高壓熔斷器故障案例分析及預(yù)防措施

胡志慧 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司杭州供電段

當(dāng)高壓熔斷器流過的的電流超過規(guī)定值時(shí)，以其本身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，從而斷開電路，保護(hù)用電器和線路不被燒壞。高壓熔斷器是運(yùn)用這種原理制成的一種電流保護(hù)元件。高壓熔斷器廣泛應(yīng)用于高壓配電系統(tǒng)以及用電設(shè)備中，作為短路和過電流的保護(hù)器，是應(yīng)用最普遍的保護(hù)器件之一。在鐵路牽引變電所中，高壓熔斷器多用于母線電壓互感器的保護(hù)。在牽引供電驗(yàn)收規(guī)程中，雖然高壓熔斷管目前未歸屬于重要設(shè)備范疇，但是它一旦出現(xiàn)故障，若未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，有可能擴(kuò)大故障范圍，造成不必要的影響。下面是針對(duì)近期發(fā)生的一件因高壓熔斷管出現(xiàn)問題引起的故障跳閘案例的深入分析。

1 故障概況

2018年09月16日22:58:41，春申變電所1#變壓器（1B）低壓側(cè)a相過電流動(dòng)作，a相斷路器（201ADL）跳閘。檢查發(fā)現(xiàn)11#電壓互感器（11YH）高壓側(cè)5#熔斷器(5RD)電阻較大，對(duì)該高壓熔斷器進(jìn)行更換，并對(duì)11YH進(jìn)行檢查,試驗(yàn)合格后恢復(fù)正常運(yùn)行。

2 故障原因分析

2.1 201ADL跳閘數(shù)據(jù)分析

如圖1春申?duì)恳冸娝收咸l報(bào)文顯示，故障時(shí)低壓側(cè)a相電壓值為21.77 V，低壓側(cè)a相電流值為3.603 A。1#主變低壓側(cè)a相低壓側(cè)低壓定值為61 V，a相過流定值為3.58 A,過流時(shí)間 0.7 s。

201 A斷路器設(shè)有低壓?jiǎn)?dòng)過流保護(hù)。過流保護(hù)一般用于長(zhǎng)線路大負(fù)荷，線路負(fù)荷電流大，與短路電流接近，因此單純使用過流保護(hù)時(shí)，靈敏度達(dá)不到要求，容易造成誤跳閘。因負(fù)荷啟動(dòng)跟短路的區(qū)別是母線電壓較高，因此所內(nèi)過流保護(hù)加上低壓?jiǎn)?dòng)閉鎖，也就是說，只有同時(shí)滿足過流、低壓兩個(gè)條件時(shí)，過電流保護(hù)才會(huì)動(dòng)作。

故障跳閘時(shí)，a相電壓值21.77 V低于a相的低壓定值61 V，a相電流值3.603 A大于a相過流定值3.58 A，同時(shí)滿足低壓過流兩個(gè)條件，保護(hù)動(dòng)作，引起低壓a相過流動(dòng)作，201 A斷路器跳閘。

過流保護(hù)屬于變壓器后備保護(hù)，它的動(dòng)作有兩種可能性：一是線路上有故障，但保護(hù)不動(dòng)作或保護(hù)動(dòng)作開關(guān)拒動(dòng)，造成越級(jí)跳閘；二是母線上設(shè)備發(fā)生故障，變壓器后備保護(hù)動(dòng)作跳閘。故障跳閘報(bào)文中無線路保護(hù)動(dòng)作信息。可初步判斷為母線上設(shè)備發(fā)生故障。

2.2 跳閘后牽引變電所內(nèi)處置措施

23:03:55，遠(yuǎn)動(dòng)操作201ADL合閘送電。23:08，所內(nèi)進(jìn)行壓互切換，手動(dòng)操作將11YH切換至備用的12YH運(yùn)行，11YH退出運(yùn)行。具體操作報(bào)文如圖2所示。

圖2 牽引變電所內(nèi)操作報(bào)文

23:09，所內(nèi)人員巡視設(shè)備未發(fā)現(xiàn)異常。

當(dāng)?shù)厥謩?dòng)拉開2521GK，申請(qǐng)對(duì)11YH進(jìn)行檢查。對(duì)11YH高壓側(cè)5RD電阻進(jìn)行測(cè)量，電阻較大，為400.9 kΩ，更換5RD。對(duì)11YH進(jìn)行檢查及試驗(yàn)，各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均顯示正常。對(duì)11YH二次接線進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)問題。

結(jié)束對(duì)11YH檢查工作后，當(dāng)?shù)亻]合2521GK，確認(rèn)合位，對(duì)11YH二次電壓進(jìn)行測(cè)量，電壓值顯示正常。

2.3 高壓熔斷器故障分析

故障后對(duì)相關(guān)設(shè)備檢查后發(fā)現(xiàn)11YH高壓側(cè)5RD電阻值大，判斷該高壓熔斷器已發(fā)生熔斷但未完全熔斷。該批次的高壓熔斷器于2017年購買，將損壞的高壓熔斷器與2018年采購的進(jìn)行解剖對(duì)比發(fā)現(xiàn)，2018年采購的高壓熔斷器熔絲表面光澤，石英沙干燥，而損壞的高壓熔斷器熔絲已有綠色氧化層，且石英砂潮濕，如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 發(fā)生熔斷的高壓熔斷器石英砂

圖4 正常狀態(tài)的高壓熔斷器石英砂

圖5 正常熔絲與熔斷熔絲的比較

高壓熔斷器5RD型號(hào)為RN2-35/0.5A，該型號(hào)的熔斷器為高壓限流熔斷器。在短路時(shí)以限制線路電流到最小值的方式進(jìn)行瞬時(shí)開斷，1 min內(nèi)熔斷電流應(yīng)在（0.6-1.8）A范圍內(nèi)。其熔管的正常電阻值應(yīng)為（315±14）Ω，故障時(shí)電阻值測(cè)得為400.9 kΩ，表明該熔斷器處于熔斷但未完全熔斷狀態(tài)。

2.4 熔斷器熔斷為何未報(bào)“PT斷線”告警

PT斷線原因主要是電壓互感器二次側(cè)過載、絕緣下降或短路造成的。PT斷線還可能是安裝方面的問題，若PT引線安裝位置不正確或固定不可靠，工作時(shí)可能受到電磁力矩的作用，而由于PT引線所受的都是方向交變的電磁力的作用，時(shí)間一長(zhǎng)，引線就容易因?yàn)槠诙鴶嗔选?/p>

5RD主要用于11YH的保護(hù)。當(dāng)電壓互感器發(fā)生短路等故障時(shí)，高壓熔斷器應(yīng)迅速熔斷，此時(shí)電壓互感器和母線完全斷開，電壓降為0。因所內(nèi)保護(hù)配置中饋線側(cè)“PT斷線檢查”投入，正常情況下，保護(hù)裝置檢測(cè)出電壓為零后應(yīng)當(dāng)發(fā)出“PT斷線”的告警信號(hào)。此次故障中，跳閘前所內(nèi)保護(hù)裝置上并未出現(xiàn)“PT斷線”的信號(hào)。

而故障后對(duì)電壓互感器的檢查中也未發(fā)現(xiàn)其有任何異常，因而判定高壓熔斷器5RD出現(xiàn)問題，在電壓互感器沒有任何故障的情況下發(fā)生非正常性熔斷，熔斷過程中熔斷管阻抗不斷增大，下端的電壓互感器采集的電壓從9月16日15點(diǎn)左右電壓開始出現(xiàn)波動(dòng)并逐漸下降，如圖6所示。

圖6 電壓互感器的電壓變化趨勢(shì)

饋線保護(hù)測(cè)控裝置中對(duì)PT斷線的設(shè)置為，在保護(hù)未啟動(dòng)的情況下，裝置設(shè)有PT斷線告警的功能，檢測(cè)到PT斷線后，延時(shí)3 s告警點(diǎn)亮面板告警燈。判據(jù)為：U<10 V，I>0.2 A。201 A斷路器跳閘前，熔斷器發(fā)生熔斷，但未完全熔斷，從故障錄波波形上可以看出主變低壓側(cè)A相電壓Ula呈現(xiàn)尖峰波，非正弦波，電壓諧波含量較高，如圖7所示。判斷此時(shí)熔斷器呈高阻、非線性阻抗?fàn)顟B(tài)。故障跳閘時(shí)檢測(cè)到低壓側(cè)a相電壓值為21.77 V，該電壓大于PT斷線的告警定值10 V，因而熔斷器發(fā)生熔斷并未發(fā)出“PT斷線”的告警信號(hào)。但當(dāng)出現(xiàn)負(fù)荷大時(shí)，滿足低電壓過流條件最終導(dǎo)致201 A斷路器誤動(dòng)作跳閘。

圖7 故障錄波波形

3 故障原因綜述

（1）高壓熔斷器存在質(zhì)量問題，熔斷器為2018年7月16日檢修時(shí)更換，兩個(gè)月后熔斷器發(fā)生非正常熔斷。

（2）電壓互感器主備用切換方式為手動(dòng)切換，當(dāng)熔斷管熔斷后，無法快速切換至備用電壓互感器，必須人工手動(dòng)切換，導(dǎo)致裝置采集的電壓出現(xiàn)異常，在饋線有較大負(fù)荷時(shí)造成過電流，引起保護(hù)誤動(dòng)作跳閘。

（3）從熔斷器出現(xiàn)熔斷趨勢(shì)，電壓開始逐漸下降到發(fā)生故障跳閘這一過程經(jīng)歷了大約8 h的時(shí)間，期間相關(guān)人員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象，使得這一故障范圍擴(kuò)大并最終引起跳閘。

4 改進(jìn)措施

（1）聯(lián)系微機(jī)保護(hù)廠家對(duì)手動(dòng)切換運(yùn)行方式的電壓互感器，在后臺(tái)設(shè)置告警信號(hào)（將報(bào)警電壓值設(shè)為22 kV)，當(dāng)母線電壓低于22 kV時(shí)，后臺(tái)機(jī)發(fā)出遙測(cè)越下限告警信號(hào)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)電壓異常情況。

（2）后期在微機(jī)保護(hù)設(shè)備升級(jí)項(xiàng)目中將所內(nèi)電壓互感器手動(dòng)切換改為自動(dòng)切換，在電壓發(fā)生異常情況時(shí)能快速的切換至備用電壓互感器，確保母線電壓采集正常，防止過流保護(hù)誤動(dòng)作。

（3）對(duì)存在質(zhì)量問題的該批次熔斷器棄用，選擇產(chǎn)品質(zhì)量好的廠家進(jìn)行購買。后期在檢修過程中，對(duì)高壓熔斷管進(jìn)行電阻測(cè)量，RN2-35/0.5 A熔斷管標(biāo)準(zhǔn)值為（315±15）Ω，對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)的熔斷器及時(shí)進(jìn)行更換。

（4）因熔斷器有一定的使用壽命，若長(zhǎng)期承受短時(shí)過載電流而未達(dá)到熔斷電流，則會(huì)加速其老化，因此將熔斷器納入壽命管理，更換周期為兩年。

這是一起因高壓熔斷管出現(xiàn)問題后，導(dǎo)致故障跳閘的典型案例。之前其他線路也出現(xiàn)過類似的故障情況。鑒于此，在日常運(yùn)行過程中應(yīng)給予足夠的重視，提高警覺性，若再發(fā)生類似的情況，力求在故障的發(fā)生初期，通過敏銳有效的觀測(cè)及數(shù)據(jù)監(jiān)控，將問題控制在最小范圍內(nèi)，縮短故障的處理時(shí)間。同時(shí)在產(chǎn)品的選擇上，尋求質(zhì)量較好的廠家進(jìn)行產(chǎn)品采購，關(guān)注產(chǎn)品各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)的差異，作為產(chǎn)品選購及運(yùn)行的參考。