一起6kV廠用電母線PT保險(xiǎn)熔斷事故的原因分析及解決方案

鄭祥云　王澗波　陳寧

摘要：以某機(jī)組因一臺(tái)磨煤機(jī)單相接地故障引起機(jī)組非停為例，分析了導(dǎo)致6 kV廠用電母線PT三相保險(xiǎn)熔斷的原因。通過查閱行業(yè)反措要求及相關(guān)規(guī)程，提出了解決方案，對(duì)6 kV PT裝置進(jìn)行了改造。改造完成后，沒有發(fā)生過PT保險(xiǎn)熔斷事故，改造效果明顯。

關(guān)鍵詞：6 kV廠用電;單相接地;PT保險(xiǎn)熔斷

0 引言

一般情況下，6 kV廠用電中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)若發(fā)生單相接地故障，允許系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行2 h，只要求保護(hù)裝置發(fā)出報(bào)警信號(hào)，給運(yùn)行人員一定的時(shí)間隔離故障設(shè)備。但是，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生3倍左右相電壓的過電壓，最大可達(dá)3.5倍[1]，極易造成系統(tǒng)絕緣損壞，還可能造成PT保險(xiǎn)單相或三相熔斷，甚至燒毀PT，給機(jī)組的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重隱患。

1 事故經(jīng)過

本次事故中一臺(tái)磨煤機(jī)單相接地故障，導(dǎo)致PT三相保險(xiǎn)熔斷，PT保護(hù)裝置低電壓保護(hù)動(dòng)作，聯(lián)跳所在母線的所有動(dòng)力設(shè)備，造成鍋爐MFT、機(jī)組跳閘。事故經(jīng)過如下：

2018-04-28T19：17：00，2號(hào)發(fā)電機(jī)有功功率為261 MW，無功功率為118.2 Mvar，6 kV ⅡA、ⅡB段由#2高廠變供電。

19：18：03，2號(hào)機(jī)組DCS發(fā)出“6 kV ⅡB段母線接地”報(bào)警;19：20：24，發(fā)出“6 kV ⅡB段電壓回路斷線”報(bào)警，6 kV ⅡB段廠用電快切裝置切換動(dòng)作，備用電源開關(guān)6204開關(guān)合閘;19：20：27，發(fā)出“廠用6 kV ⅡB段故障跳閘”綜合信號(hào);19：20：27—19：20：30，6 kV ⅡB段高壓動(dòng)力設(shè)備相繼跳閘，DCS畫面上6 kV ⅡB段母線電壓指示為零。

19：20：37，#2汽泵跳閘，觸發(fā)RB，電泵聯(lián)啟成功;19：21：46，汽包水位為-300 mm，汽包水位低三值保護(hù)動(dòng)作，鍋爐MFT、機(jī)組跳閘。

2 檢查情況

6 kV高壓廠用電系統(tǒng)由一臺(tái)Δ/Δ/Δ接線的分裂繞組變壓器供電，一臺(tái)Y/Δ/Δ接線的分裂繞組變壓器作為備用電源供電，其低壓側(cè)為不接地系統(tǒng)。6 kV廠用電系統(tǒng)接線圖如圖1所示。

檢查情況如下：

（1）6 kV ⅡB段母線PT一次保險(xiǎn)三相熔斷。

（2）6 kV ⅡB段母線PT柜“低電壓Ⅰ段”“低電壓Ⅱ段”保護(hù)動(dòng)作，低電壓Ⅰ段動(dòng)作值為70 V、動(dòng)作時(shí)間為0.5 s，低電壓Ⅱ段動(dòng)作值為45 V、動(dòng)作時(shí)間為9 s，實(shí)際動(dòng)作情況與定值設(shè)置情況一致。

（3）2C磨煤機(jī)綜保裝置面板告警指示燈亮，測(cè)量2C磨煤機(jī)電機(jī)電纜對(duì)地絕緣為零，就地檢查2C磨煤機(jī)B電機(jī)接線盒，觀察到有孔破裂，打開接線盒檢查發(fā)現(xiàn)B相電纜接線線鼻子絕緣破損，接線盒有放電痕跡。

（4）調(diào)取#2發(fā)變組故障錄波器相關(guān)錄波文件，顯示6 kV ⅡB段母線電壓消失前，三相線電壓波形畸變嚴(yán)重，表明此時(shí)6 kV ⅡB段母線PT電壓傳變特性已經(jīng)劣化。

3 PT一次保險(xiǎn)熔斷的原因分析

6 kV ⅡB段母線PT為天水長(zhǎng)開互感器制造有限公司生產(chǎn)的JDZX10-6B型單相全封閉半絕緣澆注電磁型電壓互感器，一次保險(xiǎn)額定電流0.5 A，一次中性點(diǎn)直接接地。一次保險(xiǎn)型號(hào)為RN2-72。

造成PT一次保險(xiǎn)熔斷的原因可能有：

（1）互感器內(nèi)部線圈發(fā)生匝間、層間或相間短路及一相接地故障。

（2）電壓互感器一、二次回路故障，可能造成電壓互感器過電流。

（3）系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，由于發(fā)生單相接地，使母線或線路的電容與電壓互感器的電感構(gòu)成振蕩回路，引起諧振，造成過電壓、過電流。

針對(duì)6 kV公用ⅡB段母線PT一次保險(xiǎn)熔斷事故，校驗(yàn)?zāi)妇€PT，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，三相PT直阻及絕緣正常，表明不存在互感器內(nèi)部線圈發(fā)生匝間、層間或相間短路及一相接地故障;倍頻感應(yīng)耐壓試驗(yàn)合格，其勵(lì)磁特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)良好，表明PT無異常。通過對(duì)客觀數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可能是由于系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振造成PT一次保險(xiǎn)熔斷，但也不能排除PT某些特性劣化的可能。因?yàn)? kV工作段和公用段PT多次發(fā)生過PT一次保險(xiǎn)熔斷事故，但是與6 kV工作段相連的供熱段母線、與公用段相連的脫硫段母線從未發(fā)生過PT保險(xiǎn)熔斷事故（PT一次接線方式相同），說明雖然PT試驗(yàn)合格，但不能排除PT特性存在劣化的可能。

綜上分析可知，造成6 kV ⅡB段母線PT一次保險(xiǎn)熔斷的原因主要有兩點(diǎn)：（1）PT特性劣化;（2）2C磨煤機(jī)B相電纜發(fā)生間歇性弧光接地故障，系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振，使6 kV ⅡB段母線PT鐵芯飽和，母線PT勵(lì)磁電流增大，引起6 kV ⅡB段母線PT一次保險(xiǎn)熔斷[2]。

4 改造方案

為了從根本上解決電壓互感器一次保險(xiǎn)熔斷問題，保證廠用電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，有必要對(duì)6 kV PT裝置進(jìn)行改造，在改造前臨時(shí)采用綜保裝置[3]實(shí)現(xiàn)動(dòng)力設(shè)備的低電壓保護(hù)功能，提高保護(hù)動(dòng)作可靠性。

查閱國(guó)家能源局文件《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》[4]（國(guó)能安全〔2014〕161號(hào)）可知，為防止中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)發(fā)生由于電磁式電壓互感器飽和產(chǎn)生的鐵磁諧振過電壓，可采取以下措施：

（1）選用勵(lì)磁特性飽和點(diǎn)較高的在1.9Um/■電壓下，鐵芯磁通不飽和的電壓互感器。

（2）在電壓互感器（包括系統(tǒng)中的用戶站）一次繞組中性點(diǎn)對(duì)地間串接線性或非線性消諧電阻、加零序電壓互感器，或者在開口三角繞組加阻尼或其他專門消除此類諧振的裝置。

（3）10 kV及以下用戶電壓互感器一次中性點(diǎn)應(yīng)不直接接地。

綜合以上考慮，為徹底解決PT一次保險(xiǎn)熔斷問題，采取將現(xiàn)有PT更換為勵(lì)磁性能好、抗飽和能力強(qiáng)的大容量全絕緣型PT，并在PT一次側(cè)中性點(diǎn)加裝一次消諧裝置的方案。

4.1? ? PT選擇

選擇全絕緣型電壓互感器的原因如下[5]：

（1）接線方式不同。半絕緣電壓互感器一次中性點(diǎn)必須直接接地運(yùn)行，由于近幾年脫硫脫硝改造、供熱改造，6 kV母線段上并聯(lián)的PT越來越多，諸多的半絕緣電壓互感器并聯(lián)運(yùn)行，在系統(tǒng)稍有不對(duì)稱時(shí)，很容易激發(fā)形成高幅值的鐵磁諧振過電壓，電壓互感器并聯(lián)數(shù)越多越容易發(fā)生這種情況;全絕緣型電壓互感器既可以直接接地運(yùn)行，又可以間接接地運(yùn)行，還可以V形接線不接地運(yùn)行。

（2）消諧措施不同。半絕緣電壓互感器只能在二次開口三角繞組上采取措施，或加裝專用消諧器，或并聯(lián)燈泡，或并聯(lián)電阻消除諧振;全絕緣型電壓互感器除了可以采取上述措施外，還可以在一次中性點(diǎn)對(duì)地間串接線性或非線性消諧電阻、加裝零序電壓互感器等消諧裝置。

（3）單相接地承受的電壓不同。半絕緣電壓互感器在正常運(yùn)行中只承受相電壓，全絕緣型電壓互感器運(yùn)行中可以承受線電壓。半絕緣電壓互感器在系統(tǒng)單相接地時(shí)，需要承受線電壓的沖擊，一般運(yùn)行不得超過2 h，長(zhǎng)期運(yùn)行可能造成擊穿故障;全絕緣型電壓互感器在系統(tǒng)單相接地時(shí)，承受的是額定電壓，由于正常運(yùn)行處于降壓運(yùn)行狀態(tài)，勵(lì)磁性能比較好，可有效防止鐵磁諧振過電壓。

綜上所述，半絕緣電壓互感器在中性點(diǎn)不接地的6 kV配電系統(tǒng)運(yùn)行中，容易發(fā)生鐵磁諧振過電壓，導(dǎo)致電壓互感器一次保險(xiǎn)熔斷，燒毀電壓互感器，甚至引發(fā)系統(tǒng)事故，嚴(yán)重危及繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的正確動(dòng)作，影響計(jì)量的正確性，易造成測(cè)量數(shù)據(jù)丟失。由此可見，6 kV配電系統(tǒng)中不宜選用半絕緣電壓互感器，應(yīng)更換為全絕緣型電壓互感器，安全運(yùn)行效果更可靠，有利于采取多種形式的消諧措施，確保設(shè)備安全運(yùn)行。

本次改造通過經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較，選擇了大連第一互感器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的JDZX9-6G4型電壓互感器。該互感器為單相雙線圈全封閉產(chǎn)品，采用全絕緣結(jié)構(gòu)，鐵芯用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片繞成環(huán)形，一、二次繞組和鐵芯均澆注在環(huán)氧樹脂內(nèi)，絕緣性能優(yōu)良，耐污穢、耐潮濕性能良好，二次出線有接線護(hù)罩，護(hù)罩上有使用便利的出線槽。該互感器適用于額定電壓為6 kV及以下的電力系統(tǒng)，供電壓、電能測(cè)量及繼電保護(hù)使用。

4.2? ? 一次消諧器的選擇

一次消諧器是安裝在6～35 kV PT一次繞組Y0接線中性點(diǎn)與地之間的高容量非線性元件，起到阻尼與限流的作用。即在6～35 kV電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，母線上Y0接線的PT一次繞組將成為該系統(tǒng)對(duì)地的唯一金屬性通道。單相接地或消失時(shí)，電網(wǎng)對(duì)地電容通過PT一次繞組有一個(gè)充放電的過渡過程。試驗(yàn)測(cè)得此時(shí)常常有最高幅值達(dá)數(shù)安培的工頻半波涌流通過PT，此電流有可能將PT一次保險(xiǎn)（0.5 A）熔斷。而安裝了一次消諧器后，這種涌流得到了有效抑制，一次保險(xiǎn)不再因?yàn)檫@種涌流而熔斷，對(duì)限制互感器鐵磁諧振過電壓的效果比較明顯，能有效抑制弧光接地時(shí)流過電壓互感器一次繞組的電流，防止電壓互感器燒毀，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地后可較長(zhǎng)時(shí)間保護(hù)電壓互感器免受損傷。本次改造選用的是保定市科威電力科技有限公司生產(chǎn)的一次消諧器，型號(hào)為KWYX-6 kV，能夠完全滿足本次改造的性能要求[6]。

在PT一次繞組中性點(diǎn)與地之間串入一次消諧器后會(huì)增加PT二次側(cè)三次諧波電壓。這是由于PT一次繞組的勵(lì)磁電流中含有大量的三次諧波分量，三相對(duì)稱系統(tǒng)中，三次諧波電流是零序方向，即3個(gè)PT中的三次諧波電流是同一個(gè)方向，都流過PT一次繞組中性點(diǎn)與地之間的消諧器，必然在消諧器上產(chǎn)生三次諧波電壓，此電壓會(huì)使開口三角兩端電壓升高（約5～10 V），需增加一個(gè)附件以消除因上述原因造成的電壓升高情況。選擇同為保定市科威電力科技有限公司生產(chǎn)的一次消諧附件，型號(hào)為KWYX-JF，此附件只有日光燈“跳泡”般大小，可以直接接在端子排的開口三角da、dn兩端，以免由于消諧器引起的開口三角電壓升高。改造后的6 kV母線PT接線如圖2所示。

5 結(jié)語

改造完成后，6 kV系統(tǒng)多次發(fā)生過單相接地事故，最嚴(yán)重的一次事故是I期柱塞備變高壓側(cè)電纜C相發(fā)生間歇性接地故障，運(yùn)行人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，2 h后發(fā)展成B、C相間短路，造成I期柱塞備變開關(guān)跳閘，接地故障消失，PT經(jīng)受住了2 h的考驗(yàn)，一次保險(xiǎn)完好無損，證明本次改造是成功的。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 危成林.電壓互感器高壓熔斷器頻繁熔斷的原因及處理研究[J].通訊世界，2019，26（2）：183-184.

[2] 宋建鋼.電壓互感器高壓熔斷器熔體熔斷故障分析及處理[J].電世界，2016，57（9）：16-19.

[3] RCS-9600CN系列廠用電保護(hù)測(cè)控裝置技術(shù)和使用說明書[Z].

[4] 防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求：國(guó)能安全〔2014〕161號(hào)[A].

[5] 電流互感器和電壓互感器選擇及計(jì)算規(guī)程：DL/T 866—2015[S].

[6] 保定市科威電力科技有限公司.KWYX-6 kV消諧器說明書[Z].

收稿日期：2020-03-29

作者簡(jiǎn)介：鄭祥云（1981—），男，山東沂水人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。