電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)接地問題探討

連 杰（陜西安康水力發(fā)電公司，陜西 安康 725000）

電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)接地問題探討

連 杰
（陜西安康水力發(fā)電公司，陜西 安康 725000）

分別對(duì)一起電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)誤接地和一起電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)漏接地造成電氣設(shè)備不能正常工作的事件進(jìn)行分析，提出施工現(xiàn)場(chǎng)電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)接地問題要根據(jù)系統(tǒng)情況、設(shè)備原理、設(shè)計(jì)要求、互感器類型綜合考慮，并給出電力系統(tǒng)舊電氣設(shè)備局部改造工程的注意事項(xiàng)。

電壓互感器；一次側(cè)中性點(diǎn)；接地；零序電壓

0 引言

2014-05-10，某水力發(fā)電廠完成了3號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變及勵(lì)磁機(jī)機(jī)端電壓互感器1YH，2YH的更換改造工作。在進(jìn)行開機(jī)試驗(yàn)時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動(dòng)作。經(jīng)過仔細(xì)排查，發(fā)現(xiàn)該發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路絕緣良好，造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)誤動(dòng)作的原因是，在更換改造工作中誤將勵(lì)磁機(jī)機(jī)端電壓互感器1YH一次側(cè)中性點(diǎn)接地。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

該水電廠是上世紀(jì)90年代初期投產(chǎn)發(fā)電的大中型水電站，安裝有4臺(tái)單機(jī)容量200 MW的水輪機(jī)組，電氣主接線如圖1所示。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)為他勵(lì)靜止可控硅整流方式，采用SAVR-2000型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。其勵(lì)磁機(jī)為東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司生產(chǎn)的TJL10-56/4500型產(chǎn)品，額定電壓700 V。

此次改造工作中，將勵(lì)磁機(jī)電壓互感器1YH更換為上海浦東互感器廠生產(chǎn)的JDZJ—1型產(chǎn)品，其二次電壓提供給3FB保護(hù)系統(tǒng)及3F勵(lì)磁系統(tǒng)。由于保護(hù)裝置雙重化配置的需要，新增1組電壓互感器（編號(hào)為2YH，采用由3個(gè)單相互感器按Y形接法連接在勵(lì)磁機(jī)機(jī)端），其二次電壓只提供給3FB保護(hù)系統(tǒng)，電壓互感器變比1 000/，100/，100/3，精度為二次繞組0.5級(jí)、三次繞組6P級(jí)。3FB繼電保護(hù)系統(tǒng)按雙重化配置了2套國(guó)電南自凌伊電力自動(dòng)化有限公司生產(chǎn)的DGT-801B型數(shù)字式發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)裝置。其轉(zhuǎn)子接地保護(hù)采用注入直流電源原理，直流電源由裝置自產(chǎn)，保護(hù)裝置的輸入端與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子負(fù)極及大軸連接。保護(hù)裝置投運(yùn)時(shí)通過檢測(cè)轉(zhuǎn)子回路的漏電流來測(cè)算轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣。因此，無論在發(fā)電機(jī)運(yùn)行還是不運(yùn)行時(shí)，保護(hù)裝置均可監(jiān)視發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路的對(duì)地絕緣。該保護(hù)動(dòng)作靈敏、無死區(qū)。轉(zhuǎn)子回路與勵(lì)磁系統(tǒng)回路接線如圖2所示（2YH圖中未畫出）。

圖1 電氣一次主接線示意

2 事件經(jīng)過

2014-05-10，該水力發(fā)電廠完成了3F勵(lì)磁變及3F勵(lì)磁機(jī)機(jī)端電壓互感器更換改造、設(shè)備消缺等小修項(xiàng)目，進(jìn)行修后開機(jī)試驗(yàn)。在給3F交流勵(lì)磁機(jī)及勵(lì)磁變升壓時(shí)，設(shè)備一切正常。發(fā)電機(jī)進(jìn)行起勵(lì)建壓時(shí)，3F發(fā)電機(jī)A柜轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置動(dòng)作并發(fā)出告警信號(hào)。保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)文顯示3F轉(zhuǎn)子絕緣僅0.3 kΩ。

圖2 勵(lì)磁系統(tǒng)與轉(zhuǎn)子接地保護(hù)

終止試驗(yàn)后，各專業(yè)技術(shù)人員對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，3F保護(hù)裝置性能良好，未見異常；對(duì)3F轉(zhuǎn)子回路絕緣電阻進(jìn)行測(cè)試，實(shí)測(cè)電阻為9 MΩ，絕緣電阻符合要求；對(duì)3F勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制回路檢查，確認(rèn)接線正確，絕緣良好。

由于正常情況下采用注入直流電源原理構(gòu)成的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置只能投入1套（一般A柜的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)投入、B柜的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)作為備用），退出A柜的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)，換投B柜的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)再次開機(jī)試驗(yàn)，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)依然動(dòng)作告警，報(bào)文顯示3F轉(zhuǎn)子絕緣接近0.01 kΩ。

事件發(fā)生后經(jīng)聯(lián)合分析調(diào)查，確認(rèn)繼電保護(hù)裝置及其相關(guān)回路、轉(zhuǎn)子回路、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制回路均無異常。

最后將問題焦點(diǎn)匯聚到這次小修中設(shè)備改造部分。本次3F勵(lì)磁系統(tǒng)小修完成了3F勵(lì)磁變及勵(lì)磁機(jī)機(jī)端電壓互感器1YH更換、2YH新裝，試驗(yàn)前檢查這些設(shè)備絕緣良好；但是該次改造技術(shù)方案里專門強(qiáng)調(diào)要檢查電壓互感器1YH，2YH一次側(cè)中性點(diǎn)是否已可靠接地，所以有關(guān)檢修人員還專門給1YH，2YH一次側(cè)中性點(diǎn)安裝了接地線，但并未核對(duì)更換前互感器1YH一次側(cè)中性點(diǎn)是否接地。通過現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)其他3臺(tái)機(jī)組相關(guān)回路的實(shí)際接線，并查驗(yàn)電站原始施工設(shè)計(jì)圖紙，判斷電壓互感器1YH在更換前其一次側(cè)中性點(diǎn)并未接地。立即拆除1YH，2YH一次側(cè)中性點(diǎn)接地線，再次開機(jī)試驗(yàn)，各項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)全部正常，故障現(xiàn)象消失，保護(hù)裝置也無任何告警信號(hào)。

3 原理分析

對(duì)于DGT-801B型數(shù)字式發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)裝置，其轉(zhuǎn)子接地保護(hù)采用注入直流電源原理，保護(hù)裝置自產(chǎn)的50 V直流電壓注入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子負(fù)極及大軸之間。保護(hù)裝置投運(yùn)時(shí)通過檢測(cè)轉(zhuǎn)子回路的漏電流來測(cè)算轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣。從圖2可以看出，由于大軸是接地點(diǎn)，若勵(lì)磁機(jī)機(jī)端電壓互感器1YH一次側(cè)中性點(diǎn)也直接接地，則當(dāng)發(fā)電機(jī)起勵(lì)時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制回路主功率柜可控硅SCR觸發(fā)導(dǎo)通，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置注入的50 V直流電壓通過轉(zhuǎn)子負(fù)極、可控硅SCR，1YH一次側(cè)中性點(diǎn)及大軸構(gòu)成電流通路。轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置流過的漏電流實(shí)際上是50 V直流電壓加在1YH一次繞組后通過1YH一次側(cè)中性點(diǎn)的電流，所以此時(shí)它測(cè)算的轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣電阻值很小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置動(dòng)作門檻值15 kΩ，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置必然會(huì)動(dòng)作告警。因而當(dāng)1YH一次側(cè)中性點(diǎn)接地線被拆除后，所有設(shè)備就立刻恢復(fù)正常了。

對(duì)于不接地系統(tǒng)的電壓互感器，在一些教科書和有關(guān)規(guī)程中都對(duì)其二次側(cè)中性點(diǎn)接地問題作出明確規(guī)定和要求，但對(duì)其一次側(cè)中性點(diǎn)是否應(yīng)該接地的問題卻鮮有提及。

實(shí)際上，由于2013年8月該水電廠更換330 kV和110 kV系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)變壓器5B低壓側(cè)（10 kV系統(tǒng)）的電壓互感器時(shí)的疏忽，沒有安裝5B低壓側(cè)電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)接地線。雖然一開始投入運(yùn)行時(shí)未出現(xiàn)問題，但是此后不久5B故障錄波器頻繁啟動(dòng)，啟動(dòng)量為5B低壓側(cè)零序過電壓；再后來5B的繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，低壓側(cè)零序過電壓保護(hù)發(fā)出告警信號(hào)。檢修人員用萬用表檢查5B低壓側(cè)電壓互感器二次側(cè)三相電壓，其幅值正常；用示波器檢測(cè)5B低壓側(cè)電壓互感器二次三相電壓，發(fā)現(xiàn)波形很不穩(wěn)定，存在畸變。經(jīng)檢查，最終查明其原因?yàn)?B低壓側(cè)電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)未接地，再加之5B中壓側(cè)負(fù)荷中110 kV鐵路牽引變所占比重較大，鐵路列車通過時(shí)造成的負(fù)荷不平衡及負(fù)荷波動(dòng)較大，造成了5B低壓側(cè)零序過電壓頻頻越限。及時(shí)將5B低壓側(cè)電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)接地后，設(shè)備恢復(fù)正常。此事件發(fā)生后，該廠有關(guān)部門要求結(jié)合設(shè)備定檢工作，對(duì)全廠電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)接地情況進(jìn)行排查，對(duì)接地不正確的及時(shí)進(jìn)行整改。因此，這次設(shè)備改造制定的技術(shù)方案里專門強(qiáng)調(diào)要檢查電壓互感器1YH，2YH一次側(cè)中性點(diǎn)是否已可靠接地。

4 不接地系統(tǒng)的電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)接地問題分析

下面以10 kV系統(tǒng)為例，討論不接地系統(tǒng)的電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)是否應(yīng)接地。

通常情況下，10 kV系統(tǒng)的電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)一般都應(yīng)直接接地，二次側(cè)中性點(diǎn)也都直接接地。正常運(yùn)行時(shí)，電壓互感器二次側(cè)三相電壓幅值按一定的比例（即電壓互感器變比）反映一次側(cè)對(duì)應(yīng)各相對(duì)地電壓。當(dāng)該系統(tǒng)中任何線路某一相發(fā)生接地故障時(shí)，該故障相電壓互感器一次繞組短路，則該相二次側(cè)對(duì)應(yīng)電壓接近0，這樣就可以根據(jù)電壓互感器各相電壓幅值判斷運(yùn)行中的一次系統(tǒng)絕緣情況。如果該系統(tǒng)的電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)沒有接地，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式稍有變化，或者系統(tǒng)中負(fù)荷變動(dòng)造成三相不對(duì)稱，或者某相對(duì)地絕緣擊穿時(shí)，故障點(diǎn)就會(huì)不斷地產(chǎn)生電弧，造成三相對(duì)地阻抗不平衡，中性點(diǎn)不斷偏移。此時(shí)，電壓互感器二次側(cè)電壓就不能正確反映一次側(cè)對(duì)地電壓，并且系統(tǒng)電壓波形會(huì)發(fā)生畸變，產(chǎn)生大量高次諧波，甚至還會(huì)產(chǎn)生諧振過電壓。

但是在某些特殊情況下，根據(jù)某些二次設(shè)備構(gòu)成原理的需要，例如發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)專用電壓互感器或用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一些電壓互感器，其一次側(cè)中性點(diǎn)是不能接地的；一旦誤將其一次側(cè)中性點(diǎn)接地，相應(yīng)的設(shè)備將不能正常工作。不過，這種不接地方式一般都應(yīng)用在發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)等三相負(fù)載穩(wěn)定且對(duì)稱、運(yùn)行方式固定的系統(tǒng)中，其中性點(diǎn)不會(huì)偏移。

必須指出，電壓互感器按絕緣等級(jí)可分為全絕緣和半絕緣2類。前者指電壓互感器的一次繞組首、尾端對(duì)地絕緣是相同的，都是主絕緣；而后者N端絕緣水平較低，運(yùn)行中必須接地。因此，3個(gè)單相電壓互感器接成Y形聯(lián)接組別時(shí)，一次側(cè)中性點(diǎn)不接地的3個(gè)單相電壓互感器必須使用全絕緣電壓互感器，以確保運(yùn)行安全；而一次側(cè)中性點(diǎn)接地的3個(gè)單相電壓互感器可使用半絕緣電壓互感器，也可使用全絕緣電壓互感器。

該廠所有10 kV系統(tǒng)的電壓互感器和勵(lì)磁機(jī)機(jī)端電壓互感器全部使用JDZJ型電壓互感器。該型電壓互感器為單相三繞組、環(huán)氧樹脂澆注全絕緣的戶內(nèi)型互感器，可根據(jù)廠內(nèi)所使用設(shè)備的原理要求，選擇互感器一次側(cè)中性點(diǎn)接地或不接地。

5 結(jié)束語

電力系統(tǒng)中，電氣設(shè)備必須嚴(yán)格按照經(jīng)過審批的設(shè)計(jì)施工圖紙進(jìn)行施工安裝。而在一些舊設(shè)備局部改造工程中，特別是一次設(shè)備改造工程，往往缺乏適應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工方案的審核監(jiān)督不是很全面到位。這就要求在舊設(shè)備局部改造工程中拆除舊設(shè)備前，一定要仔細(xì)記錄舊設(shè)備的原始狀態(tài)、位置、接線等詳細(xì)情況，拆除和安裝過程要中有詳細(xì)的工序記錄卡。安裝完成后認(rèn)真比對(duì)分析，保證設(shè)備改造前后接線方式、位置一致，新舊設(shè)備參數(shù)未發(fā)生變化。

2015-05-08；

2015-08-19。

連 杰（1969-），男，工程師，主要從事繼電保護(hù)研究工作，email：394609751@qq.com。