10kV 4PT接線方式因錯誤接線引起的故障實例分析

郭軼娜 姜鵬 李繼偉

摘 要：10kV電壓互感器帶消諧互感器的接線方式（簡稱4PT）為遼寧省的主流接線方式。通過實際運行表明，4PT接線方式抑制鐵磁諧振效果較好。但是，由于4PT特殊的接線形式使得互感器一旦出現(xiàn)故障，其一次保護熔絲有時不能及時熔斷，從而使故障擴大。本文總結(jié)了由于4PT接線錯誤造成的系統(tǒng)事故或異?，F(xiàn)象，并舉實例加以分析說明。

關(guān)鍵詞：消諧PT;接線方式;故障分析

中圖分類號：TM862文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2018）29-0136-03

Absrtact： The connection mode of 10kV voltage transformer with harmonic elimination transformer （4PT） is the mainstream connection mode in Liaoning Province. The actual operation shows that the 4PT connection mode is effective in restraining ferromagnetic resonance. However， due to the special connection form of 4PT， once the transformer fails， its primary protection fuse sometimes fails to fuse in time， which enlarges the fault. This paper summarized the system accidents or abnormal phenomena caused by 4PT wiring errors， and gave examples to illustrate them.

Keywords： harmonic elimination PT;connection mode;fault analysis

1 研究背景

10kV母線電壓互感器在系統(tǒng)運行中的故障率較高，故障原因主要有產(chǎn)品質(zhì)量問題、系統(tǒng)鐵磁諧振問題、設(shè)備的一、二次錯誤接線問題。近年來，隨著全密封電壓互感器的推廣應(yīng)用，產(chǎn)品質(zhì)量水平有所提高。但是，PT由于一、二次接線錯誤造成的故障或異常仍時有發(fā)生。目前，國內(nèi)10kV系統(tǒng)電壓互感器的接線方式主要有三相電壓互感器中性點直接接地?zé)o消諧措施、中性點串線性電阻、中性點串非線性電阻、開口三角加電阻、開口三角加微機消諧和中性點串零序電壓互感器等[1]。

沈陽供電公司從1987年起采用了電壓互感器中性點加消諧互感器（簡稱4PT）的方法。在一段時期內(nèi)，這種方法起到了較好的作用，但隨著運行方式頻繁改變，電纜增多，采用零序PT接線方式燒損PT的情況也時有發(fā)生。省內(nèi)4PT接線已成為主流接線方式，但由4PT特殊的接線形式，使得一旦互感器出現(xiàn)故障，其一次保護熔絲有時不能及時熔斷，從而使故障擴大，往往會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重的母線短路等事故。諸多4PT故障是由接線錯誤造成的，有些設(shè)計或繼電保護人員對其接線原理理解得不夠透徹，調(diào)試查線過程不細致，從而導(dǎo)致現(xiàn)場出現(xiàn)各種錯誤接線，給系統(tǒng)運行帶來嚴重威脅。本文分析了近年來系統(tǒng)中出現(xiàn)的電壓互感器由于接線錯誤引起的故障實例，以期引起運行維護人員的重視。

2 4PT的接線方式的消諧作用原理

4PT接線原理如圖1所示。電壓互感器接線由4臺單相PT組成，其中3臺為主PT，一次側(cè)接成星形，其中性點通過1臺零序PT接地。主PT的二次剩余繞組接成閉合三角形，而不接任何儀表。零序PT的二次側(cè)接零序電壓繼電器。在正常運行時，主PT二次側(cè)相電壓為57.7V，線電壓為100V。電壓指示、計量、保護與3臺PT接線方式完全類同。零序互感器二次側(cè)只有1～2V的不平衡電壓。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生一相接地時，主TV中性點的電壓將上升到相電壓，零序P的二次側(cè)兩端呈現(xiàn)出57.7V，對接地指示有足夠的靈敏度。

采用閉合三角的目的是在系統(tǒng)單相接地時，調(diào)整主PT和零序PT的阻抗配合，從而將對地零序電壓的99%以上加在零序PT上，以提高接地監(jiān)視的靈敏度。高壓側(cè)中性點串入零序PT后，由于二次接近開路，在相電壓作用下的勵磁電抗還略大于XL，將使3種頻率的鐵磁諧振最低動作電壓提高到極大數(shù)值，即產(chǎn)生諧振的觸發(fā)電壓幾乎成為不可能。因此，4PT接線方式可以說是一種極為有效的消諧措施。

運行中出現(xiàn)的PT燒損情況，基本都是剩余繞組接成閉合三角形后由于過流過熱受損的。4PT由于開口三角繞組接線是閉合短路的，該繞組過流時通常一次熔斷器是不會熔斷的，因此會導(dǎo)致PT燒損，甚至引發(fā)母線短路故障。

3 4PT接線的常見錯誤接線及異常現(xiàn)象

3.1 消諧PT二次繞組LN極性接反

發(fā)生單相接地時，電壓顯示不正確，例如，發(fā)生金屬性接地時，故障相電壓顯示為線電壓而不是0，非故障相電壓顯示為相電壓6kV而不是10kV。

3.2 消諧PT二次繞組LN兩點接地

發(fā)生單相接地時，消諧PT燒損，進而導(dǎo)致主PT燒損[2]。

3.3 消諧PT二次繞組并聯(lián)的阻尼電阻偏小，燒損消諧PT

阻尼電阻規(guī)定值為100～200Ω，由于電阻是可調(diào)電阻，投入時可能會誤設(shè)在較小的位置。當(dāng)單相接地時間較長時，會造成消諧PT二次過載而燒損。

3.4 主PT二次接線有誤

由于主PT二次、三次繞組接錯，導(dǎo)致PT短路、燒損。

3.5 消諧PT繼電保護接地報警信號接入其剩余繞組

消諧PT一般用的是JDZ-10型，只有一個二次繞組，變比為10 000/100。但是，有的消諧PT用的是JDZJ-10型，變比為[10 000/3/100/3/100/3]，有2個二次繞組，采用這種PT時接線應(yīng)接入二次繞組（即[100/3]卷）。現(xiàn)發(fā)現(xiàn)有的變電所接在剩余繞組（即100/3卷），這種情況會導(dǎo)致系統(tǒng)單相接地時電壓顯示不正確，且接地報警極不靈敏。

3.6 主PT一次繞組中性點對地絕緣不足

主PT一次繞組中性點對地絕緣薄弱，單相接地時發(fā)展為直接接地，燒損PT。

4 典型錯誤接線造成的故障情況分析

4.1 消諧PT二次繞組并聯(lián)的阻尼電阻偏小

2012年11月23日，應(yīng)昌變10kV系統(tǒng)A相死接地，接地點滅弧過程中II段消諧PT冒煙，幾分鐘后，II段PT發(fā)出強光和放電聲，隨之母聯(lián)開關(guān)間隔閃絡(luò)。設(shè)備損壞情況：II段PT間隔的支持瓷瓶有的已崩碎，未崩碎的瓷瓶上均有弧光閃絡(luò)痕跡。II段A、B、C相及消諧PT外表面均有弧光灼傷痕跡;消諧PT二次輸出端子有燒焦痕跡，C相PT高壓進線端的仰角從根部拆斷，露出內(nèi)部線圈。

4.1.1 故障后檢查、試驗。N相PT一次繞組斷線，一次繞組對二、三次繞組絕緣為零，二、三次繞組對地絕緣為零，二、三次繞組之間絕緣為零。C相三次繞組斷線，二、三次對地絕緣為零。PT解體后看到一次繞組燒斷，內(nèi)部絕緣全部燒損炭化。B相二、三次繞組之間絕緣為零，一次繞組對地絕緣良好。

4.1.2 過程分析。系統(tǒng)發(fā)生A相單相接地后，N相PT承受相電壓，約6 000V，則N相二次電壓為60V。由于N相PT二次所接電阻R為30[Ω]，則二次線圈負荷達到120VA（P=U2/R=602/30=120），故N相PT二次線圈發(fā)熱，當(dāng)母聯(lián)開關(guān)點滅后再次合閘時，由于II段系統(tǒng)正在發(fā)生A相接地，對II段系統(tǒng)來說是一個電壓擾動過程，可能出現(xiàn)操作過電壓，使N相PT二次線圈過負荷，二次繞組嚴重過熱，將二、三次繞組及一、二次繞組之間的絕緣燒損。直接后果是N相PT一次繞組絕緣擊穿，A、B、C相PT中性點直接接地。由于A、B、C相開口三角的接線方式為直接短路，在系統(tǒng)A相單相接地時（B、C相聯(lián)系承受線電壓10KV）相當(dāng)于開口三角流過很大的環(huán)流，使A、B、C相三次繞組均嚴重過熱，二、三次之間絕緣擊穿，C相三次繞組首先過熱燒斷，隨后C相一次繞組過熱，一、二次絕緣擊穿，C相一次繞組過熱膨脹仰角拆斷。

此次故障的主要原因是N相PT二次負荷較大，PT內(nèi)部發(fā)熱，在10kV母聯(lián)開關(guān)合閘后的暫態(tài)過程中N相PT電壓波動，二次繞組過熱燒損一、二次絕緣，使A、B、C相PT中性點直接接地，而PT開口三角為直接短路的接線方式引發(fā)的[3]。

4.2 零序電壓互感器一次接線運行中接地

勝利變電站在2015年發(fā)生了配線電纜單相接地，接地后幾分鐘站內(nèi)電壓互感器損壞，開關(guān)跳閘。停電檢查電壓互感器發(fā)現(xiàn)：從外觀看A相、N相完好;B、C相PT A、X端對鐵芯及二、三次有放電閃絡(luò)痕跡，B相X端的中性點引線外包的熱塑多處過熱燒熔;B、C相鐵芯發(fā)熱，且鐵芯的穿芯螺絲螺帽多有松脫，鐵芯疊片松散。A、N相鐵芯均正常。

A相及N相PT各項試驗均通過，完好無損。B相、C相二、三次絕緣不良;一次繞組雖然外絕緣發(fā)生過閃絡(luò)，一次繞組未發(fā)生斷線，主絕緣良好，且通過了耐壓試驗。B相PT外部閃絡(luò)燒傷嚴重，且一次繞組的首端A末端X側(cè)對鐵芯均有放電燒傷痕跡。而事后檢查一次絕緣良好且耐壓合格，通常單相接地時可能出現(xiàn)的過電壓一般不超過25kV，因此不會是過電壓擊穿，應(yīng)該另有引發(fā)故障的因素。

筆者看到三相PT中性點引線未被支撐起來，貼著接地的鐵芯布置，引線與B相鐵芯距離最近，鐵芯的穿芯螺絲頂著引線，見圖2。當(dāng)發(fā)生單相接地時，中性點電壓可以達到6kV甚至更高，即帶有6kV電壓的中性點引線擊穿其外包的熱塑套對螺絲放電。從圖3可以看出螺絲上有燒灼痕跡。由此認為，這是引起PT故障的主要原因。以往的單相接地沒有出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是：熱塑絕緣投運初期能耐受單相接地時的中性點電壓，但長期運行后，材質(zhì)老化，導(dǎo)致在中性點電壓下?lián)舸?/p>

單相接地時，中性點引線對地擊穿后，相當(dāng)于零序PT被短接，而三相PT開口三角運行中是直接短路的，即閉合的開口三角繞組有100V的電壓，這將造成很大的環(huán)流，首先燒損非接地相B、C相三次絕緣及二次絕緣，且二、三次繞組在燒損過程中有電弧產(chǎn)生，弧光順著鐵芯與低壓繞組澆注絕緣的縫隙處向外部伸展，弧光向外向上伸長時，引起首端A側(cè)外絕緣閃絡(luò);引起X側(cè)燒傷嚴重并將中性點引線熱塑套燒熔。

閉合的開口三角繞組中的接地相A相三次繞組未被燒損，可能是由于B、C相繞組很快燒斷而被保護下來。

5 結(jié)論

本文分析了近年來沈陽地區(qū)出現(xiàn)4PT接線錯誤引起的故障或異常，錯誤情況是比較典型且具有代表性的。在了解其他地區(qū)4PT故障情況后發(fā)現(xiàn)故障也多由錯誤接線引起，有些錯誤接線在投運后繼電保護核相時也無法發(fā)現(xiàn)，為此建議繼電保護及相關(guān)檢修維護人員對4PT接線引起高度重視，以下幾種措施必須嚴格落實。PT接線后必須由繼電保護人員校線，無論是試驗、檢修、計量專業(yè)還是生產(chǎn)廠家，只要動過PT接線就必須由繼電保護人員把關(guān)校線。設(shè)備選型時應(yīng)核算主PT及消諧PT的額定容量，防止過負荷運行。對于已投入運行的設(shè)備應(yīng)由繼電及檢修運行人員結(jié)合停電認真檢查PT的一、二次接線，校驗消諧PT二次電阻是否符合要求，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時糾正。由供電局全面檢查用戶，不許有10kV PT中性點接地情況發(fā)生在系統(tǒng)單相接地時，應(yīng)認真記錄接地后的電壓值，并校核電壓顯示是否合理。

參考文獻：

[1]解文潤.電力系統(tǒng)過電壓[M].北京：水利電力出版社，1985.

[2]黃金輝.“四TV”方式消除鐵磁諧振的機理和異常分析[J].華東電力，2000（10）：20-24.

[3]李謙，靳曉東，王曉瑜，等.電磁式電壓互感器鐵磁諧振消諧措施的研究[J].廣西電力，1994（2）：1-7.