風(fēng)電場(chǎng)35 kV PT一次保險(xiǎn)多次熔斷故障分析

楊 陽(yáng)

（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(wèn)題普遍存在于各發(fā)電廠與配電站，高壓熔斷器熔斷后會(huì)造成部分繼電保護(hù)裝置電壓采集異常，嚴(yán)重影響電站設(shè)備的可靠性運(yùn)行[1-3]。此外，更換熔斷的PT保險(xiǎn)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(xiǎn)也會(huì)使電站的穩(wěn)定性大大降低[4-5]。目前，隨著風(fēng)電場(chǎng)與光伏電站場(chǎng)站數(shù)量的急劇攀升，每個(gè)場(chǎng)站都會(huì)涉及使用到PT與高壓保險(xiǎn)，所以對(duì)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(chǎng)裝機(jī)容量250 MW，風(fēng)機(jī)通過(guò)箱式變壓器升壓到35 kV，場(chǎng)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(tái)35 kV PT 設(shè)備，然后分別通過(guò)主變壓器升壓到220 kV 送至電網(wǎng)。35 kV PT 保險(xiǎn)型號(hào)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(diǎn)18 分，監(jiān)控后臺(tái)報(bào)出35 kV 5#母線保護(hù)裝置報(bào)警，35 kV 5#母線電壓閉鎖開(kāi)放。15 點(diǎn)19 分故障錄波啟動(dòng)，啟動(dòng)原因?yàn)?0 kV 5#母線B 相電壓突變量啟動(dòng)。隨后運(yùn)行值班人員查看監(jiān)控后臺(tái)、保護(hù)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(diǎn)36 分，監(jiān)控后臺(tái)報(bào)出35 kV 2#母線保護(hù)裝置報(bào)警，35 kV 2#母線電壓閉鎖開(kāi)放。隨后運(yùn)行值班人員查看監(jiān)控后臺(tái)、保護(hù)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(xiǎn)熔斷現(xiàn)象

2022 年1 月13 日1 點(diǎn)23 分，監(jiān)控后臺(tái)報(bào)出35 kV 5#母線保護(hù)裝置報(bào)警，35 kV 5#母線電壓閉鎖開(kāi)放。隨后運(yùn)行值班人員查看監(jiān)控后臺(tái)、保護(hù)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(tái)報(bào)出35 kV 母線保護(hù)裝置報(bào)警，35 kV 母線電壓閉鎖開(kāi)放。運(yùn)行人員首先查看后臺(tái)發(fā)現(xiàn)有一相電壓偏低，通過(guò)查看歷史曲線與故障錄波，發(fā)現(xiàn)故障相電壓在一段時(shí)間內(nèi)逐漸降低，并且降低速率呈減緩趨勢(shì)，所以推斷故障原因?yàn)?5 kV母線PT 一次保險(xiǎn)熔斷。此風(fēng)電場(chǎng)發(fā)生多次35 kV 母線PT 一次保險(xiǎn)熔斷故障，通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，造成此類故障的原因有多方面因素，其中常見(jiàn)的因素有下列4 個(gè)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(shí)性故障時(shí)，容易引起電壓互感器一次側(cè)電壓大幅度波動(dòng)，從而形成暫態(tài)沖擊電流，此沖擊電流對(duì)保險(xiǎn)絲影響較大，可能造成保險(xiǎn)熔斷故障。但此風(fēng)電場(chǎng)在故障前沒(méi)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(dāng)電壓互感器本體發(fā)生問(wèn)題或故障，從而造成電壓較高或波動(dòng)較大時(shí)，也會(huì)使自身所帶的保險(xiǎn)發(fā)生熔斷。每次故障后運(yùn)行人員均會(huì)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(cè)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(xiǎn)熔斷，沒(méi)有發(fā)生過(guò)整組電壓互感器的三相或兩相同時(shí)熔斷的狀況，而且每次熔斷的保險(xiǎn)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(wú)規(guī)律，每次更換完故障保險(xiǎn)后電壓互感器均能正常運(yùn)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(dāng)PT 特性參數(shù)選型不合理，運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)發(fā)生故障，勵(lì)磁電流急劇增大，從而引起PT 一次側(cè)保險(xiǎn)過(guò)熱燒毀。此風(fēng)電場(chǎng)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(jì)算可得一次側(cè)最大允許電流為29.7 mA，而PT 保險(xiǎn)額定電流為500 mA，遠(yuǎn)高于PT 一次側(cè)額定電流，且當(dāng)保險(xiǎn)熔斷后電壓互感器仍然正常運(yùn)行，因此可以排除此類因素。

（3）電壓互感器安裝地點(diǎn)振動(dòng)因素。部分電氣設(shè)備在運(yùn)行情況下會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)期振動(dòng)現(xiàn)象，周期性振動(dòng)會(huì)使部分材料產(chǎn)生疲勞變形、損壞，而且也會(huì)使較細(xì)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(xiǎn)的熔絲特別細(xì)，均勻地纏繞在絕緣瓷柱上，保險(xiǎn)熔管內(nèi)部填充大量的石英砂，若有振動(dòng)引起的拉力磨損，也較容易斷裂。此風(fēng)電場(chǎng)35 kV 設(shè)備均在室內(nèi)安裝，開(kāi)關(guān)柜本體在運(yùn)行時(shí)有輕微振動(dòng)情況，最主要的振動(dòng)源是室內(nèi)35 kV 接地變，其在運(yùn)行時(shí)振動(dòng)十分明顯且低沉。經(jīng)查閱相關(guān)資料可知，由于振動(dòng)而引起的保險(xiǎn)熔斷主要表征特點(diǎn)是熔斷后各接觸面不存在變色等異常情況，日常用紅外測(cè)溫儀測(cè)溫后無(wú)明顯升溫現(xiàn)象，且運(yùn)行一段時(shí)間后熔絲粗細(xì)不均勻?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員經(jīng)拆解此風(fēng)電場(chǎng)的故障熔絲后，發(fā)現(xiàn)保險(xiǎn)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(xì)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(xiǎn)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(yùn)行時(shí)三相基本平衡，中性點(diǎn)位移電壓基本為零，但在系統(tǒng)發(fā)生某些故障或進(jìn)行某些切換操作后，系統(tǒng)就可能會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振，而諧振引起的過(guò)電壓或過(guò)電流可能會(huì)使PT 保險(xiǎn)熔斷。此風(fēng)場(chǎng)上級(jí)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(yùn)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(guò)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(guò)電壓。諧振過(guò)程可持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)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(guò)電壓并不高，但是由于頻率低，且諧振電流很大，對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)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(jìn)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(lì)作用下，會(huì)因電磁耦合產(chǎn)生串、并聯(lián)諧振現(xiàn)象，嚴(yán)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(duì)地加裝電容器，或在中性點(diǎn)裝設(shè)消弧線圈，此類方法對(duì)系統(tǒng)改造過(guò)大、產(chǎn)生的影響也較大，現(xiàn)場(chǎng)可行性較小。

（2）在電壓互感器開(kāi)口三角形側(cè)并聯(lián)電燈泡或電阻絲，這一措施相當(dāng)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(duì)變電可靠性要求不高的小電站，因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，將在開(kāi)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(kāi)口三角側(cè)流過(guò)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(diǎn)與地之間串聯(lián)消諧電阻器，從而有效限制PT 繞組一次勵(lì)磁涌流。因此類方法造價(jià)低，易改造，風(fēng)場(chǎng)采用此類改造方法。加裝HY-LXQ（D）II-35 型壓變中性點(diǎn)用消諧電阻器（圖3）。安裝位置為35 kV PT 柜后柜門(mén)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(diǎn)之間（圖4）。

圖4 消諧電阻器安裝位置

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

5 總結(jié)

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