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钢铁企业PT高压保险熔断原因及其防范措施

发表时间：2020/11/17 来源：《基层建设》2020年第21期作者：林俞净晓星武文科王志立

[导读] 摘要：电气系统在钢铁企业中的作用类似于人体中的血管，负责为各部位提供能源和动力。

        北京首钢股份有限公司
        摘要：电气系统在钢铁企业中的作用类似于人体中的血管，负责为各部位提供能源和动力。电气系统的稳定性关系到企业是否能持续正常运转。
        电压互感器（potential transform，缩写PT，文字符号TV），又称仪用变压器。为测量仪表和继电保护装置供电，同时用于测量线路电压、功率和电能。
        在实际生产中，PT高压保险熔断将影响电压监控，甚至导致保护装置和安全自动装置误动作。在PT高压保险熔断后各类电压变化的表象背后，是什么样的具体原因？
        本文根据现场运行实际故障，对PT高压保险熔断的几种原因开展探讨。对小电流接地系统中单相瞬时接地故障导致PT高压保险熔断的故障案例进行简要分析，并对防治PT高压保险熔断提出部分建议。
        关键词：钢铁企业 PT高压保险熔断故障案例防治
        一、引言
        钢铁企业属于连续生产型单位，对电气系统的运行稳定性要求较高。电压互感器属于电气系统的重要设备，它将一次高电压转换成为二次低电压，为线路提供测量及保护作用。
        由于电压互感器一、二次绕组都是在并联状态下工作的，如果二次侧发生短路，将产生很大的短路电流，有可能烧毁互感器，甚至影响一次电路的安全运行，因此在电压互感器的一、二次均装设有熔断器进行短路保护。
        在首钢股份工作的十数年间，曾多次发生PT高压保险熔断事故，PT高压保险熔断成因较多，如何准确判断故障原因，消除事故隐患成为亟待解决的问题。
        本文对导致PT高压保险熔断的几种原因进行了初步分析，针对本公司运行实际中遇到的问题对比论证，并对如何预防解决提出部分意见。
        二、钢铁企业PT高压保险熔断原因
        在生产运行中，PT高压保险经常会出现熔断器现象，其主要原因有以下几点：
        1.系统对地电容超标导致PT保险熔断
        由于钢铁企业高温、高湿、振动较大的环境特点，单相接地故障时有发生。在10KV电力系统中，中性点常采用不接地系统或中性点经高阻抗接地的小电流系统，以中性点不接地系统为例：

        图1中性点不接地系统
        当10KV线路发生一相金属性接地时（图1），其接地电流为
        ÌC=-（ÌCA+ÌCB）
        即流过接地点的电流仅为对地电容电流之和，其值并不大，不会对线路造成大的影响。
        然而在实际生产中，钢铁企业一条10KV母线出线电缆较多，配电网对地电容将急剧增加。此时，一旦发生间歇弧光接地时，将产生较高的过电压现象，电压常高达3.5倍相电压，同时，接地电流也随之增大，极易引发PT高压熔断器以及其它电力设备绝缘薄弱处放点击穿。
        2.系统铁磁谐振过电压，导致保险熔断
        电力系统的铁磁谐振起因是在中性点绝缘的电网中，存在大量的储能元件，例如电压互感器、变压器等电感元件，线路对地电容、断路器开口等电容元件，这些元件组成了许多串联或并联的振荡回路，这一组合在系统的大扰动，例如：遭遇雷击、单相接地故障消失过程以及开关操作等作用下激发而产生的铁磁谐振现象。
        铁磁谐振过电压的现象为三相电压不平衡、一相或两相电压升高超过线电压，并且往往持续很长时间，及易导致PT高压保险熔断。
        特别是在日常操作中对空载母线充电时，发生铁磁谐振的概率比较大，要采取预控措施加以避免。
        3.互感器本身故障
        电压互感器因生产时绕线导线焊接工艺不良、绕线机械强度不足或在日常运行中随时间推移，系统长时间过电压、或受外力机械损伤时，极易发生绕组绝缘降低、内部线圈短路故障，这也是导致高压保险熔断的成因之一。
        4.保险质量问题
        PT保险的选择除熔丝额定电流外，更重要的是其机械强度。常用的10KV高压熔断器一般选用RN4或RN2型，这种熔断器熔断体的额定电流为0.5A，已远超电压互感器一次侧额定电流。
        工艺上为降低额定熔断电流，且满足机械强度，有一定的冲突，所以质量不过关很容易造成保险的频繁熔断。
        三、案例分析
        1、运行实例分析
        以某10KV变电站为例，变电站10KV侧为单母线分段运行，10KVⅠ段、Ⅱ段母线各有32个配电柜出线，包括电机、电压器、外供线路电源柜等设备。
        图2为变电站运行实际：

        图2运行实际图
        由图可以看出，系统运行时1号主变10KV侧电流为472.97A，2号主变10KV侧电流为351.65A。
        大部分的负载在1段母线上运行，导致1段母线电流超2段120A左右。此时，10KV1段母线运行时对地电容也急剧提升，运行风险大大升高。
        1.1、改善措施
        不同于其他配电系统，钢铁企业内变配电站运行设备在一定程度上可调可控。
        通过制定设备运行开机规范，可降低母线间电流差值，保证每一条母线都运行在合理区间内。
        2、事故案例分析
        2019年4月3日09：14分，某35KV变电站（该站主变中性点经消弧线圈接地）配电监控系统报警接地故障，当班值班人员检查发现监控显示三相电压为：A、0.37KV，B、1.29KV，C、10.13KV。
        该站主接线图如图3所示：

        图3主站接线图
        3.1故障处理
        当发生接地故障时，系统电压变为：A、0.37KV，B、1.29KV，C、10.13KV，电压变化不是典型的单相接地故障。值班工立即对该系统进行检查，发现该站所带一台10KV电机已故障停机。拉出该电机小车后，通过检查电机接线盒发现电缆A相绝缘老化接地，并导致了B相高压保险熔断，立即通知维护人员更换PT保险。PT保险更换完毕后，系统电压变为：A、10.38KV，B、10.35KV，C、10.33KV。故障处理完毕。
        3.2 PT高压保险熔断的成因
        由于运行环境较差，电缆长期在温度较高的环境中，绝缘逐步老化，且电缆在电机接线盒内，不易检查。本次接地故障在A相发生瞬时接地到
        A相接地稳定的过程，接地电容对PT高压绕组反复放电，放电导致PT铁芯饱和。A相反复接地就相当于以上过程反复发生，冲击过电流反复流过PT高压绕组，导致B相高压保险熔断。
        通过以上分析，可以看出本次故障中PT高压保险熔断的主要原因是线路发生单相接地故障时，由于接地点不稳定，导致接地过电压频繁波动，致使PT高压侧 B相保险熔断。
        四、在运行中的防范措施
        1、根据钢铁企业的特点，合理计划安排各系统、设备开机时间，避免发生铁磁谐振，特别是较大功率设备的开启。对于有多台备用设备的系统，合理开启负荷，避免某一母线带载过大。
        2、中性点经消弧线圈接地是35 KV配电网中常用的一种方式，对于那些需要手动调整消弧线圈档位的，操作员应合理调整消弧线圈档位，确保消弧线圈为过补偿，发挥消弧线圈的作用，防止PT保险熔断的发生。
        3、另外，对于新建的35VV变电站中，可以设计主变10VV侧进行经Z型变接地。通过Z型变接地，可以使10kV配网系统变为直接接地系统。
        同时可以对10VV开关加装零序保护，当线路发生单相接地故障时，及时跳闸切除故障点位，可有效避免单相接地故障对PT保险的影响。
        参考文献：
        [1]刘万顺，电力系统故障分析（第三版），北京：中国电力出版社，2010
        [2]配电网调控实用技术问答，北京：中国电力出版社，2016
        [3]贾绪君，电压互感器（PT）保险熔断现象及分析[J]，酒钢科技，2005年第3期.
        [4]黄帅军，10kVPT保险熔断的原因分析及运行建议，山东工业技术，2014年第19期.