高压熔断器故障案例分析及预防措施

胡志慧 中国铁路上海局集团有限公司杭州供电段

当高压熔断器流过的的电流超过规定值时，以其本身产生的热量使熔体熔断，从而断开电路，保护用电器和线路不被烧坏。高压熔断器是运用这种原理制成的一种电流保护元件。高压熔断器广泛应用于高压配电系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。在铁路牵引变电所中，高压熔断器多用于母线电压互感器的保护。在牵引供电验收规程中，虽然高压熔断管目前未归属于重要设备范畴，但是它一旦出现故障，若未及时发现，有可能扩大故障范围，造成不必要的影响。下面是针对近期发生的一件因高压熔断管出现问题引起的故障跳闸案例的深入分析。

1 故障概况

2018年09月16日22:58:41，春申变电所1#变压器（1B）低压侧a相过电流动作，a相断路器（201ADL）跳闸。检查发现11#电压互感器（11YH）高压侧5#熔断器(5RD)电阻较大，对该高压熔断器进行更换，并对11YH进行检查,试验合格后恢复正常运行。

2 故障原因分析

2.1 201ADL跳闸数据分析

如图1春申牵引变电所故障跳闸报文显示，故障时低压侧a相电压值为21.77 V，低压侧a相电流值为3.603 A。1#主变低压侧a相低压侧低压定值为61 V，a相过流定值为3.58 A,过流时间 0.7 s。

201 A断路器设有低压启动过流保护。过流保护一般用于长线路大负荷，线路负荷电流大，与短路电流接近，因此单纯使用过流保护时，灵敏度达不到要求，容易造成误跳闸。因负荷启动跟短路的区别是母线电压较高，因此所内过流保护加上低压启动闭锁，也就是说，只有同时满足过流、低压两个条件时，过电流保护才会动作。

故障跳闸时，a相电压值21.77 V低于a相的低压定值61 V，a相电流值3.603 A大于a相过流定值3.58 A，同时满足低压过流两个条件，保护动作，引起低压a相过流动作，201 A断路器跳闸。

过流保护属于变压器后备保护，它的动作有两种可能性：一是线路上有故障，但保护不动作或保护动作开关拒动，造成越级跳闸；二是母线上设备发生故障，变压器后备保护动作跳闸。故障跳闸报文中无线路保护动作信息。可初步判断为母线上设备发生故障。

2.2 跳闸后牵引变电所内处置措施

23:03:55，远动操作201ADL合闸送电。23:08，所内进行压互切换，手动操作将11YH切换至备用的12YH运行，11YH退出运行。具体操作报文如图2所示。

图2 牵引变电所内操作报文

23:09，所内人员巡视设备未发现异常。

当地手动拉开2521GK，申请对11YH进行检查。对11YH高压侧5RD电阻进行测量，电阻较大，为400.9 kΩ，更换5RD。对11YH进行检查及试验，各项试验数据均显示正常。对11YH二次接线进行检查，未发现问题。

结束对11YH检查工作后，当地闭合2521GK，确认合位，对11YH二次电压进行测量，电压值显示正常。

2.3 高压熔断器故障分析

故障后对相关设备检查后发现11YH高压侧5RD电阻值大，判断该高压熔断器已发生熔断但未完全熔断。该批次的高压熔断器于2017年购买，将损坏的高压熔断器与2018年采购的进行解剖对比发现，2018年采购的高压熔断器熔丝表面光泽，石英沙干燥，而损坏的高压熔断器熔丝已有绿色氧化层，且石英砂潮湿，如图3、图4、图5所示。

图3 发生熔断的高压熔断器石英砂

图4 正常状态的高压熔断器石英砂

图5 正常熔丝与熔断熔丝的比较

高压熔断器5RD型号为RN2-35/0.5A，该型号的熔断器为高压限流熔断器。在短路时以限制线路电流到最小值的方式进行瞬时开断，1 min内熔断电流应在（0.6-1.8）A范围内。其熔管的正常电阻值应为（315±14）Ω，故障时电阻值测得为400.9 kΩ，表明该熔断器处于熔断但未完全熔断状态。

2.4 熔断器熔断为何未报“PT断线”告警

PT断线原因主要是电压互感器二次侧过载、绝缘下降或短路造成的。PT断线还可能是安装方面的问题，若PT引线安装位置不正确或固定不可靠，工作时可能受到电磁力矩的作用，而由于PT引线所受的都是方向交变的电磁力的作用，时间一长，引线就容易因为疲劳而断裂。

5RD主要用于11YH的保护。当电压互感器发生短路等故障时，高压熔断器应迅速熔断，此时电压互感器和母线完全断开，电压降为0。因所内保护配置中馈线侧“PT断线检查”投入，正常情况下，保护装置检测出电压为零后应当发出“PT断线”的告警信号。此次故障中，跳闸前所内保护装置上并未出现“PT断线”的信号。

而故障后对电压互感器的检查中也未发现其有任何异常，因而判定高压熔断器5RD出现问题，在电压互感器没有任何故障的情况下发生非正常性熔断，熔断过程中熔断管阻抗不断增大，下端的电压互感器采集的电压从9月16日15点左右电压开始出现波动并逐渐下降，如图6所示。

图6 电压互感器的电压变化趋势

馈线保护测控装置中对PT断线的设置为，在保护未启动的情况下，装置设有PT断线告警的功能，检测到PT断线后，延时3 s告警点亮面板告警灯。判据为：U<10 V，I>0.2 A。201 A断路器跳闸前，熔断器发生熔断，但未完全熔断，从故障录波波形上可以看出主变低压侧A相电压Ula呈现尖峰波，非正弦波，电压谐波含量较高，如图7所示。判断此时熔断器呈高阻、非线性阻抗状态。故障跳闸时检测到低压侧a相电压值为21.77 V，该电压大于PT断线的告警定值10 V，因而熔断器发生熔断并未发出“PT断线”的告警信号。但当出现负荷大时，满足低电压过流条件最终导致201 A断路器误动作跳闸。

图7 故障录波波形

3 故障原因综述

（1）高压熔断器存在质量问题，熔断器为2018年7月16日检修时更换，两个月后熔断器发生非正常熔断。

（2）电压互感器主备用切换方式为手动切换，当熔断管熔断后，无法快速切换至备用电压互感器，必须人工手动切换，导致装置采集的电压出现异常，在馈线有较大负荷时造成过电流，引起保护误动作跳闸。

（3）从熔断器出现熔断趋势，电压开始逐渐下降到发生故障跳闸这一过程经历了大约8 h的时间，期间相关人员未及时发现这一现象，使得这一故障范围扩大并最终引起跳闸。

4 改进措施

（1）联系微机保护厂家对手动切换运行方式的电压互感器，在后台设置告警信号（将报警电压值设为22 kV)，当母线电压低于22 kV时，后台机发出遥测越下限告警信号，便于及时发现电压异常情况。

（2）后期在微机保护设备升级项目中将所内电压互感器手动切换改为自动切换，在电压发生异常情况时能快速的切换至备用电压互感器，确保母线电压采集正常，防止过流保护误动作。

（3）对存在质量问题的该批次熔断器弃用，选择产品质量好的厂家进行购买。后期在检修过程中，对高压熔断管进行电阻测量，RN2-35/0.5 A熔断管标准值为（315±15）Ω，对不符合标准的熔断器及时进行更换。

（4）因熔断器有一定的使用寿命，若长期承受短时过载电流而未达到熔断电流，则会加速其老化，因此将熔断器纳入寿命管理，更换周期为两年。

这是一起因高压熔断管出现问题后，导致故障跳闸的典型案例。之前其他线路也出现过类似的故障情况。鉴于此，在日常运行过程中应给予足够的重视，提高警觉性，若再发生类似的情况，力求在故障的发生初期，通过敏锐有效的观测及数据监控，将问题控制在最小范围内，缩短故障的处理时间。同时在产品的选择上，寻求质量较好的厂家进行产品采购，关注产品各项数据指标的差异，作为产品选购及运行的参考。