10kV PT熔断器熔断的原因分析及运行建议

10kV PT熔断器熔断的原因分析及运行建议作者：黄帅军
来源：《山东工业技术》2014年第19期
摘要：10kV PT高压熔断器经常在运行中熔断，影响设备的正常运行，并对近几年10kV PT高压熔断器熔断的原因进行分析，根据分析的结果以及不同原因给出了运行的建议，运行和维护方面的注意事项。

关键词：PT高压熔断器；熔断；铁磁谐振；接地
PT高压熔断器熔断最直接原因是电力系统暂态电流引起熔体发热，根据以往的文献资料整理分析和实际运行经验的总结，10kV电力系统中可能对电压互感器的高压熔断器造成系统暂态冲击的主要是：（1）铁磁谐振；（2）单相瞬时性接地故障消失对地电容放电；（3）雷击过电压。

以下是原因分析：
1 PT熔断器熔断的主要原因分析
1.1 铁磁谐振引起的原因
电力系不仅包含有许多的电感元件，也包含有许多的电容元件，电力变压器、电压互感器、电流互感器、消弧线圈以及各类线路导线都属于电感元件，三相之间的电容、架空导线对地的电容、用来其补偿作用的电容器，还有高压电力设备产生的寄生电容都属于电容元件。

电压互感器由于其带铁芯，正常运行时工作人员进行开关开断操作，或者电力系统发生异常时，就可能造成PT的非线性饱和，饱和之后的铁芯就会与相邻的导线以及临近电力设备的对地电容形成正常情况下不会出现的单相或三相共振回路，就会引起不间断的、幅值较高的铁磁谐振，从而引起电力系统中的一些元件出现谐振过电压。

每当铁磁谐振发生时，就会有谐振电流和谐振电压产生，当系统中加入了电压和电流时就会造成系统过电压和过电流。

根据实际运行经验，在10kV中性点不接地系统中，铁磁谐振产生的暂态冲击电流是导致PT高压熔断器熔断的直接原因，严重的话甚至会烧毁PT，PT一旦烧毁，电网安全运行就得不到保障。

其中，引起震荡回路的电感元件的电感和回路中的电容元件的电容参数决定了回路的谐振频率。

由于PT励磁电感是非线性的，这一特性就决定了其电感值不是恒定不变的，在交流电源作用下，就会发生波形畸变现象，此时的回路的谐振频率也不是固定的。

综上分析可知，铁磁谐振是在电力系统受到操作过电压或者异常故障的冲击时，PT非线性铁芯饱和，其励磁电感发生变化，又与临近线路和相邻设备的对地电容形成特定的震荡回路引起的。

PT铁磁谐振通常发生在电力系统零序回路中，所以防止PT铁磁谐振的产生可以从改变系统零序参数角度来分析，大致分为三类：
1.1.1 让电力系统零序电阻发生变化
（1）电力系统中性点直接接地变为经电阻接地；
（2）PT开口三角绕组两端不接电阻改为接电阻或者加装消谐的装置；
（3）PT一次侧中性点由不接入电阻改为接入电阻或者加装具有消谐功能的装置。

1.1.2 让电力系统的零序电感发生变化
（1）选用具有消谐功能PT，并且具有较好的励磁特性；
（2）同一回路中PT的并联台数要严格控制；
（3）系统中性点最好能够经消弧线圈接地；
（4）合理选取 PT接线方式，如4PT接线方式。

1.1.3 让电力系统中的零序电容发生变化
这种方法主要减少架空线段，主要是采用容器组或者使用电缆来代替架空导线，从而增大对地电容，就可以有效避免谐振。

由以上分析可知，让电力系统零序电阻发生改变，大部分是采取消耗谐振的能量，从而达到消除或者抑制谐振的发生，从而有效抑制谐振冲击电流对PT高压熔断器的冲击；让系统零序电感以及零序电容参数发生变化，使系统的电感、电容参数与谐振相符的条件不匹配，就难以激起铁磁谐振，从而系统就产生不了对PT高压熔断器产生冲击的暂态冲击电流。

1.2 单相瞬时接地导致的原因
对于10kV中性点不接地的系统，其发生系统瞬时接地故障时，故障相电压为零，而非故障相对地电压值升到线电压。

此时，非故障相线路对地电容和接地点形成回路，故障点会流过容性电流，则非故障相对地电容会充上与线电压对应的电荷。

一旦瞬时接地故障消失，各相对地电压恢复到相电压值，而原故障相对地电容电压不能突变，电容上多余电荷会对PT高压绕组放电（接地点消失后，线路电容只能与PT高压绕组形成回路）。

对地电容中存储的电荷对PT高压绕组电感放电，相当于一个直流电源作用在带有铁芯的电感线圈上；对于故障相来说，接地点消失线路恢复电压后，相当于一个空载变压器突然合
闸，会激发更大的暂态涌流。

因此，系统发生系统瞬时接地故障时，可能会形成较大的暂态冲击电流，很容易造成PT的熔断器过载而熔断。

如果在这一瞬变过程中，线路对地电容积累的电荷足够多，PT绕组将会流过一个幅值很高的直流饱和电流，使PT铁芯严重饱和，可能与线路和设备的电容、电感形成共振，激发持续、较高幅值的谐振过电压。

系统反复的单相瞬间接地就相当于以上过程的反复，这样造成的冲击电流就相当于几次累加后的效果，从而更加容易使高压熔断器熔断。

对于10kV中性点经过消弧线圈接地的系统，以上分析过程中的多余电荷会通过中性点接地而释放，对PT一次侧熔断丝有定的保护作用。

1.3 雷击过电压导致的原因
雷击时巨大的雷电流有可能因为避雷器的泄流不够迅速，使得瞬态的过电压使PT的铁芯磁饱和而导致励磁阻抗降低，这时瞬间增加的电流有可能超过熔断器的设定值，从而使里面的熔体烧毁。

另外，雷击也会导致线路因闪络等原因产生单相瞬时接地的情况发生，从而导致PT一次侧熔断器烧毁。

值得一提的是，如果熔断器使用的时间长，里面的熔体会在环境和电场等的作用下产生氧化或劣化，使其能承受系统单相瞬时接地和雷击过电压的能力减弱。

10kV系统无消耗线圈接地的PT，容易因为铁磁谐振而导致的熔断器熔断的风险较高，应加强防护。

2 运行建议
（1）对10kV电力系统没有经过消线圈接地的系统，应采用合理的消谐装置使PT中性点接地：系统的中性点经合理的消弧线圈或采用电阻接地后，瞬间接地故障恢复后电容放电的暂态冲击电流减小了，这样暂态冲击电流对PT熔断器的冲击也就减小了，于此同时还可以改变谐振电路的谐振频率，抑制或消除谐振的发生。

（2）对重复出现熔断器熔断的PT（如下表所示），应测量其V-A特性（伏安特性），性能差的PT容易引起铁心磁饱和，容易因为过电压而导致较大的过电流烧毁熔断器，应该考虑更换。

另外，可以统计正使用的各种型号、厂家的PT，分析其V-A特性，以便以购买性能更好的产品。

（3）检查保险丝的使用年限，对长时间运行的熔断器应尽量在停电时更换，建议使用抗氧化性更好的保险丝（如镍材料的保险丝）；
（4）对因为雷击而导致的熔断器烧毁情况，可以考虑检查避雷器的性能是否符合要求，以及检查避雷器的接地电阻是否过大，必要时可增出线线路上避雷器（或效雷装置）的数量。

（5）有研究成功在35kV系统PT一次侧使用2A的熔断器代替原来的0.5A熔断器运行，有限抑制了熔断器烧毁的现象，且1年内未发生因更换熔断器容量而导致的其它设备异常，因此，对频繁出现熔断器熔断的位置可以尝试使用熔断电流更大的熔断器运行。

另外，相关研究中，中性点消弧线圈并联电阻（4200Ω）接地或采用4PT的接线方式，也可获得较好的效果。

（6）对经常发生熔断器烧毁的10kV线路，可以测量10kV负荷端的谐波污染情况，综合分析PT一次侧熔断器烧毁的原因是否与其有关。