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10kV PT熔断器熔断的原因分析及运行建议
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高压熔断器生产中的几个主要问题
核心提示：目前国内大盘生产和使用的高压熔断器主要有两种:户外映落式熔断器和户内限流式熔断器。户外肤落式熔断器是一种产气式熔断器。当目前国内大盘生产和使用的高主要有两种:户外映落式熔断器和户内限流式熔断器。户外肤落式熔断器是yi种产气式熔断器。当故障电流流过熔断器后,熔丝熔断产弧,高温电弧使消弧管产生大量气体而把电弧熄灭,而后熔管跌落,形成yi个可见的隔离断口。这种熔断器结构简单,操作方便,成本低廉,动作后有可见断口,被广泛用于和电力线路的保护。目前这种熔断器存在的主要问题是:有些熔断器开断时灭不了电弧,熔管烧毁或炸掉,长期通电后温升过高,触头烧焊,熔管烧坏,操作时熔丝易断,合闸时不易对准和扣上,熔丝熔断后熔管不跌落,熔丝的保护特性变化太大,常因保护配合不好,造成越级跳闸。
下面从消弧管、保护管及两者的配合以及触头过热和熔丝不稳定等方面谈谈跌落式熔断器当前存在的几个主要问题及其改进的方法.
1.消弧管影响熔断器性能的主要因素,是熔管的型式和结构。熔管包括消弧管和保护管,是熔断器的心脏。当电网发生短路或过载后,熔断器能否灭弧切断电路,关键要看消弧管的材料选用是否得当,结构是否合理。不少者型熔断器的消弧管选用的材料多不能满足产气性能好、炭化程度小、机械强度高、冲击韧性好、电气寿命长、吸潮变形小的要求。.原采用的有机玻璃管、桑皮纸管、聚氯乙场管、牛皮纸管以及反白板卷制管都有yi定的缺陷。当前比较好的消弧材料是反白纸管(钢纸管),除易吸潮变形外,其余性能都比较好,在老产品的改造和新产品的发展中应优先选用。必须特别l摺出,目前使用中有yi些熔断器没有装设消弧管,这是很不应该的,这更不能保证产品的灭弧性能,消弧管的尺寸尤其是内径选取合理与否,对灭弧性能影响也很大,必须充分注意。根据以往试验和使用的经验,推荐消弧管选取如表l所列尺寸。
在确定消弧管尺寸时,要注意熔断器安装点有可能发生的zui大短路容量和zui小短路容量。绝不能认为消弧管的尺寸越大越好,因为大管径虽对开断大电流有利,但对开断小电流尤其是下限电流是很不利的,甚至是有害的。
2。保护管消弧管的主要任务,是在熔丝熔断后所产生的电弧高温作用下产生强烈气体而消弧,而把承受产气后在管内产生的高压力的任务交给保护管。保护管固时还有防止消弧管在长期运行中,经日晒、雨淋、风吹而不易老化、变形和损坏的作用。前褚主要起电气消弧作用多后者主要起机械保护作用。为此要求保护管有高的机械强度,好的抗老化性能,长期运行后不易受潮、变形和开裂。现有的熔断器,不少是采用性能不太好、质址不太高的yi般绝缘纸管,其机械强度律低,,吸潮变形较重,抗老化性较差,其结果是导致开断大电流时发生爆炸,使用yi定时间后弯曲变形自动跌落`保护管yi定要采用符合标准要求的酚醛纸管(开断容量较小的)和环氧玻璃钢管(开断容里较大的)。
同时,在保护管的外表面应涂两次环氧漆,以提高其抗老化性能和防潮能力。
3。消弧管和保护管的配合要使保护管真正起到保护消弧管的作用,除提高保护管的机械强度和表面质量外,还要确保消弧管与保护管之间的紧密配合,形成yi体,否则当开断时所产生的高压气体会把消弧管吹脱,使保护管损坏。目前有不少产品,消弧管和保护管的配食是不紧密的,使保护管起不到应有的保护作用。有的虽然在设计和装配时注意到这yi点,&采取压配合,但没有预先将消弧管适当烘干,结果在气候干燥时又松了。建议采用复合管,即在消弧管上直接卷上酚醛纸或环氧玻璃丝(布),要求两者之间没有缝隙,完全粘在yi起。目前国内已有许多造纸厂和绝缘材料厂可以生产这种复合管。在卷制这种复合管时,要注意先将消弧管(钢纸管)校直、预烘,并在其外表面车制大螺距的浅槽螺纹,然后在消弧管外表面上涂上胶,卷_L绝缘纸或玻璃丝(布)后烘干温度不超过100℃,否则将影响消弧管的产气性能。
4.防雨革结构多数老型熔断器,带有yi个很长的防雨罩,有的叫&鸭嘴帽&,它的作用有三:yi是导向,二是定位;三是防雨雪。&鸭嘴帽&对老型熔断器防雨雪进入消弧管有yi定的作用,而对复合管或配合紧密的压配管来说,必要性不是很大。而大量的试验和使用表明,当熔断器开断的电流比较大时,产生的气体多、压力高、速度大,遇到&鸭嘴帽&后即反喷回来。在反喷的气体中,含有熔丝气化后的金属蒸气,很容易在熔管外表面形成yi条金属带,使熔断器不能灭弧,把熔管烧坏。因此&鸭嘴帽&绝不能太长,以免发生&反喷&。
5.触头过热在使用和试验中,常发生因触头过热而将触头烧毛,甚至熔焊的现象。其恶果是使熔丝熔断后熔管跌不下来,这样,运行时间yi长,就沿熔管表面放电,将熔管烧坏。造成触头过热,温升过高的原因主要是:(1)装配调整不当,即装于熔管上下动触头与装于瓷瓶上下静触座配合尺寸不当,使触头间的接触压力过小,接触电阻增大。(2)熔管材料选用不当,或是外表面绝缘处理不佳,抗老化性能差,日晒雨淋后弯曲变形,长度缩短,使接触不良。(3)安装调整不当,特别是安装熔丝时没拉紧,使熔管上下动触头的距离相对缩短,造成接触不良。(4)溶丝材质有问题夕特别是熔体选材不当,长期通电后发热伸长,使触头接触不良。(5)有的熔断器采用弹簧钢片做触头的压力弹片,长期使用后钢片锈蚀,弹力不足,或是电流流过钢片,造成发热退火,弹力减弱,使接触不良。户外跌落式熔断器,因常遭受日晒雨淋,因此弹片应选用磷铜材料。(6)动静触头接触不良,导电接触面不平整,接触不是yi条线而只是yi点,使接触电阻增大。
6.熔丝结构和特性熔丝的结构和特性,直接影响到熔断器的保护性能。以往由于没有统yi的标准和统yi的结构,选用的熔丝也不固定,所以同样沟熔断器经常出现不同的保护特性。对于小_J加曰匕落丝(5安及以下),其机械强度和熔化特性更不稳定。有些熔丝制造单位,结树设计不太合理,选材不太适当,加工后也未经严格试验和检查。每批产品都有差异,给使用带来许多不便,选用时发生困难,上下配合不当,发生事故时常产生越级跳闸,造成大面积停电。因此研制单位在研制熔断器的同时,也应研制与之相配合的熔丝。包括确定合理的电浦睁级,规定允许的温升zui高值,规定zui低的允许静拉力,选定熔体的zui佳材料,规定其zui天的热伸长率,确定熔丝尾线的载流量以及给出准确的熔化特性曲线等等。户内限流式熔断器是yi种当短路电流未达到zui大值之前就将电路切断的熔断器。它将熔丝装在充满石英砂的瓷管中,当故障电流流过熔断器后,熔丝熔断产弧,由于石英砂对电弧的冷却和去游离作用,使电弧很快熄灭。这种熔断器可限制短路电流的数值,降低对电路中电气设备动、热稳定性的要求。它主要作为电力、电压、电力和电力线路的保护。目前这种熔断器存在的主要问题是:灭弧能力不稳定,试验常发生炸裂;触头接触不良,产生过热,熔化特性不稳定,难于实现过载保护等。下面谈谈这些具体的问题和改进的建议。
1。灭弧性能影响限流熔断器灭弧性能的因素主要有以下几方面:(1)瓷管中石英砂颗粒的大小。太小了其渗透性弱,灭弧能力差,且易在电弧高温作用下产生熔结,降低绝缘性能。太大了则石英砂对电弧的冷却变差,降低灭弧能力。yi般颗粒直径在O。2~0。3毫米比较合适。(2)熔管的密封性能,密封不好时,管内石英砂容易受潮,当通过比较大的短路电流时,管内将产生气化,压力增高,使熔管炸裂。因此,当熔管装好熔丝,充填石英砂后,应尽早将两端铜帽用端盖压紧,用锡焊牢,石英砂装入前也应预先进行烘千。(3)有些单位对熔丝改变了而未经严格试验。、.本来瓷管内的熔丝常用多根并联的方式&,使各熔丝之间及熔丝到管壁之间保持适当距离,以免电弧烧坏瓷管和使弧道接通。有些厂装于熔丝装配较难而将其改为截面比较大的熔片,且未经试验,这是危险的。将熔丝改为熔片后,yi是熔片熔化时的金属蒸气将增多,使熔管绝缘性能呼低,二晕熔片紧贴管内瓷芯子,石英砂不能充填熔片的各个表面,热传导减弱,熔体温度将升高。yi旦发生比较大的短路电流,熔体温度在原来比较高的温度的基础上又迅速升高,使瓷芯子或瓷管炸裂。
2。触头过热触头在长期通过电流后产生过热的主要原因是接触不良,接触电阻明显增大。引起接触不良zui主要的是同yi相的两个轴线不重合,即熔管装后的轴线与触座的轴线不重合,使熔管上下触头与底座上的上下静触头不是面或线接触,而是点接触。特别是对额定电流比较大的限流熔断器,是由两根熔管并联组合,影响更大。因此装配时必须认真调整好。
3.熔化特性目前国内生产的户内限流熔断器,大都没有试验出完整、准确的熔化特性曲线来,基本是引用国外同型产品的特性曲线。但由于各厂选用的熔丝(体)材质、尺寸、结构均有改动,因此,特性曲线会有yi些差异,必须按本厂的具体情况(包括产品结构和工艺)按标准规定试验出准确的特性曲线,提供用户选用。
4.关于动作指示限流熔断器是yi种固定式熔断器。熔丝熔断后熔管.不肤落,动作时又没有明显的响声,不易被发现。而熔丝熔断后如果不及时将熔管取下或更换熔管,很容易在工作电压的长期作用下沿熔管表面放电,造成严重事故。尤其是用在比较潮湿和比较污秽的地方。因此熔断器应有。这种指示器可以是机械的或电气的。
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高压PT熔断器熔断
一段时间以来，10kV乙母线电压互感器一次熔丝多次发生熔断，经对电压互感器停电检查、试验，未发现问题，更换熔丝后运行正常。如何避免和解决此类问题?笔者认为唯有了解电压互感器的原理，系统运行情况，熔断机理等才可以找出最佳的应对方法。
&&& 一.电压互感器原理与运行方式简介
电压互感器某种意义上讲是一种降压变压器(如图1所示)：一次侧与一次设备并联，基于电磁感应原理在匝数较少的二次侧产生感应电压，二次侧并联接仪表、保护等负载，由于这些负荷阻抗值很大，通过二次的电流很小，因此，电压互感器的工作状态相当于变压器的空载情况。
&&& 二.电压互感器熔丝熔断主要原因分析
本文所涉及的10kV乙母线电压互感器所出现的熔丝熔断在三相中均出现，经值班人员检查设备并未损害，更换保险后运行正常。那么，究其根源，电压互感器一次熔丝熔断与哪些方面有关?大体上讲，PT熔断的主要原因主要有三个方面：
&&& 正常运行时，，因此不会发生时的谐振。而非线性元件电感其伏安特性曲线在铁芯未饱和前是直线，电感值保持不变，而当系统产生某些波动(常见有雷击、系统发生接地等)时，电压互感器自身运行状态发生改变，导致相电压增高，此时三相铁心出现不同程度的饱和，致使电感值不断下降(如图2所示)。而按照Peterson谐振分布原理系统按照对地电容与互感器感抗不同比值便出现铁磁谐振和各类谐振现象。
对于运行中的系统，常见产生铁磁谐振的原因有：单相接地、单相弧光接地、电压互感器突然合闸时绕组内产生巨大涌流等。无论是何种原因引起，铁磁谐振依然是电压互感器熔丝熔断的重要原因。
&&& 2、低频饱和电流冲击
电网间歇弧光接地或接地消失时，健全相对地电容中贮存的电荷重新分配，通过中性点接地的电压互感器一次绕组形成电回路，这种释放过程由于电压互感器相电抗的存在呈现振荡衰减状态。系统对地电容越大，振荡频率越低，构成低频振荡电压分量，促使电压互感器处于饱和状态，形成低频饱和电流。低频饱和电流在单相接地消失后1/4～1/2工频周期内出现，电流幅值可远大于分频谐振电流，频率约2～5Hz。由于具有幅值高、作用时间短的特点，在单相接地消失后的半个周期即可熔断熔丝。
&&& 3、电压互感器自身的不足
电压互感器绝缘下降等同样会引起一次熔丝熔断，特别当电网出现位移过电压、单相接地等情况将可能熔丝熔断情况会立即显现。对于设备自身的缺陷，在此就不做赘述，做好设备运行的维护检查即可。
本文所提及变电站经检查：10kV电压互感器熔丝熔断与自身参数有很大的关联。建站初期按照预定负荷而设定的电压互感器铁芯磁饱和系数明显偏小，在负荷出现波动或电压产生大幅变动时，容易发生铁芯饱和现象，达到铁磁谐振的条件。按照谐振分布原理，比值适当时便会出现虚假接地的信号。
&&& 三.解决电压互感器熔丝熔断的措施
经过一段时间细致的研究和试验，笔者确定以下几个重要的改进方法：
&&& 1、为电压互感器留有足够余量，特别是磁饱和量
设定设备参数时，应留有励磁特性余量，保证伴随负荷增长的情况下，设备依然可以安全稳定运行。同时选择励磁特性好的电压互感器可以保证励磁线圈的稳定性，在未达到磁饱和时，电感为稳定数值，系统发生短暂波动时，励磁特性也比较稳定，不致使电感值迅速下降，而与电容发生谐振。
&&& 2、在电压互感器所在母线装设消弧线圈
按照谐振发生条件分析，在电压互感器所在母线装设消弧线圈可以使电感远大于电容，从而极大地降低了电压互感器产生铁磁谐振的可能性。同时该母线上发生单相接地故障时，消弧线圈也可以尽快熄灭接地电弧，保护相关的电力设备。此种措施不足在于成本的增加和电网方式的某些改变，因此可按照变电站及电力公司的实际要求，有选择性地进行消弧线圈的装设。
&&& 3、一次中性点装设消弧装置
&&& 此种方法中性点一般接纯电阻或消弧线圈。接纯电阻改变系统参数设置，起到阻尼和抑制谐振的作用，引起谐振区域的变化，且伴随着电阻值的不断增大，谐振范围将不断缩小，形成闭合形状。但此种 方法应注意的问题是：采用中性点接电阻措施需考虑电压互感器高压绕组X端(尾端)的绝缘等级，因为消谐电阻上的瞬时电压较大，峰值可达15kV，电压互感器尾端若绝缘等级不强，就有可能被损坏。中性点接消弧线圈是系统对地电容较大时，中性点接消弧线圈可以补偿接地电容电流，也可以有效地抑制过电流，作用效果比较明显。
&&& 4、二次开口三角加装电阻
& & 在接地监视用的电压互感器开口三角形绕组两端装入阻尼电阻(或再并联消谐装置)，目的在于增加回路的阻尼值，破坏造成铁磁谐振的条件，避免谐振的发生。从理论上讲，开口三角形绕组接入的电阻值越小越可以保证检测的灵敏度，而在一次侧中性点连接的电阻值愈大愈好，可以及时消除谐振等异常能量。但如果开口三角形接入电阻太小时，当系统发生单相接地后，能量无法及时消除，电压互感器就容易发热;如果一次侧中性点接入电阻太大时，当一次系统发生单相接地时就会影响开口三角形的输出电压，从而降低了预报的灵敏度，因此选择电阻与电压互感器型号有关，保证谐振能量及时消除，同时不会过于影响电压互感器开口三角的测量精度，是此类方法的关键。&&& 5、操作人员改变运行方式时将电压互感器熔丝熔断列入考虑范畴
操作人员在改变运行方式时，由操作方法入手，适当修改操作顺序避免形成产生铁磁谐振的条件，使系统的参数配合远离谐振区。这是因为改变运行方式，当时，就不会发生铁磁谐振，其中为系统对地容抗，为电压互感器为额定线电压下的励磁电抗，当一定时，减少(即增加对地电容C)可使/ 的值变小。常用增加对地电容方法有外接电容、接入空载线路或者空载变压器等。采取何种运行方式应根据具体情况而定。
&&& 6、增加零序互感器，提高零序励磁特征
简要说明：1)接线方式：原电压互感器不变，将一次绕组中性点串接零序互感器一次绕组再接地，原电压互感器二次开口三角短接，将接地监察电压继电器接入零序电压互感器二次绕组。一次为工作接地，二次仅仅为安全保护接地。
&&& 2)原理分析：接入零序电压互感器之后，系统中的3k次谐波电压通过电压互感器时在二次侧的闭口三角中产生零序电势和零序电流。在电压互感器的磁路中，产生一个与原来3k次谐波磁通相反的磁通量，从而抵消原有的谐波磁通，除有效消除谐波之外，还可以减少电压互感器中的磁通密度，从而降低磁饱和发生的几率。在一次侧的电压互感器线圈本身的阻值很高，相当于在一次侧中性点接入了消谐装置，进一步消除了铁磁谐振发生的可能性。
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