论文摘要：介绍了一起高压限流熔断器非正常开断的事故过程，分析了其未能有效开断的原因，并提出了避免高压限流熔断器不能有效开断的方法。一是熔断器选型时要考虑修正系数，二是要改善系统参数，防止发生操作过电压和减少谐振过电压的发生概率。

关键词：高压限流熔断器；非正常开断；操作过电压；谐振过电压
　　中图分类号：TM714文献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）16-0030-02

0引言
　　2011年10月，某地10kV配变站房内一台负荷开关与熔断器组合电器在调试过程中出现焦糊味，3分钟后，熔丝室内有异常响声，并伴随有黑烟溢出，通过熔丝室的缝隙能看到内部有火光，现场调试人员迅速分开负荷开关，火光和黑烟随即消失。工程所用熔断器所带负载为一台200kVA并联铁心电抗器（BKSC-200/10），额定电流11.54A，熔断器为一组高压限流熔断器（XRNT1-12/8），额定电流8A。该设备在事故半月前投入试运行，事故前曾对开关带电连续分合3次，发生异常后，迅速分开开关，并停掉上级电源。随后对事故现场进行查看，开关没有异常，A、C相熔断器完好，B相熔断器熔管破裂，内部碳化严重，弹簧撞击器未完全弹出，且该相熔丝室内部被熏黑。但从电抗器到开关没有发现短路点及任何异常。事故第二天对开关设备、电抗器和连接电缆进行测试后均没有异常，清理熔丝室后更换一组新的熔断器（25A）重新投运，开关设备和电抗器均能正常运行。

1事故原因分析
　　1.1熔断器选型规格偏小是发生故障的一个原因在没有短路的情况下熔断器熔断是因熔断器的额定电流偏小引起的。熔断器的三相负载为200kVA电抗器，每相额定电流为11.54A，而熔断器的额定电流为8A，考虑到熔断器安装在相对密闭的空间内，熔断器应该降容20%使用只能达到6.4A。由于熔断器额定电流选配的过小，熔断器长期过载180%左右，导致熔断器长期过热，有随时自熔断的可能。对该开关进行调试时，进行了连续分合操作，在电抗器的投入时会有励磁涌流发生，对熔断器形成更大热冲击，加速了熔断器熔断。在熔断器熔断时的电流很可能达不到熔断器的安全开断电流（8A的高压熔断器能可靠分断32A以上的电流，对于8A-32A之间的电流不能可靠开断）。高压限流熔断器保护短路电流很可靠，但对过载电流有很大的保护盲区，在开断额定电流至最小安全开断电流之间的电流时、会出现一些问题，因此选配高压限流熔断器时一定要避免过载运行的情况发生，或者混合其他保护手段防止用户的过载[1]。
　　熔断器发生非正常开断，除规格选用不当的原因外，还与熔断器本身的质量、疲劳运行、谐波的作用等因素有一定的关系[2]。本事故的熔断器在自熔断后没有正常开断，熔断器内部电弧没有熄灭，导致熔断器内部碳化严重，石英砂结块且并致熔断器陶瓷开裂，并烧黑了熔丝室，最终造成了上述事故的现状。
　　1.2操作过电压和谐振过电压的综合作用对熔断器的正常开断造成极大的危害
　　1.2.1切除电抗器感性负载产生的过电压本事故熔断器所带负载为并联铁芯电抗器，其作用是削弱空载或轻载时、长线路的电容效应所引起的工频电压升高，及改善沿线电压分布和轻载线路中的无功分布并降低线损。并联电抗器并不是在每个配变站房旁都安装。保护电抗器的限流熔断器因熔断而分断电路时可发生截流现象，会产生高频操作高电压。
　　图3、4中：L电抗器电感，uL电抗器的电压，iL电抗器的电流，C电抗器对地杂散电容，uc电抗器对地杂散电容的电压，ic电抗器对地杂散电容电流，Ls电源的等值电感，ue电源的电压，ik熔断器的电流，Cs电源对地杂散电容，u0截流处的电压，I0截流处的电压。
　　1.2.2熔断器熔断后引起铁磁谐振过电压铁磁谐振过电压通常是由含铁芯的电抗器或变压器的电感与线路的分布电容的不良组合，在暂态过程中、在工频或高次谐波的作用下造成的。当电源频率一定时，L和C在一定的范围内都可能发生谐振，L和C震荡所产生的高频过电压的幅值可能远超过相电压（最大可达相电压的3.5倍）。谐振过电压对电气设备的绝缘造成极大的威胁，并且使开关或熔断器在分断过程中发生多次重燃而不能开断电路的现象。在电力系统中，由于输电线路导线的断线、熔断器的一相或两相熔断、断路器的非全相开断或严重的不同期动作都有可能造成系统非全相运行时出现断线谐振过电压[3]。
　　本次事故中由于断线发生在B相熔断器处，此时的谐振回路就是通过与熔断器相连的电缆、电抗器、及并联电缆的对地杂散分布电容构成。由于熔断器的熔断而出现断线过电压时，将出现系统的非全相运行的谐振过电压，这种过电压的大小显然与系统的参数有关。但是一旦这种谐振过电压的发生概率很大时，就可能引起电抗器的中性点位移，绕组电流激增，铁芯发出响声，情况严重时可能导致绝缘击穿、避雷器或正在灭弧的熔断器发生爆炸，甚至可能损坏其他电气设备。
　　1.2.3在操作过电压和谐振过电压的综合作用使熔断器不能正常开断通过上述分析，熔断器长时间过载而自熔断，形成断线效应，熔断器由于自熔断而分断电抗器的电路时，产生了操作过电压，同时也激发了系统的非全相运行的谐振过电压，由于系统的非全相运行的谐振过电压数倍于相电压，或遭遇操作过电压，使得石英砂中的电弧发生重燃而灭不了弧，使电弧贯穿整个熔断器，形成强大的气压和电弧压力，使熔断器发生外壳破裂，熔断器喷弧；本次发生在B相，某些情况下也发生A、C相，有一定的随机条件。系统的操作过电压和断线过电压都可能使得熔断器的正常分断能力受到破坏，从而，发生了不该发生的现象。

2结论
　　无论是熔断器开断过载电流（未达到安全开断电流）引起的开断失败，或者是熔断器熔断时，由于操作过电压及断线谐振过电压引起的熔断器开断失败都会造成熔断器不能熄灭电弧损坏设备的情况发生。为了避免熔断器不能正常开断情况的发生，有以下两条途径采用：①应正确选用规格合适的熔断器，且熔断器选型时应考虑以下修正系数：安装环境条件（KT）、电网电压的波动（Kv）、电抗器合闸冲击电流（Kcj）的影响等，应按以下修正计算：IRDn=KTKvKcjIDKn=1.2*1.1*1.5IDKn=1.98IDKn，IDKn电抗器的额定电流，由于电抗器有气隙，可取电流冲击系数Kcj=1.5；经过计算本电抗器选用25A的高压限流熔断器保护比较合适；②改善系统参数，防止发生各种操作过电压并减少谐振过电压的发生概率。

参考文献：
　　[1]GB/T15166.2-2008高压交流熔断器.中国标准出版社，2009，2.
　　[2]关玉忱.高压限流熔断器熔断故障及防治[J].中国电力，1995，3.
　　[3]张节容，钱家骊，王伯翰，吉嘉琴，徐国政.高压电器原理和应用[M].清华大学出版社，1989，3.