一起6kV厂用电母线PT保险熔断事故的原因分析及解决方案

郑祥云　王涧波　陈宁

摘要：以某机组因一台磨煤机单相接地故障引起机组非停为例，分析了导致6 kV厂用电母线PT三相保险熔断的原因。通过查阅行业反措要求及相关规程，提出了解决方案，对6 kV PT装置进行了改造。改造完成后，没有发生过PT保险熔断事故，改造效果明显。

关键词：6 kV厂用电;单相接地;PT保险熔断

0 引言

一般情况下，6 kV厂用电中性点不接地系统若发生单相接地故障，允许系统继续运行2 h，只要求保护装置发出报警信号，给运行人员一定的时间隔离故障设备。但是，当系统发生接地故障时，会产生3倍左右相电压的过电压，最大可达3.5倍[1]，极易造成系统绝缘损坏，还可能造成PT保险单相或三相熔断，甚至烧毁PT，给机组的安全运行造成严重隐患。

1 事故经过

本次事故中一台磨煤机单相接地故障，导致PT三相保险熔断，PT保护装置低电压保护动作，联跳所在母线的所有动力设备，造成锅炉MFT、机组跳闸。事故经过如下：

2018-04-28T19：17：00，2號发电机有功功率为261 MW，无功功率为118.2 Mvar，6 kV ⅡA、ⅡB段由#2高厂变供电。

19：18：03，2号机组DCS发出“6 kV ⅡB段母线接地”报警;19：20：24，发出“6 kV ⅡB段电压回路断线”报警，6 kV ⅡB段厂用电快切装置切换动作，备用电源开关6204开关合闸;19：20：27，发出“厂用6 kV ⅡB段故障跳闸”综合信号;19：20：27—19：20：30，6 kV ⅡB段高压动力设备相继跳闸，DCS画面上6 kV ⅡB段母线电压指示为零。

19：20：37，#2汽泵跳闸，触发RB，电泵联启成功;19：21：46，汽包水位为-300 mm，汽包水位低三值保护动作，锅炉MFT、机组跳闸。

2 检查情况

6 kV高压厂用电系统由一台Δ/Δ/Δ接线的分裂绕组变压器供电，一台Y/Δ/Δ接线的分裂绕组变压器作为备用电源供电，其低压侧为不接地系统。6 kV厂用电系统接线图如图1所示。

检查情况如下：

（1）6 kV ⅡB段母线PT一次保险三相熔断。

（2）6 kV ⅡB段母线PT柜“低电压Ⅰ段”“低电压Ⅱ段”保护动作，低电压Ⅰ段动作值为70 V、动作时间为0.5 s，低电压Ⅱ段动作值为45 V、动作时间为9 s，实际动作情况与定值设置情况一致。

（3）2C磨煤机综保装置面板告警指示灯亮，测量2C磨煤机电机电缆对地绝缘为零，就地检查2C磨煤机B电机接线盒，观察到有孔破裂，打开接线盒检查发现B相电缆接线线鼻子绝缘破损，接线盒有放电痕迹。

（4）调取#2发变组故障录波器相关录波文件，显示6 kV ⅡB段母线电压消失前，三相线电压波形畸变严重，表明此时6 kV ⅡB段母线PT电压传变特性已经劣化。

3 PT一次保险熔断的原因分析

6 kV ⅡB段母线PT为天水长开互感器制造有限公司生产的JDZX10-6B型单相全封闭半绝缘浇注电磁型电压互感器，一次保险额定电流0.5 A，一次中性点直接接地。一次保险型号为RN2-72。

造成PT一次保险熔断的原因可能有：

（1）互感器内部线圈发生匝间、层间或相间短路及一相接地故障。

（2）电压互感器一、二次回路故障，可能造成电压互感器过电流。

（3）系统发生铁磁谐振。在中性点不接地系统中，由于发生单相接地，使母线或线路的电容与电压互感器的电感构成振荡回路，引起谐振，造成过电压、过电流。

针对6 kV公用ⅡB段母线PT一次保险熔断事故，校验母线PT，结果如表1所示。

由表1可知，三相PT直阻及绝缘正常，表明不存在互感器内部线圈发生匝间、层间或相间短路及一相接地故障;倍频感应耐压试验合格，其励磁特性试验数据良好，表明PT无异常。通过对客观数据进行分析，可能是由于系统发生铁磁谐振造成PT一次保险熔断，但也不能排除PT某些特性劣化的可能。因为6 kV工作段和公用段PT多次发生过PT一次保险熔断事故，但是与6 kV工作段相连的供热段母线、与公用段相连的脱硫段母线从未发生过PT保险熔断事故（PT一次接线方式相同），说明虽然PT试验合格，但不能排除PT特性存在劣化的可能。

综上分析可知，造成6 kV ⅡB段母线PT一次保险熔断的原因主要有两点：（1）PT特性劣化;（2）2C磨煤机B相电缆发生间歇性弧光接地故障，系统发生铁磁谐振，使6 kV ⅡB段母线PT铁芯饱和，母线PT励磁电流增大，引起6 kV ⅡB段母线PT一次保险熔断[2]。

4 改造方案

为了从根本上解决电压互感器一次保险熔断问题，保证厂用电系统的安全稳定运行，有必要对6 kV PT装置进行改造，在改造前临时采用综保装置[3]实现动力设备的低电压保护功能，提高保护动作可靠性。

查阅国家能源局文件《防止电力生产事故的二十五项重点要求》[4]（国能安全〔2014〕161号）可知，为防止中性点非直接接地系统发生由于电磁式电压互感器饱和产生的铁磁谐振过电压，可采取以下措施：

（1）选用励磁特性饱和点较高的在1.9Um/■电压下，铁芯磁通不饱和的电压互感器。

（2）在电压互感器（包括系统中的用户站）一次绕组中性点对地间串接线性或非线性消谐电阻、加零序电压互感器，或者在开口三角绕组加阻尼或其他专门消除此类谐振的装置。

（3）10 kV及以下用户电压互感器一次中性点应不直接接地。

综合以上考虑，为彻底解决PT一次保险熔断问题，采取将现有PT更换为励磁性能好、抗饱和能力强的大容量全绝缘型PT，并在PT一次侧中性点加装一次消谐装置的方案。

4.1    PT选择

选择全绝缘型电压互感器的原因如下[5]：

（1）接线方式不同。半绝缘电压互感器一次中性点必须直接接地运行，由于近几年脱硫脱硝改造、供热改造，6 kV母线段上并联的PT越来越多，诸多的半绝缘电压互感器并联运行，在系统稍有不对称时，很容易激发形成高幅值的铁磁谐振过电压，电压互感器并联数越多越容易发生这种情况;全绝缘型电压互感器既可以直接接地运行，又可以间接接地运行，还可以V形接线不接地运行。

（2）消谐措施不同。半绝缘电压互感器只能在二次开口三角绕组上采取措施，或加装专用消谐器，或并联灯泡，或并联电阻消除谐振;全绝缘型电压互感器除了可以采取上述措施外，还可以在一次中性点对地间串接线性或非线性消谐电阻、加装零序电压互感器等消谐装置。

（3）单相接地承受的电压不同。半绝缘电压互感器在正常运行中只承受相电压，全绝缘型电压互感器运行中可以承受线电压。半绝缘电压互感器在系统单相接地时，需要承受线电压的冲击，一般运行不得超过2 h，长期运行可能造成击穿故障;全绝缘型电压互感器在系统单相接地时，承受的是额定电压，由于正常运行处于降压运行状态，励磁性能比较好，可有效防止铁磁谐振过电压。

综上所述，半绝缘电压互感器在中性点不接地的6 kV配电系统运行中，容易发生铁磁谐振过电压，导致电压互感器一次保险熔断，烧毁电压互感器，甚至引发系统事故，严重危及继电保护和自动装置的正确动作，影响计量的正确性，易造成测量数据丢失。由此可见，6 kV配电系统中不宜选用半绝缘电压互感器，应更换为全绝缘型电压互感器，安全运行效果更可靠，有利于采取多种形式的消谐措施，确保设备安全运行。

本次改造通过经济、技术比较，选择了大连第一互感器有限责任公司生产的JDZX9-6G4型电压互感器。该互感器为单相双线圈全封闭产品，采用全绝缘结构，铁芯用优质冷轧硅钢片绕成环形，一、二次繞组和铁芯均浇注在环氧树脂内，绝缘性能优良，耐污秽、耐潮湿性能良好，二次出线有接线护罩，护罩上有使用便利的出线槽。该互感器适用于额定电压为6 kV及以下的电力系统，供电压、电能测量及继电保护使用。

4.2    一次消谐器的选择

一次消谐器是安装在6～35 kV PT一次绕组Y0接线中性点与地之间的高容量非线性元件，起到阻尼与限流的作用。即在6～35 kV电网中性点不接地系统中，母线上Y0接线的PT一次绕组将成为该系统对地的唯一金属性通道。单相接地或消失时，电网对地电容通过PT一次绕组有一个充放电的过渡过程。试验测得此时常常有最高幅值达数安培的工频半波涌流通过PT，此电流有可能将PT一次保险（0.5 A）熔断。而安装了一次消谐器后，这种涌流得到了有效抑制，一次保险不再因为这种涌流而熔断，对限制互感器铁磁谐振过电压的效果比较明显，能有效抑制弧光接地时流过电压互感器一次绕组的电流，防止电压互感器烧毁，当系统发生单相接地后可较长时间保护电压互感器免受损伤。本次改造选用的是保定市科威电力科技有限公司生产的一次消谐器，型号为KWYX-6 kV，能够完全满足本次改造的性能要求[6]。

在PT一次绕组中性点与地之间串入一次消谐器后会增加PT二次侧三次谐波电压。这是由于PT一次绕组的励磁电流中含有大量的三次谐波分量，三相对称系统中，三次谐波电流是零序方向，即3个PT中的三次谐波电流是同一个方向，都流过PT一次绕组中性点与地之间的消谐器，必然在消谐器上产生三次谐波电压，此电压会使开口三角两端电压升高（约5～10 V），需增加一个附件以消除因上述原因造成的电压升高情况。选择同为保定市科威电力科技有限公司生产的一次消谐附件，型号为KWYX-JF，此附件只有日光灯“跳泡”般大小，可以直接接在端子排的开口三角da、dn两端，以免由于消谐器引起的开口三角电压升高。改造后的6 kV母线PT接线如图2所示。

5 结语

改造完成后，6 kV系统多次发生过单相接地事故，最严重的一次事故是I期柱塞备变高压侧电缆C相发生间歇性接地故障，运行人员未能及时发现，2 h后发展成B、C相间短路，造成I期柱塞备变开关跳闸，接地故障消失，PT经受住了2 h的考验，一次保险完好无损，证明本次改造是成功的。

[参考文献]

[1] 危成林.电压互感器高压熔断器频繁熔断的原因及处理研究[J].通讯世界，2019，26（2）：183-184.

[2] 宋建钢.电压互感器高压熔断器熔体熔断故障分析及处理[J].电世界，2016，57（9）：16-19.

[3] RCS-9600CN系列厂用电保护测控装置技术和使用说明书[Z].

[4] 防止电力生产事故的二十五项重点要求：国能安全〔2014〕161号[A].

[5] 电流互感器和电压互感器选择及计算规程：DL/T 866—2015[S].

[6] 保定市科威电力科技有限公司.KWYX-6 kV消谐器说明书[Z].

收稿日期：2020-03-29

作者简介：郑祥云（1981—），男，山东沂水人，硕士，高级工程师，研究方向：电力系统继电保护。