電壓互感器輔助二次繞組錯誤接線分析

連 杰，曾齊林，李小明

(國網(wǎng)陜西省電力公司安康水力發(fā)電廠，陜西 安康 725000)

0 引言

電力系統(tǒng)常用的6 kV,10 kV等配電設備，是由多個獨立的成套配電柜構(gòu)成的單母線及單母分段系統(tǒng)，主要用于工礦企事業(yè)配電以及發(fā)電廠、電力系統(tǒng)變電站的受電、送電及大型高壓電動機起動等，是輸變電系統(tǒng)的重要組成部分。為確保配電設備安全以及對配電設備實施有效的控制、保護和監(jiān)測，必須保證互感器設備質(zhì)量合格，并保證其二次接線正確無誤。

特別是用于采集零序電壓來判斷電氣一次設備是否有接地故障的電壓互感器輔助二次繞組，其三相接成開口三角形。當一次設備有接地故障時，開口三角形回路輸出的零序電壓3 U0超過接地故障告警門檻定值，繼電保護裝置發(fā)出接地告警信號；而在一次設備正常運行時，理論上開口三角形回路無零序電壓輸出。但是如果開口三角形回路接線本身發(fā)生斷線、短路或2點接地情況，則保護裝置或測量儀表始終采集不到零序電壓，從而使該類二次接線錯誤變成隱性故障而不易被發(fā)現(xiàn)。在這種情況下，若一次設備真的發(fā)生接地故障，保護裝置會因電壓互感器二次接線錯誤而采集不到零序電壓，將會拒發(fā)告警信號，造成故障進一步發(fā)展，直至導致重大設備事故的發(fā)生。

1 事故概況

某電廠是20世紀90年代初期投產(chǎn)發(fā)電的大中型水電站，4臺單機容量為200 MW的發(fā)電機分別與4臺容量為240 MVA的主變構(gòu)成單元接線。其中，1號發(fā)變組將負荷送入110 kV系統(tǒng)，2—4號發(fā)變組將負荷送入330 kV系統(tǒng)，110 kV系統(tǒng)與330 kV系統(tǒng)通過聯(lián)絡變5B電氣連接。

該水電廠6.3 kV廠用電系統(tǒng)如圖1所示。廠用變壓器21B高壓側(cè)取自1號發(fā)電機13.8 kV出口側(cè)，22B—24B高壓側(cè)分別取自2—4號發(fā)電機13.8 kV出口側(cè)，25B高壓側(cè)取自聯(lián)絡變5B的低壓側(cè)10.5 kV系統(tǒng)。汛期大發(fā)電時，6.3 kVⅠ，Ⅱ，Ⅲ段分段運行，Ⅰ段和Ⅱ段之間的備自投裝置、Ⅱ段和Ⅲ段之間的備自投裝置均投入運行。在枯水期，1—4號發(fā)電機只作為系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻機組，大部分時間里都處于停機狀態(tài)，此時的6.3 kV廠用電系統(tǒng)由聯(lián)絡變5B通過廠用變25B帶6.3 kV的Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ段聯(lián)絡運行。

在電站投運初期，6.3 kV系統(tǒng)采用GC2-06-65D型高壓開關柜，并于2014年7月全部更換為KYN1-10系列金屬封閉開關柜。這類開關柜采用落地式KYN1-10型小車開關，各出線間隔的開關柜配置有相應的保護測控裝置。6.3 kVⅠ，Ⅱ，Ⅲ段母線均未配置專用的繼電保護裝置。當6.3 kV母線發(fā)生接地故障時，可通過6.3 kV電源進線支路的廠用變保護裝置發(fā)出零序電壓告警信號，以提示相應母線有接地故障發(fā)生。所以，廠用變21B，22B的繼電保護裝置分別從6.3 kVⅠ段電壓互感器61YH的二次輔助繞組采集6.3 kVⅠ段零序電壓；25B繼電保護裝置從電壓互感器62YH的二次輔助繞組采集6.3 kVⅡ段零序電壓；23B，24B繼電保護裝置分別從電壓互感器63YH的二次輔助繞組采集6.3 kVⅢ段零序電壓。

圖1 6.3 kV廠用電系統(tǒng)電氣一次接線

2015-11-24T06:00， 該 水 電 廠 1—4號 發(fā)電機作為系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻機組，全部處于停機狀態(tài);6.3 kV廠用電系統(tǒng)由聯(lián)絡變5B通過廠用變25B帶6.3 kV的Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ段聯(lián)絡運行。此時，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出“公用系統(tǒng)25B保護裝置告警”“3號機組23B保護裝置告警”“4號機組24B保護裝置告警”隨機報警信號?，F(xiàn)地檢查，發(fā)現(xiàn)廠用變23B，24B，25B繼電保護裝置均出現(xiàn)“零序電壓告警”信號。運行值班人員立即采取措施并進行故障排查，判斷出6.3 kVⅢ段的一條饋線開關柜603間隔運行異常。將603開關分閘后，所有報警信號全部返回。檢查603開關，很快找到了該開關柜內(nèi)C相擊穿放電點，并進行了處理。

2 檢查分析

現(xiàn)場6.3 kV Ⅲ段發(fā)生單相接地故障，25B，23B，24B繼電保護裝置同時發(fā)出零序電壓告警信號。由于6.3 kV的Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ段聯(lián)絡運行，任一處發(fā)生接地故障，6.3 kV系統(tǒng)都會產(chǎn)生零序電壓;但連接在6.3 kVⅠ段上的廠用變21B，22B的繼電保護裝置卻同時拒動，且無任何告警信號。因此，最大的可能是零序電壓采樣回路(61YH開口三角形接線回路)有問題。

對6.3 kV系統(tǒng)的電壓互感器零序電壓回路進行檢查，在6.3 kVⅠ，Ⅱ段設備正常運行和6.3 kVⅢ段停電檢修的工況下，在電壓互感器柜端子排上用數(shù)字式萬用表測量電壓互感器開口三角形回路輸出的零序電壓。實測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 6.3 kV系統(tǒng)零序電壓測量值

(1) 6.3 kVⅡ段設備在正常運行狀態(tài)下，實測電壓互感器開口三角形回路輸出的零序電壓近0.2 V，并且測量數(shù)值在0.2 V附近跳變。這是因為該零序電壓是由三相電壓互感器輔助二次繞組電壓向量疊加而得的，由于6.3 kVⅡ段負荷不可能是完全對稱的線性負載，三相電壓不可能會100 %的完全對稱；另外，三相電壓互感器勵磁特性也不可能完全相同。因零序輸出一定會有部分三次諧波或其他高次諧波，加上三相電壓互感器的絕對誤差，一次設備正常運行狀態(tài)下實測的零序電壓3 U0約在0.2 V，不可能是0。

(2) 處于停電檢修狀態(tài)的6.3 kVⅢ段，電壓互感器開口三角形回路輸出的零序電壓也大于0.1 V。這是因為，雖然高壓設備已經(jīng)停電，但是電壓互感器繞組還有剩余電壓(殘余電壓)，該剩余電壓不是穩(wěn)定電壓，用數(shù)字萬用表測試時，實測數(shù)值也會有跳變。

(3) 處于正常運行狀態(tài)下的6.3 kVⅠ段，實測電壓互感器開口三角形回路輸出的零序電壓卻十分穩(wěn)定，數(shù)值為0。也就是說，零序電壓輸出端L，N處于同一電位點。據(jù)此分析，6.3 kVⅠ段電壓互感器開口三角形回路運行不正常，此時未測到感應電壓，說明零序電壓輸出回路很可能發(fā)生短路。從6.3 kVⅠ段電壓互感器柜端子排上斷開所有零序電壓負載接線，測量電壓互感器61YH開口三角形回路輸出的3 U0電壓值仍為0，說明問題不在零序電壓負載回路，而在電壓互感器柜內(nèi)某處，即電壓互感器開口三角形回路的輸出端L，N存在短路問題。

由于判斷電壓互感器開口三角形回路的輸出端L，N存在短路，首先考慮電壓互感器開口三角形回路有可能是2點接地造成輸出端短接。如圖2所示，6.3 kVⅠ段電壓互感器柜端子排6號端子上有一個接地點，可以斷定互感器二次輔助繞組接線處應該還有一個接地點。

因此，立即向有關部門申請采取措施，將6.3 kVⅠ段電壓互感器小車61YH拉出至檢修位置，并對61YH本體接線進行檢查。

圖2 61YH二次繞組現(xiàn)場接線示意

檢查發(fā)現(xiàn)61YH三相互感器的二次繞組接成星型接線，中性點(A相繞組0接線端)有接地線；61YH三相互感器的二次輔助繞組接成開口三角形型接線，其中的一根輸出端(A相輔助繞組da接線端)也有接地線。拆除61YH本體上的這2組接地線，恢復所有臨時斷開的二次回路其他接線，核查互感器的二次繞組星型接線中性點回路和開口三角形型接線回路都分別在6.3 kVⅠ段61YH柜端子排上接地，并確認各回路都只有此處1點接地。缺陷處理完畢，61YH投入運行后，有關回路全部正常。

3 結(jié)束語

該廠6.3 kV系統(tǒng)電壓互感器二次回路錯誤接線從6.3 kV系統(tǒng)設備改造更換時就存在，直到一年后6.3 kV系統(tǒng)電氣一次設備發(fā)生單相接地故障時才被發(fā)現(xiàn)，暴露出該廠新設備投運時現(xiàn)場檢查、驗收存在嚴重問題。所幸在汛期大發(fā)電時期，6.3 kV系統(tǒng)分段運行時Ⅰ段配電設備從未發(fā)生接地故障，否則將造成繼電保護裝置不能及時告警而延誤處理，就可能發(fā)展為嚴重的設備事故。

《國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程》明確指出：“所有電流互感器和電壓互感器的二次繞組應有一點且僅有一點永久性的、可靠的保護接地?！卑凑铡峨娏ο到y(tǒng)繼電保護及安全自動裝置反事故措施要點》要求，“獨立的、與其他互感器二次回路沒有電的聯(lián)系的電流或電壓互感器二次回路，可以在控制室內(nèi)也可以在開關場實現(xiàn)一點接地”。然而設備生產(chǎn)單位在屏柜組裝時，各單位、各部門為確保各自所屬設備部分在安裝、試驗時設備安全及相關工作人員的人身安全，都做了必要的安全措施；電壓互感器在電壓互感器小車開關組裝配線時，按基本常識“電壓互感器的二次繞組應有可靠的保護接地”進行了接地；所有高壓開關柜組屏時均按規(guī)定從端子排對所有電流、電壓互感器二次回路也進行了接地。如果作業(yè)完成后這些接地未拆除，就非常容易造成電流、電壓互感器二次回路2點接地情況的發(fā)生。

這就要求設備運行單位，在新設備投運前的安裝、試驗過程中，一定要把核查電流、電壓互感器二次回路是否存在2點接地作為一個重要的檢查項目，以避免電氣設備短路故障時繼電保護裝置不能正確采集故障電流或故障電壓，造成繼電保護裝置拒動，而使故障范圍進一步擴大，甚至發(fā)生影響電力系統(tǒng)安全的大事故。

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