基于风电场电压互感器高压熔断器熔断原理分析

基于风电场电压互感器高压熔断器熔断原理分析

赵禹铭

（内蒙古华电蒙东能源有限公司；内蒙古 通辽 028000）

摘 要：电力系统中重要的测量和保护设备是电压互感器（PT），电压互感器和主电路需要高压熔断器进行保护。高压熔断器以其结构简单、维护方便等优点被广泛应用于电力系统中。本文对电压互感器高压熔断器熔断原理进行了分析。

关键词:电压互感器高压熔断器原理

高压熔断器是电气系统中最简单的保护装置，它的重要功能是保护电气设备免受过载和短路的影响。不同类型的高压熔断器是根据安装的要求和用途确定的。我们常用的熔断器是A型熔断器，一些特殊设备需要特殊的高压熔断器。高压熔断器主要保护高压输电线路、电压互感器等设备免于过载和短路。

1.相关概念

1.1电压互感器

电压互感器(PT) 是一种转换电压的仪器。电压互感器与变压器类似，但变压器变换电压主要是为了更方便地输送电力，所以变压器容量大，一般计算单位以kVA为单位；电压互感器变换电压主要用于测量仪表和继电保护电源装置的，主要功能是测量电压、电能、线路功率和保护线路中的贵重设备、电动机和变压器。可以看出，电压互感器的容量很小，一般在几伏安，几十伏安，不会超过一千伏安。

1.2高压熔断器

高压容电器连接到电路中，当电流超过规定的时间和额定值时，熔断器保护装置使电路断开，它是一种热能响应装置。熔断器中使用高强度熔断易熔合金或具有小截面积的良导体构成。高压熔断器是线路中最弱的一部分，这样能够保护线束和其它设备，当线路系统中发生短路或者严重过载的时候，段容器的熔片或熔丝就会很快熔断，从而起到对电路和电器设备进行保护的作用。

2.高压熔断器的工作原理

高压熔断器串联在电路中，它是故障电流或过载电流的保护元件，当异常电流通过熔断器的保护区域时，熔断器就会出现发热，熔化，接着汽化，最后形成电弧。然后会被多种预设灭弧措施灭弧,进而使故障电流或过载电流得到保护。熔断器虽然是一次性保护，在供电恢复时更换熔管需要很长时间，但熔断器价格低廉,同时特定的场合具有优异的保护的特点,所以在保护电路中仍然被大量使用。熔断器的主要特性之一是预电弧时间。预电弧时间是从熔断器熔断电流开始到电弧发生时刻的时间间隔，各种熔断器规格都有预电弧时间，由于各种规格的熔器特性是分散的，所以弧前时间是上下限曲线包围的区域。

3.高压熔断器熔断原因分析

本文以某风电厂35k V侧电压互感器熔断器运行期间异常爆裂为例，对熔断器熔断进行分析与探讨。

3.1电压互感器二次侧短路故障解析

在实际应用中，为了获得理想的电压源，在网络运行中，电磁式电压互感器与补偿电感线圈串联。此时电感与分压等效电容形成谐振，减小负载，使输出电压误差的影响大大减小。变压器正常运行时的漏阻抗比较小，当二次侧发生短路故障时，其负载阻抗比较小，这使得整个计算比较大，使得电磁式互感器的一次侧电流值较大，二次侧熔断器开关短路电流时，电磁式电压互感器一次侧承受过电流，其短路电流可达额定电流的数十倍，使熔断器短路容量超过与其相连的电磁电压互感器的容量。熔断器电流电动力远高于熔断的熔断器熔体的承受能力，导致电压互感器的二次侧熔断器熔断[2]。

3.2运行中铁芯饱和分析

在运行中，在空载情况下关闭电路会导致过电压。过电压的发生使电磁电压互感器的铁芯饱和，进而降低励磁电抗，促进稳定的电容和电感谐振，降低系统等效阻抗，增大电流，所以电压互感器熔断器熔断。过电压会使非线性电感元件的铁芯饱和，也使电容稳定与电感谐振，降低回路阻抗，谐振电流会更高。结果，电磁电压互感器的电容器会熔断。由于电磁电压互感器的铁芯饱和，励磁电抗相位减少，此时应注意励磁电流的影响。由于回路中各电阻的阻值减小，在电磁电压互感器的一次侧出现较大的谐振电流。

3.3电压互感器与一次侧电网的谐振分析

电磁式电压互感器的阻抗比较大，相当于一个电容器，线路相当于电抗，共同构成了简单的电路。当电磁电压互感器与线路形成谐波谐振时，电磁电压互感器会产生过电压，使变压互感器铁心饱和，产生较大的谐振过电流，从而引起电磁电压互感器炸裂。

3.4电压互感器二次侧短路故障其他原因解析

（1）熔断器不合理操作于使用

在实际运营中，电磁电压互感器熔断器的额定电流比较低。当一相熔断器熔断时，即使另外一个两相熔断器没有熔断，熔断器也很可能严重损坏或内部熔断特性发生了变化，这时只更换一相熔断器的时候，第二个也需要更换，因为其他两相熔断的概率比较高。更换熔断器时，如果电路中的设备特别是容性设备的放电时间不够，再次工作后，由于熔断器上残留电荷，可能会造成过电压，进而导致铁磁谐振产生过电流，并造成熔断器熔断。

（2）电压互感器二次侧短路故障高频干扰的影响分析

在电压互感器等效回路过程中，由于存在大量的非线性电感和电容元件，所连接的传输线和等效电路会产生高次谐波的侵入，由于二次侧的载波通信设备，会产生高频信号，和电磁电压互感器和连接电路的一些电容和电感参数没有配置合理，就会与这些高频信号的一定频率产生谐振，产生谐振过电流，从而保护电磁式电压互感器设备上的熔断器熔断

[3]。

4.总结

结合相关理论和工程经验，电容式电容式互感器（CVT）与电磁式电压互感器相比，电容式电容式互感器（CVT）不仅可以防止电压互感器铁芯铁饱和，防止磁谐振，还具有监控谐波的效能，除此之外，还具有以下优点体积小、重量轻、成本低，被广泛应用于电力系统。我国电容式电容变压器（CVT）的电压范围为35-500kV。电容式电容互感器(CVT) 几乎涵盖了500kV 系统；其中，在110-220kV使用电容式电容变压器（CVT）具有绝对优势，在新建站台普遍首选，即使电容式互感器（CVT）也取代了电磁电压互感器；但是，在35kV和66kV系统中，电容式电容互感器（CVT）没有价格优势，导致很多变电站仍然使用电磁式电压互感器。

参考文献

[1]隋新世.处理处理电压互感器、站用变高压熔断器熔断的经验[J]. 农村电工.2019(03)

[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(09)

[3]李杭颖.高压熔断器的异常熔断原因探究[J].科技风.2018(02)