10kVPT熔断器熔断故障仿真及改进措施

吴小平

摘要：作为一种保护电气，熔断器能够起到保护线路的作用，一旦线路发生故障，熔体能够自动熔断，切断电源回路，从而保护线路和电气设备。本文以某110kV变电站10kV母线PT熔断器频繁故障为例，研究分析了低压熔断器出现异常熔断的原因及抑制措施，希望给行业相关人士一定的参考和借鉴。

关键词：低压；熔断器；故障

1.引言

低压熔断器在电路中承担着保护线路和电气设备的重要任务，从而为用户供电安全提供了强有力的保障。然而随着熔断器的普及使用，熔断器故障问题也越来越严重，其对供电造成了很大的影响，特别是用户计量熔断器故障，不仅对供电稳定性、安全性造成了一定的影响，还会给供电部门带来巨大的损失。本文在前人研究成果的基础之上，对熔断器故障发生的原因进行了分析总结，并提出了改进措施。

2.熔断器熔断故障原因分析

下面以某110kV变电站10kV母线PT熔断器频繁故障为例，进行分析。

该110变电站电压等级为110kV/10kV，变压器为Y/△接线，母线有10条10kV出线，参数如表1所示，10kv母线为母线经消弧消谐装置接地的方式，装置电感值为6.4mH，变压器的型号为SZ9-50000/110，空载电流0.8%，空载损耗30kW，短路电压16%，短路损耗150kW。

PT线圈电流的变化过程为：在0至0.2秒期间，系统处于正常运行状态，PT一次绕组电流小于30豪安；在0.2秒，A相发生弧光接地，PT一次绕组电流依然小于30毫安；在0.5秒，弧光接地故障消除，激发低频谐振，三组PT中励磁电流发生异常增加，其中励磁特性较差的52PT、55PT一次绕组电流均超过0.75A，振荡频率接近2赫兹，幅值随时间衰减比较缓慢，长达10秒以上。励磁特性好的PT分配的电流小，励磁特性差的PT分配的电流大，从仿真曲线看，52PT、55PT的电流超过0.5A，而ZN05的PT电流小于0.2安培，这与实际运行情况相符合。（红色曲线为52PT一次绕组流过的电流；绿色曲线为ZN05消弧装置PT一次绕组流过的电流；蓝色曲线为55PT中一次绕组流过的电流）。

2.2故障原因分析

本次缺陷的主要原因为母线对地电容量大，在线路发生弧光接地时，不会出现大电流流过PT，当时当弧光接地消失时，线路电容与PT阻抗就发生并联谐振，电容电流储存的电荷对PT放电，导致较大的电流流过PT一次绕组，并且持续时间较长，容易引起PT熔断器烧断。当一段母线上接多组PT时，电流与阻抗成反比分配，阻抗小的PT电流大，熔断器也容易烧断。通过分析图中各PT不同电流大小，励磁特性好的流过较小的电流，而励磁特性较差的则流过较大的电流，使熔断器熔断。

2.3改进措施分析

第一，在中性点加装消谐器。为了抑制PT高压侧熔断器熔断，可在PT中性点加装消谐电阻器，它可有效解决接地消失时，在PT高压绕组上产生的大电流问题，保护PT高压侧绕组和熔断器。消谐装置为非线性电阻，两端电压为1.4kV时，流过电流为3mA，两端电压为2kV时，电流为0.1A，其伏安特性曲线如图9所示，将其代入进行A相在0.2秒时发生弧光接地，弧光接地在0.5秒时熄灭时的仿真，得到流过52PT的电流图如图所示。从图4可以看出，加装消谐装置不仅可以减小电流幅值，更可以使电流以更快的速度衰减至很小，使PT高压侧能最快的减小大电流的冲击。

第二，在PT开口三角端安装阻尼电阻。在PT二次侧安装阻尼电阻后，PT的低频振荡电流幅值变化不大，但是可加速电流的幅值衰减，效果没有安装消谐器好。

2.4分析总结

第一，当线路发生单相接地时，其中一相电压突然下降，另外两相电压突然上升，电压源存在阶跃分量，含有多次谐波成份，母线存在从一个稳态向另一个稳态过渡的过程，线路电容存在两个释放通道，一个为通过变压器三角接绕组流入地中，另一个为通过PT一次释放到地，可避免L、C串联谐振。

第二，当线路发生单相接地消除时，故障相电压突然上升，另外两相电压突然下降，电压源存在阶跃分量，含有多次谐波成份，母线存在从一个稳态向另一个稳态过渡的过程，线路电容电荷只能通过PT一次释放到地，必然造成避免L、C串联谐振，谐振频率由L、C参数确定，可为低频谐振，本案例谐振频率低至2赫兹左右，引起了熔断器的多次熔断。

第三，如果存在多组PT接在母线上，励磁阻抗大的PT分流小，熔断器不容易熔断，这与实际运行中52PT、55PT熔断器熔断，而消弧装置PT励磁特性好，没有发生熔断器熔断的情况吻合。

第四，经过仿真，解决这类缺陷的方法有三：一是更换励磁特性好的PT；二是在PT中性点安装消谐器；三是在PT二次侧接入阻尼电阻，虽然不能减少低频电流的幅值，但是加速其衰减，但是如果电阻过小，则会造成单相接地时，PT负载过重，应考虑热效应。综上所述，在PT中性点安装消谐器是最有效、最简洁的方法。

3.结语

本文分析总结了导致熔断器故障的原因，并对其中的部分原因作了仿真分析，最后提出了防止熔断器故障的方法及措施，但是这不能从根本上解决熔断器故障的发生。因此，我们可根据造成熔断器故障的原因，研发熔断器在线故障监测预警系统，来有效预防熔断器故障。

参考文献：

[1]王明钦.35kV配电网PT高压熔断器异常熔断故障抑制措施研究[D].华北电力大学.2011

[2]周挺，毛柳明.高压限流熔断器的过电压动态仿真与数值计算[J].高压电器.2007（03）

[3]徐勇，胡德.10kVPT熔断器雷击熔断原因分析[J].高电压技术.2000（04）

作者简介：

吴小平，1985—，硕士研究生，工程师，从事变电运行、安全生产风险管理工作。