风电场35 kV PT一次保险多次熔断故障分析

2024-01-08杨阳

设备管理与维修 2023年23期

杨阳

（三峡新能源康保发电有限公司，河北张家口 076650）

0 引言

高压熔断器异常熔断问题普遍存在于各发电厂与配电站，高压熔断器熔断后会造成部分继电保护装置电压采集异常，严重影响电站设备的可靠性运行[1-3]。此外，更换熔断的PT保险需将高压母线上所带的设备全部停电，所以频繁更换保险也会使电站的稳定性大大降低[4-5]。目前，随着风电场与光伏电站场站数量的急剧攀升，每个场站都会涉及使用到PT与高压保险，所以对高压熔断器的质量与稳定性的要求也随之提高[6-8]。

1 基本情况

某风电场装机容量250 MW，风机通过箱式变压器升压到35 kV，场内共2 回35 kV 母线，分别为35 kV 5#母线与35 kV 2#母线，每回母线配置1 台35 kV PT 设备，然后分别通过主变压器升压到220 kV 送至电网。35 kV PT 保险型号为：XRNP6-40.5/0.5-31.5-4，熔断电流为0.5 A。

2 故障现象

2021 年12 月18 日15 点18 分，监控后台报出35 kV 5#母线保护装置报警，35 kV 5#母线电压闭锁开放。15 点19 分故障录波启动，启动原因为30 kV 5#母线B 相电压突变量启动。随后运行值班人员查看监控后台、保护装置信息以及故障录波波形，发现30 kV 5#母线B 相电压偏低，A 相电压为21.4 kV，B 相电压为20.1 kV，C 相电压为21.4 kV。

2022 年1 月11 日15 点36 分，监控后台报出35 kV 2#母线保护装置报警，35 kV 2#母线电压闭锁开放。随后运行值班人员查看监控后台、保护装置信息以及故障录波波形，发现35 kV 2#母线C 相电压偏低，A 相电压为21.4 kV，B 相电压为21.4 kV，C 相电压为20.5 kV。故障现象如图1a）所示。

图1 30 kV 母线PT 保险熔断现象

2022 年1 月13 日1 点23 分，监控后台报出35 kV 5#母线保护装置报警，35 kV 5#母线电压闭锁开放。随后运行值班人员查看监控后台、保护装置信息以及故障录波波形，发现35 kV 5#母线C 相电压偏低，A 相电压为21.2 kV，B 相电压为21.2 kV，C 相电压为20.1 kV。故障现象如图1b）所示。

3 故障分析

南瑞继保后台报出35 kV 母线保护装置报警，35 kV 母线电压闭锁开放。运行人员首先查看后台发现有一相电压偏低，通过查看历史曲线与故障录波，发现故障相电压在一段时间内逐渐降低，并且降低速率呈减缓趋势，所以推断故障原因为35 kV母线PT 一次保险熔断。此风电场发生多次35 kV 母线PT 一次保险熔断故障，通过查阅相关文献，造成此类故障的原因有多方面因素，其中常见的因素有下列4 个方面。

（1）电压因素。35 kV 系统发生单相接地、单相弧光接地以及雷击等其他瞬时性故障时，容易引起电压互感器一次侧电压大幅度波动，从而形成暂态冲击电流，此冲击电流对保险丝影响较大，可能造成保险熔断故障。但此风电场在故障前没有雷电现象，也未发生任何其他接地故障，故排除此类影响原因。此外，当电压互感器本体发生问题或故障，从而造成电压较高或波动较大时，也会使自身所带的保险发生熔断。每次故障后运行人员均会检查电压互感器外观，未发现有发热、异味、绝缘损坏或烧焦等故障痕迹，测量电压互感器内部线圈，也未发生有异常情况。由于每次发生故障都是单相保险熔断，没有发生过整组电压互感器的三相或两相同时熔断的状况，而且每次熔断的保险都不是集中在同一组电压互感器上，也不是固定相，熔断结果分布无规律，每次更换完故障保险后电压互感器均能正常运行，所以排除电压互感器本体的故障因素。

（2）PT 特性参数选型因素。当PT 特性参数选型不合理，运行时系统发生故障，励磁电流急剧增大，从而引起PT 一次侧保险过热烧毁。此风电场PT 使用的是JDZX12-35-T 型电压互感器，极限输出容量为600 V·A，计算可得一次侧最大允许电流为29.7 mA，而PT 保险额定电流为500 mA，远高于PT 一次侧额定电流，且当保险熔断后电压互感器仍然正常运行，因此可以排除此类因素。

（3）电压互感器安装地点振动因素。部分电气设备在运行情况下会产生长期振动现象，周期性振动会使部分材料产生疲劳变形、损坏，而且也会使较细的导线产生变形位移，引起分布参数变化，从而造成物理性磨损或拉断，PT 保险的熔丝特别细，均匀地缠绕在绝缘瓷柱上，保险熔管内部填充大量的石英砂，若有振动引起的拉力磨损，也较容易断裂。此风电场35 kV 设备均在室内安装，开关柜本体在运行时有轻微振动情况，最主要的振动源是室内35 kV 接地变，其在运行时振动十分明显且低沉。经查阅相关资料可知，由于振动而引起的保险熔断主要表征特点是熔断后各接触面不存在变色等异常情况，日常用红外测温仪测温后无明显升温现象，且运行一段时间后熔丝粗细不均匀。现场运行人员经拆解此风电场的故障熔丝后，发现保险内部绝缘瓷柱的接触面上有明显的烧焦痕迹，而且熔丝粗细均匀，熔断其他部位未出现拉伸或摩擦的迹象，所以也可以排除此类影响因素（图2）。

图2 保险熔断后的内部情况

（4）铁磁谐振因素。配电网系统在正常运行时三相基本平衡，中性点位移电压基本为零，但在系统发生某些故障或进行某些切换操作后，系统就可能会产生铁磁谐振，而谐振引起的过电压或过电流可能会使PT 保险熔断。此风场上级变电站接入的是柔性直流输电系统，倒闸操作较为频繁，系统运行方式变化较多，此类因素导致熔断故障的可能性较大。

4 故障处理过程

PT 铁磁谐振是电力系统中发生较为频繁，且造成较多事故的一种内过电压。谐振过程可持续很长时间，幅值有高有低，且频率各有不同，有分频、基频、高频等。有些过电压并不高，但是由于频率低，且谐振电流很大，对电网的安全运行有很大的危害。电力系统中的电容、电感等元件在系统进行操作或故障影响下，形成各种振荡回路，特别是变压器、互感器等具有铁芯和绕组的电气设备，在某种激励作用下，会因电磁耦合产生串、并联谐振现象，严重的可能导致铁磁谐振现象。

消除铁磁谐振的方法主要有：

（1）每相对地加装电容器，或在中性点装设消弧线圈，此类方法对系统改造过大、产生的影响也较大，现场可行性较小。

（2）在电压互感器开口三角形侧并联电灯泡或电阻丝，这一措施相当于改变了电压互感器的参数，可以有效防止电压互感器发生磁饱和，从而消耗谐振能量。但此方法一般用在对变电可靠性要求不高的小电站，因为当系统发生单相接地故障后，将在开口三角侧产生100 V 的电压，而灯泡或电阻的阻值较小，容易在PT 开口三角侧流过较大的电流从而引起电压互感器的损坏。

（3）在电压互感器一次侧中性点与地之间串联消谐电阻器，从而有效限制PT 绕组一次励磁涌流。因此类方法造价低，易改造，风场采用此类改造方法。加装HY-LXQ（D）II-35 型压变中性点用消谐电阻器（图3）。安装位置为35 kV PT 柜后柜门内，此位置空间较为宽裕，便于打孔安装，消谐电阻器串联在电压互感器与接地点之间（图4）。