熔断特性（共7篇）
熔断特性 篇1
0 引言
电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等五个环节组成的。由于电力系统的特殊性，上述五个环节应是环环相扣、时时平衡、缺一不可，又几乎是在同一时间内完成的。在电力系统中的任何一处发生事故，都有可能对电力系统的运行产生重大影响。
在10kV配电线路分支线与配电变压器中，我们经常使用到的一种短路保护开关就是跌落式熔断器。其优点是能够加好的适应户外的环境、可操作性强以及经济实惠，因此它被普遍地应用在10kV配电线路中用于进行设备投、切操作。跌落式熔断器安装在10kV配电线路分支线上能够缩小停电的区域，由于它有一个凸显的断开点，具有隔离开关的作用，这就为设备创造以及检修段线路营造了一个既安全又良好的作业环境，从而使得检修人员获得安全感；跌落式熔断器安装在配电变压器上能够保护配电变压器。
跌落式熔断器适用于频率为50Hz、额定电压为35KV及以下的电力系统中，装在配电变压器高压侧或配电之干线路上。主要功能有对保护性能要求不高的地方，它可以与隔离开关配合使用，代替自动空气开关；还可以与负荷开关配合使用，代替价格高昂的断路器。同时还具有短路保护、过载及隔离电路。目前，跌落式熔断器的产品型号主要有：HRW3-10KV、HRW7-10KV、HRW10-10KV、HRW11-10KV、HPRWG2-35KV、HRW5-35KV、HRW5-40.5KV。其中10kV户外跌落式熔断器则分为三种型号，即50A、100A、200A。200A跌落式熔断器的遮断能力上限是200MVA，下限是20MVA。
1 10kV跌落式熔断器的选择
10kV跌落式熔断器主要应用在周边没有导电粉尘、易燃、易爆等危险物质以及腐蚀性气体的场所，40～-40℃是它使用环境的年气温变化范围。按照额定电流和电压做选择，也就是熔断器的额定电压一定同被保护设备额定电压相吻合。其额定电流要不小于熔体的额定电流。对于熔体的额定电流，其能够选为保护元件额定电流的1.5～2倍上下。另外，应对保护系统三相短路电流，校核选定的熔断器，确保被保护系统的三相短路电流小于熔断器额定开断的最大能力，然而，一定要大于额定开断的最小能力。假如熔断器的额定开断能力选得过于大，或许会使熔断器额定开断的最小电流大于被保护系统三相短路电流，导致在熔体熔断时不容易灭弧，从而发生熔管烧毁甚至爆炸等。当前，部分供电单位依然处在农网改造的高峰，在选择使用此类熔断器的时候，一定要控制好产品的质量，禁止不合格的设备入网，一方面应考虑到额定开断的最大能力；另一方面也应注意到其下限值。
2 10kV跌落式熔断器保护原理
10kV跌落式熔断器又叫跌落式开关或跌落保险器，一般由绝缘支座、动静触头、熔丝管三部分组成。跌落式熔断器在正常运行时，熔丝管借助熔丝张紧后形成闭合位置。当系统发生故障时，故障电流使熔丝迅速熔断，并行成电弧，消弧管受电弧灼热，分解出大量气体，使管内形成很高的压力，并沿管道强烈纵吹，电户迅速被拉长而熄灭。熔丝熔断后，下部静触头失去张力而下翻，使缩紧机构释放熔丝管，熔丝管跌落形成明显的开断位置。当需要拉负荷时，用绝缘杆拉开动触头，此时主动、静触头依然接触，继续用绝缘杆拉动触头，辅助触头也分开，在出头之间产生电弧，电弧在灭弧罩狭缝中被拉长，同时灭弧罩产生气体，在电流过零时，将电弧熄灭。
3 10kV跌落式熔断器掉管或熔丝熔断故障
10kV跌落式熔断器主要用于保护配电变压器和10kV架空配电线路不受配电变压器故障影响，按照规程规定，当跌落式熔断器掉管或熔丝熔断后，应进行停电检查，检查内容包括外部设备有无闪络、接地、短路及过负荷现象，以便消除故障点及时恢复供电。跌落式熔断器掉管或熔丝熔断按相分类主要分两类：(1)跌落式熔断器一相掉管或一相熔丝熔断故障。主要原因是外力、机械损伤引起的。(2)跌落式熔断器两相或三相熔丝熔断故障。主要原因是配电变压器内部或外部短路故障造成。
如今在现实的农网10kV线路系统中和配电变压器上的熔断器不能正确动作，其原因之一是，农电工素质差，责任心不强，常年不进行跌落式熔断器的维护和检修；原因之二是，跌落式熔断器的产品质量低劣，不能灵活的拉、合操作，这两原因大大降低了跌落式熔断器的功能。而在现实中经常出现缺熔管、缺熔体或用铜丝、铝丝甚至于铁丝勾挂代替熔体的情况，使得线路的跳闸率和配电变压器的故障率居高不下。为保证熔断器正确动作，熔管内必须使用标准熔体，禁止用铜丝铝丝代替熔体，更不准用铜丝、铝丝及铁丝将触头绑扎住使用。户外跌落式熔断器熔丝电流也要根据规则进行合理选择：1容量在100KVA以下时，熔断器熔丝电流选择按变压器一次侧额定电流的2～3倍；2容量在100KVA以上时，熔断器熔丝电流选择按变压器一次侧额定电流的1.5～2倍。
4 更换10KV跌落式熔断器操作规程
更换10kV跌落式熔断器必须遵守高压电气设备工作至少应由两个人进行的规定，一人操作，一人监护，并不得带负荷操作，因为带负荷操作时，分、合闸电弧较大，有可能引起高压侧弧光短路，所以应先拉开变压器低压侧负荷总开关或拔下分相总熔断器，然后再操作跌落式熔断器。为了防止操作人被电弧烧伤手臂合遭受电击，拉开低压负荷闸刀时要戴上绝缘手套，并讲究技巧，初分瞬间要快，以利熄弧。但当变压器出现故障的征兆时，如声音异常、喷油等，应用变压器电源线路的断路器将其断开。断开跌落式熔断器时，应使用合格的绝缘棒，戴上绝缘手套，先拉开中相熔体管，后拉开两边相熔体管；当三相为水平且遇大风时，应先拉中相，再拉下风相，最后拉上风相。这样能有效地避免因电弧被风拉长而引起短路事故。合闸时与分闸相反，即先推上风相，最后推中相。雷雨天气时，应尽量避免操作。操作时不可用力过猛，以免损坏熔断器。用绝缘杆摘挂熔体管时，应注意挑脱、挂接要稳定，防止熔体管掉落砸坏变压器套管。
5 结束语
随着工农业的迅速发展和生活水平的提高，用户对供电可靠性的要求越来越高，熟悉掌握10kV户外跌落式熔断器的特性及应用，有利于缩短故障停电时间，提高供电可靠性。
摘要：熟悉掌握10kV户外跌落式熔断器的特性及应用,有利于缩短故障停电时间,提高供电可靠性。本论文主要简述10kV跌落式熔断器的选择、10kV跌落式熔断器保护原理、10kV跌落式熔断器掉管或熔丝熔断故障及更换10KV跌落式熔断器操作规程。
关键词：10kV跌落式熔断器,短路保护开关,保护原理,操作规程
熔断特性 篇2
电压互感器高压熔断问题并不罕见, 尤其在变电站, 很容易出现这样的异常情况。高压熔断器熔断不仅容易造成电能表的计量错误, 严重的会影响安全自动装置和保护装置的错误判断, 产生误动作, 造成电网不能正常运行的严重后果。为了能够让大家更容易理解, 本文以2009年一个变电站更换互感器的事件为例, 对熔断原因和处理方法进行讨论。
1 电压互感器的作用
1) 将电压从高电压转换成标准的低电压。同时, 监视母线上的电压和设备是否正常, 提供仪表使用和自动装置需要的电压, 从而保障系统能够正常运行。
2) 利用电压互感器, 可以使二次回路采用低电压控制电缆工作, 使得内部线路简单, 在维修、调试方面更加便利, 还能够远程控制。
3) 将两次高压部分分开, 再加上二次可以设置接地点, 这样就保障了二次设备和生命安全。
2 PT高压熔断器熔断的原因
在实际的运行过程中, 电压互感器高压熔断器发生熔断现象很常见, 熔断原因归结如下:
1) 一次系统在相接时出现故障, 变为单相接产生弧光接地、过电压的现象;
2) 负载超过额度, 尤其是二次负载, 也会发生熔断器熔断的现象;
3) 如果系统正在运行的环境突然发生变化, 很容易产生铁磁谐振, 会危及到运行的安全, 导致电压互感器侧熔断器的熔断;
4) 电压互感器的熔断还有可能是低频饱和电流引起的;
5) 电压互感器一、二次绝缘配件的损坏、出现短路现象或者一些类似的故障都会引起侧熔断器的熔断;
6) 互感器X端绝缘水平不符合消谐器的匹配型号也可导致熔断;
7) 除去上面说的与设备有关系的原因以外, 还有一种很常见的熔断原因, 就是操作不当导致的熔断, 没有按照规定的程序来操作。当然, 这个是可以避免的。
3 故障分析
参照PT高压熔断的原因各项, 以及通过观察某变电站的现场, 进行一系列高压试验后, 我们排除了本身绝缘或操作没按要求而引起熔断问题的发生。经过对比分析后, 初步确定是由于系统产生的铁磁谐振导致的熔断。
电力系统中的任何一个回路都可以简化成电阻、容抗与感抗串联或并联组成的回路。对于串联、并联相同的是, 容抗的值与感抗相同时就会有谐振发生。这时, 回路中就会有过电流和过电压, 电容与磁场之间的能量交换达到一个最大值。在高压的回路中, 线路之类的电气设备对地存在着分布电容, 同时周边还有磁元件, 谐振的必要条件就具备了, 系统发生稍微的变动, 就极易触发谐振。再加上非线性的元件, 产生的谐振会被扩大, 当感抗与容抗相等时, 就是我们常说的铁磁谐振。
铁磁谐振产生的过电压非常大, 几乎相当于额定电压值的好几倍甚至几十倍, 导致许多铁件有了电晕的现象电压互感器在这种情景下熔断器熔断, 设备也会遭到严重的损害。根据分析, 在实际运行过程中, 铁磁谐振产生的原因有以下几种:除了前面提到过的单相接地, 还有跳闸或单相断线等会造成三相负载的不均;电压互感器的铁芯过早的饱和;倒闸过程中的碰巧运行方式会构成谐振条件, 比如三相断路器在不同的时期分开、闭合时, 引起电压、电流的波动, 发生铁磁谐振。
本文选择的变电站电压互感器熔断器熔断的现象是在电压互感器更换以后才发生的, 而且是频繁发生。因此, 我们就进一步得出结论:新的PT结构与旧的不同, 紧接着就造成了变电站10 kV的设备在外界系统发生不对称接地的时候很容易发生谐振现象, 结果就是高压熔断器发生熔断频繁。
4 解决措施
为了更好地防止铁磁谐振的发生, 一般我们有三种方法:
1) 试着改变容抗和感抗的比值, 使得比值保持在0.01以下。比如利用电容式的电压互感器, 还可以在母线上接入固定大小的电容器;
2) 接入适当阻值的阻尼电阻;
3) 这个方法主要就是人为了, 我们严格按照规定的操作顺序的同时应该尽量灵活地改变, 人为避免谐振的发生;
本文选择的变电站使用的是10 kV系统, 该系统的中性点不连接地系统, 我们针对这个问题作出决定, 在中性点和电压互感器之间安装消谐设备, 以避免由于铁磁谐振造成过电压, 从而导致高压熔断器熔断现象。事实证明, 这个方法是可行的。在加上消谐装置后, 电压互感器高压熔断器熔断故障就没有发生过。
5 结语
文章为了介绍得更加详细, 只是针对一个变电站的具体情况进行了分析。熔断器在系统运行过程中熔断, 对电力系统造成的影响是很大的。所以我们必须针对不同的熔断原因作出相应的处理对策, 只有这样才能保证系统的稳定。①熔断器熔断后, 要从互感器着手, 如增加合适的消谐装置来增强系统功能和稳定能力。②注意的就是故障发生后, 一定要及时处理, 以免小问题变成大问题。③我们要从故障以及处理中总结经验和教训, 从处理方法中不断创新, 钻研出新的策略, 使得系统更加完善。
摘要：电压互感器经常会出现高压熔断器熔断的现象。文章针对这一问题进行简单地讨论, 分别介绍了电压互感器的作用、熔断原因以及处理方法。为了便于理解, 文章以某电站10 kV作为主体介绍。
关键词：PT高压熔断器,熔断原因,解决方法,电压互感器
参考文献
[1]解广润.电力系统过电压[M].北京:水利电力出版社, 1997.
[2]华北电业管理局组编.变电运行技术问答 (第2版) [M].北京:中国电力出版社, 1997.
熔断特性 篇3
当小电流接地系统发生单相接地故障、TV (电压互感器) 高压熔断器一相熔断时, 均会发出接地信号。两种情况下, 母线绝缘监察表的指示都发生变化, 多数变电站未装设接地选线装置, 需要人工选线判断, 若不注意区分, 往往会造成误判断。正确区分两种不同性质故障的方法是将各相对地电压、线电压进行比较:
(1) 单相接地故障: (1) 非金属性接地时:一相相电压低, 但不为零, 另两相相电压升高为线电压值, 三相线电压值不变, 开口三角电压小于100 V; (2) 金属性接地时:一相相电压为零, 另两相相电压上升为线电压, 三相线电压不变, 开口三角电压等于100 V。
(2) 电压互感器高压熔断器一相熔断:另两相对地电压不变化也不升高, 熔断相对地电压降低, 但一般不会为零。与熔断相相关的两个线电压会降低, 与熔断相不相关的线电压不变。
熔断特性 篇4
前几年,一座变电站现场检查发现站用变压器L1相熔断器有裂纹,站用变压器外观无问题,变电运行人员对10kV站用变压器进行停电做好安全措施,在更换高压熔断器期间,发现L2相高压熔断器也熔断,于是将站用变压器熔断的高压熔断器全部更换,并对站用变压器外观详细检查,无问题后,进行试送。试送期间,10kV母线弧光短路,造成110kV主变压器进线断路器限时电流速断保护动作跳闸,10kVⅠ段、Ⅱ段母线失压。
后经检查,带有站用变压器的10 k VⅡ段母线多处有放电痕迹,其中最端部线路母线侧隔离开关烧伤最严重,其他设备均存在不同程度的放电痕迹,L1相熔断器再次熔断且有裂痕。
专业人员对事故进行了分析,站用变压器L1相和L2相在第一次熔断器熔断时即存在相间短路故障,这样,在更换熔断器后试送期间,就相对增加了合闸时的电弧长度。另外,该站10 k V开关柜母线室全部连通,且全封闭。接连几天的阴雨天气,致使室内空气潮湿且温度过高,缩小了母线相间的绝缘间隙。因此,在更换完熔断器后,合站用变压器刀开关的时候,刀口处发生电弧,在母线室整体绝缘间隙减小的情况下,造成相间弧光短路,引发这次事故。
熔断特性 篇5
目前, 我国电力系统35k V及以下中压电网中, 普遍使用的是电磁式电压互感器。近年来, 10~35k V电磁式电压互感器运行中高压熔断器熔丝熔断、互感器本体烧损、绝缘击穿、外绝缘开裂或龟裂等故障时有发生。由于缺乏有效的故障记录手段, 使得供电单位对故障原因分析存在诸多困难, 无法消除故障根源, 往往容易造成设备的再次损坏。本文将介绍我公司在运行中针对此类问题的原因分析及相应的治理措施。
2 铁磁谐振过电压导致电压互感器熔断器熔断
目前, 我国10~35k V配电系统大多采用中性点不接地方式运行。电磁式电压互感器低压侧负荷很小, 接近空载, 高压侧具有很高的励磁阻抗。在系统网络发生某些干扰, 如某些切换操作时, 或者接地故障发生又消失后, 都可使电压互感器铁芯出现不同程度的饱和, 励磁阻抗变小, 此时若与系统对地电容或者其他设备的杂散电容间相匹配, 就会形成特殊的三相或者单相谐振回路, 并能激发起各种谐波的铁磁谐振过电压。
由于系统回路参数及外界激发条件的不同, 可能造成分频、工频或高频铁磁谐振过电压。经验表明, 工频谐振与高频谐振过电压幅值一般不超过3倍额定线电压, 一般不易引起绝缘事故;分频谐振过电压幅值通常不超过2倍额定线电压, 但因其频率低, 会使互感器励磁阻抗严重下降, 使得励磁电流急剧上升, 可高达100倍以上额定电流, 将引起高压保险丝的频繁熔断, 并可使电压互感器严重过热, 造成烧毁乃至爆炸事件, 严重影响系统的安全稳定运行。
3 瞬时性接地故障消失对地电容放电导致电压互感器熔断器熔断
在中性点不接地系统中, 当系统发生瞬时单相接地时, 非故障相的相电压值会瞬间升至线电压值, 其对地电容上则充以与线电压相对应的电荷。在接地故障持续期间, 此电荷会通过接地点形成电容电流回路。此时由于电压互感器的励磁阻抗很大, 其一次绕组流过的电流很小, 熔断器不会熔断。
当接地故障消失后, 非故障相的电压值会瞬间由线电压值恢复到正常电压水平。但此时由于故障接地点已经断开, 原来的电流回路被切断, 非故障相在接地故障期间充至线电压下的电荷只能从电压互感器的一次绕组流入大地。在这一瞬变过程中, 电压互感器一次绕组中将流过一个幅值极高的低频电流 (可称作低频震荡电流或低频饱和电流) , 互感器铁芯严重饱和, 使得熔断器熔断, 乃至互感器受损。
4 防范及治理措施
近几十年来, 国内外专家对铁磁谐振防治等问题做了大量的研究和试验分析, 揭示了其内在规律, 提出了许多防护措施, 并研发了多种消谐装置, 在电网运行中发挥了一定作用。我公司结合实际运行经验和我省10~35k V电压互感器防损坏专项治理成果, 总结防范治理方法主要有以下几点:
(1) 选用励磁特性好的电压互感器
要彻底解决铁磁谐振及低频振荡电流问题, 选用励磁特性好的电压互感器是最根本的措施, 使其铁芯不易饱和, 避免励磁感抗值的减小, 因而较难构成谐振的匹配参数。根据电力系统运行特点与国家电网公司十八项反措要求, 中性点非有效接地系统中, 励磁拐点电压应大于 , 且在拐点电压下的励磁电流应小于1A (如出现拐点电压较高, 而对应的励磁电流过大, 即励磁特性曲线较为平缓, 一般说明其铁芯质量较差或安装工艺存在问题) 。
(2) 安装消谐装置
消谐装置可分为一次消谐装置和二次消谐装置。
二次消谐装置的基本原理是在电压互感器的开口三角绕组接阻尼电阻。当电网正常运行时, 由于没有零序电压, 阻尼电阻上消耗的能量很少;当系统发生故障时, 因阻尼电阻阻值较小, 开口三角绕组两端近似于短接, 能起到改变电压互感器参数的作用, 防止电压互感器发生磁饱和谐振。
但就目前的运行经验来说, 由于二次消谐装置本身比较复杂, 元器件在运行中容易出现故障, 且在实际运行中, 常发现部分消谐装置消谐效果不理想, 熔丝熔断、互感器烧损故障仍时有发生。因此, 目前建议优先采用一次消谐装置。
一次消谐装置串接在互感器高压侧中性点, 主要由非线性Si C电阻片组成。系统正常运行时, 消谐装置上电压较低、呈高阻状态, 使谐振在起始阶段不易发展;在单相接地时, 消谐装置出现上千伏电压, 呈低阻状态, 能满足开口三角电压不小于80V的要求, 使其不影响接地保护装置正常工作;在间歇性弧光接地时, 非线性电阻可以限制线路电容对电压互感器的低频振荡电流。同时一次消谐装置具有体积小、散热好、安装方便等特点, 是目前防止互感器故障的一种十分有效而简便的方法。
需要注意的是, 在系统出现三次谐波或接地故障消失恢复正常运行后, 开口三角绕组可能会产生零序电压, 引起中性点电压偏高, 可能会导致接地指示装置误动作。为确保装置动作的正确性, 需要降低开口三角在稳态时的零序电压, 可在互感器中性点加装三次谐波滤波器, 目前已有部分消谐装置产品配备此功能。
(3) 采用四PT接线法
对于电压互感器组数量不多的变电站, 可以考虑采用四PT接线方式。如图1所示。
图1所示中, 三台为主PT, 一次侧接成星形, 其中性点通过一台零序PT接地, 主PT二次开口三角绕组与零序电压互感器的一个补偿绕组串联后接电压继电器 (主要是为了避免开口三角绕组热容量不够而烧坏的隐患) 。此接线使得电压互感器零序阻抗显著增大, 在系统发生单相接地故障时, 既能使铁芯很难进入饱和区而产生铁磁谐振过电压, 又能有效抑制超低频振荡过电流导致的电压互感器损坏。
5 结束语
35k V及10k V系统电磁式电压互感器熔断器频繁熔断、互感器损坏故障近年来严重威胁电力系统安全运行, 尤其是目前此类互感器广泛应用于高压开关柜中, 极易导致事故的扩大化。因此, 要求变电站运行及检修人员在发现此类问题时, 要及时进行分析和检测, 尽快采取有效措施, 消除故障根源, 保障电力系统的安全稳定运行。
摘要：针对运行中35kV及以下电磁式电压互感器熔断器频繁熔断、互感器烧毁的典型问题, 对故障原因进行了分析, 并提出了相应的防范和治理措施。
关键词：电磁式电压互感器,熔断器,铁磁谐振
参考文献
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[2]魏严明.35k V电压互感器绝缘击穿事故分析[J].企业开发技术, 2012.
[3]高伟.配电网电磁式电压互感器谐振过电压抑制措施研究[D].西安理工大学, 2009.
[4]国家电网公司运维检修部.国家电网公司十八项电网重大反事故措施 (修订版) 及编制说明[M].中国电力出版社, 2012.
熔断特性 篇6
对电容电压互感器综合分析可知其包含两部分:电容分压器和电磁单元。
通过对设备原理分析了解到, 电容式电压互感器可以划分为电磁式与电容式。电磁式电压互感器由于其具备的短路阻抗很小, 当设备实施二次绕组时极易发生短路, 将会对输电系统带来十分严重的短路故障, 所以通常需要把熔断器设置在回路中。其对外电路体现为感性, 正常运作时形成比较小的电流并且很少会发生突变, 因此熔断器基本上不容易出现误动作。
电容式电压互感器通过电容分压原理, 通过电容分压器承担系统电压, 形成了很大的容抗, 在故障出现时对短路电流增加有效限制, 进而防止系统产生严重的短路问题。可是35k V电容电压互感器对外电路表现为容性, 在无功投切出现时, 在电容分压器中流入电流的过程中容易产生突变, 导致熔断器错误操作, 增加了维护难度。
2 35k V电容式电压互感器高压熔断器熔断原因
2.1 故障具体描述
某35k V变电站监控设备中断通讯, 当时母线电压A、C相是0, B相为21.87k V。当值人员抵达现场对设备进行检查发现:35k V线路电容式电压互感器发送出断线信号, 对电容式电压互感器二次电压a、c相对地电压全部是0, b相是62.2V, 准确判断出电容式电压互感器高压熔断器A、C相熔断。进而要求线路停电熔丝更换以后系统运行正常。
间隔一周以后, 在雷雨天气的情况下, 该变电站再一次中断通讯, 对三相一次电压当场检查其电压是0, 检测电容式电压互感器二次电压三相对地电压全部是0。线路停电之后对其高压熔断器熔丝更换之后系统运行正常。
半个月以后, 同样是在雷雨天气这一熔断器又一次发生熔断, 结合生产厂家的意见, 直接撤除熔断器, 电容式电压互感器和系统硬件直接相连。
2.2 故障原因
电容式电压互感器高压熔断器熔断的原因是电容式电压互感器一次侧形成了长期的电流或者产生了巨大的瞬间冲击电流。通过对故障分析了解到, 基于特定条件下出现了电容式电压互感器高压熔断故障, 雷雨天气是出现故障的外因。从故障现象可知, 雷电波入侵线路, 避雷器操作, 在电容式电压互感器上增加了134k V残压, 形成了巨大的冲击电流, 但是仅出现us级的时间, 不会熔断熔丝;而35k V一回架空线路长度尚不到20km, 线路对地电容极小, 在单相接地故障中通过系统三相对地电容出现的充放电引发熔断器熔断机会很小。
电容式电压互感器具体包括电容元件以及大量的非线性电感元件, 例如补偿电抗器及其中压互感器, 当线路中的单相接地出现故障时, 非故障相对地电压提高为线电压, 在系统过渡时, 电容式电压互感器中压互感器非线性元件形成磁饱和, 降低了激磁电感, 对连续的分次谐波铁磁谐振有效激发, 促使在补偿电抗以及中压互感器上形成过电压, 一次侧熔断器被熔断, 甚至将补偿电抗器和中压互感器绕组击穿损坏。所以电容式电压互感器的铁磁谐振极有可能由于电流导致高压熔断器熔断。
电容式电压互感器利用串联电容分压实现电压的变换, 也就是把高压施加在几个相串联的电容上, 在一个电容上获得比较低的电压, 之后采取中压互感器完成隔离高低压之间的电气。补偿电抗器与电容式电压互感器漏抗总和必须无限接近等值容抗设计, 便于对容抗压降值进行消除并且随着二次负荷的改变产生电压波动, 可以对电压积极稳定, 避免测量误差。
为了更加明白电容式电压互感器在出现单相接地故障时, 系统过渡过程中是否已经激发铁磁谐振, 可以通过伏安特性试验电容式电压互感器中压互感器。
试验过程中将一次绕组低压端接地, 高压端悬空;在二次绕组上施加工频电压, 通过电压表和电流表测量二次绕组量测的电压和电流。自0.1倍额定电压进行试验, 逐一加大, 直到产生1.9被额定电压结束。通过分析试验了解到, 在80V左右产生了伏安特曲线拐点, 当系统产生单相接地时, 提升非故障相为线电压。
通过对伏安特曲线分析了解到, 此时电容式电压互感器产生了饱和的中压互感器铁心, 明显降低了励磁电抗, 在等效短路中无法忽视励磁支路的存在。较宽频带的铁磁谐振形成于电容式电压互感器内部, 也可能形成高频谐振, 抑或是分频谐振。在这一前提下, 回路中的电流与电容、中压互感器上的电压显著增大了。
由于电网不断产生能量, 若回路中没有合理的阻尼, 势必会产生不间断的分次谐波铁磁谐振, 过电压数值相当于2-3被的电压幅值。当熔断器电流长时间高于额定电流时, 最终将熔断器熔断。
通过上述分析可以总结电容式电压互感器高压熔断器熔断原因包括两个方面:其一是由于电容器形成了较大的磁通过量, 其二是高频干扰造成的影响。由于内部产生了分布不均匀的磁通量, 导致电压互感器一次电压数值产生峰值。伴随着不断提升的运行控制器内部温度, 也会相应增加电容两端的电荷量, 当增加到一定范围时, 就会产生击穿电路的问题。当电容器以及熔断器之间采取并联连接电容方式时, 通过励磁电抗及其附属设备形成较大数值的电抗, 便会出现谐波振荡问题。将电压施加在中压互感器两端由于较高的协调振动频率, 也会出现巨大的变化, 并且长时间运行电流比额定电流高, 导致互感器和熔断器发生熔断问题。
3 解决电容式电压互感器高压熔断器熔断问题解决措施
为了对电容式电压互感器高压熔断器熔断问题有效解决, 可以通过磁通量大小的改变控制电路电流。在电路中并联绕组, 形成电路无阻尼振动。这时互感器伏安特性二次曲线的拐点需要比运行在电压过载环境的状态高, 采取这一措施能够获得比较低的电容分压器电容, 帮助对高压强电流一次性减弱。可以采取线性电感和电容器件的解决措施, 当高频干扰线性电感以及电容器件的情况下, 能够防止受到其他高次谐波的侵袭, 原有高频率谐波不规律进行振荡, 导致电路电流形成阻尼谐波振动, 当波动数值超过额定范围时, 便会击穿部分电路, 但是利用对谐波振动条件积极改变, 能够不断改善互感器以及熔断器的具体条件。
4 结束语
经过认真分析电容式电压互感器高压熔断器, 可以更加理解这一具体结构。将运行电路中的磁通量进行转变控制可以降低谐波振动的概率, 充分确保电路稳定运作。在供电站中上述措施逐步贯彻落实, 并且得到了比较好的效果, 推动了我国产业经济的健康发展。
摘要：通过分析某35kV变电站控制运行电路, 发现其出现了一些不足, 具体原因是磁通量大量穿过内部, 导致电路容易产生谐振问题。并且在高频状态下的设备元器件, 极易导致同频干扰。文章通过科学改进目前模式, 对影响35kV电容式电压互感器高压熔断器熔断因素进行分析, 有效解决了存在的问题, 不仅减少了设备的故障概率, 还提升了运作效果。
关键词：电容式电压互感器,高压熔断器熔断,原因
参考文献
[1]刘晓辉.电容式电压互感器二次电压异常的分析及改进措施[J].浙江电力, 2014 (17) .
熔断特性 篇7
关键词：CVT,涌流,熔断器,铁磁谐振,故障录波,解决措施
0 引言
我国35~500 k V系统广泛采用电容式电压互感器(简称CVT)对电压进行测量[1,2,3]。CVT是利用电容分压器原理构成,它和电磁式电压互感器相比具有体积小、耐压高、故障率低、价格便宜等优点,因此得到了广泛应用[4,5]。但在实际运行中,特别是线路投切、投入或退出某些设备等系统操作过程中,CVT常常由于其自身的结构和工作特性而发生事故[6,7,8,9,10]。本文结合实际工程案例,通过对某500 k V变电站35 k V侧进行现场测试和电容器投切试验,并结合该变电站站内故障录波器记录的CVT熔断器爆裂时的真实故障波形数据,进行事故原因探析,得出CVT熔断器发生故障的原因,并结合现场实际情况,给出了相应的解决措施,并对35 k V CVT高压侧熔丝的选择进行了深入论证分析。
1 CVT工作原理及等值电路
CVT是利用电容串联分压的原理来实现电压变换的,即将高压施加于几个串联的电容上,从其中一个电容上抽取较低电压,然后利用中间电压互感器(TV)来实现高压和低压间的电气隔离。其原理接线图如图1所示。
图1中,C1、C2为分压电容,L为补偿电抗器,P为保护补偿电抗器的放电间隙,TV为中间电压互感器,n1、n2、n3为二次侧绕组部分。来自电网一次侧的电压通过分压电容降压后,作为TV的输入,在额定状态下,TV工作在其磁化特性曲线的线性段,输出的电压,供给保护和测量仪器使用。由图1可知,分压后C2上的电容电压为
其中,U1为待测电压,根据戴维南定理,当U1短路时,从C2侧看过去的等值容抗为
再将TV的二次侧阻抗折算到一次侧,得到CVT的等值电路如图2所示。
图2中,XL为补偿电抗器的电抗,补偿电抗器L主要用于补偿由分压电容引起的误差,Z1=R1+j X1为TV一次侧的阻抗,Z0=R0+j X0为TV的励磁电抗,Z2=R2+j X2为TV二次侧的阻抗即负荷归算到一次侧的值。CVT正常工作时,Z0非常大,但当回路出现过电压,激发补偿电抗器及TV饱和时,Z0将急剧减小,分压电容则容易与补偿电抗器、TV构成LC谐振电路,即形成所谓的铁磁谐振,从而容易引起CVT一次侧出现过流现象。
2 故障录波数据分析
2010年6月28日和7月16日,某500 k V变电站在进行35 k V南母电容器组投运操作时,发生2起35 k V南母CVT高压侧熔丝熔断事故,事故现象为:35 k V南母TV高压保险B相熔断、爆炸。保护信号及报文为:主变保护装置告警,III侧TV异常,光字牌报,主变保护装置信号灯亮,保护TV断线信号灯亮,I组计量回路交流电压消失,主变录波启动。其中,图3为6月28日该站B相CVT熔断器发生熔断故障时故障录波器记录的35 k V母线三相电压波形,由上向下依次为A、B、C相(图4同),图4为7月16日发生熔断故障时的35 k V母线三相电压波形(由于该站站内故障录波器自身的原因,其波形显示存在波形挤压现象,经仔细核实波形实际时间窗,整个过程中实际电压波形基频均为工频50 Hz)。
由图3可知,电容器投运造成CVT回路发生振荡,B相电压在电容器投运瞬间波形畸变较A、C两相严重,结合波形记录情况,熔丝熔断是在进入稳态后一段时间内发生;而由图4所示记录的波形可见,B相波形出现振荡,B相电压处于间歇性LC振荡过程,振荡尚未结束即发生B相熔丝爆裂事故。从2次事故录波数据可以看出,相对于A、C相,B相CVT对暂态过程较为敏感。
通过对7月16日故障录波数据进行提取,并利用MATLAB进行数据处理和分析,得出发生故障时特定时间段母线电压的波形及频谱,如图5所示。图5(a)为对应图4中波形畸变较为严重的一段时间上的波形数据,即0.8~1.3 s时间段(图中未标出),图5(b)对应其频谱。相对于A、C两相,B相频谱较为丰富,其中3次谐波含量较大,3次谐波含量大是铁磁元件严重饱和的一个重要特征。同时,对于电容支路而言,其阻抗随频率的增加而成倍减小,从而流过电容支路的谐波电流将显著增大,最终导致CVT一次熔断器过流发生熔断故障。
3 现场试验测试
3.1 电容器投切试验
该500 k V变电站35 k V母线分南母、北母2段,各带2组电容器及2组电抗器。自2010年6月以来,该站发生了2起投运35 k V南母线电容器时,南母CVT一次侧B相熔断器爆裂故障。为了找出事故原因,试验人员在该变电站35 k V南母进行电容器组投切试验,并进行了现场测试。测试仪器为2台尼高丽波形记录仪(Nicolet vision),用于暂态波形的录波。其中一台记录仪测量待投切电容器组支路电流互感器二次侧的电流信号和CVT二次侧的电压信号;另一台测量CVT一次侧对地电流信号。为了获得详细的数据,试验人员先后共进行了8次电容器组的投切操作,记录下了电容器投入瞬间35 k V母线电压变化情况、电容器组支路电流的暂态过程及CVT一次侧电流的暂态过程。
图6(a)、(b)分别为35 k V南母1号电容器组投运过程中,电容器组支路电流暂态波形及频谱分析,由上至下依次是A相、B相、C相(图7同)。可见,电容器投运过程中,电容器各支路电流中的频谱分量主要集中于200 Hz以下,A、B、C三相过渡过程相似,其中170 Hz左右的分量比较明显。
图7(a)、(b)分别为35 k V南母三相电压波形及频谱,由图7可知,电容器投运过程中,35 k V母线三相电压均出现短暂畸变,其中B相电压相对A、C两相影响较大,频谱图中显示B相含有175 Hz分量,且比A、C相明显。
图8为35 k V南母B相CVT一次侧电流波形及频谱。显然,除基波外,CVT稳态运行时,一次侧电流中包含300~400 Hz高频分量,其电流有效值为0.5 A左右,与CVT高压侧熔丝额定电流较接近。
图9对应电容器组投运过程中CVT一次侧B相电流的暂态波形,电容器投运过程中,将引起CVT一次侧出现涌流,瞬时电流超过4 A,其中A、C两相CVT一次侧电流波形及幅值情况与B相具有相似性。
在8次电容器组投切试验的过程中,各设备均正常运行,未发生CVT一次侧熔断器熔断故障。其他7次电容器组投运试验,暂态过程记录的波形与上述波形基本相似,本文不再逐一列举。
3.2 CVT三相红外测温试验
为了避免铁磁谐振,一般CVT二次侧的剩余绕组均装设有阻尼器,用于破坏铁磁谐振的发生条件,阻尼器主要有电阻型、谐振型和速饱和型3种,本文所分析的CVT采用的为谐振型阻尼器,其原理为利用电感L和电容C构成并联谐振回路,再和电阻R串联,正常运行情况下,LC被调谐为并联谐振状态,呈现高阻抗,漏电流较小,一旦出现分数次谐波,及偏离正常工作频率,则谐振条件被破坏,电阻接入,吸收暂态过程中的能量。若阻尼器中LC回路损坏,则电阻长期接通,消耗能量,会造成铁磁元件所在的油箱发热。为了排除阻尼器故障,试验人员对CVT的三相进行了红外测温。测温结果A相为41.1°C,B相为44.8°C,C相为42.5°C。可以看出B相温度稍高,但温度差不足以确认B相阻尼器存在问题。
4 事故原因分析
熔断件作为熔断器的主要元件,在正常工作的情况下,通过熔断件的电流不应使熔断件的熔丝熔断,当系统中出现过载或短路时,熔丝将因过热而自行熔断。熔丝的发热与i2t成正比,其中i为流过熔丝的电流,t为作用时间。CVT一次侧熔断器的额定电流为0.5 A,而在操作过程中,CVT一次侧的电流超过10 A的概率很大,该电流虽然为间歇性存在,持续时间很短,但电流产生的热量积累也可能会造成熔丝过热而熔断。即使一次系统操作,热量积累不致使熔丝熔断,但会使熔丝损伤,当进入稳态长期工作或再次进行系统操作时,熔丝就有可能发生熔断[11,12,13]。在此过程中,熔丝的热量积累为
其中,ij为每次出现的电流值,tj为每次电流的作用时间,k为与电阻有关的系数。因此,在系统操作过程中,CVT一次侧的涌流或由于电抗元件饱和形成自身铁磁谐振而引起的过流是造成一次熔断器异常熔断的主要原因。
针对本文所述案例,结合事故发生时刻的故障录波数据及现场测试试验,可以看出该变电站35 k V南母B相CVT对暂态过程较为敏感,结合图3所记录的6月28日CVT熔丝熔断事故过程中的电压波形,分析其熔丝熔断原因主要是由于电容器投运时引起的涌流对熔丝有一定的冲击,造成熔丝损伤,经过一段时间的热效应积累,最后发生熔断事故。而7月16日事故发生显然与B相CVT内部发生振荡有关,分析其波形出现振荡的原因,主要是电容器投运造成CVT一次侧暂态过电压,激发CVT内部补偿电抗器、中间变压器电抗饱和,L值减小,从而与分压电容构成谐振。但由于补偿电抗器的电流不能突变,在暂态过程中将产生较高电压,导致并接在补偿电抗器两端的保护间隙反复动作,另外中间变压器励磁支路的饱和特性,在建立磁通的过程中,电感始终在发生变化,导致LC回路各参数发生变化,从而使得振荡呈现间歇性特点。
5 CVT一次侧熔断器的选择
根据现场测试试验,由图9可知,电容器投运过程中,暂态涌流较大,同时,CVT稳态运行时电流有效值接近0.5 A,而35 k V CVT一次侧熔断器的额定电流一般均为0.5 A,熔断器的选择没有裕度[14,15]。CVT在各种暂态过程中一次电流会大于稳态运行电流值,熔断器受热积累效应会发生熔断现象,因此应增大CVT熔断器的额定电流。
在电磁式电压互感器中,一次测广泛采用高压熔断器,当TV与系统发生铁磁谐振时,利用熔断器的熔断将TV支路与系统隔离开来,从而也起到保护TV的作用。由于CVT一次侧通过电容支路进行连接,对中间变压器电磁单元已起到较好的保护,设置熔断器的目的已不再是为了隔离TV与系统的连接,而是当CVT内部发生铁磁谐振时,能有效保护CVT本身。而对于CVT内部的铁磁谐振应该从消除根源上解决,加强阻尼回路的设计,而不能完全依赖一次侧的熔丝保护。目前我国电网110 k V电压等级及以上系统的CVT一次回路中已经取消了一次侧高压熔断器[16],但考虑到35 k V及以下电压等级的系统电压暂态特性相对较差,极易诱发CVT内部铁磁单元饱和导致铁磁谐振发生,目前在35 k V系统CVT高压侧采仍取熔丝保护,由于系统过渡过程中,CVT一次侧出现的暂态涌流较大,极易对熔丝造成损伤,因此CVT一次熔断器选择0.5 A熔断件不仅没有意义,反因频繁熔断而影响系统的正常运行。建议选用额定电流为2 A的熔断器,可避免一次熔断器在CVT非故障情况下熔断事故的频繁发生,在部分35 k V电网结构较强的站点甚至可以取消CVT一次侧熔丝保护。
6 结论与建议
a.在系统操作过程中,CVT一次侧的瞬时涌流或由于内部电抗元件饱和形成自身铁磁谐振而引起的过流是导致CVT一次侧熔断器异常熔断的直接原因;
b.考虑到35 k V系统受系统操作引起的暂态过程影响较大,建议提高CVT一次侧熔丝额定容量,提高熔丝对系统正常操作过程中引起的涌流的耐受力,避免频繁发生熔断事件影响系统正常运行;