关于35KV高压PT断线与高压变频故障关联原因的研讨

关于35KV高压PT断线与高压变频故障关联原因的研讨

孙启健

（山东汇丰石化集团有限公司）

摘要：高压变频使用的35KV开关柜由进线柜AH1、PT柜AH2、出线柜AH3三面柜组成，系统内的容性元件主要是电缆和主母线，感性负载主要为PT互感器、变压器。在35KV中性点非接地系统中，一般都使用电磁式PT。为了测量三相对地电压和监视设备对地绝缘，PT 的中性点直接接地。高压回路线路对地存在分布电容，再加上电压互感器的非线性铁磁元件电感的存在，这就具备了构成谐振的必要条件。而35KV高压PT断线与高压变频故障之间存在关联，一旦系统电压发生扰动，系统电压扰动就可能引发谐振，从而导致高压PT断线和高压变频故障的发生。

关键词：高压变频器；欠压；PT断线；谐振

一、设备故障概况

2022年12月24日9点20左右，化工部热泵压缩机出现转速间断波动情况，配电室检查35kV进线PT存在B相电压异常，相电压降至14.3kV（正常电压20.6kV左右），将压缩机的变频器cp_uva（低电压穿越门槛值）参数由80%调整至20%暂时运行。运行期间发现电压有不断下降趋势，电压降至9.9kV左右。电气组协调热泵压缩机停机更换进线PT保险，同时将进线PT保险容量由原先0.5A改为1A，更换完毕，9点38分开机运行正常。

2023年1月11日7:14 接工艺通知，产品气压缩机转速异常，配电室内查看产品压缩机35kV进线柜C相电压低。将产品气压缩机变频器参数cp_uva（低电压穿越门槛值）80%调整到1%，恢复正常。

二、故障原因分析

连续两台压缩机发生PT电压异常问题后，通过对故障现象进行分析，初步分析有三方面的可能的原因：PT保险容量小、35kV系统存在谐波 、35KV系统谐振引起保险损坏、PT保险容量较小。

1、热泵压缩机及产品气压缩机原保险为0.5A（0.5A的保险的截面，是规定允许的最小截面（约0.2mm），正常运行状况下，高压侧电流比0.5A要小，但是如果选择额定电流再小，则熔丝更细细，就不能满足机械强度的要求），该型号的保险为电路用可灭弧保险（内部填充石英砂用于灭弧），由于保险丝线径较细（直径小于0.28mm），存在保险熔丝机械强度因制作、运输、安装等环节引起的参数改变，从而影响保险的载流量。

2、35KV谐波干扰

产品气压缩机及热泵压缩机都是35kV高压变频器，设备运行过程中，存在产生并向网上反馈谐波的现象，谐波的存在会对PT保险产生一定的脉冲冲击，存在影响PT保险熔丝寿命的可能性，考虑谐波频率较高但瞬时能量较小，瞬时直接导致PT熔断的可能性较小。

3、35KV系统谐振引起保险损坏（系统产生铁磁谐振）

高压变频使用的35KV开关柜由进线柜AH1、PT柜AH2、出线柜AH3三面柜组成，系统内的容性元件主要是电缆和主母线，感性负载主要为PT互感器、变压器。在35KV中性点非接地系统中，一般都使用电磁式PT。为了测量三相对地电压和监视设备对地绝缘，PT 的中性点直接接地。高压回路中谐振形成的潜在条件，主要在于线路对地的分布电容和电压互感器中的非线性铁磁元件电感相互作用。系统电压发生扰动时，尤其是当感抗等于容抗时，可能触发铁磁谐振，这一现象持续时间相对较长，导致地电压升高，有可能达到额定电压的数倍。这高地电压状态可能引发多种问题，包括瓷绝缘放电、绝缘子和套管等铁件的电晕，甚至可能导致设备损坏。具体而言，导致铁磁谐振的原因涉及多个方面：

1）中性点不接地引发系统单相接地或不对称负荷： 在35KV系统中，如果中性点未接地或存在单相接地、单相断线或跳闸等情况，将导致系统中性点电压发生变化，这种变化可能构成铁磁谐振的条件，尤其是在电容性负荷存在的情况下。

2）电压互感器铁芯饱和： 使用中性点接地的电压互感器时，铁芯的饱和程度成为一个关键因素。如果铁芯过早饱和，即在正常操作条件下，会导致铁磁谐振的发生，这可能是由于系统配置或互感器设计不当引起的。

3）倒闸操作引发电流波动： 在系统运行中，特别是在倒闸操作过程中，如三相断路器不同期分合时，可能引起电流波动，这种波动可能改变系统的电气条件，进而促使铁磁谐振的发生。

4）谐波电流引起互感器饱和： 系统中存在的谐波电流，可能引起电压互感器内部铁芯的饱和，饱和的铁芯会导致二次侧波形畸变，足够大的畸变可能引发铁磁谐振。

在35KV中性点非有效接地系统中， PT 铁磁谐振过电压是出现最频繁、造成事故很多的一种内部过电压。

近期我们又针对上述三方面的原因，组织技术力量进行了分析讨论：

1、熔断器熔丝问题因设备运行暂时无法进行排查，通过与业内技术人员、设备厂家沟通交流，外部技术人员建议将保险更换为1A或2A。我们认为不排除PT熔丝机械特性改变的可能性，同时为保证设备真正出现一次回路异常时保险能可靠熔断，我们将PT 保险由0.5A更换为1A。

2、谐波频率较高但瞬时能量较小，瞬时直接导致PT熔断的可能性较小

3、我公司产生这两次PT熔断故障时，虽然并未出现雷电、接地故障切除、系统空线路合闸等情况，但考虑测量系统出现铁磁谐振引起PT断线的可能性更大。

四、结论及整改措施

1、将热泵压缩机35kV 进线PT保险由原先0.5A更换为2A，防止因保险容量不足导致再次损坏。

2、在PT柜增加一次消谐或二次消谐装置，避免铁磁谐振干扰。

3、对系统构成复杂的回路，应准备好需要更换保险备件，定期停机更换。