18 kV電壓互感器一次熔斷器燒斷故障分析

趙 兵

(貴州省天生橋一級(jí)水電開發(fā)有限責(zé)任公司水力發(fā)電廠，貴州 黔西南 562400)

18 kV電壓互感器一次熔斷器燒斷故障分析

趙 兵

(貴州省天生橋一級(jí)水電開發(fā)有限責(zé)任公司水力發(fā)電廠，貴州 黔西南 562400)

以貴州省天生橋一級(jí)水電開發(fā)有限責(zé)任公司水力發(fā)電廠(以下簡(jiǎn)為天生橋水力發(fā)電廠)18 kV電壓互感器一次熔斷器燒斷故障為例，介紹了如何對(duì)電壓互感器一次熔斷器燒斷故障進(jìn)行診斷、分析，并提出了相應(yīng)的處理方案。

電壓互感器；一次熔斷器；燒斷

0 引言

天生橋水力發(fā)電廠處于紅水河流域南盤江上游，全廠共有4臺(tái)300 MW發(fā)電機(jī)組，首臺(tái)機(jī)組于1998年開始發(fā)電，2000年最后一臺(tái)機(jī)組發(fā)電，至今運(yùn)行已有14年。自2006年后，各臺(tái)機(jī)組相繼出現(xiàn)18 kV電壓互感器一次熔斷器保險(xiǎn)單相燒斷故障，特別是4號(hào)機(jī)組，在2007年7月—2009年3月出現(xiàn)了5次機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)18 kV電壓互感器一次熔斷器保險(xiǎn)單相燒斷的故障。

1 設(shè)備接線及主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

天生橋水力發(fā)電廠所有機(jī)組出線均為單機(jī)單變單元接線，無母線。主變電壓為220 kV，額定容量為360 000 kVA，△/Y接線，中性點(diǎn)直接接地。發(fā)生故障的18 kV電壓互感器為機(jī)組出口電壓互感器，每臺(tái)機(jī)組分別并聯(lián)安裝有4組電壓互感器，編號(hào)為1YH(發(fā)變組保護(hù)用)、2YH(儀表及勵(lì)磁系統(tǒng)A套用)、3YH(勵(lì)磁系統(tǒng)B套用)、4YH(調(diào)速器用)，同時(shí)在主變低壓側(cè)(18 kV)裝有一組，編號(hào)為5YH(同期裝置及發(fā)變組保護(hù)用)。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，采用欠補(bǔ)償方式。各主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)如表1～表4所示。

2 電壓互感器用熔斷器原理及特性分析

熔斷器由金屬熔件、外殼、滅弧材料(如石英粉)及觸頭構(gòu)成，熔件熔斷分氣化、產(chǎn)生電弧及熄滅電弧階段。熔斷器的熔化方式有2種，流過數(shù)倍過電流時(shí)沿全長(zhǎng)熔化及流過過電流時(shí)一點(diǎn)或幾小段熔化并產(chǎn)生電弧后沿全長(zhǎng)熔化。

正常工作時(shí)，熔件流過的電流小于其額定電流，如果熔斷器熔件質(zhì)量正常的話，即不會(huì)熔斷。當(dāng)熔件流過的額定電流大于其額定電流時(shí)，熔斷器的熔斷時(shí)間與其過電流倍數(shù)有密切關(guān)系。過電流倍數(shù)較小時(shí)，熔件熔斷需要較長(zhǎng)的時(shí)間；過電流倍數(shù)較大時(shí)，熔件熔斷會(huì)瞬時(shí)完成。熔斷器具體熔斷時(shí)長(zhǎng)取決于產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)。電壓互感器廠家未提供詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)，但經(jīng)電廠技術(shù)人員試驗(yàn)，當(dāng)通過交流額定電流(0.5 A)時(shí)，熔件沒有熔斷，保持1 min后，溫度沒有明顯變化，過后測(cè)量直阻與試驗(yàn)前一樣；當(dāng)通過交流電流大于額定電流時(shí)，溫度明顯上升，并且電流大約在1.5 A時(shí)，保險(xiǎn)燒斷。

熔斷器的保護(hù)特性與熔件的老化程度及初始溫度有很大關(guān)系。當(dāng)熔件在熔斷器穩(wěn)定工作狀態(tài)下溫度過熱時(shí)，甚至流過的電流小于額定電流也會(huì)造成非選擇性熔斷。

3 電壓互感器保險(xiǎn)管燒斷的原因分析及排查

綜合天生橋水力發(fā)電廠現(xiàn)場(chǎng)情況，電壓互感器一次熔斷器燒斷的條件有：

表1 電壓互感器技術(shù)參數(shù)

表2 發(fā)電機(jī)技術(shù)參數(shù)

表3 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)消弧線圈技術(shù)參數(shù)

表4 消弧線圈各檔位參數(shù)

3.1 直接條件

(1) 電壓互感器二次回路短路，經(jīng)對(duì)電壓互感器本體繞組和二次回路試驗(yàn)檢查，該情況不存在。

(2) 電壓互感器一次回路長(zhǎng)時(shí)間過電流，如果主變低壓側(cè)或單元接線的母線筒有接地(或非金屬接地)，其余兩相電壓會(huì)升高，保護(hù)會(huì)發(fā)“三相電壓不平衡”信號(hào)，但數(shù)次電壓互感器故障均未發(fā)該信號(hào)，可以排除。

(3) 熔斷器觸頭表面接觸不良、氧化嚴(yán)重、連接螺栓不緊等情況都會(huì)給熔斷器帶來額外的溫升，降低熔斷器對(duì)應(yīng)定值電流的熔點(diǎn)。檢查接觸電阻和運(yùn)行時(shí)對(duì)電壓互感器熔斷器進(jìn)行紅外線熱成像掃描，可以排除接觸不良和溫升帶來的故障。

3.2 間接條件

間接條件主要有外部過電壓和內(nèi)部過電壓。

(1) 外部過電壓主要是雷擊過電壓，但雷擊過電壓可能性不大，首先該電廠與其連接的換流站距離不到10 km，同時(shí)發(fā)生故障時(shí)均沒有雷雨天氣。

(2) 內(nèi)部過電壓主要為操作過電壓和暫時(shí)過電壓。由于操作過電壓均需進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部的某項(xiàng)操作，但故障發(fā)生時(shí)機(jī)組均在正常運(yùn)行中，其間系統(tǒng)無任何操作項(xiàng)目及其他異?，F(xiàn)象，所以說操作過電壓無法成立。諧振過電壓是暫時(shí)過電壓的一種形式，包括線性諧振、鐵磁諧振及參數(shù)諧振。首先，電磁式電壓互感器(TV)的非線性效應(yīng)和TV感抗為容抗的100倍以內(nèi)，即參數(shù)匹配在諧振范圍均是諧振過電壓原因，但對(duì)于已運(yùn)行多年的系統(tǒng)以上可能性基本沒有。其次，對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，因消弧線圈的電感值遠(yuǎn)小于電壓互感器的勵(lì)磁電流，零序回路中電感參數(shù)主要由消弧線圈決定，并相對(duì)穩(wěn)定了中性點(diǎn)電位，即使電壓互感器的勵(lì)磁電感發(fā)生變化，也不會(huì)發(fā)生鐵磁諧振而產(chǎn)生過電壓。其他激發(fā)條件有投入和斷開空載母線、TV突然合閘、單相接地突然消失、外界對(duì)系統(tǒng)的干擾或系統(tǒng)操作產(chǎn)生的過電壓等。綜上所述，諧振過電壓并不具備產(chǎn)生的條件。

4 采取的措施

根據(jù)上述分析及天生橋水力發(fā)電廠的具體情況，初步提出防電壓互感器高壓熔斷器熔斷的2個(gè)方案。

(1) 增大電壓互感器高壓熔斷器規(guī)格。考慮到有可能出現(xiàn)無法準(zhǔn)確判斷的小過流電流，建議將高壓熔斷器額定電流由0.5 A提高到1 A，同時(shí)保險(xiǎn)管的直阻由現(xiàn)在的180 Ω降至最低，以降低運(yùn)行溫度。最后更換為額定電流1 A、直阻4 Ω的熔斷器?？紤]到熔斷器的老化因素，確定每3年更換一次。

(2) 結(jié)合原來的消弧線圈存在漏油現(xiàn)象對(duì)消弧線圈進(jìn)行改造，為新的消弧線圈設(shè)定合理的工作點(diǎn)，調(diào)整對(duì)應(yīng)的參數(shù)值，選定相關(guān)的運(yùn)行策略，新的接地方式采用發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈與小電阻串聯(lián)的接地成套裝置接地。經(jīng)消弧線圈接地對(duì)中性點(diǎn)的保護(hù)性能最優(yōu)，但沒有發(fā)生接地故障時(shí)，因消弧線圈的感性投入，與系統(tǒng)的容性負(fù)載會(huì)產(chǎn)生串聯(lián)諧振，中性點(diǎn)電壓將被抬升，這對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行不利。為了既充分利用消弧線圈的優(yōu)點(diǎn)，也利用上小電阻對(duì)抑制過電壓的長(zhǎng)處，并且降低系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)的電壓，采用發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈與小電阻串聯(lián)的接地成套裝置接地，這也是今后發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式的發(fā)展方向。

以上方案的全部改造工作于2011年完成，至今未發(fā)生故障。

[1]陳化鋼主編.電力設(shè)備異常運(yùn)行及事故處理手冊(cè).北京：中國水利水電出版社，2009

[2]順特阿?，m電氣有限公司.接地成套裝置產(chǎn)品使用說明書

2014-05-15

趙兵(1968—)，男，廣西百色人，電氣工程師，研究方向：變電檢修。