電壓互感器二次回路故障對繼電保護的影響研究

摘要：對電壓互感器典型的二次回路及其等效電路進行了研究，說明了電壓互感器發生二次回路斷線、多點接地、阻抗過大等故障時對繼電保護產生的影響，并指出了進一步的研究方向。

關鍵詞：電壓互感器 二次回路 繼電保護 影響

0 引言

電壓互感器（在后文中以TV表示），在電壓變換的作用下，將電力設備的高電壓轉變為計量、測量、繼電保護等二次設備需要的低電壓，不僅具有標準化二次設備功能，還能有效地隔離一次側與二次回路。TV二次回路故障可能造成不正確的測量結果，還可能會使計量出現誤差，進而不能保障運行的可靠性，還會對計量的準確性造成影響；也許會造成保護的誤動和拒動，從而不利于電力系統安全穩定的運行。因此，研究TV二次回路故障對于繼電保護正確工作的影響具有很高的研究價值。

1 TV二次回路及其等效電路

在反事故措施中，TV二次回路在控制室內只能有一點接地。要想使接地的可靠性更大，各TV的中性線不得接入可斷開的熔斷器或者開關。為了保護二次繞組免受雷電波、過電壓的沖擊，在N線中還會布置放電間隙或者氧化鋅閥片接地，其典型的接線圖如圖1所示。

典型的TV二次接線方式已通過圖1展示出來。像是南瑞繼保的RCS900系列保護等一些保護裝置，因為他們采用的是自3U0，可根據實際情況接入L630，不接入也是可以的。而數字化變電站，由于其二次回路使用用光纜，所以本文不對其進行討論。但是要注意，數字化變電站同樣存在二次回路斷線的問題，但與本文所討論的問題是有差別的。

TV二次回路等效電路如圖2所示。

其中，TV的二次繞組所承受的等效電壓用來UA表示，TV二次回路的等效阻抗用Z1來表示，ZL為TV 所承受負荷的等效阻抗，ΔUAB即TV回路壓降，UB為負荷即繼電保護上的壓降。由圖2易知，負荷（繼電保護裝置）承受的實際電壓UB不等于TV轉換的電壓UA。為了盡量減小二者的差距，我們應該盡可能降低Z1，但是卻因為一些客觀原因的影響，Z1也許會變得非常大，達到讓我們難以想象，這就會造成繼電保護獲得的電壓UBTV與轉換電壓UA嚴重偏離。而且，因為對TV特殊的要求，ZL+Z1的阻抗不能低，不然就會使UA測量一次側的電壓值發生錯誤。

2 TV二次回路常見故障

在進行TV二次回路故障分析時，首先要從現場實際故障出發，再依據TV二次回路的現場接線和給出的等效電路圖進行分析。

2.1 TV二次回路斷線 TV二次回路斷線即TV至繼電保護的連接回路發生開路，實際上包括對稱斷線和不對稱斷線兩種情況。前者是三相斷線，其原因一般是外力破壞等。后者是一相或者兩相斷線，其原因包括電纜質量不合格，電纜遭到破壞，二次回路接線不良等。

2.1.1 三相斷線 三相斷線是指A、B、C 三相都斷線，最終導致繼電保護不能獲得任何一相的電壓，從繼電保護的角度來講，這跟TV一次發生三相斷線是一樣的，與被保護設備不帶電狀況也是一樣的。

2.1.2 不對稱斷線 ①圖3為TV二次回路斷線A相斷線的電壓向量圖，其中，實際電壓用虛線來表示，測量電壓用實線來表示，因為A相斷線，所以A相電壓U'A=0，而L線是正常的，所以U'L與正常時是一樣的，還是較小值。

②除此之外，不對稱斷線還包括兩相斷線，此時只剩一個正常相電壓，U'L值依舊正常。

③當L相斷線時U'L置為零，但是由于正常運行時UL也幾乎為零，因此難以發現。僅當一次系統發生接地故障時，零序電流不再為零，但U'L還是零，這時便可以發現L相斷線。

2.2 TV二次回路多點接地 當TV二次回路中出現其他的接地點時，二次回路中就會出現多點接地。在圖4中，由于兩相接地使中性點偏移，最終使三相電壓都和原來不一樣了，產生了零序電流。由于中性線阻抗表現為阻性，所以零序電流的方向與中性點發生偏移的方向相反，電壓偏移量和接地點兩相間的電阻最終決定了零序電流的大小。中性線導致的電壓偏移不會影響到線電壓，但是會影響到相電壓。

2.3 TV二次回路阻抗過大 在圖2中，繼電保護所承受的電壓UB會隨著回路阻抗Z1變大而降低，降低多少要看回路阻抗Z1與保護阻抗ZL的相對關系。因為是不一樣的回路阻抗，三相電壓會出現失衡的情況，當N線的阻抗也變大時，會使中性線電壓發生偏移，可能會出現圖5中的電壓向量關系。

3 TV二次回路故障對繼電保護的影響

經過對TV二次回路的故障并結合其引起的電壓變化進行分析，可知TV二次回路事故可能有下面三個方面的影響。

3.1 TV二次回路斷線對繼電保護的影響 由于TV斷線會引起電壓向量的變化，所以只要以電壓向量的變化作為動作判決的保護都會受到影響。在微機保護裝置中，一般運用的都是TV斷線檢測機制，一旦有這種情況產生，退出可能誤動作的保護功能。

各個斷線類型要根據其具體情況選擇相應的判別原理，在進行三相斷線的判別時，一般依據的是三相無壓而有流。而單相和兩相斷線，需要考慮保護裝置的差異來選擇相應的判據，用得比較多的判據是負序電壓超過8 V，由于發生不對稱斷線故障時，會有負序電壓產生，而單相接地故障時，沒有負序電壓。

3.2 TV二次回路多點接地對繼電保護的影響 中性線電壓偏移就是由于回路多點接地而造成的，進而使相電壓的變高或變低，產生相位變化，導致與電壓變化量相關的繼電器的誤動作，如接地距離繼電器、功率方向繼電器誤動作等。

3.3 TV二次回路阻抗過大對繼電保護的影響 當二次回路阻抗超過一定值之后，實際電壓就會比保護裝置得到的電壓大，而中性線電壓的偏移，又使三相電壓失衡，因此而產生零序電壓。進而導致繼電保護作出判斷可能是錯誤的，可能導致PT斷線而無法進行保護，進而無法保障保護的正常運行。而且，TV二次回路阻抗太大也會嚴重影響計量，因此要及時采取措施解決。

4 結語

本文分析了TV二次回路接線和等效電路圖之后，總結了TV發生二次回路斷線、多點接地、阻抗過大等故障時的電壓特點，再根據電壓變化分析了其對繼電保護造成的影響。綜上所述，我們最不容易發現的就是TV二次回路阻抗過大給繼電保護造成的影響，因此還有待進行深入的研究，努力找到最佳的解決方案。

參考文獻：

[1]孫亞輝，陳志強，蔡衍.TV二次回路反充電的原因分析及防范措施[J].電力系統保護與控制，2010（9）：126～129，133.

[2]李懷強，粟小華，胡勇.超高壓輸電線路TV斷線過流保護整定方法[J].電力系統自動化，2008，32（13）：101～103.

[3]秦濤，張磊，王向東.TV 二次單相接地短路故障分析[J].電力系統保護與控制，2010（7）：136～138.

[4]陸浩進，田輝.變電站擴建工程中TV并列回路二次接線的改進措施[J].電力系統保護與控制，2008，36（22）：117～119.

[5]于旭東，曾鐵軍，宋艷.繼電保護檢驗規程中的幾點不足[J].電氣應用，2009（13）：52～55.

[6]周建軍，樊高瑞，樊慶玲，等.二次電壓回路檢查方法的探討[J].電力系統保護與控制，2010（3）：133～135.

[7]楊忠禮，郭奇，趙慧光.電壓二次回路的改進措施[J].電力系統保護與控制，2008，36（22）：111～113.