一起4 TV接線極性錯(cuò)誤的分析和創(chuàng)新查找辦法

朱曉東，王其林

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000)

10 kV中壓系統(tǒng)一般為小接地系統(tǒng)，可為中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)經(jīng)過(guò)消弧線圈接地。小電流接地的中壓系統(tǒng)發(fā)生單相接地后，故障相電壓下降，最低可降為0 V，非故障相電壓升高，最高可升至線電壓[1]。某變電站原設(shè)計(jì)為通過(guò)接地變與消弧線圈的接地方式，后變更為通過(guò)小電阻接地的大電流接地方式。為了抑制鐵磁諧振，中壓柜采用4 TV接線方式。某次現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生單相接地后，故障相B相電壓升高至10.58 kV，非故障相A相電壓為4.637 kV，非故障相C相電壓為6.28 kV，電壓變化情況存在異常。

為了分析清楚經(jīng)大接地的中壓系統(tǒng)發(fā)生單線接地后電壓變化的情況，明確變電站單相接地后電壓異常變化的原因，對(duì)大接地中壓系統(tǒng)發(fā)生單相接地后各相電壓變化進(jìn)行計(jì)算和分析，得出其電壓的變化取決于零序阻抗與正序或負(fù)序阻抗的標(biāo)幺值及零序阻抗與負(fù)序阻抗的相位角差大小。將計(jì)算和分析結(jié)論應(yīng)用在該變電站故障后電壓變化異常分析上，得出零序電壓互感器極性錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致該現(xiàn)象，最后總結(jié)創(chuàng)新一套4 TV接線極性錯(cuò)誤的快速驗(yàn)證方法，將理論分析和查找方法同時(shí)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，采取正確的糾正行動(dòng)并及時(shí)消除缺陷。

1 單相接地故障計(jì)算

電站內(nèi)接地變壓器為“Z型”接線，正常運(yùn)行時(shí)接地變壓器為空載。單相接地時(shí)接地變正負(fù)序阻抗較高，零序阻抗較低。但因零序磁通不能完全抵消，零序阻抗為j3.13 Ω，接地變經(jīng)16 Ω電阻接地，B相發(fā)生單相接地，如圖1所示。

變電站電壓一次等級(jí)為110 kV，其電源側(cè)等效正負(fù)序阻抗為j3.75 Ω。查詢B相發(fā)生單相接地故障期間，10 kV母線由1臺(tái)主變帶載，主變額定容量為50 MV·A，短路阻抗占16.04%，10 kV母線負(fù)荷為18+j3.7 Ω。若基準(zhǔn)容量選擇為50 MV·A，基準(zhǔn)電壓選擇為110 kV/10 kV。將有名值換算標(biāo)幺值后，可以建立復(fù)合序網(wǎng)[2]，如圖2所示。

圖1 接地變經(jīng)小電阻接地

圖2 中壓系統(tǒng)單相接地復(fù)合序網(wǎng)

計(jì)算可得零序電流3I0為0.125∠-5.627°，有名值為359 A，實(shí)際零序電流為297.92 A，復(fù)合序網(wǎng)未考慮電纜及母線的阻抗，因此計(jì)算結(jié)果比故障零序電流略微偏大。零序電壓U0為0.995∠178.1°，正序電壓為0.995∠-1.482°，負(fù)序電壓為0.007∠-96.69°。零序電壓與正序電壓接近，且方向相反，負(fù)序電壓數(shù)值很小。故障B相電壓為0，A相電壓為1.732∠-31.7°，C相電壓為1.713∠28.33°。計(jì)算結(jié)果表明發(fā)生單相接地后，故障相電壓下降，非故障相電壓升高至接近線電壓，A相電壓略高于C相電壓，與小接地中壓系統(tǒng)發(fā)生單相接地后故障現(xiàn)象一致。

UB=0

(1)

(2)

通過(guò)分析式(1)，當(dāng)α>0時(shí)，則UA>UC，當(dāng)α<0時(shí)，則UA

a2+b2=c2

(3)

當(dāng)α=0時(shí)，通過(guò)式(1)、式(2)和式(3)可求得UA=UC=1，當(dāng)α=30時(shí)，求得UA=1.15，UC=0.842，當(dāng)α=45時(shí)，求得UA=1.228，UC=0.754，當(dāng)α=60時(shí)，求得UA=1.309，UC=0.655，當(dāng)α=90時(shí)，求得UA=1.496，UC=0.4，考慮α從-90至90變化，計(jì)算結(jié)果表明，隨著α增加，非故障相A相電壓逐漸增大，非故障相C相電壓逐漸降低。在α=-90°時(shí)，非故障相A相電壓最低，非故障相C相電壓最高。在α=0°時(shí)，非故障相A相電壓等于非故障相C相電壓。在α=90°時(shí)，非故障相A相電壓最高，非故障相C相電壓最低。

圖3 非故障相電壓與零序阻抗、負(fù)序阻抗的大小以及角度變化關(guān)系

根據(jù)以上計(jì)算和分析可以得出，大接地中壓系統(tǒng)發(fā)生單相接地后，故障相電壓應(yīng)始終降低，非故障相電壓的大小取決于零序阻抗和負(fù)序阻抗標(biāo)幺值的大小關(guān)系，以及零序阻抗與負(fù)序阻抗相角差。本案例中零序阻抗標(biāo)幺值遠(yuǎn)大于正負(fù)序阻抗(137倍)，其原因?yàn)樽杩箵Q算至高壓側(cè)和中壓側(cè)后，中壓側(cè)標(biāo)幺值為高壓側(cè)標(biāo)幺值的(110/10)2=121倍，零序阻抗的電阻分量高，零序阻抗角滯后負(fù)序阻抗角。因此，本案例發(fā)生單相接地后，故障相電壓應(yīng)降低，非故障相電壓應(yīng)升高至線電壓，且故障相超前相(A相)電壓應(yīng)大于故障相滯后相(C相)電壓。

圖4 電壓互感器的電壓分析

圖5 零序TV極性反后電壓向量圖

2 創(chuàng)新方法找缺陷

圖6 4 TV電壓互感器二次接線

試驗(yàn)過(guò)程中將TV開(kāi)口三角短接。在TV的一次部分分別按照表1進(jìn)行加壓，IN為一次電壓輸入，其中1-0表示兩者之間加100 VAC，NA表示為懸空。OUT為二次輸出電壓實(shí)際大小。測(cè)試五輸入電壓相角差為60°，其余測(cè)試相角差為120°。利用極性反后電壓矢量和的幅值變化，判斷接線是否正確。如接線完全正確，則輸入和輸出的結(jié)果應(yīng)與表1中的內(nèi)容一致。

表1 極性判斷測(cè)試方法

根據(jù)前文計(jì)算和分析，本案例中懷疑零序TV極性反，只需進(jìn)行測(cè)試5。測(cè)試5在TV一次側(cè)B-N/C-N直接加100 VAC，相角差60°，模擬單相接地故障。開(kāi)口三角繞組短接，則測(cè)試5產(chǎn)生的零序電壓將全部在零序電壓互感器繞組。二次反應(yīng)的正確結(jié)果為1a-n 、1b-n和1c-n均為1 V?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試得出1a-n為1.15 V，1b-n為0.58 V，1c-n為0.58 V，說(shuō)明零序電壓互感器極性反接。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)電壓互感器一次回路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)零序電壓互感器其一次接線存在反接的情況，如圖7所示。

圖7 4 TV電壓互感器的零序互感器一次反接

3 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)變電站故障后電壓變化的異常，分析和計(jì)算了接地變壓器經(jīng)小電阻接地運(yùn)行的中壓系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地后電壓變化取決于零序綜合阻抗和正負(fù)序綜合阻抗之間的關(guān)系。接地中壓系統(tǒng)零序阻抗標(biāo)幺值往往會(huì)遠(yuǎn)大于正負(fù)序阻抗標(biāo)幺值，其發(fā)生單相接地后，電壓變化情況與小接地中壓系統(tǒng)故障后一致。進(jìn)一步分析4 TV的零序電壓互感器一次反接或者二次極性取反的情況下，三相電壓的變化情況。最后創(chuàng)新一套4 TV極性錯(cuò)誤的快速驗(yàn)證方法，將理論分析和查找方法同時(shí)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，得出的結(jié)果與事實(shí)接線反接一致。

4 TV零序互感器一次或二次反接，對(duì)實(shí)際運(yùn)行的一次部分沒(méi)有影響，對(duì)消除諧振功能也沒(méi)有影響。但是影響二次電壓的數(shù)值指示情況，會(huì)出現(xiàn)接地的故障相電壓上升，干擾運(yùn)行人員或者檢修人員對(duì)故障的判斷，使他們不能及時(shí)查找故障和消除缺陷，進(jìn)而影響供電可靠性。通過(guò)本文的分析可以進(jìn)一步認(rèn)識(shí)接地變接地故障發(fā)生后的故障現(xiàn)象，進(jìn)而提高異常故障判斷的意識(shí)能力。創(chuàng)新的快速驗(yàn)證4 TV接線極性錯(cuò)誤的查找方法，可提高發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的效率，及時(shí)處理缺陷和異常，保障供電可靠性。