Fusible lent à fondre : Causes, Détection et Prévention

I. Structure de la fusible et analyse des causes profondes

Fusible lent à fondre :
En partant du principe de conception des fusibles, lorsque un grand courant de défaut passe par l'élément de fusible, en raison de l'effet métallique (certains métaux réfractaires deviennent fusibles sous des conditions d'alliage spécifiques), le fusible fond d'abord à la boule de soudure d'étain. L'arc qui se forme ensuite vaporise rapidement l'ensemble de l'élément de fusible. L'arc résultant est rapidement éteint par le sable de quartz.

Cependant, en raison d'environnements de fonctionnement difficiles, l'élément de fusible peut vieillir sous l'effet combiné de la gravité et de l'accumulation thermique. Cela peut entraîner une rupture du fusible même sous un courant de charge normal. Puisque le fusible fond sous un courant normal, le processus de fusion est lent. Alors que la résistance du fusible augmente progressivement, l'amplitude de la tension de phase diminue, ce qui peut provoquer un mauvais fonctionnement des relais de protection associés.

Impact de la lenteur de fusion du fusible PT :
Si le fusible côté haute tension du PT ne se dégage pas complètement dans le temps imparti, la résistance du tube de fusible augmente continuellement, causant une diminution constante de la tension de sortie secondaire du transformateur de tension (TV).

II. Dangers de la lenteur de fusion du fusible PT

• Le système d'excitation initie une force de champ, conduisant à une sur-excitation et à l'activation de la protection contre les surtensions.

• Mauvais fonctionnement de la protection contre les défauts au sol du stator.

• Surcharge du générateur et de la turbine, qui peut causer des dommages aux équipements dans des cas graves.

III. Analyse des causes profondes

• Les matériaux différents utilisés dans les contacts de branchement primaire du transformateur de sortie de tension provoquent des couches d'oxydation et un mauvais contact ; les boulons de connexion lâches augmentent la montée en température sur le fusible.

• Température ambiante élevée autour du fusible PT. L'élément de fusible est fait d'un métal à faible point de fusion et est très fin - une simple vibration mécanique peut causer sa rupture.

• Les fusibles PT de mauvaise qualité sont susceptibles de se dégrader ou de tomber en panne prématurément pendant leur fonctionnement.

• Les surtensions transitoires dues à la fermeture brusque d'un disjoncteur ou à un raccordement intermittent par arc peuvent provoquer une ferro-résonance, entraînant la fusion des fusibles primaire et secondaire des transformateurs de tension.

• Le courant de saturation à basse fréquence peut provoquer la fusion des fusibles primaire et secondaire des transformateurs de tension.

• Une isolation réduite ou des courts-circuits dans les enroulements primaire/secondaire du transformateur de tension, ou une dégradation de l'isolation dans le suppresseur harmonique, peuvent provoquer la fusion du fusible.

• Les défauts monophasés vers la terre peuvent entraîner la destruction du transformateur de tension.

• Les générateurs sont généralement mis à la terre via une bobine d'extinction d'arc au point neutre. Cependant, cette configuration peut amplifier la tension de déplacement du point neutre, faisant subir à une ou deux phases des tensions nettement supérieures à la normale pendant de longues périodes, entraînant la fusion du fusible PT.

IV. Mesures préventives

• Pour l'oxydation et le mauvais contact aux contacts de branchement primaire dus à un désaccord de matériau, effectuez un polissage des surfaces de contact lors de la maintenance et appliquez de la graisse conductrice.

• Pour répondre à la qualité instable des fusibles, remplacez les fusibles primaires haute tension périodiquement selon le calendrier de maintenance de l'équipement. Les surfaces de contact doivent être désoxydées et recouvertes de graisse conductrice.

• Pour les systèmes à forte vibration : après avoir poussé le chariot PT en position de service, vérifiez que toutes les connexions conductrices sont sécurisées et exemptes de lâcheté. Si nécessaire, retirez le chariot et serrez les boulons. Pendant les arrêts d'unité sans travail sur le circuit primaire du générateur ou le circuit PT de sortie du générateur, maintenez le PT de sortie du générateur en veille (ne le déconnectez pas). Ouvrez uniquement le disjoncteur secondaire. Cela minimise les insertions/suppressions fréquentes, empêchant la chute du fusible, les dommages mécaniques ou le mauvais contact avec les ressorts de prise, réduisant ainsi la probabilité de défaillance du fusible haute tension. (Avant de placer le générateur en veille chaude, le personnel opérationnel doit vérifier l'intégrité du fusible PT primaire.)

• Lors des défauts monophasés vers la terre, si le générateur fonctionne à la fréquence nominale, la surtension transitoire sur les phases saines peut atteindre jusqu'à 2,6 fois la tension de phase nominale. Par conséquent, les transformateurs de tension de sortie du générateur doivent être sélectionnés pour supporter ces surtensions :

• Tenue à la surtension statique ≥ tension de ligne

• Tenue à la surtension transitoire ≥ 2,6 × tension de phase nominale
  La sélection du fusible PT doit non seulement isoler les courts-circuits internes du transformateur, mais aussi protéger contre les conditions de surtension telles que la montée en tension et la ferro-résonance.

Suppression harmonique primaire : Installez un transformateur de tension de mise à la terre entre le point neutre primaire du VT et la terre. Cela supprime efficacement ou élimine la surtension dans l'enroulement primaire et empêche la ferro-résonance et la destruction du transformateur.

Suppression harmonique secondaire : Installez un dispositif d'amortissement (suppresseur harmonique secondaire) à travers le delta ouvert de l'enroulement résiduel du VT. Les modernes suppresseurs harmoniques à base de microprocesseur détectent la résonance naissante et connectent instantanément une résistance d'amortissement pour éliminer la ferro-résonance. Lorsque le point neutre du générateur est mis à la terre via une bobine d'extinction d'arc (dont l'inductance est beaucoup plus petite que l'inductance d'aimantation du VT), la surtension de ferro-résonance est efficacement prévenue. Par conséquent, la ferro-résonance n'a pas besoin d'être prise en compte dans l'analyse de la fusion du fusible PT.

Coordonnez avec le fabricant du système d'excitation pour vous assurer que le régulateur d'excitation inclut une logique pour détecter la lenteur de fusion des fusibles PT primaires (en tenant compte des scénarios de défaillance d'un, deux ou trois fusibles) et les ruptures de circuit secondaire. En cas de détection d'une rupture de PT, le canal principal d'excitation doit passer automatiquement du mode AVR au mode FCR, ou passer au canal de secours. Ajustez les paramètres de seuil dans la logique de détection de rupture de PT pour réduire les déclenchements erronés de la force de champ en raison d'un mauvais contact du circuit PT, améliorant ainsi la sensibilité et la fiabilité du système.

V. Méthodes de détection de la lenteur de fusion du fusible PT

Critère 1 : Introduction de la tension séquentielle zéro et négative

a) Méthode de la tension séquentielle zéro
Surveillez la tension ouverte en delta du côté secondaire du PT. Comparez la tension séquentielle zéro au terminal du générateur avec la tension séquentielle zéro au point neutre. Si la différence absolue dépasse un seuil prédéfini, cela indique une lenteur de fusion du fusible PT. Dans ce cas, le critère de courant séquentiel négatif du stator doit être bloqué.

b) Méthode de la tension séquentielle négative
Le système d'excitation ne mesure que la tension au terminal du générateur, pas la tension au point neutre, rendant la méthode séquentielle zéro inapplicable. À la place, décomposez la tension secondaire du PT pour extraire la composante séquentielle négative. Si la tension séquentielle négative dépasse un seuil défini, une lenteur de fusion du fusible PT primaire est détectée. Le critère de courant séquentiel négatif du stator doit également être bloqué.

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

Point clé : Utilisez les méthodes de tension séquentielle zéro, négative et de comparaison de tension. Ne jamais utiliser la tension séquentielle positive (utilisée par les relais de protection) pour détecter la défaillance du fusible PT primaire, car la phase cassée induit toujours une tension (non nulle), qui peut ne pas satisfaire les critères séquentiels positifs.

Une rupture de fusible PT primaire provoque un déséquilibre induit dans l'EMF secondaire, entraînant une tension à l'ouverture en delta et déclenchant une alarme séquentielle zéro. Ce phénomène ne se produit pas avec une rupture de fusible secondaire - c'est le critère de distinction principal entre les défaillances de fusibles primaire et secondaire.

Une rupture de fusible PT primaire réduit la tension induite secondaire (car les deux autres phases produisent encore un flux dans le noyau), donc la tension de phase secondaire correspondante diminue. En revanche, une rupture de fusible secondaire retire l'enroulement du circuit, faisant chuter la tension de phase à zéro.