電網(wǎng)幾種“虛幻接地”情況的分析①

摘 要:電網(wǎng)中除發(fā)生單相接地發(fā)出接地信號(hào)外，還有多種原因也可能導(dǎo)致交流絕緣監(jiān)察裝置動(dòng)作發(fā)出虛假接地信號(hào)，如鐵磁諧振、電壓互感器錯(cuò)誤接線、傳遞過電壓等情況。本文分析了產(chǎn)生虛幻接地的幾種原因及其現(xiàn)象特征，提出了相關(guān)防止措施。

關(guān)鍵詞:接地虛幻接地傳遞過電壓鐵磁諧振過電壓

中圖分類號(hào):TM864文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)07(a)-0068-03

小接地電流系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，交流絕緣監(jiān)察裝置動(dòng)作，發(fā)出接地信號(hào)。但是 ，如果系統(tǒng)并沒有發(fā)生接地，由于其他原因如鐵磁諧振、電壓互感器錯(cuò)誤接線、傳遞過電壓等，交流絕緣監(jiān)察裝置動(dòng)作發(fā)出虛假接地信號(hào)，稱之為“虛幻接地”。這可能導(dǎo)致運(yùn)行人員誤判斷。本文主要分析幾種產(chǎn)生“虛幻接地”情況及其防范措施。

1 交流絕緣監(jiān)察裝置的工作原理

1.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)電壓變化

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障相對(duì)地電壓減小(極限值為0)，非故障相對(duì)地電壓升高(極限值為線電壓)，各相間電壓(即線電壓)不變。

1.2 交流絕緣監(jiān)察裝置工作原理

小接地電流系統(tǒng)中，交流絕緣監(jiān)察裝置一般由電磁式電壓互感器構(gòu)成，其接線圖如圖1所示。電壓互感器的變壓比為kV，接線組別為YN，yn，d0。

正常運(yùn)行時(shí)，電壓互感器開口三角形的端電壓為零，絕緣監(jiān)察繼電器KV不動(dòng)作，無信號(hào)發(fā)出;當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障如U相接地時(shí)，VU電壓表示數(shù)降低(極限值為0)，V、W相電壓表示數(shù)升高(極限值為線電壓)，開口三角形的端口有零序電壓3U0輸出(極限值為100V)，導(dǎo)致絕緣監(jiān)察繼電器KV動(dòng)作(其動(dòng)作值一般為15～30V)。繼電器KV動(dòng)作，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，發(fā)出接地信號(hào)。

2 幾種虛幻接地情況分析

2.1 電磁式電壓互感器錯(cuò)誤接線引起“虛幻接地”

2.1.1 絕緣監(jiān)視用電壓表中性點(diǎn)經(jīng)開口三角繞組接地

正常運(yùn)行時(shí)，由于系統(tǒng)三相電壓對(duì)稱，如圖(2)所示，雖然中性點(diǎn)經(jīng)開口三角繞組接地，但是每塊電壓表測(cè)得的仍是實(shí)際相電壓。

然而，若系統(tǒng)發(fā)生單相接地如U相接地，U相對(duì)地電壓為零。U相電壓表Vu測(cè)得的電壓即為開口三角形的端電壓。U、V、W相電壓(按副邊實(shí)際電壓計(jì)算)可由圖(b)所示的錯(cuò)誤接線下的相量圖求出。

則

所以

所以電壓表Vu的指示值即為100V所對(duì)應(yīng)的電壓值，此值較正常時(shí)為高，而、較正常時(shí)低。這種錯(cuò)誤接線在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，絕緣監(jiān)視電壓表的讀數(shù)與正常運(yùn)行時(shí)相比則是一相升高(實(shí)際的接地相)、兩相降低(非接地相)，并可能發(fā)出接地信號(hào)。我們由此判斷出的接地相接地為“虛幻接地”。

2.1.2 絕緣監(jiān)視電壓表中性點(diǎn)經(jīng)過開口三角繞組的某一相繞組接地

如圖3(a)所示，絕緣監(jiān)視電壓表中性點(diǎn)經(jīng)過開口三角繞組中的w′z′繞組接地。系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下，各電壓表的數(shù)值可由圖3(b)圖可得:

U相電壓表Vu讀數(shù):

V相電壓表Vv讀數(shù)

W相電壓表Vw讀數(shù)

由以上分析可知，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)U、V相電壓表的指數(shù)升高，大于相電壓但小于線電壓，W相電壓降低，容易被誤判為W相發(fā)生接地，即造成“虛幻接地”現(xiàn)象。

2.1.3 電壓互感器輔助二次繞組極性接錯(cuò)

如圖4所示，絕緣監(jiān)察裝置的一相接反。在系統(tǒng)正常的情況下，輔助二次繞組的相量如圖4(b)圖所示。此時(shí)開口三角繞組兩端電壓為輔助二次繞組在系統(tǒng)正常時(shí)每相繞組的相電壓。因此也會(huì)導(dǎo)致絕緣監(jiān)察裝置動(dòng)作而發(fā)出“虛假接地”信號(hào)。

2.2 電磁式電壓互感器勵(lì)磁特性不同引起“虛幻接地”

當(dāng)采用三臺(tái)單相電壓互感器構(gòu)成絕緣監(jiān)察裝置時(shí)，若選用不當(dāng)，勵(lì)磁特性相差較大，三臺(tái)電壓互感器的激磁阻抗不相等，相當(dāng)于三相不對(duì)稱負(fù)載，這樣會(huì)使中性點(diǎn)產(chǎn)生位移，零序電壓疊加在正序的電源電壓上，造成各相負(fù)載電壓不平衡;零序電壓也會(huì)在輔助二次繞組中出現(xiàn)。當(dāng)激磁阻抗差別較大，并使開口三角繞組兩端的零序電壓大于絕緣監(jiān)察裝置電壓整定值時(shí)，就會(huì)使電壓繼電器動(dòng)作，發(fā)出接地信號(hào)，從而造成“虛幻接地”現(xiàn)象。

2.3 鐵磁諧振引起的“虛幻接地”

在電力系統(tǒng)的振蕩回路中，往往由于變壓器、電壓互感器、消弧線圈等鐵心電感的磁路飽和作用而激發(fā)起持續(xù)性的較高幅值的鐵磁諧振過電壓。鐵磁諧振可以是基波諧振、高次諧波諧振，也可以是分次諧波諧振，這種過電壓的表現(xiàn)形式可能是單相、兩相或三相對(duì)地電位升高，導(dǎo)致虛幻接地現(xiàn)象。

鐵磁諧振與單相接地的不同之處見表1。

2.4 傳遞過電壓引起“虛幻接地”

傳遞過電壓就是當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生不對(duì)稱接地故障或斷路器不同期操作時(shí)，可能出現(xiàn)明顯的零序工頻電壓分量，中性點(diǎn)位移電壓顯著升高，通過靜電和電磁耦合在相鄰輸電線路之間或變壓器繞組之間會(huì)產(chǎn)生工頻電壓傳遞現(xiàn)象，在不利的參數(shù)配合下，如與接在電源中性點(diǎn)的消弧線圈或電壓互感器等鐵磁元件組成諧振回路，耦合回路將產(chǎn)生線形諧振或鐵磁諧振傳遞過電壓，從而危及低壓側(cè)電氣設(shè)備絕緣的安全;并可能引起“虛幻接地”。

2.4.1 變壓器繞組間的電容耦合

在正常運(yùn)行條件下，系統(tǒng)是對(duì)稱的，變壓器中性點(diǎn)的位移電壓很小。變壓器繞組間只有按高低壓繞組間的變比(電磁耦合)關(guān)系傳遞的工頻正序電壓分量，不會(huì)產(chǎn)生工頻的靜電傳遞。但是，對(duì)于小接地電流系統(tǒng)，當(dāng)電網(wǎng)中發(fā)生不對(duì)稱接地故障、斷路器非全相運(yùn)行或不同期操作時(shí)，小接地電流系統(tǒng)中性點(diǎn)位移電壓降顯著增大，通過靜電耦合和電磁耦合，在變壓器不同繞組之間或相鄰的輸電線路之間由于電容耦合會(huì)造成靜電傳遞過電壓，在不利的參數(shù)配合下，耦合回路將產(chǎn)生線性諧振或鐵磁諧振傳遞過電壓。

圖5(a)為發(fā)電機(jī)-變壓器組的接線圖，圖5(b)為其等值電路，其中C12為變壓器高低壓繞組間的耦合電容;C0為包括發(fā)電機(jī)、母線和變壓器低壓繞組在內(nèi)的每相對(duì)地電容;L為低壓側(cè)對(duì)地等值電感。

由于某種原因，變壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)出現(xiàn)較高的位移電壓un，此電壓將通過高低壓間的耦合電容C12傳遞到低壓側(cè)，使整個(gè)低壓系統(tǒng)的對(duì)地電位提高，形成傳遞過電壓。如果變壓器低壓側(cè)未接有電壓互感器(T)或消弧線圈，由于發(fā)電機(jī)對(duì)地電容較大，當(dāng)斷路器斷開時(shí)C0較小，低壓側(cè)的傳遞電壓倍數(shù)很高。

如果變壓器低壓側(cè)接有PT或消弧線圈L，則由于電感線圈的激磁特性，若滿足公式2條件，可能形成諧振的傳遞回路，在低壓側(cè)將產(chǎn)生數(shù)值更高的傳遞過電壓。

2.4.2 同桿并架線路間的電容耦合

當(dāng)兩線路間有較長距離的鄰近平行段，或不同電壓等級(jí)的輸電線路同桿并架時(shí)，高壓線路出現(xiàn)零序工頻電壓分量，該電壓會(huì)耦合到鄰近的線路如圖6表示。U0為在高壓線路中出現(xiàn)的零序工頻電壓分量，U2則為通過電容耦合傳遞到低壓線路上電壓，C12為高、低壓線路間的電容;C0為低壓線路的對(duì)地電容。

則

所有傳遞電壓，都會(huì)引起另一系統(tǒng)三相對(duì)地電壓不平衡，從而引起該系統(tǒng)一相、兩相、甚至三相電壓升高，并可能發(fā)出“虛幻接地”信號(hào)。

3 避免虛幻接地的措施

3.1 避免電磁式電壓互感器錯(cuò)誤接線引起“虛幻接地”的方法

接線后由專人進(jìn)行檢查，測(cè)量開口三角繞組兩端電壓，確認(rèn)電壓互感器接線無誤后方可投入運(yùn)行。

3.2 避免由于電壓互感器勵(lì)磁特性不同引起“虛幻接地”的方法

(1)制造廠首先從材料著手，使配套使用的電壓互感器所采用的硅鋼片的性能保持一致;其次在工藝上，以確保配套使用的電壓互感器勵(lì)磁特性一致。

(2)運(yùn)行單位應(yīng)選用勵(lì)磁特性相同的電壓互感器。

3.3 避免鐵磁諧振引起“虛幻接地”的方法

(1)正確選用電壓互感器，可選用勵(lì)磁特性較好的在1.9Um/電壓下，鐵芯磁通不飽和的電壓互感器。

(2)在電磁式電壓互感器的開口三角形繞組加裝阻尼電阻，或其他專門消除此類諧振的裝置。

(3)在電壓互感器一次繞組中性點(diǎn)對(duì)地間串接線性或非線性消諧電阻、加零序電壓互感器。

(4)在母線上加裝一定的對(duì)地電容(0.1～0.2μF)。

(5)采取臨時(shí)的倒閘措施，如投入消弧線圈，將變壓器中性點(diǎn)臨時(shí)接地以及投入事先規(guī)定的某些線路或設(shè)備。

3.4 避免傳遞過電壓引起“虛幻接地”的方法

(1)在高壓側(cè)避免采用熔斷器，盡量避免高壓斷路器不同期操作等，以減少在高壓側(cè)出現(xiàn)零序電壓的可能性。

(2)在低壓側(cè)未裝消弧線圈以及對(duì)地電容很小的情況下，可以在低壓側(cè)三相對(duì)地間裝設(shè)電容器組，通常作為永久性的措施每相裝0.1μF以上的電容即可。

(3)在發(fā)生“虛幻接地”現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)盡量縮短排除高壓側(cè)接地故障的時(shí)間，以同時(shí)消除低壓側(cè)的“虛幻接地”現(xiàn)象。

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