陳鈺林，曹華鋒，莫元雄，趙 兵，趙 強(qiáng)

（廣東省能源集團(tuán)天生橋一級(jí)水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司水力發(fā)電廠，貴州 興義 562400）

0 引言

天生橋一級(jí)水電廠（簡(jiǎn)稱天一電廠）裝機(jī)4×300 MW，自2000年投產(chǎn)以來(lái)多次發(fā)生發(fā)電機(jī)電壓互感器（PT）一次熔斷器（保險(xiǎn)）熔斷故障，但都是在機(jī)組正常運(yùn)行和開(kāi)停機(jī)過(guò)程中產(chǎn)生的，是在最小熔斷電流以下的誤熔斷，事后PT測(cè)試正常，換上新保險(xiǎn)都能正常運(yùn)行。天一電廠為發(fā)-變-線路單元接線，PT一次保險(xiǎn)誤熔情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)多個(gè)電廠也發(fā)生了保險(xiǎn)誤熔故障[1-4]，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行，己引起了業(yè)界較大的關(guān)注。

表1 天一電廠PT保險(xiǎn)誤熔情況統(tǒng)計(jì)

包括天一電廠在內(nèi)的若干電廠雖然采取了一些防治措施，但并沒(méi)有從根本上杜絕故障，天一電廠于2009年將0.5 A的保險(xiǎn)更換為1 A，2016～2019年4年間仍發(fā)生了5次保險(xiǎn)誤熔故障。為此，天一電廠立項(xiàng)開(kāi)展了故障分析及對(duì)策研究，大膽提出：既然運(yùn)行實(shí)踐中，20多次PT一次保險(xiǎn)故障都是非正常的誤熔斷，而沒(méi)有一次是過(guò)流正確熔斷的，何不考慮取消它而用一根硬導(dǎo)線來(lái)代替？如果確實(shí)可行，那么長(zhǎng)期困繞天一電廠的保險(xiǎn)誤熔問(wèn)題就得到徹底解決，是一個(gè)很有創(chuàng)新意義和實(shí)用價(jià)值的研究項(xiàng)目。但這是對(duì)傳統(tǒng)觀念和做法的突破，必須進(jìn)行全面和深入的可行性研究。經(jīng)過(guò)充分的分析論證，我們認(rèn)為，這項(xiàng)措施是完全可行的，2021年4月已在天一電廠3號(hào)機(jī)組、4號(hào)機(jī)組實(shí)施，投運(yùn)至今沒(méi)有出現(xiàn)任何與改造相關(guān)的問(wèn)題。

1 PT一次保險(xiǎn)誤熔斷分析

1.1 熔斷過(guò)程

保險(xiǎn)誤熔時(shí)流過(guò)的是小電流，它有別于短路過(guò)流時(shí)的快熔，而是慢熔過(guò)程。這里以天一電廠2018年1月6日4號(hào)機(jī)5YH的A相保險(xiǎn)熔斷故障的錄波圖為例加以說(shuō)明，見(jiàn)圖1。保險(xiǎn)熔斷可以分為幾個(gè)階段：

圖1 A相保險(xiǎn)熔斷故障錄波圖

（1）起弧階段：A相保險(xiǎn)在以往的長(zhǎng)期運(yùn)行及反復(fù)沖擊下，熔絲的某處出現(xiàn)了缺陷，運(yùn)行中的某個(gè)誘因使熔絲在此處裂開(kāi)了很小的斷口并產(chǎn)生電弧，使A相電壓微降且波形開(kāi)始畸變。由于錄波圖不易看清，將局部波形加以放大和臨摹，見(jiàn)圖2，其中圖2（a）表示了保險(xiǎn)斷裂前后的波形，電壓的正負(fù)波峰呈小凹狀。

（2）發(fā)展階段：隨著熱量的集聚，斷口電弧的溫度逐漸升高使熔絲熔化，斷口逐漸擴(kuò)大，A相電壓逐漸下降，波形畸變逐漸發(fā)展，見(jiàn)圖2（b）。

（3）穩(wěn)定階段：斷口逐漸擴(kuò)大到一定程度后不再發(fā)展，而形成了穩(wěn)定的電弧，A相電壓、波形畸變都趨于穩(wěn)定，見(jiàn)圖2（c）。因是交流電壓，電弧會(huì)出現(xiàn)間歇性燃燒與熄滅。

圖2 4號(hào)機(jī)5YH-A相保險(xiǎn)熔斷過(guò)程

（4）退出階段：由于PT開(kāi)口三角電壓上升較大，接地保護(hù)或者斷線閉鎖保護(hù)可能動(dòng)作告警，運(yùn)行人員將保險(xiǎn)退出運(yùn)行，斷口處介質(zhì)絕緣恢復(fù)。

國(guó)內(nèi)曾報(bào)導(dǎo)過(guò)多起因PT一次保險(xiǎn)慢熔時(shí)，斷線閉鎖不動(dòng)作而產(chǎn)生誤強(qiáng)勵(lì)導(dǎo)致跳閘的事故[5-8]。

1.2 保險(xiǎn)熔斷的影響因素

1.2.1 保險(xiǎn)誤熔斷的諸多因素

文獻(xiàn)[9]分析了保險(xiǎn)誤熔的諸多因素，穩(wěn)態(tài)因素有:①PT勵(lì)磁電流；②PT負(fù)載電流；③PT零序電流；④諧波；⑤電暈效應(yīng)；⑥熔絲氧化；⑦振動(dòng)等等。暫態(tài)因素有：①PT勵(lì)磁涌流沖擊；②變壓器傳遞過(guò)電壓沖擊；③單相接地故障以及故障消失后低頻振蕩電流沖擊。盡管保險(xiǎn)誤熔的因素多而復(fù)雜，但應(yīng)該分清主次。

1.2.2 開(kāi)停機(jī)時(shí)PT勵(lì)磁涌流沖擊

當(dāng)發(fā)電機(jī)開(kāi)機(jī)建壓時(shí)，PT及其保險(xiǎn)必將受到勵(lì)磁涌流的沖擊。發(fā)電機(jī)停機(jī)滅磁時(shí)，PT上的電流迅速被截?cái)?，?huì)產(chǎn)生過(guò)電壓沖擊。天一電廠實(shí)際運(yùn)行中機(jī)組開(kāi)停機(jī)次數(shù)多，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003～2020年18年間，一臺(tái)機(jī)年平均開(kāi)停機(jī)次數(shù)為373次，各機(jī)組近3年的開(kāi)停機(jī)次數(shù)見(jiàn)表2，勵(lì)磁涌流的頻繁沖擊加速了保險(xiǎn)老化疲勞的累積效應(yīng)。從表1可見(jiàn)，21次保險(xiǎn)誤熔故障中，開(kāi)停機(jī)過(guò)程為8次，占比約為40%，而開(kāi)停機(jī)時(shí)間相對(duì)于正常運(yùn)行時(shí)間是微不足道的，說(shuō)明開(kāi)停機(jī)時(shí)PT勵(lì)磁涌流沖擊是保險(xiǎn)誤熔的主要因素之一。文獻(xiàn)[3]也報(bào)導(dǎo)該廠11次保險(xiǎn)誤熔故障大多在開(kāi)停機(jī)過(guò)程發(fā)生。

表2 天一電廠發(fā)電機(jī)開(kāi)停機(jī)次數(shù)統(tǒng)計(jì)

1.2.3 變壓器傳遞過(guò)電壓沖擊

電廠的高壓主系統(tǒng)產(chǎn)生的事故、操作、暫態(tài)、雷電等過(guò)電壓，都可通過(guò)主變的電磁耦合傳遞到低壓側(cè)，使保險(xiǎn)受到傳遞過(guò)電壓沖擊。天一電廠220 kV系統(tǒng)接線復(fù)雜且含交直流變換，主變高壓斷路器并解列操作頻繁，出現(xiàn)各種過(guò)電壓的機(jī)率較大。主變低壓側(cè)的5YH占PT總組數(shù)的20%，但保險(xiǎn)誤熔次數(shù)卻占了近40%。5YH與主變距離最近，首當(dāng)其沖受到?jīng)_擊，1～4YH 4組PT距離5YH大約30 m（電氣距離），對(duì)地電容不能忽視，因?yàn)榉忾]母線的對(duì)地電容要比架空母線大得多。而有些傳遞過(guò)電壓是很陡的沖擊波，通過(guò)對(duì)地電容衰減很快，傳播到距離較遠(yuǎn)的其余PT時(shí)己有所減弱，這是5YH一次保險(xiǎn)誤熔機(jī)率大的主要原因。據(jù)此分析，變壓器傳遞過(guò)電壓沖擊是保險(xiǎn)誤熔的又一主要因素。理論分析和運(yùn)行實(shí)踐表明，與其它接地方式相比，消弧線圈接地的傳遞過(guò)電壓較高，因而保險(xiǎn)誤熔的機(jī)率較大。

1.3 保險(xiǎn)熔斷機(jī)理的分析

（1）熱老化效應(yīng)：運(yùn)行中熔體達(dá)到穩(wěn)定的溫升，當(dāng)熔體受到暫態(tài)過(guò)電流沖擊時(shí)，溫度隨之上升，而沖擊消失后溫度又回落，使熔體產(chǎn)生了退火效應(yīng)。停機(jī)時(shí)，熔體的溫度逐漸下降至室溫，也是一種退火效應(yīng)（一年數(shù)百次），熔體經(jīng)過(guò)反反復(fù)復(fù)的退火處理，其抗拉強(qiáng)度和延伸率等機(jī)械性能均會(huì)降低，這種現(xiàn)象就是熱老化效應(yīng)。

（2）伸縮疲勞效應(yīng)：在接通和斷開(kāi)電流時(shí)，熔體在溫度升降的過(guò)程中，若其自由伸縮受到約束，就會(huì)產(chǎn)生反復(fù)應(yīng)力的作用，這種現(xiàn)象稱為伸縮疲勞效應(yīng)。保險(xiǎn)管中填滿石英砂，熔體熱脹冷縮的形狀變化必然受到阻礙，這時(shí)熔體與石英砂磨擦產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

（3）電動(dòng)力疲勞效應(yīng)：保險(xiǎn)熔絲是螺旋形的電感線圈，流過(guò)PT一次電流時(shí)就產(chǎn)生了磁場(chǎng)，而載流導(dǎo)體與磁場(chǎng)的作用就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)力。當(dāng)開(kāi)停機(jī)過(guò)程或外網(wǎng)傳遞，使PT突然加上電壓，產(chǎn)生了勵(lì)磁涌流，熔絲產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度突升，瞬態(tài)電動(dòng)力隨之突增，使熔絲拉伸或壓縮，熔絲與石英砂就有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生摩擦應(yīng)力，并可能刮傷熔絲的某些點(diǎn)位，熔絲受到反復(fù)電動(dòng)力的沖擊，產(chǎn)生電動(dòng)力疲勞效應(yīng)。為了揭示電動(dòng)力的作用，用若干臺(tái)低壓PT并聯(lián)通過(guò)0.5 A保險(xiǎn)加壓試驗(yàn)，調(diào)整電壓高于PT額定值，使勵(lì)磁涌流的最大值約為20倍，通電10 s后斷開(kāi)，停電2 min后再合，自動(dòng)持續(xù)反復(fù)合跳。經(jīng)過(guò)800多次的合跳，熔絲斷裂。

綜上所述，保險(xiǎn)熔斷是綜合了多種因素的不利影響，長(zhǎng)時(shí)間逐步積累后，由某種誘因激發(fā)而斷裂，是由量變到質(zhì)變的過(guò)程。因此，小電流條件下的保險(xiǎn)誤熔，不能用傳統(tǒng)的保險(xiǎn)過(guò)流發(fā)熱熔斷的觀點(diǎn)分析。保險(xiǎn)熔斷過(guò)程4個(gè)階段、2個(gè)主要因素、3個(gè)老化疲勞效應(yīng)，就是保險(xiǎn)誤熔全貌的描述。

2 各種故障的分析

本節(jié)通過(guò)故障分析，揭示發(fā)生這些故障時(shí)，保險(xiǎn)是否真正起到預(yù)期的保護(hù)作用，由此獲得取消PT一次保險(xiǎn)可行性的充分論據(jù)，是本研究的重點(diǎn)。

2.1 PT出口相間短路分析

PT高壓出口引線、套管或端部線圈相間短路時(shí)，短路電流很大，使短路相保險(xiǎn)瞬間爆斷，這是保險(xiǎn)作用和功能的重要體現(xiàn)。

2.1.1 保險(xiǎn)的技術(shù)數(shù)據(jù)

發(fā)電廠和變電站PT一次保險(xiǎn)，都普遍采用RN2型（或XRNP2型），各制造廠家產(chǎn)品的技術(shù)數(shù)據(jù)基本相同，見(jiàn)表3。

表3 PT用RN2型熔斷器技術(shù)數(shù)據(jù)

2.1.2 相間短路時(shí)PT一次側(cè)保險(xiǎn)存在的問(wèn)題

天一電廠短路電流計(jì)算值見(jiàn)表4，相間短路時(shí)PT一次保險(xiǎn)存在兩方面的問(wèn)題：

表4 天一電廠短路電流計(jì)算值

（1）保險(xiǎn)的開(kāi)斷容量和開(kāi)斷電流不滿足要求。天一電廠保險(xiǎn)通過(guò)的短路電流和三相短路容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于保險(xiǎn)的容許值，不符合保險(xiǎn)選擇的要求。真正發(fā)生相間短路時(shí)，保險(xiǎn)不能可靠滅弧而引起事故擴(kuò)大，是一個(gè)潛在的重大隱患。在電力系統(tǒng)中，110 kV及以上的PT一直是不裝保險(xiǎn)的，重要原因是無(wú)法提供能滿足開(kāi)斷電流和容量的產(chǎn)品，天一電廠PT保險(xiǎn)也存在同樣的問(wèn)題。

（2）保險(xiǎn)熔斷與差動(dòng)保護(hù)沒(méi)有選擇性配合。天一電廠發(fā)電機(jī)和發(fā)變組均裝有比率制動(dòng)式差動(dòng)和差動(dòng)速斷保護(hù)，PT出口相間短路差動(dòng)保護(hù)必定快速瞬時(shí)啟動(dòng)，這與保險(xiǎn)在時(shí)間上不可能有選擇性配合。

PT高壓引線相間短路的機(jī)率是非常小的，如果認(rèn)為可以不予考慮，那么從短路保護(hù)的角度看，保險(xiǎn)也就沒(méi)有必要存在。

2.2 單相接地故障分析

2.2.1 單相接地電流

發(fā)電機(jī)出口回路單相接地故障電流的大小與中性點(diǎn)接地方式有關(guān)，表5列出了天一電廠采用不同中性點(diǎn)接地方式時(shí)的數(shù)據(jù)，其中不接地和消弧線圈接地方式是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，對(duì)于高阻接地方式，一般取則（IC為電容電流）。天一電廠采用的是消弧線圈接地方式，接地電流比其它兩種方式大大減少。

表5 不同中性點(diǎn)接地方式單相接地電流

2.2.2 單相接地時(shí)通過(guò)PT一次保險(xiǎn)的電流

（1）接地點(diǎn)在PT引線、高壓套管，保險(xiǎn)就會(huì)流過(guò)總的接地電流2.18 A，PT開(kāi)口三角零序電壓達(dá)到100 V，而發(fā)電機(jī)零序電壓保護(hù)定值為10 V，必然動(dòng)作按保護(hù)延時(shí)2.9 s跳閘，保險(xiǎn)時(shí)間-電流特性的數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。通流2.9 s時(shí)，0.5 A、1 A保險(xiǎn)的熔斷電流分別為2.6 A、3.8 A，兩種保險(xiǎn)都不會(huì)熔斷。如果接地發(fā)生在其它地點(diǎn)，非接地相對(duì)地電壓升高為線電壓，流過(guò)保險(xiǎn)的電流很小，保險(xiǎn)更不會(huì)熔斷。

表6 保險(xiǎn)時(shí)間-電流特性數(shù)據(jù)

（2）接地消失瞬間，非接地相電容通過(guò)PT高壓繞組放電，產(chǎn)生低頻振蕩電流，電容的放電過(guò)程如下：

正常運(yùn)行→三相對(duì)地均為相電壓→C相接地→A、B相電容充電至線電壓→C相接地消失→A、B相電容放電至相電壓→恢復(fù)正常

天一電廠參數(shù)為：相對(duì)地電容C0=1.268 6μF，回路電感L=3 437 H，R=800 Ω，中性點(diǎn)不接地時(shí)的振蕩頻率為：

振蕩電流產(chǎn)生的低頻磁鏈，使PT瞬時(shí)飽和，產(chǎn)生超低頻飽和過(guò)電流，對(duì)PT及其一次保險(xiǎn)形成沖擊。

對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，故障消失后，非接地相電容儲(chǔ)存的對(duì)應(yīng)于線電壓的電荷，除通過(guò)自身PT一次繞組放電外，還可以通過(guò)發(fā)電機(jī)定子相繞組XG、消弧線圈XL放電，見(jiàn)圖3。對(duì)天一電廠，XG=0.925 Ω，XL=944.5 Ω，XPT=985 kΩ，XG、XL串聯(lián)值要比XPT小得多，因此分流通過(guò)PT及其一次保險(xiǎn)的振蕩電流很小，PT一次保險(xiǎn)不會(huì)過(guò)熱熔斷。接入消弧線圈以后，則振蕩電流的頻率為：

圖3 A相電容放電回路

可見(jiàn)振蕩頻率比中性點(diǎn)不接地方式時(shí)增大，已接近工頻。

為清晰了解接地故障消失后的低頻振蕩情況，用ATP-EMTP軟件對(duì)中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地兩種情況進(jìn)行數(shù)字仿真（C相接地）。中性點(diǎn)不接地方式振蕩電流仿真波形見(jiàn)圖4，最大電流峰值約為0.36 A，振蕩頻率約為2.77 Hz，與計(jì)算值差別不大。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式振蕩電流仿真波形見(jiàn)圖5，最大電流峰值約為30 mA，只有前者的8.3%，振蕩頻率約為49 Hz，與計(jì)算值差別不大。

圖4 不接地方式故障消失后的振蕩電流波形

圖5 經(jīng)消弧線圈接地方式故障消失后的振蕩電流波形

2.3 PT一次側(cè)匝間短路分析

2.3.1 物理模擬試驗(yàn)

PT一次側(cè)匝間短路的電磁關(guān)系比較復(fù)雜，我們進(jìn)行了故障模擬試驗(yàn)。實(shí)際使用的PT是密封的，不能進(jìn)行匝間短路試驗(yàn)，這里用三相自耦調(diào)壓器代替。三相交流電源經(jīng)隔離變壓器后，自成一個(gè)小電流接地系統(tǒng)，將三相調(diào)壓器一相的滑動(dòng)頭與公共點(diǎn)連接，旋動(dòng)調(diào)壓器就可以實(shí)現(xiàn)不同匝數(shù)的短路。

圖6示出了零序電壓3U0隨短路匝數(shù)比α變化的曲線，可見(jiàn)，3U0隨α的增加而增大，當(dāng)α很小時(shí)，3U0隨α的增加上升很快，以后3U0的增加逐漸減緩。當(dāng)接入消弧線圈L時(shí)，3U0隨α增加的變化趨勢(shì)一致，但在α較小時(shí)，3U0的數(shù)值略低，隨著α的增加差值減少。

圖6 中性點(diǎn)位移電壓與α關(guān)系曲線

圖7表示了I/I0（短路前空載電流）隨α變化的曲線，可見(jiàn)匝間短路相的電流隨短路匝數(shù)比α的增加而增大，I/I0開(kāi)始上升較快，以后逐漸趨緩，接入消弧線圈時(shí)，電流大幅減小。當(dāng)α=100%時(shí)就是單相直接接地，這時(shí)短路相保險(xiǎn)流過(guò)單相直接接地總電流。由于發(fā)生匝間短路故障是從很少匝數(shù)開(kāi)始發(fā)展的，3U0達(dá)到零序保護(hù)定值會(huì)動(dòng)作跳閘，故匝間短路不可能使α=100%，匝間短路一次電流必定小于單相直接接地電流2.18 A，PT保險(xiǎn)不會(huì)熔斷。

圖7 短路相電流倍數(shù)與α關(guān)系曲線

2.3.2 PT一次側(cè)匝間短路實(shí)例

這里收集了一些PT一次匝間短路實(shí)例[10-13]，有關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表7?？梢钥吹剑孩僭验g短路都引起零序保護(hù)動(dòng)作跳閘，其中例5的短路匝數(shù)比只有2.3%，零序電壓也有12 V；②PT一次保險(xiǎn)都未熔斷；③電壓最高相的下一相為故障相；④故障相的直流電阻減小?？梢?jiàn)運(yùn)行實(shí)踐與理論分析是一致的。

表7 PT一次側(cè)匝間短路實(shí)例數(shù)據(jù)

2.4 PT二次側(cè)短路分析

2.4.1 短路電流計(jì)算

經(jīng)測(cè)試得天一電廠的PT短路阻抗為13.86 kΩ，計(jì)算出一次短路電流為：

2.4.2 PT二次短路仿真

二次短路時(shí)PT一次短路電流仿真波形見(jiàn)圖8。一次短路電流基本上是正弦基波，穩(wěn)態(tài)電流峰值約為1.1 A，有效值為0.78 A，與計(jì)算值0.75 A基本一致。

圖8 二次短路時(shí)的一次電流波形

由此可見(jiàn)，PT二次短路時(shí)，盡管一次短路電流增大，但仍不能使0.5 A和1 A的保險(xiǎn)熔斷。

2.5 傳遞過(guò)電壓分析

主變有各種傳遞過(guò)電壓，這里只計(jì)算電廠高壓系統(tǒng)接地短路時(shí)的過(guò)電壓，其它過(guò)電壓時(shí)程很短，對(duì)保險(xiǎn)發(fā)熱影響很小。根據(jù)天一電廠參數(shù)算出零序電壓UH0=43.6 kV。低壓側(cè)的傳遞過(guò)電壓UL0，可由下式計(jì)算[14]：

式中，C∑為三相對(duì)地總電容，C∑=3C0=1.268 6×3=3.81 μF；Q為品質(zhì)因數(shù)，Q=XL/R∑，R∑=RL+RW，RL在消弧線圈2-3檔時(shí)的實(shí)測(cè)電阻是5.3 Ω，外串電阻為40 Ω；K為脫諧度，K=XL/XC，XC=1/3ωC=834.5 Ω。CM可用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算[15]，式中Se為變壓器額定容量（MVA），天一電廠為380 MVA，當(dāng)變壓器高壓側(cè)額定電壓為220 kV時(shí)，Km0取4.7，CM計(jì)算得：

用消弧線圈不同檔位的參數(shù)代入，就可以算出傳遞過(guò)電壓UL0，計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表8。

表8 消弧線圈不同檔位傳遞過(guò)電壓

由此可見(jiàn)，UL0和3U0隨脫諧度K而變，當(dāng)K=1.0有最大值。發(fā)電機(jī)出口各相對(duì)地電壓是相電壓與UL0的矢量和，消弧線圈在2-3檔時(shí)，UL0=1.005 kV，就算與某一相電壓同相位，最高的相對(duì)地電壓也只有11.4 kV，查PT勵(lì)磁特性流過(guò)一次保險(xiǎn)的電流只有0.006 7 A，保險(xiǎn)不會(huì)熔斷，但UL0對(duì)3U0的影響較大。

2.6 PT繞組接地

由于PT一次繞組中性點(diǎn)接地，一次繞組某點(diǎn)接地，相當(dāng)于接地點(diǎn)與中性點(diǎn)之間的線圈匝間短路，上述對(duì)PT匝間短路的分析完全適用。

2.7 鐵磁諧振

當(dāng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)通過(guò)消弧線圈接地時(shí)，在零序等效電路中，消弧線圈的電抗XL、PT勵(lì)磁電抗XPT、對(duì)地電容容抗XC三者是并聯(lián)關(guān)系，天一電廠XPT=985 kΩ，XC=834.5 Ω，XL=944.5 Ω，可見(jiàn)XL比XPT小得多，XPT的變化對(duì)并聯(lián)后的等值電抗的影響微乎其微，不會(huì)產(chǎn)生PT鐵磁諧振。

2.8 匯總

除相間短路外，其它各種故障時(shí)保險(xiǎn)通過(guò)的電流見(jiàn)表9。零序保護(hù)延時(shí)2.9 s時(shí)，0.5 A、1.0 A保險(xiǎn)的熔斷電流為2.6 A、3.8 A，可見(jiàn)各種故障時(shí)，PT一次保險(xiǎn)都不會(huì)熔斷。

表9 各種故障保險(xiǎn)通過(guò)的電流

3 保險(xiǎn)誤熔斷現(xiàn)有防治措施分析

3.1 提高PT一次保險(xiǎn)的額定電流

以往PT一次保險(xiǎn)的額定電流都是0.5 A，近年來(lái)PT一次保險(xiǎn)誤熔故障事件并不少見(jiàn)，提高保險(xiǎn)的額定電流就順理成章作為一項(xiàng)防治措施，一般將保險(xiǎn)的額定電流提高到1～2 A。

（1）這一措施是基于認(rèn)為保險(xiǎn)是通流過(guò)熱熔斷的，但保險(xiǎn)故障的初始階段并非“熔斷”，而是諸多因素復(fù)合起作用并逐步積累，由某種誘因激發(fā)而斷裂。同時(shí)，熔絲斷裂的主要原因是主變傳遞過(guò)電壓和開(kāi)停機(jī)勵(lì)磁涌流沖擊，保險(xiǎn)通流發(fā)熱只是次要的因素，企圖通過(guò)降低熔絲溫升這單一且非主要因素，解決諸多因素復(fù)合作用的問(wèn)題，效果顯然不理想。天一電廠的運(yùn)行表明，2009年將0.5 A的保險(xiǎn)全部更換為1 A后，開(kāi)始幾年誤熔故障較少，但從2016年開(kāi)始，連續(xù)4年均發(fā)生PT保險(xiǎn)熔斷故障，這說(shuō)明保險(xiǎn)更換初期誤熔情況雖然有了一定的改善，但主要得益于更換后各種因素對(duì)保險(xiǎn)不利影響的積累得以清零的結(jié)果。

（2）一直沿用的0.5 A保險(xiǎn)，己經(jīng)比PT的額定電流或極限電流大很多倍。例如，天一電廠PT的額定容量是30 VA，極限容量是600 VA，額定電流和極限電流分別為0.002 98 A和0.058 A，0.5 A電流是PT額定電流的168倍，是極限電流的8.6倍，可見(jiàn)0.5 A保險(xiǎn)對(duì)于保護(hù)PT來(lái)說(shuō)電流太大了（采用0.5 A主要考慮機(jī)械強(qiáng)度），不能保證PT不損壞，而再提高保險(xiǎn)的額定電流，顯然更進(jìn)一步削弱甚至完全失去了保險(xiǎn)對(duì)PT的保護(hù)作用。由此可見(jiàn)，提高保險(xiǎn)額定電流的措施，實(shí)際上就是向取消保險(xiǎn)的趨勢(shì)發(fā)展。

3.2 減小熔體的電阻

0.5 A保險(xiǎn)的電阻大約為200 Ω，有些電廠為應(yīng)對(duì)PT保險(xiǎn)誤熔故障，大幅降低熔體的電阻，例如，文獻(xiàn)[4]中熔體由康銅改為銀鎳合金，熔體的電阻約為14 Ω，天一電廠更換為1 A的保險(xiǎn)電阻更是小至4.3 Ω，保險(xiǎn)的發(fā)熱量是大大減小了。但實(shí)際上PT保險(xiǎn)誤熔是在正常小電流的情況下發(fā)生的，故這一措施針對(duì)性不強(qiáng)，不會(huì)有明顯的效果，天一電廠的運(yùn)行實(shí)踐就說(shuō)明這一點(diǎn)。同時(shí)，大幅降低熔體的電阻可能會(huì)使保險(xiǎn)的熔斷特性變差，對(duì)天一電廠1 A的保險(xiǎn)進(jìn)行測(cè)試，通流時(shí)間2.9 s時(shí)大于5.5 A才熔斷，比典型特性的3.8 A增大很多。這一措施實(shí)際上也是向取消保險(xiǎn)的趨勢(shì)發(fā)展。

3.3 定期更換PT一次保險(xiǎn)

定期更換PT一次保險(xiǎn)，使經(jīng)過(guò)一定時(shí)間運(yùn)行而產(chǎn)生缺陷的保險(xiǎn)退役，對(duì)降低保險(xiǎn)誤熔的機(jī)率肯定是有利的。但是，各個(gè)保險(xiǎn)所受的諸多因素影響是不同的，而保險(xiǎn)誤熔前往往沒(méi)有征兆，只好盲目地把全部保險(xiǎn)一次性更換。這樣不但增加了維護(hù)成本，同時(shí)也增加了設(shè)備的操作和維護(hù)工作量。

由此可見(jiàn)，由于對(duì)PT保險(xiǎn)誤熔的機(jī)理缺乏全面的、正確的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)有措施都是基于保險(xiǎn)“過(guò)熱熔斷”的觀點(diǎn)提出的，沒(méi)有對(duì)癥下藥，效果不佳，解決誤熔問(wèn)題不能囿于保險(xiǎn)本身，需要從傳統(tǒng)觀念上突破。

4 結(jié)論

（1）PT一次保險(xiǎn)誤熔是在小電流下發(fā)生的，具有慢熔的特點(diǎn)，是熱老化效應(yīng)、伸縮疲勞效應(yīng)、電動(dòng)力疲勞效應(yīng)復(fù)合作用并不斷積累的結(jié)果。在導(dǎo)致誤熔的諸多因素中，開(kāi)停機(jī)勵(lì)磁涌流沖擊和主變傳遞過(guò)電壓沖擊，是熔絲斷裂的主要因素。

（2）天一電廠PT高壓出口引線或套管相間短路時(shí)，PT一次保險(xiǎn)的開(kāi)斷電流和開(kāi)斷容量不滿足要求，存在保險(xiǎn)不能可靠滅弧而引起事故擴(kuò)大和設(shè)備損壞的隱患，還存在保險(xiǎn)熔斷與發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)沒(méi)有選擇性配合的問(wèn)題。因此，大中型發(fā)電機(jī)PT一次保險(xiǎn)應(yīng)進(jìn)行短路校驗(yàn)。

（3）天一電廠PT一次保險(xiǎn)在相間短路時(shí)存在隱患，而其它各種故障時(shí)，保險(xiǎn)都不會(huì)熔斷，因此取消PT一次保險(xiǎn)而用硬導(dǎo)線代替的措施是完全可行的，也是十分必要的。這一措施的實(shí)施從根本上杜絕了PT一次保險(xiǎn)誤熔故障，顯著提高了電廠以至整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，減少運(yùn)行維護(hù)工作量，對(duì)水電廠實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控也十分有利，有著顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，具有創(chuàng)新性和實(shí)用性。

（4）對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電廠，取消PT一次保險(xiǎn)而用硬導(dǎo)線代替的措施有普遍的推廣應(yīng)用價(jià)值，因?yàn)橄【€圈使接地故障電流大大減小、接地消失后通過(guò)保險(xiǎn)的低頻振蕩電流很小、接地電弧熄滅不重燃、不產(chǎn)生鐵磁諧振等特性是共有的。對(duì)采用中性點(diǎn)高阻接地的電廠，也有實(shí)用參考價(jià)值，因接地電流較大，理論上講個(gè)別故障時(shí)PT保險(xiǎn)可能先于零序保護(hù)動(dòng)作前熔斷，但PT本身故障的機(jī)率很低（天一電廠20年為零故障），能使保險(xiǎn)熔斷的機(jī)率就更小，而保險(xiǎn)誤熔的機(jī)率可能大得多，要根據(jù)“廠情”具體分析論證。

（5）用硬導(dǎo)線代替PT一次保險(xiǎn)的措施十分簡(jiǎn)單易行，改造成本幾乎為零，設(shè)備不需作任何變動(dòng)，現(xiàn)有繼電保護(hù)的配置、接線、整定值都不用作任何改變。