配置零序TV的小電流接地系統電壓異常分析

金 宏，林 軍

（武義縣供電局，浙江 武義 321200）

0 引言

在小電流接地系統發生單相接地故障時，允許電網繼續運行1～2 h，此時非接地相的電壓將上升到線電壓，如果是間歇性接地則還存在暫態過電壓，會導致母線電壓互感器（TV）鐵芯磁通飽和，引起鐵磁諧振過電壓，特別是產生分頻諧振時，易造成TV的高壓熔絲熔斷或TV過熱而使絕緣損壞。為防止鐵磁諧振過電壓，廣泛采用在10kV母線電壓互感器中性點安裝零序TV的星形接線，即簡稱4TV接線。運行實踐證明，4TV接線的消諧效果良好，不僅能防止由于過電壓引起的高壓熔絲熔斷和TV絕緣損壞，同時還大大減少了調度和變電站值班人員的工作量。但是，實際運行中也發現，盡管4TV接線有很好的消諧效果，但如果接線不當也會造成電壓指示異常的現象。本文就生產運行中易出現的因錯誤接線而引起的電壓異常進行分析。

1 10kV零序TV應用原理分析

圖1是4TV接線圖，它由3臺主TV和1臺零序TV組成，4臺TV變比要求相等，參數基本一致，主TV一、二次側繞組均為星形接線，中性點通過零序TV的繞組接地，輔助繞組為閉口三角形接線，用于消諧和降低自身阻抗。系統正常時，三相電壓對稱，中性點電壓等于零，三相電壓均為相電壓，零序TV的電壓為零。當系統單相接地時，若是A相接地，其二次電壓相量如圖2所示，A相變為零，B相和C相上升到倍相電壓，但由于有零序TV的存在，從圖中看出3個主TV承受的電壓仍為相電壓，因此不會造成TV飽和，從根本上消除了鐵磁諧振的問題。同時因零序TV的電壓輸出為相電壓，由它通過接地電壓監視發出接地信號。由于三相電壓對稱，接成閉口三角形的輔助繞組疊加后的電壓為零，也就不會因為閉口三角形短接而形成很大的環流而造成TV燒毀。

圖1 4TV一次和二次接線

圖2 正確接線時A相接地的相量

2 4TV接線錯誤引起的電壓異常及處理

2.1 第一起電壓異常情況

2.1.1 異常現象描述

某變電站由1號主變壓器送10kVⅠ，Ⅱ段母線，Ⅰ，Ⅱ段母線TV運行。某日10kV出線發生A相接地，變電站發出接地信號，但2段母線電壓指示并不一致，且接地相即A相的電壓指示反而升高，調度監控后臺電壓指示如下：

Ⅰ段母線電壓：UA=9.14kV，UB=5.60kV，UC=4.81kV，3U0=5.48kV；

Ⅱ段母線電壓：UA=6.16kV，UB=5.96kV，UC=5.85kV，3U0=0.28kV。

2.1.2 異常分析和處理

Ⅰ段母線TV停電檢查后，發現零序TV二次回路引出線L與零線N的接法與圖1不符，L與N互換，即零序TV極性接反。

Ⅱ段母線TV停電檢查后，發現主TV二次回路的三相中性點與零序TV二次繞組串接點即L的引出線，在引至10kV電壓測控裝置時其二次連接電纜被誤接在空端子上，因而測控裝置并未檢測到有零序TV二次繞組L的輸入。

畫出A相接地時零序TV極性反接的二次電壓相量圖，見圖3，其中測控裝置即調度監控后臺各相電壓顯示值為相電壓UA，UB，UC與零序電壓UL合成值，3U0顯示值即為零序TV的輸出電壓UL。當零序TV二次線圈極性反接、10kV系統發生A相單相接地時，B，C兩相電壓相等，數值顯示仍為相電壓，但接地相A相電壓顯示上升為2倍相電壓，零序TV輸出和顯示電壓為相電壓，可發出“10kV母線接地”信號，故出現Ⅰ段母線電壓指示異常的情況。

圖3 A相接地、零序TV極性反接時的相量

圖4為A相接地、零序TV未接入時的相量圖。由圖4可知，參與相電壓合成的零序TV二次繞組極性端L未接入時，即零序電壓未能參與相電壓的合成，即圖2中的UL=0，所以雖然A相接地，但測控裝置即調度監控后臺顯示的相電壓數值不會發生變化，與Ⅱ段母線電壓指示異常的情況基本一致，但因A相接地，所以接地相A相電壓與正常運行時方向相反。

圖4 A相接地時零序TV未接入時的相量

2.2 第二起電壓異常情況

2.2.1 異常現象描述

某變電站自建成投入正常運行即發現10kV系統三相電壓不平衡，零序電壓偏大，同時頻繁發生TV高壓熔絲熔斷，調度監控后臺正常運行時Ⅰ段母線電壓指示如下：

UA=5.93kV，UB=6.369kV，UC=5.912kV，3U0=0.632kV。

2.2.2 異常分析和處理

經檢查，一次設備接線和試驗結果皆正常，但發現三相主TV二次接線中輔助繞組未接成閉口三角形，呈開路狀態。

三相主TV等同于三相變壓器，畫出三相主TV的零序阻抗等值電路如圖5所示。由圖5（a）可知，由于TV的勵磁阻抗Xu0很大，漏抗Xt可基本忽略，所以當輔助繞組為開口三角時，表現出的阻抗很大。

圖5 主TV零序阻抗等值電路

當主TV輔助繞組接成閉口三角時，其零序阻抗等值圖如圖5（b）所示，勵磁阻抗與漏抗并聯，等效阻抗降為漏抗或更低，極大地降低了主TV的阻抗。經實測，TV輔助繞組接成閉口三角后，TV阻抗減少至不及原來的百分之一，從而使系統接地后零序TV與主TV形成串聯回路，接地后形成的零序電壓大部分落在零序TV上，使三相主TV不易飽和，從而可提高其發生鐵磁諧振的最低動作電壓，起到抑制過電壓、過電流的作用，同時還提高了接地監視的靈敏度。研究表明，TV高壓熔絲熔斷的主要原因不是鐵磁諧振，而是故障恢復后的電容放電沖擊電流。由于TV高壓熔絲熔斷現象多發生在線路對地電容較大的單相接地故障恢復時，而增加的零序TV（顯示為大電阻時）分擔了大部分單相故障時加在TV高壓繞組上的電壓，使得故障消除后需要釋放的電荷減少，減弱了故障恢復后電容電流對TV高壓熔絲的沖擊，所以輔助繞組接成閉口三角既能起到降壓消諧的作用，也在很大程度上避免了TV高壓熔絲的頻繁熔斷，同時對改善電壓波形也起到了積極的作用。

3 接線正確時TV高壓熔絲熔斷的電壓指示分析

由于TV高壓熔絲熔斷時也會造成電壓顯示異常、發接地信號，但相電壓和零序電壓指示與單相接地時的電壓指示有所不同。

圖6為TV高壓熔絲熔斷時的相量圖。由圖6（a）可知，在A相熔絲熔斷后，熔斷相A相電壓指示為正常值的一半，B，C兩相電壓指示正常，零序TV電壓指示為相電壓的一半，可發出“10kV母線接地”信號。

圖6 單相熔絲和兩相熔絲熔斷的相量

由圖6（b）可知，當B，C兩相熔絲熔斷后，熔斷相A相電壓指示為正常值的一半，B，C兩相電壓也是正常值的一半，零序TV電壓指示為相電壓的一半，可發出“10kV母線接地”信號。

4 對4TV接線中輔助繞組開口三角短接的探討分析

上述分析表明，4TV接線時輔助繞組開口三角最好短接，但這也帶來一個嚴重問題，即當系統中出現單相斷線、變壓器空投母線、單相弧光接地（單相金屬接地除外）等不正常工況時，由于三相電壓嚴重不平衡，由此產生的零序電壓勢必將在閉口三角中形成極大的環流。TV一次熔絲一般取0.5 A，根據TV的變比轉化為輔助繞組的二次電流達86.6 A，將造成剩余繞組、一次繞組和鐵芯過度發熱，而TV一次熔絲又不能對其起保護作用，如果處理不及時將會導致一次繞組、剩余繞組和鐵芯持續過熱，甚至引發一次繞組的匝間、層間以及二次繞組絕緣擊穿，熱擊穿發展過程中，最終導致一次熔絲熔斷而TV自身也將出現絕緣物燒焦熔化、環氧殼體爆裂等典型的熱擊穿事故，此類事故在實際運行中已發生數起。由此可見，4TV接線方式并非十分完美，雖然它消除了鐵磁諧振，卻又成為TV燒毀的根源。

5 結語

通過對幾種4TV錯誤接線引起的電壓異常分析可知，二次接線錯誤將對安全運行帶來極大危害，而且這類接線錯誤在系統正常運行時不易發覺。為了防止類似問題的發生，在新的10kV母線TV投入運行時，一定要仔細檢查其一、二次接線是否正確，重點核對零序TV和輔助繞組極性接線是否正確，同時還要確保4臺TV變比一致。雖然4TV接線有不足之處，但實際運行表明其仍是一種很好的消諧措施，在很大程度上避免了TV燒毀和高壓熔絲熔斷。只要在認識到其不足的同時，通過選取勵磁特性優良的TV，同時在三相電壓嚴重不平衡或TV熔絲熔斷等異常工況時做出快速反應、及時處理，此接線方式仍不失為一種較完美的接線。

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