数据中心10 kV电压互感器高压熔断器异常熔断分析

2022-09-21史贵风徐献清

电器与能效管理技术 2022年4期

杨洋, 史贵风, 徐献清

[上海电器科学研究所(集团)有限公司, 上海 200063]

0 引言

10 kV电压互感器(Potehtlal Transformer,PT)熔断器频繁熔断现象普遍存在于中高压配电系统中。文献[1-7]认为PT高压熔断器熔断是由于系统发生铁磁谐振、弧光接地过电压、低频饱和电流、PT内部故障或二次回路接线及PT产品质量问题等原因引起,但这些文献集中于对YN/yn/开口三角形接线方式PT熔断器熔断的研究,而对于V-V接法的PT熔断器熔断目前仅有极少的研究,V-V 接法的三相PT高压侧中性点不接地并且一、二次侧无消谐装置,即PT励磁电感不能参与零序回路的电磁振荡过程[2],因此V-V接法的PT熔断器熔断的原因有别于YN/yn/开口三角形接法的PT。

某数据中心10 kV二级柜V-V接法PT高压熔断器频繁发生熔断故障,首先对两条市电总进线以及12条分支回路进行稳态电能质量测试,根据之前的故障统计信息,有选择地选取10台二级柜PT,对其二次电压、电流进行长时录波,等到熔断器再次发生故障时,全面记录发生熔断故障整个过程中的电压、电流变化,同时现场抽取PT进行励磁特性分析。

1 事件背景介绍

某数据中心10 kV系统为中性点不接地系统,采用单母线分段进线方式,D01南、北区一级柜共有20台,共装有电磁式电压互感器10台,为三相五柱式PT,接线方式为YN/yn/开口三角形,二级柜装有20台型号为JSZVR-10C2电磁PT,采用一主一备,接线方式为V-V接法,使用额定电流1 A的XRNP1-12/1-50-2型高压熔断器。自2020年1月起10 kV母线二级柜PT高压熔断器共发生多次熔断故障,故障时中压柜综保多次出现线电压AB越下限告警,现场检查中压柜机械表线电压显示为10 kV,值班人员值守配电室,发现电压波动时,综保检测电压衰减至8.90 kV后,又自动恢复,同一时间该柜上级开关柜电压在正常范围内波动,现场检查未见明显异常,更换故障相高压熔断器后,线电压恢复正常,根据运维部门提供的信息,PT一次侧熔断器熔断事件统计如表1所示。

表1 PT一次侧熔断器熔断事件统计

2 测试过程

2.1 系统电能质量测试

2.1.1 系统稳态电能质量测试

本次系统稳态电能质量检测评估主要依据GB/T 14549—1993《电能质量公用电网谐波》,共测试2条市电总进线回路及12条分支回路,测试结果显示稳态电能质量数据未见异常。

2.1.2 系统暂态电能质量测试

本次暂态电能质量测试通过长时监测一级柜GA1-01和GB1-01两路市电进线电压、电流波形及电能质量数据,从20面二级柜中选取10面柜,长时记录PT二次侧电压、电流波形,捕捉熔断器熔断时的波形,监测过程中GB1-12-01(常用)PT柜熔断器发生熔断,熔断过程中电压、电流波形变化分别如图1～图4所示。

图1 熔断初始阶段Ⅰ电压、电流波形变化

图2 熔断初始阶段Ⅱ电压、电流波形变化

图3 熔断器熔断中期电压、电流波形变化

图4 熔断器熔断后电压、电流波形变化

图1～图3显示,熔断器熔断初期,电压UAB和UCA波形频繁出现毛刺,之后消失,彻底熔断前UAB和UCA波形出现严重畸变;图4显示,UAB电压降至5.20 kV,UCA电压下降至6.75 kV,可以推断A相熔断器彻底熔断,熔断之后UAB和UCA波形发生突变,并伴随瞬时过电压的出现,最大值超过20 kV,整个过程从初始熔断到彻底熔断,持续时间大约6 d(6月23日～28日)。

2.2 PT励磁特性测试

现场抽取PT4组,依据GB 50150—2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》进行励磁特性测试,测试结果显示PT励磁特性无异常现象发生,PT励磁特性测试结果如表2所示。

表2 PT励磁特性测试结果

2.3 PT一次侧熔断器解剖

为进一步推断PT熔断器熔断的原因,将现场PT柜A相已经熔断的熔断器进行解剖,熔断器端子支柱焊接效果和熔断器内部结构分别如图5、图6所示。

图5 熔断器端子支柱焊接效果

图6 熔断器内部结构

由图5可见,去除产品两端外帽后确认内部支柱焊接可靠,不存在虚焊/漏焊。

由图6可见,断点位于熔丝中部M效应点位置,且断点部分熔丝存在高温碳化痕迹;石英砂因高温灭弧而残留/吸附在熔丝上。

监测数据显示熔断器并不是在大电流下一次性熔断,而是持续了大约6 d时间才熔断,熔断器的时间-电流特性曲线如图7所示。

图7 熔断器的时间-电流特性曲线

由图7可见,GB1-12-01(常用柜)PT柜熔断器熔断在时间上不满足熔断器的时间-电流特性曲线,因此可以推测PT处于持续的小电流过载状态,PT长时间受到扰动电流的反复冲击,这种冲击持续时间非常短,同时频次非常多,长时间过载,会造成PT发热。由于热量的累积效应,最终导致PT一次侧熔断器熔断。

3 事故原因分析

(1)由故障波形数据可以看出,在熔断器熔断整个过程中UBC线电压基本保持不变,UAB、UCA线电压幅值在不断下降,波形也开始畸变,结合电能质量在线监测事件记录,此时10 kV B段母线没有发生过电压报警,因此排除高压熔断器熔断是由谐振引起。

(2)故障发生时,现场无雷击、闪电现象,系统负荷波动不大,未进行运行方式调整和变电站倒闸操作,综保装置无动作和告警信息,故障录波装置和在线式电能质量监测仪均无异常运行记录,故障后现场检查PT运行无异响,二次侧各熔断器、空气开关正常,因此高压熔断器熔断也非一次系统发生单相接地,产生弧光接地过电压、低频饱和电流或二次负载过重、短路等原因所导致[8-9]。

(3)PT高压侧熔断器熔断过程持续时间较长,可以看出熔断过程并非猝然的,而是在多次扰动电流冲击下逐步受损,由于热量的累积效应,最终导致熔断器熔断。

综上所述,PT一次侧熔断器熔断原因分析如表3所示。