有關PT二次回路異常對線路保護的探討

摘要:本文將分別對這三種情況下系統發生接地故障時，從理論上分析保護裝置測量到的電壓與系統實際電壓的差異，并根據現場保護調試經驗分析受影響的保護的動作行為。

關鍵詞:PT二次回路 異常 線路保護

1 PT二次兩點接地

圖1為發生PT二次兩點接地的一個典型例子，PT二次中性點在現場直接接地，保護裝置電壓輸入的中性點在控制室也接地，由此形成PT中性點兩點接地。當m至n有電流流過時，這兩點間將產生一個壓降Umn，Umn與流過的電流同相。保護測量到的電壓為:

Uan=Uam+Umn

Ubn=Ubm+Umn

Ucn=Ucm+Umn

自產3U0=Uam+Ubm+Ucm+3Umn

正常運行時，地中沒有電流流過，Umn等于零， 自產3U0也等于零，保護裝置感受到正常的三相電壓，不可能給予告警。但當系統發生接地故障時，地中將有零序電流流過，Umn不再等于零，保護測量到的相電壓不再真實反映系統的一次情況，而相間電壓仍是正確的。Umn將與保護感受到的零序電流同相或反相。

1.1 單相接地故障

1.1.1 電壓變化分析 假設發生母線或線路出口的C相接地故障，故障后C相電壓應基本為零而A、B相電壓基本不變。故障電流滯后原C相電壓約60～80度或超前約100～120度。由前分析，由于PT二次兩點接地而產生的附加電壓也將滯后原C相電壓約60～80度或超前約100～120度。圖2給出了這兩種情況的電壓相量圖。故障后保護測量到的電壓Uc\"=Umn，而A、B相電壓均疊加了Umn。

由圖2(a)可見，B相電壓升高大于額定電壓，A相電壓降低，故障相電壓幅值變大相位變化也大。圖2(b)也有類似的現象，A相電壓升高大于額定電壓，B相電壓降低，故障相電壓變化大。由此可以得出一個結論:在母線或線路出口故障時，PT二次兩點接地產生的附加電壓將使健全相中一相電壓明顯升高另一相降低，故障相電壓幅值變大、相位變化明顯。而在現場保護調試中也印證了這一結論。

1.1.2 對線路保護影響分析 對圖2(a)，對于發生正向故障的線路，零序功率方向繼電器、接地距離繼電器和工頻變化量接地距離繼電器仍然能夠正確動作。對于發生反向故障的線路，零序功率方向繼電器不會誤動;接地距離繼電器當整定阻抗較小時有可能誤動;工頻變化量接地距離繼電器當整定阻抗較小時也有可能誤動。

對圖2(b)，對于發生正向故障的線路，零序功率方向繼電器一般仍然能夠正確動作，除非附加電壓很大;接地距離繼電器當整定阻抗較小時有可能拒動;工頻變化量接地距離繼電器當整定阻抗較小時有可能拒動。對于發生反向故障的線路，零序功率方向繼電器可能會誤動;故障相接地距離繼電器不會誤動;工頻變化量接地距離繼電器一般也不會誤動，除非附加電壓很大。

1.2 兩相接地故障

1.2.1 電壓變化分析 假設發生母線或線路出口的AB兩相金屬性接地故障，故障后A、B相電壓應基本為零而C相電壓基本不變。零序電流滯后原C相電壓約60~80度或超前約100~120度。由前分析，由于PT二次兩點接地而產生的附加電壓也將滯后原C相電壓約60～80度或超前約100～120度。這兩種情況的電壓相量見圖3，與圖2基本相同，不同的是故障后保護測量到的電壓Ua\"=Ub\"=Umn，而C相電壓疊加了Umn。

由圖3(a)可見，C相電壓升高大于故障前電壓，故障相電壓幅值比實際大，B相電壓相位與故障前相比接近反相，A相電壓相位變化大。由圖3(b)可見，C相電壓降低，故障相電壓幅值比實際大，B相電壓相位基本不變，A相電壓相位變化大。由此可以得出一個結論:在母線或線路出口故障時，PT二次兩點接地產生的附加電壓將使健全相電壓有明顯變化或升高或降低，故障相電壓幅值變大、相位變化明顯。

1.2.2 對線路保護影響的分析 對圖3(a)，對于發生正向故障的線路，零序功率方向繼電器仍然能夠正確動作;故障相接地距離繼電器，當整定阻抗較小時A相接地距離繼電器有可能不動，B相接地距離繼電器仍然能夠正確動作;工頻變化量接地距離繼電器情況同常規接地距離。對于發生反向故障的線路，零序功率方向繼電器不會誤動;故障相接地距離繼電器中A相接地距離繼電器不會誤動，而B相當整定阻抗較小時有可能誤動;工頻變化量接地距離繼電器當整定阻抗較小時B相會誤動。

對圖3(b)，對于發生正向故障的線路，零序功率方向繼電器，一般仍然能夠正確動作，除非附加電壓很大;故障相接地距離繼電器，A相和B相當整定阻抗較小時都可能拒動;工頻變化量接地距離繼電器B相當整定阻抗較小時有可能拒動。對于發生反向故障的線路，零序功率方向繼電器一般不會誤動，除非附加電壓很大;故障相接地距離繼電器中B相接地距離繼電器不會誤動，而A相當整定阻抗較小時有可能誤動;工頻變化量接地距離繼電器，當整定阻抗較小時B相會誤動。

由于相間電壓不受PT二次兩點接地產生的附加電壓的影響，在兩相接地故障時，相間距離繼電器能夠正確工作，正向故障可由其切除。

發生接地故障時PT二次兩點接地產生的附加電壓對保護的影響總結如下:①零序功率方向繼電器基本不受影響;②接地距離繼電器在整定阻抗較小時有可能誤動或拒動，即對應于短線路情況;③附加電壓越大影響越大，即當在站內或附近故障時;④相間距離繼電器不受影響。

對于采用母線PT的保護來說，當某一回線發生出口接地故障時，由于PT二次兩點接地，可能造成該母線上其它線路的保護不正確動作，后果是非常嚴重的。因此“反措”嚴格要求PT二次中性點只能一點接地，接地點在控制室。

2 N端接PT二次開口三角電壓

保護裝置電壓輸入的N端誤接入PT二次開口三角電壓分兩種情況，一是順接，二是反接。由于正常運行時，開口三角電壓為零，保護測量到的三相電壓是對稱的，因此無法給出告警信號。當發生不對稱接地故障時，開口三角電壓不等于零，保護測量到的各相電壓都將疊加此開口三角電壓，不能真實反映系統的一次情況。

2.1 電壓變化分析 設三相實際二次電壓為:Ua'，Ub'，Uc'，則開口三角電壓√3 (Ua'+Ub'+Uc')。對于順接，保護測量到的電壓為:

Ua\"=Ua’+√3 (Ua'+Ub’'+Uc')

Ub\"=Ub’+√3 (Ua'+Ub'+Uc')

Uc\"=Uc’+√3 (Ua'+Ub'+Uc')

自產3U0\"=(1+3√3 )(Ua'+Ub'+Uc')

對于反接，保護測量到的電壓為:

Ua\"=Ua'-√3 (Ua'+Ub'+Uc')

Ub\"=Ub'-√3 (Ua'+Ub'+Uc')

Uc\"=Uc'-√3 (Ua'+Ub'+Uc')

自產3U0\"=(1-3√3 )(Ua'+Ub'+Uc')

以C相故障為例，假設A、B相電壓不變。從圖4(a)可見，故障相電壓變大且相位變化180°，健全相電壓明顯升高，三相電壓相量可能落在同一個180度平面內;從圖4(b)可見，故障相電壓變大甚至超過故障前電壓，三相電壓相量可能落在同一個180度平面內。

在現場調試過程中發現，故障前三相電壓對稱，發生C相故障后，A、B相電壓明顯增大，C相電壓相位發生了很大的變化且幅值比實際大得多，故障切除后三相電壓恢復正常，與圖4(a)分析結果相同。

2.2 對線路保護影響的分析 對圖4(a)開口三角電壓順接的情況，零序功率方向繼電器不受影響。當發生正方向故障時，接地距離有超越的現象。當發生反方向故障時，近處故障工頻變化量接地距離繼電器要誤動;由于零序電抗繼電器不動作，常規接地距離保護不會誤動。

對圖4(b)開口三角電壓反接的情況，零序功率方向繼電器在正方向故障要拒動，反方向故障要誤動。當發生正向故障時，接地距離保護要大大縮短保護范圍。當發生反向故障時，接地距離保護不會誤動，而工頻變化量接地距離繼電器在近處故障且整定阻抗較大時有可能誤動。

3 N端懸空未接

保護裝置電壓輸入的N端未接PT二次中性點而被懸空，此時保護裝置電壓輸入N端相對于PT二次中性點的電位不一定為零，Un=(Ua+Ub+Uc)/3。保護測量到的各相電壓為:

Ua\"=Ua-Un

Ub\"=Ub-Un

Uc\"=Uc-Un

在任何情況下，保護內部的自產3U0總是等于零。正常運行時系統三相電壓對稱，Un=0，保護測量到的三相電壓也是對稱的，因此無法給出告警。

如圖5所示，發生B相接地時三相電壓的參考點由n變為n\"， 故障相電壓幅值比實際大，而健全相電壓幅值減小。實際模擬試驗時發現，N懸空時保護感受到的故障相電壓幅值比實際的要大。

由于自產3U0理論上等于零，所以正方向故障零序功率方向繼電器要拒動，但在實際情況下零序功率方向繼電器在反方向故障可能誤動。而接地距離繼電器在反向故障時一般不會誤動，在正向故障時要縮短保護范圍。

4 結束語

當發生PT二次回路斷線，任何反映電壓的保護都有可能不正確動作，本文根據實際工程的一些經驗，對三種常見的PT二次回路異常情況對線路保護的影響進行了分析，以進一步提高繼電保護專業人員對PT二次回路異常危害的認識。