數(shù)據(jù)中心10 kV電壓互感器高壓熔斷器異常熔斷分析

楊 洋, 史貴風(fēng), 徐獻清

[上海電器科學(xué)研究所(集團)有限公司, 上海 200063]

0 引 言

10 kV電壓互感器(Potehtlal Transformer,PT)熔斷器頻繁熔斷現(xiàn)象普遍存在于中高壓配電系統(tǒng)中。文獻[1-7]認為PT高壓熔斷器熔斷是由于系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振、弧光接地過電壓、低頻飽和電流、PT內(nèi)部故障或二次回路接線及PT產(chǎn)品質(zhì)量問題等原因引起,但這些文獻集中于對YN/yn/開口三角形接線方式PT熔斷器熔斷的研究,而對于V-V接法的PT熔斷器熔斷目前僅有極少的研究,V-V 接法的三相PT高壓側(cè)中性點不接地并且一、二次側(cè)無消諧裝置,即PT勵磁電感不能參與零序回路的電磁振蕩過程[2],因此V-V接法的PT熔斷器熔斷的原因有別于YN/yn/開口三角形接法的PT。

某數(shù)據(jù)中心10 kV二級柜V-V接法PT高壓熔斷器頻繁發(fā)生熔斷故障,首先對兩條市電總進線以及12條分支回路進行穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量測試,根據(jù)之前的故障統(tǒng)計信息,有選擇地選取10臺二級柜PT,對其二次電壓、電流進行長時錄波,等到熔斷器再次發(fā)生故障時,全面記錄發(fā)生熔斷故障整個過程中的電壓、電流變化,同時現(xiàn)場抽取PT進行勵磁特性分析。

1 事件背景介紹

某數(shù)據(jù)中心10 kV系統(tǒng)為中性點不接地系統(tǒng),采用單母線分段進線方式,D01南、北區(qū)一級柜共有20臺,共裝有電磁式電壓互感器10臺,為三相五柱式PT,接線方式為YN/yn/開口三角形,二級柜裝有20臺型號為JSZVR-10C2電磁PT,采用一主一備,接線方式為V-V接法,使用額定電流1 A的XRNP1-12/1-50-2型高壓熔斷器。自2020年1月起10 kV母線二級柜PT高壓熔斷器共發(fā)生多次熔斷故障,故障時中壓柜綜保多次出現(xiàn)線電壓AB越下限告警,現(xiàn)場檢查中壓柜機械表線電壓顯示為10 kV,值班人員值守配電室,發(fā)現(xiàn)電壓波動時,綜保檢測電壓衰減至8.90 kV后,又自動恢復(fù),同一時間該柜上級開關(guān)柜電壓在正常范圍內(nèi)波動,現(xiàn)場檢查未見明顯異常,更換故障相高壓熔斷器后,線電壓恢復(fù)正常,根據(jù)運維部門提供的信息,PT一次側(cè)熔斷器熔斷事件統(tǒng)計如表1所示。

表1 PT一次側(cè)熔斷器熔斷事件統(tǒng)計

2 測試過程

2.1 系統(tǒng)電能質(zhì)量測試

2.1.1 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量測試

本次系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量檢測評估主要依據(jù)GB/T 14549—1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》,共測試2條市電總進線回路及12條分支回路,測試結(jié)果顯示穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)未見異常。

2.1.2 系統(tǒng)暫態(tài)電能質(zhì)量測試

本次暫態(tài)電能質(zhì)量測試通過長時監(jiān)測一級柜GA1-01和GB1-01兩路市電進線電壓、電流波形及電能質(zhì)量數(shù)據(jù),從20面二級柜中選取10面柜,長時記錄PT二次側(cè)電壓、電流波形,捕捉熔斷器熔斷時的波形,監(jiān)測過程中GB1-12-01(常用)PT柜熔斷器發(fā)生熔斷,熔斷過程中電壓、電流波形變化分別如圖1～圖4所示。

圖1 熔斷初始階段Ⅰ電壓、電流波形變化

圖2 熔斷初始階段Ⅱ電壓、電流波形變化

圖3 熔斷器熔斷中期電壓、電流波形變化

圖4 熔斷器熔斷后電壓、電流波形變化

圖1～圖3顯示,熔斷器熔斷初期,電壓UAB和UCA波形頻繁出現(xiàn)毛刺,之后消失,徹底熔斷前UAB和UCA波形出現(xiàn)嚴(yán)重畸變;圖4顯示,UAB電壓降至5.20 kV,UCA電壓下降至6.75 kV,可以推斷A相熔斷器徹底熔斷,熔斷之后UAB和UCA波形發(fā)生突變,并伴隨瞬時過電壓的出現(xiàn),最大值超過20 kV,整個過程從初始熔斷到徹底熔斷,持續(xù)時間大約6 d(6月23日～28日)。

2.2 PT勵磁特性測試

現(xiàn)場抽取PT4組,依據(jù)GB 50150—2016《電氣裝置安裝工程 電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)》進行勵磁特性測試,測試結(jié)果顯示PT勵磁特性無異?，F(xiàn)象發(fā)生,PT勵磁特性測試結(jié)果如表2所示。

表2 PT勵磁特性測試結(jié)果

2.3 PT一次側(cè)熔斷器解剖

為進一步推斷PT熔斷器熔斷的原因,將現(xiàn)場PT柜A相已經(jīng)熔斷的熔斷器進行解剖,熔斷器端子支柱焊接效果和熔斷器內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別如圖5、圖6所示。

圖5 熔斷器端子支柱焊接效果

圖6 熔斷器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

由圖5可見,去除產(chǎn)品兩端外帽后確認內(nèi)部支柱焊接可靠,不存在虛焊/漏焊。

由圖6可見,斷點位于熔絲中部M效應(yīng)點位置,且斷點部分熔絲存在高溫碳化痕跡;石英砂因高溫滅弧而殘留/吸附在熔絲上。

監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示熔斷器并不是在大電流下一次性熔斷,而是持續(xù)了大約6 d時間才熔斷,熔斷器的時間-電流特性曲線如圖7所示。

圖7 熔斷器的時間-電流特性曲線

由圖7可見,GB1-12-01(常用柜)PT柜熔斷器熔斷在時間上不滿足熔斷器的時間-電流特性曲線,因此可以推測PT處于持續(xù)的小電流過載狀態(tài),PT長時間受到擾動電流的反復(fù)沖擊,這種沖擊持續(xù)時間非常短,同時頻次非常多,長時間過載,會造成PT發(fā)熱。由于熱量的累積效應(yīng),最終導(dǎo)致PT一次側(cè)熔斷器熔斷。

3 事故原因分析

(1)由故障波形數(shù)據(jù)可以看出,在熔斷器熔斷整個過程中UBC線電壓基本保持不變,UAB、UCA線電壓幅值在不斷下降,波形也開始畸變,結(jié)合電能質(zhì)量在線監(jiān)測事件記錄,此時10 kV B段母線沒有發(fā)生過電壓報警,因此排除高壓熔斷器熔斷是由諧振引起。

(2)故障發(fā)生時,現(xiàn)場無雷擊、閃電現(xiàn)象,系統(tǒng)負荷波動不大,未進行運行方式調(diào)整和變電站倒閘操作,綜保裝置無動作和告警信息,故障錄波裝置和在線式電能質(zhì)量監(jiān)測儀均無異常運行記錄,故障后現(xiàn)場檢查PT運行無異響,二次側(cè)各熔斷器、空氣開關(guān)正常,因此高壓熔斷器熔斷也非一次系統(tǒng)發(fā)生單相接地,產(chǎn)生弧光接地過電壓、低頻飽和電流或二次負載過重、短路等原因所導(dǎo)致[8-9]。

(3)PT高壓側(cè)熔斷器熔斷過程持續(xù)時間較長,可以看出熔斷過程并非猝然的,而是在多次擾動電流沖擊下逐步受損,由于熱量的累積效應(yīng),最終導(dǎo)致熔斷器熔斷。

綜上所述,PT一次側(cè)熔斷器熔斷原因分析如表3所示。

表3 PT一次側(cè)熔斷器熔斷原因分析

4 解決方案及措施

在所有的監(jiān)控區(qū)域中,發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域存在明顯的擾動電流,具體表現(xiàn)在如下方面。

GA1-11-01(常用柜)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)PT二次側(cè)電流多次出現(xiàn)大于0.1 A的擾動電流,GA1-11-01(常用柜)擾動電流波形如圖8所示,其中擾動電流A相值最高達2.275 A,GA1-11-01(常用柜)A相擾動電流如圖9所示,直到測試結(jié)束時,依然能夠觀測到擾動電流持續(xù)存在。

圖8 GA1-11-01(常用柜)擾動電流波形

圖9 GA1-11-01(常用柜)A相擾動電流

該二級柜之前發(fā)生過熔斷器熔斷的故障,在前期更換時,已經(jīng)由原配置的1 A規(guī)格更換為2 A的規(guī)格。此次監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),盡管該回路持續(xù)發(fā)生了擾動電流,以目前的監(jiān)測數(shù)據(jù),2 A規(guī)格的熔斷器經(jīng)受住了擾動電流的沖擊,并未發(fā)生熔斷器熔斷的現(xiàn)象。

GB1-12-01(常用柜)發(fā)現(xiàn)PT二次側(cè)多次出現(xiàn)大于0.1 A的擾動電流,GB1-12-01(常用柜)擾動電流波形如圖10所示,其中A相擾動電流最大值達到1.034 A,GB1-12-01(常用柜)A相擾動電流如圖11所示。

圖10 GB1-12-01(常用柜)擾動電流波形

圖11 GB1-12-01(常用柜)A相擾動電流

GA1-11-01(常用柜)PT柜更換過后使用額定電流為2 A的熔斷器,也處于類似GB1-12-01(常用柜)PT柜同樣的狀態(tài),到目前為止處于正常的運行狀態(tài),因此建議將額定電流為1 A的熔斷器PT柜更換為耐受電流更高規(guī)格的熔斷器。

如需進一步排查該電流擾動的原因,建議委托專業(yè)電氣檢修試驗單位對10 kV母線電纜、PT所有一次導(dǎo)體絕緣體絕緣性能進行系統(tǒng)性檢測,以便排除電纜、PT一次元件絕緣降低等方面的原因,嚴(yán)格按照《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》進行PT檢查和試驗,及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷和隱患,保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行[10]。

5 結(jié) 語

針對某數(shù)據(jù)中心10 kV PT高壓熔斷器頻繁發(fā)生熔斷故障進行分析,得出以下結(jié)論:

(1)10 kV系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量未見異常,而PT高壓熔斷器在整個熔斷過程中,該段母線未發(fā)生過電壓現(xiàn)象,因此可以確定并非是由過電壓引起的熔斷器熔斷。

(2)現(xiàn)場抽檢的PT勵磁特性曲線測量未見異常。

(3)對現(xiàn)場已經(jīng)熔斷的熔斷器進行解剖,確認斷點位于熔絲中部M效應(yīng)點位置,由監(jiān)測數(shù)據(jù)并結(jié)合熔斷器的時間-電流特性曲線,可以初步推斷熔斷器處于小電流過載逐步造成熔斷。

(4)對比熔斷器1 A和2 A的PT監(jiān)測數(shù)據(jù),在受到相似工況下的小電流過載頻繁沖擊下,1 A的熔斷器抗擾動性較差,到目前為止2 A的熔斷器未發(fā)生熔斷現(xiàn)象,建議將1 A的熔斷器全部更換為2 A。