1張  敏,2蔡炯,3王季梅

1，張家港沙洲電力有限公司生産技術部，2 杭州松浦電器有限公司,3西安交通(tōng)大(dà)學電氣學院

摘要: 近年來(lái)，發電機出口電壓互感器高(gāo)壓熔絲異常熔斷故障頻(pín)發，本文深入分(fēn)析了(le)熔絲異常熔斷的(de)原因，并重點從熔絲本身存在的(de)問題出發，研究了(le)熔絲的(de)熔芯材料及結構設計對(duì)熔絲特性的(de)影(yǐng)響，在此基礎上提出異常熔斷的(de)解決方案。

關鍵詞：高(gāo)壓熔斷器，PT，頻(pín)斷

一 故障現象描述

張家港沙洲電力有限公司一期裝機2×630MW超臨界發電機組，于2006年6月(yuè)投入商業運行。發電機出口不設斷路器，采用(yòng)發－變組形式，發電機出口電壓20KV，變壓器低壓側爲三角形接線方式，變壓器高(gāo)壓側電壓220KV；發電機爲高(gāo)阻接地（不接地）系統，發電機出口有三組分(fēn)相電壓互感器，型号JDZXF11-20AG，150VA,二次電壓57.7V，感器高(gāo)壓側熔絲型号：RN4 額定電壓：20KV 額定電流：0.5A額定開斷容量:8000MVA。

自投産以來(lái)，發電機出口電壓互感器（以下(xià)均以PT簡稱）高(gāo)壓熔絲，多(duō)次發生在運行中異常熔斷現象，所謂異常熔斷就是在系統正常運行或未發生需要熔絲動作保護的(de)故障時(shí)，熔絲出現熔斷。PT熔絲的(de)異常熔斷會造成互感器測量輸出失真，引起繼電保護裝置誤動作和(hé)工作人(rén)員(yuán)的(de)誤判。同時(shí)，PT熔絲本身作爲系統中設備，其檢修和(hé)更換工作量也(yě)比較大(dà)，因此可(kě)以說，PT熔絲的(de)異常熔斷很大(dà)程度上影(yǐng)響了(le)系統的(de)安全可(kě)靠運行，已經成爲一個(gè)亟待解決的(de)故障問題^[1]。

二 原因分(fēn)析及歸納

将異常熔斷的(de)熔絲打開後發現，熔斷的(de)熔芯大(dà)多(duō)表現爲發黑(hēi)變脆（見圖1（a）），也(yě)有少部分(fēn)熔斷的(de)熔芯上有明(míng)顯的(de)銅綠（見圖1（b）），并且存在受潮現象。由于熔芯周圍的(de)石英砂均未見電弧燒蝕痕迹，且熔芯在打開後基本上仍保持完整，因此可(kě)以判斷并不是大(dà)電流熔化(huà)，而是由于長(cháng)期小電流熱(rè)積累作用(yòng)的(de)結果。

    

（a）                                （b）

圖1 異常熔斷熔芯外觀

從PT的(de)參數可(kě)以理(lǐ)論計算(suàn)出一次側額定電流的(de)數值，由S=V*A得(de)出PT滿負載時(shí)的(de)電流爲0.0075A，而實際運行中PT的(de)負載一般不會達到滿負荷，也(yě)就是說實際運行電流比0.0075A還(hái)要小。RN4熔絲的(de)内阻爲192Ω左右，根據P=I²×R得(de)出熔絲的(de)損耗功率僅爲0.0108W，從仿真結果也(yě)可(kě)以看出，該電流下(xià)熔芯的(de)溫升隻有0.5K，因此在該電流下(xià)是不可(kě)能出現熔芯氧化(huà)和(hé)熔斷的(de)。

圖2 熔芯溫升仿真（康銅，0.0075A）

從PT熔絲的(de)實際運行情況來(lái)看，一般熔絲的(de)連續運行周期達到8個(gè)月(yuè)左右，在10－11個(gè)月(yuè)後熔絲就會出現慢(màn)熔現象，所以說實際運行時(shí)流經熔絲的(de)電流應遠(yuǎn)大(dà)于PT的(de)額定電流0.0075A，根據熔絲的(de)熔斷周期和(hé)熔芯發脆碳化(huà)的(de)現象估算(suàn)爲0.1～0.2A左右，損耗功率在10W左右。圖3是熔芯在0.2A電流下(xià)的(de)溫升仿真結果，可(kě)以看到熔芯的(de)最高(gāo)溫度達到了(le)532.3℃，長(cháng)期在如此高(gāo)的(de)溫度下(xià)工作，勢必會産生氧化(huà)并導緻熔斷。

圖3 熔芯溫升仿真（康銅，0.2A）

從上述的(de)分(fēn)析可(kě)以得(de)出：PT高(gāo)壓熔絲異常熔斷的(de)外因是正常運行時(shí)的(de)PT中勵磁電流偏大(dà)，而産生勵磁電流偏大(dà)的(de)原因有下(xià)列幾種^[2]：

（1）電壓互感器質量不良，因鐵心截面偏小、矽鋼片特性不良、磁密過高(gāo)等導緻互感器的(de)非線性勵磁特性過早飽和(hé)，在系統電壓稍升高(gāo)情況下(xià)，即導緻勵磁電流增加

（2）220kV側的(de)雷電過電壓或操作過電壓，通(tōng)過變壓器一、二次繞組之間的(de)電容耦合到發電機側，導緻電壓互感器繞組過電流。

（3）發電機出口電流中諧波分(fēn)量，雖然諧波含量滿足GB 755-2008《旋轉電機定額和(hé)性能》規定的(de)要求，但在實際測量中諧波電流的(de)絕對(duì)值特别是高(gāo)次諧波對(duì)PT産生勵磁電流的(de)影(yǐng)響也(yě)不能忽視。

（4）電壓互感器二次側引線絕緣不良或二次側過負荷，使一次側電流增加。

 

除了(le)上述外部原因之外，  容升現象導緻負載端電壓升高(gāo)，電壓升高(gāo)導緻熔斷器電暈放電[5]。其次，熔絲本身存在的(de)問題往往容易被忽視，實際上熔體材料選取、結構尺寸設計和(hé)加工工藝要求等，都會對(duì)熔斷器的(de)工作特性造成影(yǐng)響。本文中所涉及的(de)故障熔絲均采用(yòng)了(le)康銅作爲熔芯材料，康銅具有電阻溫度系數低，加工性能良好的(de)優點，其主要缺點是電阻率高(gāo)，且在高(gāo)溫下(xià)易氧化(huà)^[3]，此外，市面上還(hái)有一種名爲新康銅的(de)材料，其電阻率和(hé)電阻溫度系數與康銅接近，但不含鎳成分(fēn)，一方面降低了(le)成本，另一方面抗氧化(huà)性能也(yě)大(dà)大(dà)下(xià)降。電阻率高(gāo)導緻了(le)功耗偏大(dà)和(hé)溫升偏高(gāo)，而抗氧化(huà)性差又導緻了(le)熔芯氧化(huà)，因此異常熔斷也(yě)就難以避免了(le)。

三 解決方案

爲減少發電機出口PT熔絲異常熔斷的(de)發生，并針對(duì)上述分(fēn)析提出下(xià)列解決方案：

（1）提高(gāo)發電機出口PT的(de)勵磁特性，聯系PT廠家生産特制的(de)高(gāo)飽和(hé)度的(de)PT，一般PT的(de)伏安特性的(de)拐點應大(dà)于1.3倍線電壓，特制的(de)PT達到1.8倍以上；另外在PT配對(duì)試驗時(shí)，不僅僅要看額定電壓時(shí)的(de)勵磁電流，還(hái)要比較每個(gè)PT的(de)拐點是否相同，以盡量降低由于PT制造原因産生的(de)不平衡電流。

（2）降低PT熔絲的(de)損耗功率，因爲由于系統原因産生的(de)勵磁電流增大(dà)，是沒辦法完全消除的(de)，所以隻能從PT熔絲損耗功率上做(zuò)文章(zhāng)，在電流不變的(de)情況下(xià)降低熔絲内阻。本文選取杭州博達電氣有限公司生産的(de)  RN2型号的(de)熔斷器，其熔芯的(de)材料爲特殊合金，其電阻率僅爲康銅的(de)1/30，且抗氧化(huà)性能好^[4]，分(fēn)斷特性也(yě)要優于康銅。

除了(le)在選用(yòng)特殊的(de)熔芯材料以外，該産品在加工工藝上也(yě)進行了(le)改進，即通(tōng)過調整熔芯的(de)繞線方式來(lái)控制熱(rè)量分(fēn)布，從而達到小過載電流下(xià)仍能可(kě)靠分(fēn)斷的(de)目的(de)。支撐熔絲的(de)支柱(傳統的(de)是粘土燒制或者溫州柳市的(de)企業就沒有支柱）也(yě)改爲滅弧導熱(rè)材質。通(tōng)過設計，在保證熔絲的(de)安秒特性的(de)情況下(xià)，同樣規格20kV的(de)熔絲内阻不到康銅絲的(de)1/10，約爲10Ω左右，損耗功率不到1W，大(dà)大(dà)減少了(le)熔芯的(de)發熱(rè)，延長(cháng)了(le)熔絲的(de)使用(yòng)壽命。從圖4可(kě)以看出，采用(yòng)合金材料的(de)熔芯最高(gāo)工作溫度僅84.6℃，遠(yuǎn)低于康銅材料熔芯的(de)工作溫度。同時(shí)，熔絲的(de)電感值增大(dà)了(le)四倍，消減容升現象帶來(lái)的(de)電暈放電現象。

圖4 熔芯溫升仿真（銀，0.2A）

 

四 結束語

據了(le)解，在600MW機組中，發電機出口PT熔絲異常熔斷的(de)現象比較普遍，如果上述方案 能解決這(zhè)一問題，則可(kě)以在同類型機組進行推廣應用(yòng)。

 

參考文獻

[1] 王明(míng)欽.35kV配電網PT高(gāo)壓熔斷器異常熔斷故障抑制措施研究[D].北(běi)京：華

    北(běi)電力大(dà)學，2011.

[2] 陳維賢.配電網絡互感器諧振及其抑制新方法[J].高(gāo)電壓技術，1993,19（3）：

    3-6

[3] 金吉琰.關于康銅合金在大(dà)氣中高(gāo)溫氧化(huà)過程的(de)探討(tǎo)[J].儀表材料，1988，

   19（1）：204-208

 

[4] 王季梅.高(gāo)壓交流熔斷器及其應用(yòng)[M].北(běi)京：機械工業出版社，2006,29-70.

[5]張純  牽引變電所27_5kV電壓互感器熔斷器熔絲熔斷原因分(fēn)析及對(duì)策

作者注：從2013年至今沙洲電廠使用(yòng)新型設計的(de)熔絲未再出現非故障熔絲熔斷現象。