楊 陽

（三峽新能源康保發(fā)電有限公司，河北張家口 076650）

0 引言

高壓熔斷器異常熔斷問題普遍存在于各發(fā)電廠與配電站，高壓熔斷器熔斷后會造成部分繼電保護裝置電壓采集異常，嚴重影響電站設(shè)備的可靠性運行[1-3]。此外，更換熔斷的PT保險需將高壓母線上所帶的設(shè)備全部停電，所以頻繁更換保險也會使電站的穩(wěn)定性大大降低[4-5]。目前，隨著風(fēng)電場與光伏電站場站數(shù)量的急劇攀升，每個場站都會涉及使用到PT與高壓保險，所以對高壓熔斷器的質(zhì)量與穩(wěn)定性的要求也隨之提高[6-8]。

1 基本情況

某風(fēng)電場裝機容量250 MW，風(fēng)機通過箱式變壓器升壓到35 kV，場內(nèi)共2 回35 kV 母線，分別為35 kV 5#母線與35 kV 2#母線，每回母線配置1 臺35 kV PT 設(shè)備，然后分別通過主變壓器升壓到220 kV 送至電網(wǎng)。35 kV PT 保險型號為：XRNP6-40.5/0.5-31.5-4，熔斷電流為0.5 A。

2 故障現(xiàn)象

2021 年12 月18 日15 點18 分，監(jiān)控后臺報出35 kV 5#母線保護裝置報警，35 kV 5#母線電壓閉鎖開放。15 點19 分故障錄波啟動，啟動原因為30 kV 5#母線B 相電壓突變量啟動。隨后運行值班人員查看監(jiān)控后臺、保護裝置信息以及故障錄波波形，發(fā)現(xiàn)30 kV 5#母線B 相電壓偏低，A 相電壓為21.4 kV，B 相電壓為20.1 kV，C 相電壓為21.4 kV。

2022 年1 月11 日15 點36 分，監(jiān)控后臺報出35 kV 2#母線保護裝置報警，35 kV 2#母線電壓閉鎖開放。隨后運行值班人員查看監(jiān)控后臺、保護裝置信息以及故障錄波波形，發(fā)現(xiàn)35 kV 2#母線C 相電壓偏低，A 相電壓為21.4 kV，B 相電壓為21.4 kV，C 相電壓為20.5 kV。故障現(xiàn)象如圖1a）所示。

圖1 30 kV 母線PT 保險熔斷現(xiàn)象

2022 年1 月13 日1 點23 分，監(jiān)控后臺報出35 kV 5#母線保護裝置報警，35 kV 5#母線電壓閉鎖開放。隨后運行值班人員查看監(jiān)控后臺、保護裝置信息以及故障錄波波形，發(fā)現(xiàn)35 kV 5#母線C 相電壓偏低，A 相電壓為21.2 kV，B 相電壓為21.2 kV，C 相電壓為20.1 kV。故障現(xiàn)象如圖1b）所示。

3 故障分析

南瑞繼保后臺報出35 kV 母線保護裝置報警，35 kV 母線電壓閉鎖開放。運行人員首先查看后臺發(fā)現(xiàn)有一相電壓偏低，通過查看歷史曲線與故障錄波，發(fā)現(xiàn)故障相電壓在一段時間內(nèi)逐漸降低，并且降低速率呈減緩趨勢，所以推斷故障原因為35 kV母線PT 一次保險熔斷。此風(fēng)電場發(fā)生多次35 kV 母線PT 一次保險熔斷故障，通過查閱相關(guān)文獻，造成此類故障的原因有多方面因素，其中常見的因素有下列4 個方面。

（1）電壓因素。35 kV 系統(tǒng)發(fā)生單相接地、單相弧光接地以及雷擊等其他瞬時性故障時，容易引起電壓互感器一次側(cè)電壓大幅度波動，從而形成暫態(tài)沖擊電流，此沖擊電流對保險絲影響較大，可能造成保險熔斷故障。但此風(fēng)電場在故障前沒有雷電現(xiàn)象，也未發(fā)生任何其他接地故障，故排除此類影響原因。此外，當電壓互感器本體發(fā)生問題或故障，從而造成電壓較高或波動較大時，也會使自身所帶的保險發(fā)生熔斷。每次故障后運行人員均會檢查電壓互感器外觀，未發(fā)現(xiàn)有發(fā)熱、異味、絕緣損壞或燒焦等故障痕跡，測量電壓互感器內(nèi)部線圈，也未發(fā)生有異常情況。由于每次發(fā)生故障都是單相保險熔斷，沒有發(fā)生過整組電壓互感器的三相或兩相同時熔斷的狀況，而且每次熔斷的保險都不是集中在同一組電壓互感器上，也不是固定相，熔斷結(jié)果分布無規(guī)律，每次更換完故障保險后電壓互感器均能正常運行，所以排除電壓互感器本體的故障因素。

（2）PT 特性參數(shù)選型因素。當PT 特性參數(shù)選型不合理，運行時系統(tǒng)發(fā)生故障，勵磁電流急劇增大，從而引起PT 一次側(cè)保險過熱燒毀。此風(fēng)電場PT 使用的是JDZX12-35-T 型電壓互感器，極限輸出容量為600 V·A，計算可得一次側(cè)最大允許電流為29.7 mA，而PT 保險額定電流為500 mA，遠高于PT 一次側(cè)額定電流，且當保險熔斷后電壓互感器仍然正常運行，因此可以排除此類因素。

（3）電壓互感器安裝地點振動因素。部分電氣設(shè)備在運行情況下會產(chǎn)生長期振動現(xiàn)象，周期性振動會使部分材料產(chǎn)生疲勞變形、損壞，而且也會使較細的導(dǎo)線產(chǎn)生變形位移，引起分布參數(shù)變化，從而造成物理性磨損或拉斷，PT 保險的熔絲特別細，均勻地纏繞在絕緣瓷柱上，保險熔管內(nèi)部填充大量的石英砂，若有振動引起的拉力磨損，也較容易斷裂。此風(fēng)電場35 kV 設(shè)備均在室內(nèi)安裝，開關(guān)柜本體在運行時有輕微振動情況，最主要的振動源是室內(nèi)35 kV 接地變，其在運行時振動十分明顯且低沉。經(jīng)查閱相關(guān)資料可知，由于振動而引起的保險熔斷主要表征特點是熔斷后各接觸面不存在變色等異常情況，日常用紅外測溫儀測溫后無明顯升溫現(xiàn)象，且運行一段時間后熔絲粗細不均勻。現(xiàn)場運行人員經(jīng)拆解此風(fēng)電場的故障熔絲后，發(fā)現(xiàn)保險內(nèi)部絕緣瓷柱的接觸面上有明顯的燒焦痕跡，而且熔絲粗細均勻，熔斷其他部位未出現(xiàn)拉伸或摩擦的跡象，所以也可以排除此類影響因素（圖2）。

圖2 保險熔斷后的內(nèi)部情況

（4）鐵磁諧振因素。配電網(wǎng)系統(tǒng)在正常運行時三相基本平衡，中性點位移電壓基本為零，但在系統(tǒng)發(fā)生某些故障或進行某些切換操作后，系統(tǒng)就可能會產(chǎn)生鐵磁諧振，而諧振引起的過電壓或過電流可能會使PT 保險熔斷。此風(fēng)場上級變電站接入的是柔性直流輸電系統(tǒng)，倒閘操作較為頻繁，系統(tǒng)運行方式變化較多，此類因素導(dǎo)致熔斷故障的可能性較大。

4 故障處理過程

PT 鐵磁諧振是電力系統(tǒng)中發(fā)生較為頻繁，且造成較多事故的一種內(nèi)過電壓。諧振過程可持續(xù)很長時間，幅值有高有低，且頻率各有不同，有分頻、基頻、高頻等。有些過電壓并不高，但是由于頻率低，且諧振電流很大，對電網(wǎng)的安全運行有很大的危害。電力系統(tǒng)中的電容、電感等元件在系統(tǒng)進行操作或故障影響下，形成各種振蕩回路，特別是變壓器、互感器等具有鐵芯和繞組的電氣設(shè)備，在某種激勵作用下，會因電磁耦合產(chǎn)生串、并聯(lián)諧振現(xiàn)象，嚴重的可能導(dǎo)致鐵磁諧振現(xiàn)象。

消除鐵磁諧振的方法主要有：

（1）每相對地加裝電容器，或在中性點裝設(shè)消弧線圈，此類方法對系統(tǒng)改造過大、產(chǎn)生的影響也較大，現(xiàn)場可行性較小。

（2）在電壓互感器開口三角形側(cè)并聯(lián)電燈泡或電阻絲，這一措施相當于改變了電壓互感器的參數(shù)，可以有效防止電壓互感器發(fā)生磁飽和，從而消耗諧振能量。但此方法一般用在對變電可靠性要求不高的小電站，因為當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，將在開口三角側(cè)產(chǎn)生100 V 的電壓，而燈泡或電阻的阻值較小，容易在PT 開口三角側(cè)流過較大的電流從而引起電壓互感器的損壞。

（3）在電壓互感器一次側(cè)中性點與地之間串聯(lián)消諧電阻器，從而有效限制PT 繞組一次勵磁涌流。因此類方法造價低，易改造，風(fēng)場采用此類改造方法。加裝HY-LXQ（D）II-35 型壓變中性點用消諧電阻器（圖3）。安裝位置為35 kV PT 柜后柜門內(nèi)，此位置空間較為寬裕，便于打孔安裝，消諧電阻器串聯(lián)在電壓互感器與接地點之間（圖4）。

圖4 消諧電阻器安裝位置

2022 年2 月21 日，風(fēng)場對35 kV 2#母線與35 kV 5#母線PT 柜進行改造，分別加裝一組中性點消諧電阻器。改造后1 年時間內(nèi)，風(fēng)場2 臺PT 的保險均未再次發(fā)生熔斷故障，初步驗證此改造效果良好。

5 總結(jié)

本文分析了某風(fēng)電場多次發(fā)生35 kV 母線PT 保險熔斷的故障原因，詳述故障維修過程，為此類故障的處理提供參考。