一起6 kV进线PT熔丝烧断事件的原因分析及预防措施

黄 杰，邹丽蓉

（国家能源集团宿迁发电有限公司，江苏 宿迁 223800）

0 引 言

2018年11月10日，宿迁电厂计划将#02启动变接入二期220 kV母线，二期厂用电供电方案由“倒送电方案二”切换至“倒送电方案一”，即6 kV 3A、3B段由#02启动变切换至由#01启动变供电，如图1所示。倒闸操作步骤：先分别断开6 kV 3A、3B段备用进线开关，再依次合上630AB开关和6 kV 3A、3B段工作进线开关。

当操作人员在合630AB开关时，工作进线PT熔丝烧断。随后，联系检修人员对PT熔丝进行更换。更换完后重新送电时，工作进线PT熔丝再次烧断。因此，本文对此展开了具体分析，并提出了有效的防范措施。

1 故障原因分析

通常习惯把重点放在#01启动变，因为变压器空载时一次侧开关合闸容易产生励磁涌流，严重时会造成变压器铁芯饱和引起不同程度的损害。一般励磁涌流只存在于变压器一次侧，对二次侧影响不大。此次，#01启动变空载时，二次侧630AB开关合闸引起故障。

究其原因，进线PT也可以看作一台空载的变压器，当#01启动变空载时，二次侧630AB开关合闸，对于PT而言等同于PT一次侧合闸，一定情况下就会在PT一次侧产生励磁涌流。励磁涌流中含有大量的三次谐波，因三次谐波具有零序特性[1]，而#01启动变低压侧为三角形接线无法形成通路，故零序电压经PT一次侧线圈与电缆对地电容，形成系统三相对地的通路。当具备一定条件时就会引起铁磁谐振，并随之产生过电流导致烧毁PT熔丝。

图1 倒送电一次系统图

2 铁磁谐振的产生条件及原理

2.1 概 念

铁磁谐振是变压器、PT等铁磁元件因某些特定原因造成铁芯饱和、电感量下降而引起系统的一类谐振现象。产生铁磁谐振的过程中，电感可以看作一个非线性元件，所以此类谐振现象又称为非线性谐振。PT铁磁谐振接线如图2所示。

2.2 产生条件及原理

在中性点不直接接地系统中，正常运行时，加在PT线圈上的电压为系统额定电压，流过线圈的电流几乎为0，不会造成PT铁芯饱和，励磁电感固定常数L0，与系统对地电容C0并联后的阻抗Z为：

图2 PT铁磁谐振接线图

一般感抗XT大于容抗XC，系统三相对地的阻抗基本平衡，系统的中性点不发生偏移现象，中性点电压为0。

当系统中出现以下情况时[2]：

（1）对只带有PT的空载母线进行充电；

（2）线路发生单相接地；

（3）雷电波入侵变压器、PT等铁芯电感元件；

（4）在空载或轻载情况下，投入变压器、PT等铁芯电感元件。

以上这些均会产生不同程度的励磁涌流，而励磁涌流对系统主要有以下两个方面的影响。

（1）励磁涌流中含有大量的三次谐波分量。不妨以B相为参考相量，则系统中性点N的电压为：

当三次谐波分量足够大时，在辅助绕组开口三角处便会感应出较大的零序电压，使电压继电器误动作，造成单相接地的假象[3]。需要说明，本次PT熔丝烧断，DCS上没有报接地故障，是因为在开口三角处并联安装了“消谐装置”。

由于三次谐波具有零序特性，相当于母线一次侧单相接地短路，不妨按照PT一次侧单相接地来分析。

当PT一次侧发生单相接地时，系统中性点N的电位发生位移，即中性点的电压不再为0，如图3所示。三次谐波与励磁电感、对地电容构成零序通路，如图4所示。

图3 PT饱和时引起的中性点位移原理图

图4 系统零序网络图

（2）励磁涌流容易让铁芯产生饱和而使励磁电感值下降。在中性点电位发生位移的情况下，当电感值下降到一定值时，容抗接近感抗。由式（1）可知，此时的系统阻抗Z近似为0，引起铁磁谐振，造成流过PT熔丝的电流增大，严重时使熔丝烧断，甚至烧毁PT。

3 预防措施

通常认为，当系统满足“XC/XT≤0.01”时，即使出现感抗下降、容抗增加，但是很小概率会形成谐振的匹配参数（XC=XT），所以不易诱发铁磁谐振。从这一点出发，考虑预防PT铁磁谐振的措施如下。

3.1 选用伏安特性较好的PT

要想消除铁磁谐振，最有效的方法是选用伏安特性较好的PT，即在通常过电压水平下PT铁芯不易产生饱和，励磁电感值始终维持在较高的水平，不会出现明显下降，故不会产生铁磁谐振。

3.2 PT一次侧中性点串接单相PT（增加感抗）

在PT一次侧中性点处串接一台单相PT（通常称为零序PT），系统PT一次绕组采用星型接线方式，其中性点经零序PT接地。这样相当于在中性点处串接了一个高阻抗的元件，从而使系统PT的励磁电感值明显增大，更容易满足“XC/XT≤0.01”的条件，也可更大程度地抑制系统因铁芯饱和而引起的铁磁谐振。

3.3 在母线上加装对地电容（减小容抗）

可在母线上加装星型连接且中性点接地的电容组用来减小容抗，使系统达到“XC/XT≤0.01”的水平。工程上还采用在母线上安装补偿电容器的方法，当系统发生铁磁谐振时，投入补偿电容器，减小系统容抗，待谐振消除后再退出补偿电容器，避免系统出现过补偿。

3.4 在PT一次侧中性点串接电阻

在PT一次侧中性点处串接一个电阻增大系统阻尼，用来消耗谐振过程中产生的能量，从而达到减小谐振影响的目的，该方式通常又称为一次消谐。其中，电阻值越大，效果越好。但是，电阻值不能太大，否则不仅会降低系统的零序保护灵敏度，也会使PT中性点处的电位上升，严重时可能会超出PT中性点处的绝缘水平造成绝缘击穿。实际应用中，电阻值以几十千欧姆为宜。

消谐器是运用该原理研制而成的，主要由多个非线性电阻串联构成内部结构。消谐器一般串接于PT一次侧中性点与地之间，如LXQ型、RXQ型等消谐器。研究表明[4]，当消谐器的电阻值R≥6%XT（PT在额定电压下的励磁阻抗），基本上可以抑制产生铁磁谐振现象。

4 结 论

本文通过分析和论证，阐明了宿迁电厂6 kV进线PT熔丝烧毁的真正原因，并提出了4种有效的预防措施，解决了当前生产上的技术难题。