JSJW型電壓互感器剩余繞組接地假象探討

劉新博++孫倞明

摘 要：結(jié)合多年互感器技術(shù)及售后服務(wù)工作經(jīng)驗(yàn)，探討在驗(yàn)收產(chǎn)品JSJW-10型電壓互感器產(chǎn)品過程中，交接現(xiàn)場系統(tǒng)送電后有時(shí)出現(xiàn)的接地報(bào)警現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：電壓互感器；接地故障；JSJW-10型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.146

1 案例分析

（1）某新建電廠送電后，其系統(tǒng)的繼電保護(hù)動(dòng)作，發(fā)出接地信號，值班人員立即測量發(fā)現(xiàn)剩余繞組（da dn）有30V左右的電壓。當(dāng)向某一負(fù)荷線路送電后，接地信號立刻消失，原因無法查清。

（2）某新建煤礦35kV變電所，當(dāng)變壓器與6kV母線送電后，發(fā)出接地信號，值班人員立即檢查線路及變壓器，均沒有發(fā)現(xiàn)接地現(xiàn)象，對電壓互感器進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，二次電壓三相平衡，剩余繞組（da dn）有30V左右的電壓，將負(fù)荷投入運(yùn)行后，接地信號立即消失。

（3）某新建機(jī)械廠35kV降壓變電站建成送電時(shí)，繼電器動(dòng)作，發(fā)出接地信號。經(jīng)檢測，6kV母線及線路卻末出現(xiàn)接地故障，二次電壓三相平衡；開口三角繞組（da dn）上有原因不明的30左右的電壓。相同條件下，對某一負(fù)荷線路送電，接地信號消失。

以上案例現(xiàn)象極為相似，都是在6kV或10kV系統(tǒng)無接地故障的情況下發(fā)生接地報(bào)警現(xiàn)象，剩余繞組（da dn）均有30V左右的電壓。我們公司均對產(chǎn)品做現(xiàn)場試驗(yàn)，與出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)比對，試驗(yàn)結(jié)論均為合格產(chǎn)品。并不存在產(chǎn)品質(zhì)量問題。值班人員將線路投入負(fù)荷后，系統(tǒng)運(yùn)行正常，認(rèn)為系統(tǒng)存在虛假接地的現(xiàn)象。

2 JSJW型電壓互感器工作原理

JSJW-10型電壓互感器是采用三芯五柱式鐵芯結(jié)構(gòu)，油浸式產(chǎn)品，經(jīng)常安裝在高壓35kV、中壓10kV或6kV的降壓變電站里。該型互感器器身有一組用來計(jì)量或電壓指示的三相星接繞組，提供100V的二次電壓。還有一組電壓為100V結(jié)成開口三角的剩余電壓繞組，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，三相磁通對稱，三相剩余電壓繞組電動(dòng)勢向量之和等于零，開口角（da dn）出線端字沒有電壓，用來進(jìn)行監(jiān)察線路供電系統(tǒng)對地的絕緣情況。且在這個(gè)繞組（da dn）的輸出上裝有一只DJ-131/60CN電壓繼電器。通過DS-131/□時(shí)間繼電器延時(shí)發(fā)出信號。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，剩余電壓繞組三相電壓不平衡，開口三角感應(yīng)出100V的電壓，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)報(bào)警接地信號。

JSJW-10型電壓互感器除具有一般互感器的特性外，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)同時(shí)也構(gòu)成了它對零序諧波的靈敏特性。

（1）高壓繞組通過YO接線方式，中性點(diǎn)接地，可以接受零序電壓及形成零序電流。

（2）由于鐵芯是三芯五柱式，兩個(gè)邊柱可以對各相零序諧波磁通構(gòu)成回路。

（3）互感器相對于變壓器而言，它的鐵芯小，在建立磁通時(shí)所需的激磁電流也很小，即使電力變壓器的二次繞組的電容放電很小，也足以使JSJW型電壓互感器建立起一定程度的零序諧波磁通。

（4）當(dāng)芯柱中有三次諧波磁通時(shí)，在其各項(xiàng)繞組中都會(huì)感應(yīng)出三相諧波電勢。在開口三角繞組中，當(dāng)系統(tǒng)三相平衡時(shí)，其基波電勢的三相之和因互相抵消為零，而三次諧波電勢卻因?yàn)橥啻?lián)而相加，其開口電壓電勢則為三相之和。

（5）當(dāng)系統(tǒng)電壓較高時(shí)，鐵芯中磁通因飽和變形，出現(xiàn)三次諧波分量，雖然其量很小，卻因其頻率較高（是基波的3倍），使其感應(yīng)諧波電壓分量也為3倍。開口繞組三相串聯(lián)之和為9倍，因此其對零序諧波較為靈敏。

3 角形接線方式與三次諧波

電力電網(wǎng)上的電壓并不是恒定的，由于線路阻抗的存在以及負(fù)荷的不斷變化，隨時(shí)都會(huì)影響系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓。雖然國標(biāo)中規(guī)定電網(wǎng)電壓不能超過±5%的要求，但是實(shí)際運(yùn)行情況還要大，當(dāng)系統(tǒng)電壓升高后，鐵芯內(nèi)的磁通波就會(huì)因飽和而變形，感應(yīng)電勢就會(huì)產(chǎn)生諧波分量。

（1）由于變壓器的短路阻抗國家有標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)很大。那是指基波（50Hz）而言。而對于三次諧波，其阻抗應(yīng)是：X1=2πf1L X3=2πf3L。式中f3=3 f1 也就是說，三次諧波的電抗比基波電抗大三倍，由于電阻與電抗相比較小很多，而阻抗由主要有電抗組成，因此，它的內(nèi)壓降也要大3倍。所以消除三次諧波電勢并不容易。

（2）系統(tǒng)中變壓器的二次繞組并非孤立存在，除了具有自身的匝間電容外，它與接地的鐵芯、外殼、變壓器絕緣油等都能構(gòu)成電容。電容量的大小與變壓器的結(jié)構(gòu)有關(guān)，越是容量大的變壓器，電容量就越大。

（3）當(dāng)諧波電勢存在較大時(shí)，必然對上述電容充電。一旦構(gòu)成放電回路時(shí)，它們就會(huì)按諧波頻率充放電。由于JSJW型電壓互感器的接入，因其高壓繞組的中性點(diǎn)接地，就構(gòu)成了充放電的條件。

由于制造互感器與變壓器的導(dǎo)磁材料，其導(dǎo)磁能力都是有限的，其磁化曲線都有產(chǎn)生飽和現(xiàn)象的特性。設(shè)計(jì)者與制造商為了達(dá)到合理節(jié)約的目的，總想充分利用導(dǎo)磁材料的性能，選用了較高的磁通密度，這就使得其鐵芯在額定電壓或稍高一點(diǎn)的電壓下，其磁通波本應(yīng)是正旋波的卻變?yōu)槠巾敳?。波形畸變的程度，取決于過電壓的程度。

對于非正選的平頂波，如果能選一個(gè)適當(dāng)量的正旋波來代替它，則會(huì)產(chǎn)生誤差。把此誤差數(shù)值移到水平軸上，就形成一個(gè)新波。依據(jù)疊加原理，將兩個(gè)正旋波形來代替平頂波形，則其誤差會(huì)減小。由于函數(shù)φ是連續(xù)的，所以可以將周期函數(shù)分解成傅里葉級數(shù)。

假設(shè)鐵芯中的磁通平頂波為φ：

φ=φ0+φkmsin（kωt+ψk）+ φkmcos（kωt+ψk）k=1～∝ （1）

由于該函數(shù)的性質(zhì)——無直流分量，無余弦函數(shù)，無偶次諧波，將（1）式展開后，可簡化為：

φ=φ1msin（ωt+ψ1）+ φ3msin（3ωt+ψ3）+ φ5msin（5ωt+ψ5）+ φkmsin（kωt+ψk）+……. （2）

公式（2）表明，非正旋波的磁通波，可以轉(zhuǎn)化為用正弦函數(shù)組成的一組級數(shù)來表示。根據(jù)傅里葉級數(shù)的性質(zhì)，函數(shù)具有收斂性，頻次越高，波幅越小。所以其高次諧波可以忽略不計(jì)。除基波外，三次諧波波幅最大。endprint

產(chǎn)生接地假象通常是電網(wǎng)電壓較高或新建電廠及變電所出現(xiàn)，因此可以找出剩余繞組產(chǎn)生電壓的規(guī)律，發(fā)電廠及大型變電站輸出的電壓較穩(wěn)，輸電線路末端就會(huì)出現(xiàn)壓降，負(fù)荷的變化又會(huì)造成線路末端的變化。線路遠(yuǎn)端及末端變電站，送電后但尚未投入負(fù)荷，線路上的電壓必然很高，變壓器接受的激磁電流強(qiáng)，鐵芯飽和點(diǎn)明顯，因而輸出電壓中含有三次諧波分量，如果此時(shí)負(fù)荷尚未投入，其三次諧波分量產(chǎn)生的電勢只有電壓互感器是唯一通路，其能量全部表現(xiàn)在互感器高壓繞組上，足以通過電磁感應(yīng)，使剩余繞組（da dn）產(chǎn)生30V左右的電壓，引起繼電保護(hù)的絕緣監(jiān)察系統(tǒng)動(dòng)作報(bào)警。

4 現(xiàn)場在線監(jiān)測報(bào)告

近期，某變電站設(shè)備更新改造，利用這次停電檢修機(jī)會(huì)，為了驗(yàn)證上述設(shè)想是否符合實(shí)際，在安裝更換新設(shè)備時(shí)做了在線檢測試驗(yàn)。變電站的高壓為35kV，低壓為6kV線路。主變壓器為2400Kva，低壓母線上裝有一只JSJW-10型電壓互感器，且低壓母線裝有6kV電站自用20kVA變壓器。

（1）送電時(shí)先將主變、低壓母線及站用變壓器送電，其它線路及負(fù)荷暫時(shí)不送電。此時(shí)，繼電器發(fā)出接地信號，電壓互感器剩余繞組（da、dn）電壓檢測電壓為30V左右。

（2）用站用變壓器作為被檢測信號連接示波器，使其顯示一個(gè)正旋波性，拆去檢測信號線。

（3）將示波器檢測信號線連接到互感器剩余繞組（da、dn）上，示波管上立即顯示3個(gè)周期的波形，其波形不像正旋波那樣圓滑。

（4）繼續(xù)將另一臺(tái)100kVA的變壓器送電，示波器的波形下降，最后將剩余的560kVA的變壓器送電，接地信號消失。

如果變電站采用的是JDJ型或JSJ型的電壓互感器，就不會(huì)出現(xiàn)此現(xiàn)象。同樣是處在線路的末端，并處在電網(wǎng)邊緣，而且均采用JSJW型的電壓互感器，其發(fā)生接地假象的概率卻不盡相同，其主要影響因素有一下幾點(diǎn)。

（1）變壓器的質(zhì)量。如果變壓器采用了質(zhì)量較差的硅鋼片，或是采用了較高的磁通密度，則其鐵芯容易飽和，易產(chǎn)生磁通諧波。

（2）變壓器分接開關(guān)選位不當(dāng)。有的變電站為了滿足下級用戶對較高電壓的要求，而將本電站變壓器的分接開關(guān)定在低一檔的位置。使得本變壓器長期處于接近過電壓狀態(tài)。

（3）繼電器定值不同，我們在安裝調(diào)試過程中，變電站的規(guī)定定值各不相同，其電壓繼電器的定值有的定位15V，有的定位30V，其時(shí)間繼電器定值有的定3S，也有的定位9S，定值較低的的電站，出現(xiàn)接地假象的概率就較高。

綜上所述，在JSJW型電壓互感器上出現(xiàn)的接地假象，應(yīng)該大多是由三次諧波造成的，而三次諧波則主要是由于電網(wǎng)電壓較高，變壓器的鐵芯磁通飽和所致。endprint