过对录波波形分析，大多数波形均呈现案例2波形数据。

4 原因分析

通过对运行情况的统计及试验分析，可以得出以下结论：

图17 TV三相电压

图18 TV B相电压幅频特性（dB/次）

（1）TV高压熔丝熔断的过程并非猝然的，而是在多次脉动电流冲击下逐步受损熔断。

（2）TV高压熔丝受损熔断过程中并未出现过热现象。

（3）分压器二次电压较电磁式TV测量电压稳定。

（4）初步认为：TV抗饱和特性裕度不足，0.5 A熔丝抗电流扰动性能较差。

5 技术改造建议

（1）加强对35 kV TV励磁特性曲线测量，保证交接、励磁试验励磁曲线与出厂值相差不超过30%，TV三相相间励磁曲线相差不超过30%[5]。

（2）新投运的熔丝三相间偏差不超过10%[6-7]；TV熔丝熔断后，应对剩余的熔丝进行检查及回路电阻测试，阻值偏差超过10%的应退出使用；同型号同批次的熔丝，电阻偏差应不超过10%。

（3）运行单位持续对熔丝熔断情况进行统计分析，并结合母线避雷器、电抗器投切等运行方式的改变及线路接地故障等数据进行深入分析。

（4）在彻底改造前，为缓解TV高压熔丝频繁熔断情况，暂时使用1 A熔丝进行替换，并统计运行情况；同时进一步监测母线电压、TV一次电流波形。

（5）对于新建开关柜，母线TV应优先采用电容式TV。

受开关柜尺寸所限，在技改中无法采用电容式TV，故优先采用四TV接线方式，并确保四TV励磁特性曲线及二次绕组容量应满足要求。目前，采用四TV的技术改造方案自2015年2月在35 kV某变电站试运行[8-9]，至今TV高压熔丝未出现熔断情况。

[1]张由桂.电磁式电压互感器高压熔丝熔断的原因及处理方法[J].电气应用，2007（4）∶28-29.

[2]王明钦，陈维江，李永君，等.油田35 kV系统电压互感器高压熔丝异常熔断故障的抑制措施[J].电网技术，2012，36（12）∶283-288.

[3]胡冬良，章立新，艾飞.35 kV母线电压互感器高压熔丝频繁熔断原因分析及探讨[C].//中国高等学校电力系统及其自动化专业第29届学术年会，2013.

[4]葛栋.配电网电磁式电压互感器饱和引起的过电压及过电流的计算分析与抑制措施研究[D].武汉：武汉大学，2004.

[5]武万才，吴志勇，边疆，等.地区电网电磁式电压互感器烧损和高压熔丝熔断原因分析[J].高压电器，2011，47（3）∶87-92.

[6]GB/T 15166.2-1994交流高压熔断器限流式熔断器[S].北京：国家技术监督局，1994.

[7]GB/T 15166.2-2008高压交流熔断器第2部分：限流熔断器[S].北京：中国标准出版社，2008.

[8]马利东，杜忠.电压互感器高压熔丝频繁熔断故障原因探讨[J].农村电气化，2014（9）∶29-30.

[9]乔永亮.变电站35 kV母线压变熔丝频繁熔断分析[J].华中电力，2014（2）∶32-34.

[10]蔡源，傅剑文，饶源.10 kV TV高压熔丝熔断原因分析及防止措施[J].浙江电力，2010，29（4）∶23-26.

[11]吴尊，朱旭，王晓明.电磁式电压互感器空载励磁电流异常原因分析[J].浙江电力，2010，29（1）∶18-22.

（本文编辑：方明霞）

Analysis on High-voltage Fuse Melting of 35 kV Bus Potential Transformer in a Substation

HU Dongliang，AI Fei，ZHANG Lixing
（State Grid Hangzhou Power Supply Company，Hangzhou 310016，China）

In order to investigate the reasons of frequent high-voltage fuse melting of 35 kV bus potential transformer in a substation，a number of factors such as the second harmonic elimination device abnormality and fuse overheat are excluded through substation operation mode and statistic data analysis.Voltage and current monitoring device is installed on 35 kV sectionⅡbus to record the wave and analysis the voltage and current signals.The paper indicates that due to insufficient anti-saturation characteristic margin of PT and poor current anti-interference capability of rated current 0.5 A fuse，impact on PT fuse from impulse overvoltage and current frequently occurs，which eventually causes fuse damage and blow.In the end，reasonable proposals and rehabilitation programs are put forward，and the feasibility of rehabilitation programs is verified by tests.

potential voltage；impulse overvoltage；current frequently occurs；high voltage fuse；melting

TM864

B

1007-1881（2017）01-0005-06

2016-05-11

胡冬良（1982），男，工程师，技师，从事电力系统控制、运行、分析方面工作。