三相4PT接線(xiàn)二次電壓分析及現(xiàn)場(chǎng)電氣試驗(yàn)

毛新飛 姜涵 胡純彬 劉保平

摘 要：目前，三相4PT（電壓互感器）接線(xiàn)方式多用于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，是消除鐵磁諧振的一種有效措施。針對(duì)目前變電站現(xiàn)場(chǎng)存在較多4PT零序電壓二次接線(xiàn)錯(cuò)誤的現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)4PT接線(xiàn)單相接地二次電壓的分析，提出了一種現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案，并在工作現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證了其正確性。

關(guān)鍵詞：小電流接地系統(tǒng)；電壓互感器；三相4PT；單相接地

中圖分類(lèi)號(hào)：TM645? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2023）16-0006-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.16.002

0? ? 引言

當(dāng)前，4PT電壓互感器在35 kV與10 kV小電流接地系統(tǒng)中廣泛使用，相較于傳統(tǒng)的3PT電壓互感器，4PT電壓互感器除能滿(mǎn)足電網(wǎng)的絕緣監(jiān)視和電能測(cè)量要求外，還能有效消除非線(xiàn)性回路鐵磁諧振[1]。麗水地區(qū)現(xiàn)有5所220 kV變電站、18所110 kV變電站采用了4PT電壓互感器，其總數(shù)已超50臺(tái)，由于消諧性能優(yōu)異，4PT電壓互感器已經(jīng)漸漸成為主流。本文結(jié)合實(shí)際工作中由于接線(xiàn)錯(cuò)誤引起的故障實(shí)例，分析了4PT接線(xiàn)的基本原理，提出了一種驗(yàn)證4PT接線(xiàn)方式是否正確的方法。

1? ? 三相4PT接線(xiàn)基本原理

此前，4PT二次回路中的開(kāi)口三角形處做短接處理，此種接線(xiàn)開(kāi)口三角形容易產(chǎn)生較高的電動(dòng)勢(shì)，易引起PT繞組發(fā)熱甚至燒毀[2]。目前，麗水公司新投運(yùn)的4PT，其二次開(kāi)口三角形回路不再封閉，基本接線(xiàn)原理如圖1所示。

在一次側(cè)，電壓互感器由3臺(tái)星形接法的單相PT和1臺(tái)零序PT組成，三相PT中性點(diǎn)通過(guò)零序PT接地。三相PT的二次繞組接入正常負(fù)荷，零序PT與主PT的開(kāi)口三角繞組串聯(lián)得到零序電壓。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地或其他線(xiàn)路故障時(shí)，此種接線(xiàn)方式一方面能保證3臺(tái)主PT的相電壓變化較小，繼而保證磁密不飽和，另一方面可使零序二次電壓兩端呈現(xiàn)100 V，對(duì)接地指示有足夠的靈敏度。

2? ? 三相4PT接線(xiàn)單相接地電壓分析

2.1? ? 單相接地時(shí)一次電壓分析

（1）

經(jīng)計(jì)算可以得到：

（2）

2.2? ? 正確接線(xiàn)情況下二次電壓分析

（5）

根據(jù)圖1的原理接線(xiàn)圖，可以計(jì)算零序接線(xiàn)處所得電壓，由于其變比不同，計(jì)算式如下：

（6）

正常二次額定電壓為57.7 V，故經(jīng)此計(jì)算得出，單相接地時(shí)零序測(cè)控電壓為100 V。k值會(huì)影響單相接地時(shí)中性點(diǎn)電壓的偏移量，但是不會(huì)影響零序測(cè)量電壓的大小。因此，正常單相接地時(shí)，中性點(diǎn)的零序電壓為100 V，有效提高了接地指示的靈敏度。

2.3? ? 錯(cuò)誤接線(xiàn)情況下零序電壓分析

現(xiàn)場(chǎng)由于設(shè)計(jì)施工等原因，經(jīng)常發(fā)生零序PT極性接反的情況，在實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)，多數(shù)情況為0相壓變零序電壓繞組二次極性接反，如圖5所示。由于正常運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)電壓基本為0，零序PT沒(méi)有感應(yīng)電壓，二次電壓測(cè)量正確，所以在正常核相帶負(fù)荷時(shí)無(wú)法檢查出電壓極性接反的情況。

當(dāng)零序PT極性接反時(shí)，參照正確接線(xiàn)時(shí)的二次電壓計(jì)算式，得到各個(gè)二次電壓計(jì)算值，正常A、B、C三相電壓不受該繞組影響，電壓顯示正常，計(jì)算零序電壓：

（7）

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，零序電壓有效值隨著k增大逐漸減小，當(dāng)k=3時(shí)，零序電壓值變?yōu)?，與正常情況下電壓完全相同，嚴(yán)重干擾各設(shè)備對(duì)接地故障的判斷。

3? ? 現(xiàn)場(chǎng)故障實(shí)例及試驗(yàn)方案

3.1? ? 零序電壓LN兩點(diǎn)接地故障實(shí)例

2021年10月19日，在麗水某變電站35 kV線(xiàn)路復(fù)役時(shí)，發(fā)現(xiàn)35 kV母線(xiàn)電壓不平衡，檢查發(fā)現(xiàn)35 kVⅡ段母線(xiàn)壓變端子排有燒損，如圖6所示。

故障發(fā)生后，檢修人員對(duì)事故壓變進(jìn)行檢查、試驗(yàn)。檢查母線(xiàn)壓變外觀正常，在絕緣、變比和直阻試驗(yàn)中，檢查發(fā)現(xiàn)零序壓變二次直阻與交接值比增大50%，零序壓變?cè)囼?yàn)不合格，最終對(duì)母線(xiàn)零序壓變進(jìn)行更換處理。

故障原因分析：由于開(kāi)關(guān)柜出廠時(shí)零序壓變測(cè)量繞組未接入測(cè)量回路，施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接線(xiàn)回路進(jìn)行整改，由于現(xiàn)場(chǎng)改線(xiàn)過(guò)程中漏將零序壓變的L線(xiàn)改接，導(dǎo)致L線(xiàn)與地短接，即圖1中l(wèi)與n短接。正常運(yùn)行時(shí)，零序壓變二次電壓很小，二次繞組短路不易發(fā)現(xiàn)，當(dāng)35 kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相或兩相接地短路時(shí)，中性點(diǎn)電壓升高，二次繞組感應(yīng)出較高電壓，使得繞組短路燒損。

3.2? ? 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證

基于零序繞組易錯(cuò)接且不易發(fā)現(xiàn)的特點(diǎn)，檢修人員在現(xiàn)場(chǎng)需要通過(guò)一定的試驗(yàn)校驗(yàn)零序電壓二次接線(xiàn)的正確性。

一般現(xiàn)場(chǎng)安裝好4PT壓變后，會(huì)進(jìn)行高壓通壓試驗(yàn)，該試驗(yàn)?zāi)軌蝌?yàn)證正常運(yùn)行情況下各相二次側(cè)電壓測(cè)量的正確性，但是無(wú)法識(shí)別零序電壓極性接反的情況。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，利用繼電保護(hù)測(cè)試儀或現(xiàn)場(chǎng)檢修電源箱提供三相電源，加入4PT一次側(cè)，通過(guò)改變4PT接線(xiàn)，得到二次側(cè)各點(diǎn)電壓值。

針對(duì)10 kV不接地系統(tǒng)的4PT，用繼電保護(hù)測(cè)試儀在壓變一次側(cè)加電壓，斷開(kāi)N與地的連接，將A與N短接，通入三相電源，模擬實(shí)際不對(duì)稱(chēng)故障，一次加壓接線(xiàn)圖如圖7所示，其中Ea′、Eb′、Ec′為外加電壓。

針對(duì)10 kV不接地系統(tǒng)，當(dāng)接入電壓Ea′=57.7∠0°V，Eb′=57.7∠-120°V，Ec′=57.7∠120°V，用萬(wàn)用表測(cè)量二次電壓，測(cè)量時(shí)應(yīng)得到：Ua=0 V，Ub=1 V，Uc=1 V，Uln=1 V。測(cè)得Uln=1 V，表明零序PT二次極性接線(xiàn)正確，與各相PT之間連接正確，變比正確。

如采用現(xiàn)場(chǎng)檢修電源，則Ea′=220∠0°V，Eb′=

220∠-120°V，Ec′=220∠120°V，則對(duì)應(yīng)測(cè)量得到二次電壓：Ua=0 V，Ub=3.8 V，Uc=3.8 V，Uln=3.8 V。同理，在測(cè)得上述電壓時(shí)可判斷零序PT二次側(cè)接線(xiàn)正確。

根據(jù)上文所述方法，檢修人員在某變電站10 kV電壓互感器上開(kāi)展相關(guān)測(cè)試試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)模擬零序錯(cuò)誤接線(xiàn)，驗(yàn)證了文中方法的正確性，為之后的4PT校驗(yàn)提供了依據(jù)。

4? ? 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)三相4PT電壓互感器接線(xiàn)的工作原理，分析了正確接線(xiàn)情況下單相接地時(shí)一次電壓分布情況和相應(yīng)的二次電壓測(cè)量值，進(jìn)而得出零序繞組二次極性接反時(shí)單相接地情況下的零序電壓。結(jié)合實(shí)際工作中接線(xiàn)錯(cuò)誤引起的故障實(shí)例，提出了一種現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證方案，并在工作現(xiàn)場(chǎng)得以驗(yàn)證。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 張雄偉，謝暉，馬凱，等.三相四PT接線(xiàn)方式原理分析及電氣實(shí)驗(yàn)[C]//第十三屆全國(guó)保護(hù)和控制學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集，2011：258-261.

[2] 楊紅靜，顧建姝，田曉越.抗諧振4PT的性能分析與二次接線(xiàn)改進(jìn)[J].電工文摘，2015（4）：6-7.

收稿日期：2023-04-17

作者簡(jiǎn)介：毛新飛（1988—），男，浙江麗水人，技師，工程師，從事變電二次檢修工作。