李 兵 丁順清 徐 峰 楊 義 劉 杰

（國網(wǎng)重慶彭水縣供電有限責任公司，重慶 409600）

配網(wǎng)PT熔斷器故障分析及故障監(jiān)測系統(tǒng)研究

李 兵 丁順清 徐 峰 楊 義 劉 杰

（國網(wǎng)重慶彭水縣供電有限責任公司，重慶 409600）

PT熔斷器是電力系統(tǒng)中重要設(shè)備，針對PT熔斷器故障造成的原因，提出一種新的電壓、電流雙檢測的方法。通過Matlab/Simulink建立熔斷器故障模型進行仿真計算，分析了PT熔斷器故障電壓電流與故障原因之間的關(guān)系，并對熔斷器故障的診斷技術(shù)進行研究。結(jié)果表明，鐵磁諧振故障和系統(tǒng)中的低頻飽和電流是造成PT熔斷器熔斷故障的主要原因。因此，檢測電壓、電流特征值對PT熔斷器故障的診斷具有重要意義。

PT熔斷器；電流檢測；故障診斷

PT熔斷器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備［1］，PT熔斷器熔斷頻繁異常，會嚴重影響變壓器和計量儀表等供電設(shè)備的正常工作［2-3］，嚴重時甚至會導(dǎo)致大面積停電事故，影響整個電力系統(tǒng)的運行安全，給社會帶來很多不必要的經(jīng)濟損失［4］。

根據(jù)運行經(jīng)驗，由于 PT熔斷器故障所引起的停電事故，占平時各類故障的大多數(shù)［5-9］。熔斷器故障的引發(fā)原因眾多，系統(tǒng)原因造成熔斷器熔斷、電壓互感器自身原因造成熔斷器熔斷、熔斷器自身原因造成熔斷器熔斷、操作故障造成熔斷器熔斷和環(huán)境原因造成的熔斷器熔斷等［10-11］。因此，針對熔斷器故障這一問題展開研究，并從理論上分析造成PT熔斷器熔斷的原因有很強的現(xiàn)實意義和實用價值。

針對引起 PT熔斷器故障的因素進行有效的分析，通過Matlab/Simulink軟件對熔斷器建立模型，并進行仿真，從理論上來分析 PT熔斷器故障的產(chǎn)生原因。通過仿真，記錄相應(yīng)的電流電壓數(shù)據(jù)，并分析所得的實驗結(jié)果。實驗表明，由于各種原因所造成的鐵磁諧振是造成 PT熔斷器熔斷故障的主要原因。根據(jù)仿真實驗，提出相應(yīng)的故障診斷和檢測技術(shù)，并從根本上解決這一問題，將對提高電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠性具有重要的意義。

1 PT熔斷器故障仿真模型

在電力系統(tǒng)中需要用到的熔斷器數(shù)量繁多，電力系統(tǒng)PT熔斷器和電壓互感器模型［12］如圖1所示，Rf為熔斷器的仿真模型中的一個定值電阻，Rv、Rv1為電壓互感器一次二次側(cè)直流電阻，Lv、Lv1，分別是其相應(yīng)的漏電抗，Rm是電壓互感器的勵磁電阻，ZL為電壓互感器的負載，Ls是鐵心線圈的非線性勵磁電感。

圖1 電壓互感器與熔斷器仿真模型

二次側(cè)折算到原邊阻抗為

折算后輸入阻抗為

正常運行時，流過熔斷器的電流為

1.1 單相接地故障模型

為了便于分析鐵磁諧振對 PT熔斷器的影響，用電阻與電感來模擬電壓互感器，R1、R2、R3為電壓互感器的電阻，阻值均為150Ω；L1、L2、L3為電壓互感器的電感，其值大小均為85.6mH。鐵磁諧振的仿真模型如圖2所示。R4—R7為小電阻，阻值均為106.5Ω；C1—C3為系統(tǒng)中的三相電容，其值大小約為32.5μF。

圖2 鐵磁諧振仿真電路

系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，故障相線路熔斷器電流接近短路，非故障相電壓變?yōu)榫€電壓負載流過熔斷器電流為

由上式可以看出，單相接地故障時，故障相電流變大，非故障相電壓變?yōu)橄嚯妷旱?.7倍。

1.2 電壓互感器自身內(nèi)部故障模型

如圖所示，ZL1—ZL3為100VA三相線路負載，三相電源經(jīng)消弧線圈L4接地，PT1—PT3為線路電壓互感器，F(xiàn)u1—Fu3為線路的PT熔斷器。閉合 K1模擬電壓互感器自身故障時所導(dǎo)致的二次短路故障的情況。

圖3 電壓互感器二次側(cè)短路故障仿真電路

當電壓互感器二次側(cè)短路時，即K1短路造成的Fu3熔斷，設(shè)中性點電壓為Uo，Z1、Z2、Z3為互感器內(nèi)阻抗，流過熔斷器電流為

由上式可知，電壓互感器二次側(cè)短路將造成流過PT熔斷器電流激增，系統(tǒng)發(fā)生故障。

2 PT熔斷器故障仿真

2.1 單相接地故障仿真分析

系統(tǒng)由于單相接地故障引發(fā)鐵磁諧振后，到指定互感器勵磁阻抗減小，中性點電壓偏移，流過中性點電流過大，熔斷器發(fā)生熔斷。如圖4所示，0.1s發(fā)生單相接地，故障后在0.2s切斷電源后B相電壓波形。

發(fā)生單相故障后圖 4（a）、（b）分別為斷開電源和未斷開電源情況，B相電壓變?yōu)榫€電壓，電壓值約為正常運行電壓的1.75～2.5倍，使線路電壓超過額定電壓，引發(fā)鐵磁諧振，其諧振電壓與基頻電壓疊加形成一個更高的電壓，導(dǎo)致電力系統(tǒng)電壓過載，造成PT熔斷器熔斷。

圖4 單相接地故障B相電壓波形

通過圖5看出，單相接地故障造成系統(tǒng)故障電流約為正常運行電流的1.75～2.5倍左右，PT繞組中將會流過一個幅值很高的低頻飽和電流，電流過大造成熔斷器因短時熱積累而熔斷。而系統(tǒng)對地電容和電壓互感器電感相匹配的情況下，會發(fā)生線路鐵磁諧振過電壓，造成PT熔斷器熔斷。因此，以單相接地故障導(dǎo)致的鐵磁諧振故障是導(dǎo)致 PT熔斷器熔斷的主要原因。

圖5 單相接地故障后B相電流

2.2 電壓互感器自身故障仿真分析

電壓互感器內(nèi)部出現(xiàn)故障時，仿真B相電壓波形如圖6所示，通過故障波形可以看出當電壓互感器發(fā)生短路故障時，故障相會產(chǎn)生系統(tǒng)過電壓，使PT熔斷器熔斷。

圖6 電壓互感器故障電壓波形

當電壓互感器負載過重時，如圖7所示，電壓互感器自身故障會造成系統(tǒng)內(nèi)部短路，系統(tǒng)電流約為正常運行電流的 2～5倍時，遠遠超過了額定電流，這樣的短時過電流流過熔斷器時，就會造成PT熔斷器過熱熔斷。

圖7 電壓互感器故障電流波形

2.3 其他原因造成熔斷器故障分析

熔斷器故障有多種原因，制造過程中，造成質(zhì)量問題，或者安裝過程中，接觸不良造成性能降低，自然老化等原因都會造成PT熔斷器故障［14-15］。

1）在安裝過程中，操作失誤引起PT熔斷器故障；或者在施工過程中錯誤接線，這些都可以造成PT熔斷器熔斷。

2）系統(tǒng)過載造成熔斷器故障。當系統(tǒng)負載突然增大時，系統(tǒng)的電流過負荷，造成熔斷器因電流過載熱熔斷。

3）環(huán)境原因造成PT熔斷器故障，長期在野外環(huán)境中風吹日曬以及環(huán)境污染等條件，導(dǎo)致熔斷器接點損壞，從而造成故障。以及雷雨天氣中雷擊過電流造成熔斷器故障。

3 PT熔斷器的故障抑制措施

由仿真分析可以得出，鐵磁故障和低頻飽和電流時PT熔斷器熔斷的主要原因。PT的熔斷原因歸根揭底是由于電流過大，造成熔斷器熱熔斷［16］。因此，防止鐵磁諧振故障的措施有以下幾個:

1）中性點加裝非線性電阻。PT高壓側(cè)經(jīng)電阻接地，從根本上抑制低頻飽和電流，限制流過高壓繞組的過電流防止PT熔斷器故障。

2）系統(tǒng)加裝電容，破壞PT的諧振條件抑制鐵磁諧振，從而防止過電壓造成PT熔斷器熔斷。

另外，采用質(zhì)量較好的電壓互感器及熔斷器，并應(yīng)嚴格按規(guī)程操作，防止由于質(zhì)量原因和操作不當造成的故障；可以降低系統(tǒng)的電感，破壞鐵磁諧振發(fā)生的條件；高壓側(cè)裝設(shè)避雷器來防止雷擊過電壓導(dǎo)致的熔斷器熔斷故障［17］。

4 系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)包括電流檢測、電壓檢測模塊，濾波放大模塊，無線模塊，處理器以及電源和報警系統(tǒng)。

圖8 硬件電路總體結(jié)構(gòu)

通過電壓檢測和電流檢測分別對 PT熔斷器的電壓、電流信號同時進行采集，由濾波放大模塊分別對檢測到的信號進行處理，然后送到處理器與數(shù)據(jù)庫進行對比分析。當電壓值超過正常運行電壓的1.5倍，同時電流值超過正常運行電流的2倍時，報警電路發(fā)出報警，對 PT熔斷器的運行狀況做出故障診斷。由無線模塊與管理系統(tǒng)進行通信，實現(xiàn)對PT熔斷器的遠程監(jiān)測和信息控制。系統(tǒng)電源供電由外部電源和蓄電池雙供電，使系統(tǒng)安全可靠運行。

5 結(jié)論

分析總結(jié)了導(dǎo)致熔斷器故障的原因，通過Matlab/Simulink建立熔斷器故障模型，分析了 PT熔斷器故障電壓電流與故障原因之間的關(guān)系，當單相接地故障時系統(tǒng)電壓是正常運行電壓的1.75倍，同時系統(tǒng)電流是正常運行電流的2～5倍左右，系統(tǒng)同時出現(xiàn)過電壓和過電流現(xiàn)象。因此通過電壓、電流雙檢測方法對系統(tǒng)進行檢測，實現(xiàn)了對 PT熔斷器故障的準確監(jiān)測，避免了熔斷器故障的誤判。對PT熔斷器故障的診斷技術(shù)展開研究，并提出抑制鐵磁諧振和低頻飽和電流的措施，從根本上解決 PT熔斷器故障，為智能電網(wǎng)中抑制 PT熔斷器故障措施提供重要理論依據(jù)。

［1］洪文峰.配電系統(tǒng)PT熔斷器熔斷的原因及應(yīng)對措施［J］.安慶師范學院學報，2008，14：23-24.

［2］徐勇，胡德.10kV PT熔斷器雷擊熔斷原因分析［J］.高電壓技術(shù)，2000，26（4）：46-47.

［3］韓濤.電磁式PT一次側(cè)熔斷器熔斷原因及防治措施的研究［J］.繼電器，2006，34：43-46.

［4］鄭德軍.PT熔斷器的異常運行分析及事故處理［J］.科技與生活，201，12：33-34.

［5］胡強.用戶計量PT熔斷器故障原因分析［J］.重慶科技學院學報（自然科學版），2011，4（2）：123-124，131.

［6］Skinner N，Brennan P.An overview of process instrumentation，protective safety interlocks and alarm system at the JET facilities active gas handling system［J］.Fusion Engineering and Design，2003，9（69）：1-4.

［7］金維剛，劉會金.張家界電網(wǎng)PT熔斷器一次側(cè)保險頻繁熔斷分析［J］.電力建設(shè)，2009，3.

［8］趙敏.10kV PT熔斷器損壞及PT保險熔斷原因分析［J］.河南電力，2009，1.

［9］付俊杰，王冬輝.PT熔斷器一次側(cè)熔斷器熔斷原因分析與處理［J］.華北電力技術(shù)，2008，9.

［10］李世軍，賈兆航，何樂生，等.基于 GSM 的無線抄表系統(tǒng)安全性的設(shè)計［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（1）：118-121.

［11］蔡源，傅劍文，等.10kV TVPT熔絲熔斷原因分析及防止措施［J］.浙江電力，2010，4.

［12］Liang Yishan，Wang Zhenyuan，Liu Yilu.An automated on-line monitoring and fault diagnosis system for power transformers［C］//2006 IEEE/PES Power Systems Conference and Exposition.Vols 1-5，2006：1105-1112.

［13］呂慶華，呂慶莉，韓薇.快速熔斷器電阻值與電流、溫度關(guān)系的研究［J］.工業(yè)加熱，2004（5）：39-40.

［14］張豐，郭碧媛.10kV三相電磁式PT熔斷器并列運行時燒毀原因分析［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2009，21.

［15］徐紅，等.PT熔斷器故障原因分析［J］.大眾用電，2007，4.

［16］Hyvarinen A，Karhunen J，Oja E.Independent component analysis［Z］.2001.

［17］雷娟，郭潔，高媛，等.鐵磁諧振仿真模型的探討［J］.電瓷避雷器，2007（4）：33-37.

李 兵（1969-），工程師，男，漢族，重慶，主要從事于電力系統(tǒng)運行。

Fault Analysis and Fault Monitoring System Development of the PT Fuses in Distribution Network

Li Bing Ding Shunqing Xu Feng Yang Yi Liu Jie
（State Grid Chongqing Pengshui County Power Supply Co.，Ltd，Chongqing 409600）

PT Fuse is an important power system equipment.For the reason of the PT fuse failure，we proposed a new method of voltage and current double detection.We establish Matlab/Simulink fuse failure model to analyze the relationship between current and voltage PT fuse failure between the cause of the failure，and simulation calculation of diagnostic techniques fuse failure were studied.The results showed that the ferromagnetic resonance of low frequency faults and saturation current system is the main cause of PT fuse blown fault.Therefore，the detection of the voltage and current characteristic value，has important implications for the diagnosis of PT fuse failure.

PT fuses；current detection；malfunction diagnosis