Предохранитель с медленным срабатыванием: причины возникновения проблем обнаружение и предотвращение

I. Структура предохранителя и анализ корневых причин

Медленное срабатывание предохранителя:
Согласно принципу проектирования предохранителей, когда через элемент предохранителя проходит большой ток короткого замыкания, из-за металлического эффекта (определенные трудноплавкие металлы становятся плавкими при определенных условиях сплава) предохранитель сначала плавится в месте припаянного оловянного шарика. Затем дуга быстро испаряет весь элемент предохранителя. Результирующая дуга быстро гасится кварцевым песком.

Однако, из-за суровых условий эксплуатации, элемент предохранителя может стареть под воздействием гравитации и тепловой аккумуляции. Это может привести к разрушению предохранителя даже при нормальном нагрузочном токе. Поскольку предохранитель срабатывает при нормальном токе, процесс плавления происходит медленно. По мере постепенного увеличения сопротивления предохранителя амплитуда фазного напряжения снижается, что может вызвать неправильное срабатывание связанных реле защиты.

Влияние медленного срабатывания предохранителя PT:
Если предохранитель на высоковольтной стороне PT не полностью отключается в установленное время, сопротивление трубки предохранителя постоянно увеличивается, что приводит к устойчивому снижению вторичного выходного напряжения напряжения трансформатора (TV).

II. Опасности медленного срабатывания предохранителя PT

• Система возбуждения инициирует форсирование поля, что приводит к активации защиты от перенапряжения и переэкситации.

• Неправильное срабатывание защиты от заземления статора.

• Перегрузка генератора и турбины, которая может привести к повреждению оборудования в тяжелых случаях.

III. Анализ корневых причин

• Использование различных материалов в первичных вставных контактах выходного напряжения трансформатора приводит к образованию окислительных слоев и плохому контакту; ослабленные болты соединений увеличивают температурный подъем на предохранителе.

• Высокая окружающая температура вокруг предохранителя PT. Элемент предохранителя изготовлен из металла с низкой температурой плавления и очень тонкий—механическая вибрация может вызвать его разрыв.

• Предохранители PT низкого качества склонны к деградации или преждевременному отказу во время эксплуатации.

• Кратковременные перенапряжения при внезапном закрытии выключателя или периодическом дуговом заземлении могут вызвать феррорезонанс, что приводит к срабатыванию предохранителей на первичной и вторичной сторонах напряжения трансформаторов.

• Низкочастотный насыщенный ток может вызвать срабатывание предохранителей на первичной и вторичной сторонах напряжения трансформаторов.

• Уменьшение изоляции или короткие замыкания в первичных/вторичных обмотках напряжения трансформатора, или ухудшение изоляции в гармоническом подавителе, могут вызвать срабатывание предохранителей.

• Однофазные замыкания на землю могут привести к перегоранию напряжения трансформатора.

• Генераторы обычно заземлены через дугогасящую катушку в нейтральной точке. Однако такая конфигурация может усиливать смещение напряжения в нейтральной точке, что приводит к тому, что одно или два фазы длительное время поддерживают напряжение значительно выше нормального, вызывая срабатывание предохранителей PT.

IV. Предупредительные меры

• Для окисления и плохого контакта первичных вставных контактов из-за несоответствия материалов, проводите полировку контактных поверхностей во время технического обслуживания и наносите проводящую смазку.

• Для решения проблемы нестабильного качества предохранителей, периодически заменяйте высоковольтные первичные предохранители в соответствии с графиком технического обслуживания оборудования. Контактные поверхности должны быть освобождены от окисления и покрыты проводящей смазкой.

• Для систем с высокой вибрацией: после перемещения тележки PT в рабочее положение, проверьте, чтобы все проводящие соединения были надежными и без ослабления. При необходимости, выведите тележку и затяните болты. Во время простоев блока без работы на первичной стороне генератора или цепях PT на выходе генератора, держите PT на выходе генератора в режиме ожидания (не отключайте его). Откройте только вторичный выключатель. Это минимизирует частые вводы/выключения, предотвращая выпадение предохранителя, механические повреждения или плохой контакт с пружинными зажимами—что снижает вероятность отказа высоковольтного предохранителя. (Перед переводом генератора в горячий резерв, операционный персонал должен проверить целостность первичного предохранителя PT.)

• При однофазных замыканиях на землю, если генератор работает на номинальной частоте, переходное перенапряжение на здоровых фазах может достигать до 2.6 раз номинального фазного напряжения. Поэтому напряжение трансформаторов на выходе генератора должно быть выбрано, чтобы выдерживать эти перенапряжения:

• Выдерживаемое постоянное перенапряжение ≥ линейное напряжение

• Выдерживаемое переходное перенапряжение ≥ 2.6 × номинальное фазное напряжение
  Выбор предохранителя PT должен не только изолировать внутренние короткие замыкания трансформатора, но и защищать от условий перенапряжения, таких как повышение напряжения и феррорезонанс.

Основное подавление гармоник: Установите трансформатор напряжения заземления между первичной нейтральной точкой VT и землей. Это эффективно подавляет или устраняет перенапряжение в первичной обмотке и предотвращает феррорезонанс и перегорание трансформатора.

Подавление гармоник на вторичной стороне: Установите демпфирующее устройство (вторичный подавитель гармоник) на открытый треугольник остаточной обмотки VT. Современные микропроцессорные подавители гармоник обнаруживают начальную резонанс и немедленно подключают демпфирующий резистор для устранения феррорезонанса. Когда нейтральная точка генератора заземлена через дугогасящую катушку (индуктивность которой намного меньше индуктивности намагничивания VT), перенапряжение от феррорезонанса эффективно предотвращается. Поэтому феррорезонанс не нужно учитывать в анализе срабатывания предохранителей PT.

Скоординируйте с производителем системы возбуждения, чтобы обеспечить, что регулятор возбуждения включает логику для обнаружения медленного срабатывания первичных предохранителей PT (с учетом случаев отказа одного, двух и трех фазных предохранителей) и разрыва вторичных цепей. При обнаружении разрыва PT основной канал возбуждения должен автоматически переключаться с режима AVR на режим FCR, или переключаться на резервный канал. Настройте пороговые значения в логике обнаружения разрыва PT, чтобы снизить ложное срабатывание форсирования поля из-за плохого контакта цепей PT, что улучшает чувствительность и надежность системы.

V. Методы обнаружения медленного срабатывания предохранителей PT

Критерий 1: Введение нулевой последовательности и отрицательной последовательности напряжения

a) Метод нулевой последовательности напряжения
Мониторинг открытого треугольника напряжения на вторичной стороне PT. Сравните нулевую последовательность напряжения на терминале генератора с нулевой последовательностью напряжения в нейтральной точке. Если абсолютная разница превышает заданный порог, это указывает на медленное срабатывание предохранителя PT. В этом случае критерий отрицательной последовательности тока статора должен быть заблокирован.

b) Метод отрицательной последовательности напряжения
Система возбуждения измеряет только напряжение на терминале генератора, а не напряжение в нейтральной точке, что делает метод нулевой последовательности неприменимым. Вместо этого, декомпозируйте вторичное напряжение PT, чтобы извлечь компонент отрицательной последовательности. Если напряжение отрицательной последовательности превышает установленный порог, обнаруживается медленное срабатывание первичного предохранителя PT. Критерий отрицательной последовательности тока статора также должен быть заблокирован.

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

Ключевой момент: Используйте методы сравнения нулевой, отрицательной последовательностей и напряжений. Никогда не используйте положительную последовательность напряжения (используемую реле защиты) для обнаружения отказа первичного предохранителя PT, потому что фаза, в которой произошел разрыв, все еще индуцирует напряжение (не ноль), что может не удовлетворять критериям положительной последовательности.

Разрыв первичного предохранителя PT вызывает несбалансированность вторичного ЭДС, что приводит к появлению напряжения на открытом треугольнике и срабатыванию сигнала нулевой последовательности. Этот феномен не происходит при разрыве вторичного предохранителя—это основной различительный критерий между отказом первичного и вторичного предохранителей.

Разрыв первичного предохранителя PT снижает вторичное индуцированное напряжение (потому что другие две фазы все еще создают поток в сердечнике), поэтому соответствующее вторичное фазное напряжение уменьшается. В противоположность этому, разрыв вторичного предохранителя удаляет обмотку из цепи, что приводит к падению фазного напряжения до нуля.