配置零序TV的小電流接地系統(tǒng)電壓異常分析

金 宏，林 軍

（武義縣供電局，浙江 武義 321200）

0 引言

在小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，允許電網(wǎng)繼續(xù)運(yùn)行1～2 h，此時非接地相的電壓將上升到線電壓，如果是間歇性接地則還存在暫態(tài)過電壓，會導(dǎo)致母線電壓互感器（TV）鐵芯磁通飽和，引起鐵磁諧振過電壓，特別是產(chǎn)生分頻諧振時，易造成TV的高壓熔絲熔斷或TV過熱而使絕緣損壞。為防止鐵磁諧振過電壓，廣泛采用在10kV母線電壓互感器中性點(diǎn)安裝零序TV的星形接線，即簡稱4TV接線。運(yùn)行實踐證明，4TV接線的消諧效果良好，不僅能防止由于過電壓引起的高壓熔絲熔斷和TV絕緣損壞，同時還大大減少了調(diào)度和變電站值班人員的工作量。但是，實際運(yùn)行中也發(fā)現(xiàn)，盡管4TV接線有很好的消諧效果，但如果接線不當(dāng)也會造成電壓指示異常的現(xiàn)象。本文就生產(chǎn)運(yùn)行中易出現(xiàn)的因錯誤接線而引起的電壓異常進(jìn)行分析。

1 10kV零序TV應(yīng)用原理分析

圖1是4TV接線圖，它由3臺主TV和1臺零序TV組成，4臺TV變比要求相等，參數(shù)基本一致，主TV一、二次側(cè)繞組均為星形接線，中性點(diǎn)通過零序TV的繞組接地，輔助繞組為閉口三角形接線，用于消諧和降低自身阻抗。系統(tǒng)正常時，三相電壓對稱，中性點(diǎn)電壓等于零，三相電壓均為相電壓，零序TV的電壓為零。當(dāng)系統(tǒng)單相接地時，若是A相接地，其二次電壓相量如圖2所示，A相變?yōu)榱?，B相和C相上升到倍相電壓，但由于有零序TV的存在，從圖中看出3個主TV承受的電壓仍為相電壓，因此不會造成TV飽和，從根本上消除了鐵磁諧振的問題。同時因零序TV的電壓輸出為相電壓，由它通過接地電壓監(jiān)視發(fā)出接地信號。由于三相電壓對稱，接成閉口三角形的輔助繞組疊加后的電壓為零，也就不會因為閉口三角形短接而形成很大的環(huán)流而造成TV燒毀。

圖1 4TV一次和二次接線

圖2 正確接線時A相接地的相量

2 4TV接線錯誤引起的電壓異常及處理

2.1 第一起電壓異常情況

2.1.1 異?，F(xiàn)象描述

某變電站由1號主變壓器送10kVⅠ，Ⅱ段母線，Ⅰ，Ⅱ段母線TV運(yùn)行。某日10kV出線發(fā)生A相接地，變電站發(fā)出接地信號，但2段母線電壓指示并不一致，且接地相即A相的電壓指示反而升高，調(diào)度監(jiān)控后臺電壓指示如下：

Ⅰ段母線電壓：UA=9.14kV，UB=5.60kV，UC=4.81kV，3U0=5.48kV；

Ⅱ段母線電壓：UA=6.16kV，UB=5.96kV，UC=5.85kV，3U0=0.28kV。

2.1.2 異常分析和處理

Ⅰ段母線TV停電檢查后，發(fā)現(xiàn)零序TV二次回路引出線L與零線N的接法與圖1不符，L與N互換，即零序TV極性接反。

Ⅱ段母線TV停電檢查后，發(fā)現(xiàn)主TV二次回路的三相中性點(diǎn)與零序TV二次繞組串接點(diǎn)即L的引出線，在引至10kV電壓測控裝置時其二次連接電纜被誤接在空端子上，因而測控裝置并未檢測到有零序TV二次繞組L的輸入。

畫出A相接地時零序TV極性反接的二次電壓相量圖，見圖3，其中測控裝置即調(diào)度監(jiān)控后臺各相電壓顯示值為相電壓UA，UB，UC與零序電壓UL合成值，3U0顯示值即為零序TV的輸出電壓UL。當(dāng)零序TV二次線圈極性反接、10kV系統(tǒng)發(fā)生A相單相接地時，B，C兩相電壓相等，數(shù)值顯示仍為相電壓，但接地相A相電壓顯示上升為2倍相電壓，零序TV輸出和顯示電壓為相電壓，可發(fā)出“10kV母線接地”信號，故出現(xiàn)Ⅰ段母線電壓指示異常的情況。

圖3 A相接地、零序TV極性反接時的相量

圖4為A相接地、零序TV未接入時的相量圖。由圖4可知，參與相電壓合成的零序TV二次繞組極性端L未接入時，即零序電壓未能參與相電壓的合成，即圖2中的UL=0，所以雖然A相接地，但測控裝置即調(diào)度監(jiān)控后臺顯示的相電壓數(shù)值不會發(fā)生變化，與Ⅱ段母線電壓指示異常的情況基本一致，但因A相接地，所以接地相A相電壓與正常運(yùn)行時方向相反。

圖4 A相接地時零序TV未接入時的相量

2.2 第二起電壓異常情況

2.2.1 異?，F(xiàn)象描述

某變電站自建成投入正常運(yùn)行即發(fā)現(xiàn)10kV系統(tǒng)三相電壓不平衡，零序電壓偏大，同時頻繁發(fā)生TV高壓熔絲熔斷，調(diào)度監(jiān)控后臺正常運(yùn)行時Ⅰ段母線電壓指示如下：

UA=5.93kV，UB=6.369kV，UC=5.912kV，3U0=0.632kV。

2.2.2 異常分析和處理

經(jīng)檢查，一次設(shè)備接線和試驗結(jié)果皆正常，但發(fā)現(xiàn)三相主TV二次接線中輔助繞組未接成閉口三角形，呈開路狀態(tài)。

三相主TV等同于三相變壓器，畫出三相主TV的零序阻抗等值電路如圖5所示。由圖5（a）可知，由于TV的勵磁阻抗Xu0很大，漏抗Xt可基本忽略，所以當(dāng)輔助繞組為開口三角時，表現(xiàn)出的阻抗很大。

圖5 主TV零序阻抗等值電路

當(dāng)主TV輔助繞組接成閉口三角時，其零序阻抗等值圖如圖5（b）所示，勵磁阻抗與漏抗并聯(lián)，等效阻抗降為漏抗或更低，極大地降低了主TV的阻抗。經(jīng)實測，TV輔助繞組接成閉口三角后，TV阻抗減少至不及原來的百分之一，從而使系統(tǒng)接地后零序TV與主TV形成串聯(lián)回路，接地后形成的零序電壓大部分落在零序TV上，使三相主TV不易飽和，從而可提高其發(fā)生鐵磁諧振的最低動作電壓，起到抑制過電壓、過電流的作用，同時還提高了接地監(jiān)視的靈敏度。研究表明，TV高壓熔絲熔斷的主要原因不是鐵磁諧振，而是故障恢復(fù)后的電容放電沖擊電流。由于TV高壓熔絲熔斷現(xiàn)象多發(fā)生在線路對地電容較大的單相接地故障恢復(fù)時，而增加的零序TV（顯示為大電阻時）分擔(dān)了大部分單相故障時加在TV高壓繞組上的電壓，使得故障消除后需要釋放的電荷減少，減弱了故障恢復(fù)后電容電流對TV高壓熔絲的沖擊，所以輔助繞組接成閉口三角既能起到降壓消諧的作用，也在很大程度上避免了TV高壓熔絲的頻繁熔斷，同時對改善電壓波形也起到了積極的作用。

3 接線正確時TV高壓熔絲熔斷的電壓指示分析

由于TV高壓熔絲熔斷時也會造成電壓顯示異常、發(fā)接地信號，但相電壓和零序電壓指示與單相接地時的電壓指示有所不同。

圖6為TV高壓熔絲熔斷時的相量圖。由圖6（a）可知，在A相熔絲熔斷后，熔斷相A相電壓指示為正常值的一半，B，C兩相電壓指示正常，零序TV電壓指示為相電壓的一半，可發(fā)出“10kV母線接地”信號。

圖6 單相熔絲和兩相熔絲熔斷的相量

由圖6（b）可知，當(dāng)B，C兩相熔絲熔斷后，熔斷相A相電壓指示為正常值的一半，B，C兩相電壓也是正常值的一半，零序TV電壓指示為相電壓的一半，可發(fā)出“10kV母線接地”信號。

4 對4TV接線中輔助繞組開口三角短接的探討分析

上述分析表明，4TV接線時輔助繞組開口三角最好短接，但這也帶來一個嚴(yán)重問題，即當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)單相斷線、變壓器空投母線、單相弧光接地（單相金屬接地除外）等不正常工況時，由于三相電壓嚴(yán)重不平衡，由此產(chǎn)生的零序電壓勢必將在閉口三角中形成極大的環(huán)流。TV一次熔絲一般取0.5 A，根據(jù)TV的變比轉(zhuǎn)化為輔助繞組的二次電流達(dá)86.6 A，將造成剩余繞組、一次繞組和鐵芯過度發(fā)熱，而TV一次熔絲又不能對其起保護(hù)作用，如果處理不及時將會導(dǎo)致一次繞組、剩余繞組和鐵芯持續(xù)過熱，甚至引發(fā)一次繞組的匝間、層間以及二次繞組絕緣擊穿，熱擊穿發(fā)展過程中，最終導(dǎo)致一次熔絲熔斷而TV自身也將出現(xiàn)絕緣物燒焦熔化、環(huán)氧殼體爆裂等典型的熱擊穿事故，此類事故在實際運(yùn)行中已發(fā)生數(shù)起。由此可見，4TV接線方式并非十分完美，雖然它消除了鐵磁諧振，卻又成為TV燒毀的根源。

5 結(jié)語

通過對幾種4TV錯誤接線引起的電壓異常分析可知，二次接線錯誤將對安全運(yùn)行帶來極大危害，而且這類接線錯誤在系統(tǒng)正常運(yùn)行時不易發(fā)覺。為了防止類似問題的發(fā)生，在新的10kV母線TV投入運(yùn)行時，一定要仔細(xì)檢查其一、二次接線是否正確，重點(diǎn)核對零序TV和輔助繞組極性接線是否正確，同時還要確保4臺TV變比一致。雖然4TV接線有不足之處，但實際運(yùn)行表明其仍是一種很好的消諧措施，在很大程度上避免了TV燒毀和高壓熔絲熔斷。只要在認(rèn)識到其不足的同時，通過選取勵磁特性優(yōu)良的TV，同時在三相電壓嚴(yán)重不平衡或TV熔絲熔斷等異常工況時做出快速反應(yīng)、及時處理，此接線方式仍不失為一種較完美的接線。

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