Pomalá výbušná pojistka: Příčiny detekce a prevence

I. Struktura pojistky a analýza příčin

Pomalé spálení pojistky:
Podle konstrukčního principu pojistek se při průchodu velkého zkratového proudu skrz pojistný element, díky kovovému efektu (určité taveniny se stávají tavitelnými za specifických podmínek slitiny), pojistka nejprve roztopí na místě svařené cínové kuličky. Vzniklá elektrická oblouková vlna pak rychle vypaří celý pojistný element. Vzniklý oblouk je rychle uhašen kvarcovým pískem.

Nicméně, v důsledku tvrdých provozních podmínek může pojistný element stárnout pod kombinovaným vlivem gravitace a tepelné akumulace. To může vést k prasknutí pojistky i při normálním proudovém zatížení. Protože pojistka spálí při normálním proudu, proces tavení je pomalý. Jak odpor pojistky postupně roste, amplituda fázového napětí klesá, což může vést k nesprávnému chování asociovaných ochranných relé.

Dopad pomalého spálení pojistky PT:
Pokud se pojistka vysokého napětí na straně PT nevyčistí do určeného času, odpor pojistné trubice nepřetržitě roste, což způsobuje stabilní snížení sekundárního výstupního napětí napěťového transformátoru (TV).

II. Rizika spojená s pomalým spálením pojistky PT

• Systém excitačních systémů aktivuje vynucené pole, což vede k zapnutí ochrany proti přetěžení a přepětí.

• Nesprávné fungování ochrany proti zemnímu zkratu statoru.

• Přetížení generátoru a turbíny, což v extrémních případech může vést k poškození zařízení.

III. Analýza příčin

• Různé materiály použité pro primární zapojení kontaktů výstupního napěťového transformátoru způsobují oxidové vrstvy a špatný kontakt; volná spojková matice zvyšuje teplotu na pojistce.

• Vysoká okolní teplota kolem pojistky PT. Pojistný element je vyroben ze slitiny s nízkou teplotou tavení a je velmi tenký—samotná mechanická vibrační síla může způsobit její prasknutí.

• Špatná kvalita pojistek PT je náchylná k degradaci nebo předčasnému selhání během provozu.

• Přechodné přepětí způsobené náhlým uzavřením spínače nebo občasným obloukovým zazemlením může způsobit ferrorezonanci, což vede ke spálení primárních a sekundárních pojistek v napěťových transformátorech.

• Nízkofrekvenční nasycenost proudu může způsobit spálení primárních a sekundárních pojistek v napěťových transformátorech.

• Snížení izolace nebo zkraty v primárních/sekundárních cívkách napěťového transformátoru, nebo degradace izolace v harmonickém tlumiči, mohou způsobit spálení pojistek.

• Jednofázové zemní zkraty mohou vést k shoření napěťového transformátoru.

• Generátory jsou obvykle zazemleny prostřednictvím koilky potlačující oblouky na neutrálním bodu. Toto uspořádání však může zesílit posunutí neutrálního bodu, což vedlo by k tomu, že jedna nebo dvě fáze by měly dlouhou dobu výrazně vyšší napětí než normální, což může vést k spálení pojistky PT.

IV. Preventivní opatření

• Pro oxidaci a špatný kontakt primárních zapojení kontaktů v důsledku neshody materiálů proveďte během údržby leštění povrchu kontaktu a naneste vodivou mast.

• Pro řešení nestability kvality pojistek nahrazujte vysokonapěťové primární pojistky pravidelně podle plánu údržby zařízení. Povrchy kontaktů musí být deoxidovány a pokryty vodivou mastí.

• Pro systémy s vysokou vibrací: po posunutí vozíku PT do pracovní pozice ověřte, že všechny vodivé spoje jsou pevné a bez volnosti. Pokud je to nutné, vyndejte vozík a zpevněte matice. Během výpadků jednotky, kdy není prováděno žádné práce na primární části generátoru nebo na cestě PT generátoru, udržujte PT v rezervě (neodpojujte ho). Otevřete pouze sekundární spínač. To minimalizuje časté vkládání a vyndávání, což previne pád pojistky, mechanické poškození nebo špatný kontakt s držákem kontaktních prvků—což snižuje pravděpodobnost selhání vysokonapěťové pojistky. (Než bude generátor umístěn do horké pohotovosti, musí provozní personál ověřit integritu primární pojistky PT.)

• Během jednofázových zemních zkratů, pokud generátor pracuje při nominální frekvenci, může dosahovat přechodné přepětí na zdravých fázích až 2,6 krát nominální fázové napětí. Proto musí být výstupní napěťové transformátory generátoru vybrány tak, aby odolaly těmto přepětím:

• Odolnost proti ustálenému přepětí ≥ linkové napětí

• Odolnost proti přechodnému přepětí ≥ 2,6 × nominální fázové napětí
  Výběr pojistky PT musí nejen izolovat interní zkraty transformátoru, ale také chránit před přepěťovými podmínkami, jako je nárůst napětí a ferrorezonance.

Primární potlačení harmonických kmitočtů: Nainstalujte napěťový transformátor zemnění mezi neutrálním bodem VT a zemí. To efektivně potlačí nebo eliminuje přepětí v primární cívce a previne ferrorezonanci a shoření transformátoru.

Sekundární potlačení harmonických kmitočtů: Nainstalujte tlumič (sekundární potlačovač harmonických kmitočtů) napříč otevřeným deltoidem zbytkové cívky VT. Moderní mikroprocesorové potlačovače harmonických kmitočtů detekují začínající rezonanci a okamžitě připojí tlumič odporu k eliminaci ferrorezonance. Když je neutrální bod generátoru zazemlen přes koilku potlačující oblouky (její induktance je mnohem menší než magnetizační induktance VT), je efektivně prevence ferrorezonančního přepětí. Proto nemusí být ferrorezonance brána v úvahu při analýze spálení pojistky PT.

Skoordinovali se s výrobci excitačních systémů, aby se zajistilo, že regulátor excitačního systému zahrnuje logiku pro detekci pomalého spálení primární pojistky PT (zvažující scénáře jednofázové, dvoufázové a třífázové selhání pojistek) a sekundárního obvodu. Po detekci poruchy PT by hlavní kanál excitačního systému měl automaticky přepnout z režimu AVR do režimu FCR, nebo přepnout na záložní kanál. Upravte prahové hodnoty v logice detekce poruchy PT, abyste snížili neúmyslné zapnutí vynuceného pole v důsledku špatného kontaktu v obvodu PT, což zlepší citlivost a spolehlivost systému.

V. Metody detekce pomalého spálení pojistky PT

Kritérium 1: Zavedení nulové a negativní sekvence napětí

a) Metoda nulové sekvence napětí
Sledujte otevřené deltoidní napětí na sekundární straně PT. Porovnejte nulové sekvence napětí na terminálu generátoru s nulovou sekvencí napětí na neutrálním bodu. Pokud absolutní rozdíl přesáhne nastavenou hranici, indikuje to pomalé spálení pojistky PT. V tomto případě musí být blokováno kritérium statorového negativního sekvence proudu.

b) Metoda negativní sekvence napětí
Excitační systém měří pouze napětí na terminálu generátoru, nikoli napětí na neutrálním bodu, což činí metodu nulové sekvence nepoužitelnou. Místo toho rozložte sekundární napětí PT, abyste získali složku negativní sekvence. Pokud negativní sekvence napětí přesáhne nastavenou hranici, indikuje to pomalé spálení primární pojistky PT. Kritérium statorového negativního sekvence proudu musí být také blokováno.

Kritérium 2:
UAB – Uab > 5V
UBC – Ubc > 5V
UCA – Uca > 5V

Klíčový bod: Použijte metody nulové, negativní sekvence a porovnání napětí. Nikdy nepoužívejte pozitivní sekvenci napětí (používanou ochrannými relémi) k detekci selhání primární pojistky PT, protože fáze, která je prasklá, stále indukuje napětí (není nula), což může nesplňovat kritéria pozitivní sekvence.

Pomalené spálení primární pojistky PT způsobí nerovnováhu indukovaného sekundárního EMF, což vede k napětí v otevřeném deltoidu a aktivaci alarmu nulové sekvence. Tento jev neskončí s při spálení sekundární pojistky—toto je primární odlišující kritérium mezi selháním primární a sekundární pojistky.

Pomalené spálení primární pojistky PT sníží indukované sekundární napětí (protože ostatní dvě fáze stále produkují tok v jádru), takže odpovídající sekundární fázové napětí klesá. Naopak, spálení sekundární pojistky odstraní cívek z obvodu, což vede k tomu, že fázové napětí klesne na nulu.