关于35kV电压互感器高压熔断器的设置分析

关于35kV电压互感器高压熔断器的设置分析
作者：张娜
来源：《城市建设理论研究》2013年第05期
摘要：电压互感器是电力系统中供测量和保护用的重要设备，是电力系统计量、保护和载波通讯不可或缺的一种电气设备。

由于电压互感器不与系统线路对地电容产生铁磁谐振，目前在地铁35kV供电系统中也逐渐选用。

35kV系统所设置的电压互感器熔断器却经常发生熔断，而且更换起来很麻烦，相当浪费时间，增加了事故隐患。

本文就以35kV电压互感器的高压熔断器作讨论，并结合变电所35kV电压互感器熔断器的提出建议方案。

关键词:熔断器；电压互感器；谐振
中图分类号：TM563文献标识码：A文章编号：
引言：
电压互感器是电力系统中供测量和保护用的重要设备。

地方电网中通常为其加装相应的保护装置（高压熔断器）。

高压熔断器能满足一定的可靠性，它的结构简单，易于维护检修，在35kV及以下系统中应用广泛。

电压互感器一般经隔离开关和高压熔断器接入高压电网。

在110kV及以上的系统中，由于相应的电压互感器采用单相串级绝缘，绝缘裕度大，并且这种系统多为中性点直接接地系统，每相设备不能长期承受线电压，也不允许接地，所以110kV及以上系统中的电压互感器一次侧不装熔断器，而经过隔离开关直接与电网相连；380V及以下配电系统，由于高压熔断器完全可满足系统运行要求，电压互感器可以直接与电网相连接，而不用隔离开关。

1.电压互感器概述
电压互感器是电力系统中供测量和保护用的重要设备，它有如下重要作用：
(1)将系统高电压转变为标准的低电压（100V）,为仪表、保护提供必要的电压。

(2)与测量仪表相配合，测量线路的相电压与线电压；与继电保护装置相配合，对系统及设备进行过电压、单相接地保护。

(3)隔离一次设备与二次设备，保护人身和设备的安全。

正因为电压互感器的作用，地方电网中通常为其加装相应的保护装置（高压熔断器）。

高压熔断器能满足一定的可靠性，它的结构简单，易于维护检修，在35kV及以下系统中应用广泛。

2.熔断器概述
熔断器是最简单的一种保护电器，它是在电气设备承受大的电流时，先于被保护的电器设备而熔断，起到保护该电气设备免受过载和短路电流的损害。

电压互感器的高压熔断器保护范围为：电压互感器内部故障（相间、匝间短路等）或电压互感器与电网连接线的短路故障。

3.熔断器频繁熔断的原因分析
引起电压互感器高压熔断器熔断的原因很多，比如：
(1)熔断器容量太小，熔断电流小，与实际不匹配；
(2)电压互感器发生内部故障引起熔断器熔断；
(3)系统电压过高在电压互感器中产生过电流，比如单相接地和单相接地消失瞬间电压互感器的高压熔断器熔断；线性谐振引起的熔断器熔断；参数谐振引起的熔断器熔断；铁磁谐振引起的熔断器熔断等等。

4.现状及问题分析
在选择高压熔断器的过程中应该选择故障几率小，能够有效地切断短路电流，其额定电压必须要大于或者等于电网的额定电压。

当电压互感器内部故障或与电网连接线（地方电网大多数为户外连接线）发生短路时，高压熔断器熔断，切断故障点或将电压互感器与故障源隔离，从而缩小故障范围，保护设备的安全。

但是高压熔断器不是用来保护电压互感器过载的，过载时间稍长，电压互感器就会过热、冒烟，甚至起火，从而引起内部故障；而且由于高压熔断器灵敏度的原因，有时电压互感器内部故障，高压熔断器却不一定熔断。

从一定程度上来说，继电保护没有灵敏性可言。

此时运行过程中必须尽快停用故障电压互感器，如果高压熔断器不带限流电阻或限流电阻不合格，就不能用隔离开关直接拉开故障电压互感器，即使限流电阻合格，为保险起见也不能直接拉开，因为隔离开关和高压熔断器没有灭弧装置，容易引起母线短路，导致事故扩大及设备损坏或人身事故，必须通过倒换运行方式，用上级断路器隔离故障。

对于双母线接线方式的地方电网，可将所带负荷倒至另一条母线上，用母联开关隔离故障电压互感器。

对于地铁主变电所的单母线分段接线方式，必须将该段母线所带负荷全部转移或停电，用电源断路器隔离故障电压互感器和该段母线，再恢复其它正常供电。

这样的操作复杂，不利于快速隔离故障，且可能影响部分用户的正常供电。

即地铁供电系统中主变电所必须切除35kV 进线断路器，切除全线三级负荷，供电影响范围较大。

在电压互感器的正常运行中，其内部故障的机率很小。

而高压熔断器之所以经常熔断，是因为电压互感器的谐振。

当系统运行方式发生某种变化时，电压互感器的铁芯饱和，感抗和对地容抗相等或近似相等，产生较大的电流，导致熔断器熔断，这时必须停运电压互感器，更换熔断器。

地方电网中由于电压互感器为户外设备，因此其熔断器通常是装有防雨罩的充填石英砂的瓷管熔断器，熔断器装在防雨罩中，两边各用四个螺丝固定，更换时，必须将两边的螺丝拧开，一手拿钳子固定螺母，一手拿起子拧螺丝，由于高空作业，着力的地方很少，这样的操作即费时费力，又很危险。

侧盖及螺丝用一般的熟铁制做，长期日晒雨淋，很容易生锈变形。

螺丝拧开后，固定铁环由于受力不均，容易卡滞，很难取下。

特别是遇到特殊天气，不得不延期更换，减少了计量和保护的可靠性。

5.优化措施
(1)为有效地减少操作难度，熔断器可采用转轴式替代螺丝固定式。

固定轴采用螺丝（也可使用销子），取消了螺母及固定铁环，螺丝的另一端直接拧在侧盖上。

操作时，只将一端的螺丝拧开，即可打开侧盖。

即使由于连接线的阻碍无法取出熔断器，可再将另一个螺丝拧开即可，这样最多也就拧开两个螺丝，而且只用一只手便可轻松完成。

为了克服腐蚀，侧盖主体用钢材，外面镀防锈材料（镍铬合金等），螺丝采用不锈钢。

(2)如果电压互感器的高压熔断器有足够的灵敏度，在电压互感器内部故障时，立即熔断，隔离故障点，就可用隔离开关直接拉开故障电压互感器，而不必通过倒换运行方式那样的复杂操作。

这里的关键在于高压熔断器的熔体（丝），它是熔断器的核心部件，利用它在电流热作用下来熔化，断开故障电路。

我们常用的熔丝为镍铬合金，如图：
熔丝的直径为0.13mm,做成螺旋形，总阻值为315Ω，额定电流为0.5A。

对于熔体，要求有下列的性质：熔点低，导电性好，不易氧化，便于加工。

熔体的材料一般有铜、镍铬合金、铅、锡等，对于35kV系统的电压互感器，要求熔断器具有较大的断流能力，常用铜或镍铬合金，它们的电阻率小，热传导快，截面面积也很小，断流产生的金属蒸气也少，易于灭弧。

但缺点是熔化温度高，长期工作中可能达到较高的温度而不熔断，同时要使其快速熔断，必须流过较大的电流，否则会延长熔断时间，这样对被保护的电压互感器不利。

(3)我们需要利用金属学中的“冶金效应”采用以下的方案：
在镍铬丝上焊以铅锡合金的小球，
铅锡球两侧的镍铬丝不连贯，铅锡球的间隔及大小由生产工艺和实际需要决定。

这样，我们就能充分利用镍铬丝的优点，又能利用铅锡合金的优点克服其缺点，降低熔体的熔化温度，使熔断器更加灵敏和完善。

通过本次研究，得到以下结论：
（1）电压互感器一次保险熔断原因很复杂，要多方面多层次的加以分析。

（2）多种措施都可以增加高压熔断器的灵活可靠性，降低了成本，更加易于操作，为保证系统的安全运行创造了良好的条件。

参考文献：
[1]文远芳《高电压技术》华中科技大学出版社，2001年.
[2] 平绍勋《电力系统内部过电压保护及实例分析》中国电力出版社，2006年.
[3]周小梅;杨以涵《配电系统PT高压熔断器熔断的原因分析》，现代电力，2007（4）.。