JSJW型電壓互感器剩余繞組接地假象探討

劉新博++孫倞明

摘 要：結合多年互感器技術及售后服務工作經驗，探討在驗收產品JSJW-10型電壓互感器產品過程中，交接現場系統送電后有時出現的接地報警現象。

關鍵詞：電壓互感器；接地故障；JSJW-10型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.146

1 案例分析

（1）某新建電廠送電后，其系統的繼電保護動作，發出接地信號，值班人員立即測量發現剩余繞組（da dn）有30V左右的電壓。當向某一負荷線路送電后，接地信號立刻消失，原因無法查清。

（2）某新建煤礦35kV變電所，當變壓器與6kV母線送電后，發出接地信號，值班人員立即檢查線路及變壓器，均沒有發現接地現象，對電壓互感器進行檢測發現，二次電壓三相平衡，剩余繞組（da dn）有30V左右的電壓，將負荷投入運行后，接地信號立即消失。

（3）某新建機械廠35kV降壓變電站建成送電時，繼電器動作，發出接地信號。經檢測，6kV母線及線路卻末出現接地故障，二次電壓三相平衡；開口三角繞組（da dn）上有原因不明的30左右的電壓。相同條件下，對某一負荷線路送電，接地信號消失。

以上案例現象極為相似，都是在6kV或10kV系統無接地故障的情況下發生接地報警現象，剩余繞組（da dn）均有30V左右的電壓。我們公司均對產品做現場試驗，與出廠試驗數據比對，試驗結論均為合格產品。并不存在產品質量問題。值班人員將線路投入負荷后，系統運行正常，認為系統存在虛假接地的現象。

2 JSJW型電壓互感器工作原理

JSJW-10型電壓互感器是采用三芯五柱式鐵芯結構，油浸式產品，經常安裝在高壓35kV、中壓10kV或6kV的降壓變電站里。該型互感器器身有一組用來計量或電壓指示的三相星接繞組，提供100V的二次電壓。還有一組電壓為100V結成開口三角的剩余電壓繞組，系統正常運行時，三相磁通對稱，三相剩余電壓繞組電動勢向量之和等于零，開口角（da dn）出線端字沒有電壓，用來進行監察線路供電系統對地的絕緣情況。且在這個繞組（da dn）的輸出上裝有一只DJ-131/60CN電壓繼電器。通過DS-131/□時間繼電器延時發出信號。當系統出現接地故障時，剩余電壓繞組三相電壓不平衡，開口三角感應出100V的電壓，驅動系統報警接地信號。

JSJW-10型電壓互感器除具有一般互感器的特性外，其結構特點同時也構成了它對零序諧波的靈敏特性。

（1）高壓繞組通過YO接線方式，中性點接地，可以接受零序電壓及形成零序電流。

（2）由于鐵芯是三芯五柱式，兩個邊柱可以對各相零序諧波磁通構成回路。

（3）互感器相對于變壓器而言，它的鐵芯小，在建立磁通時所需的激磁電流也很小，即使電力變壓器的二次繞組的電容放電很小，也足以使JSJW型電壓互感器建立起一定程度的零序諧波磁通。

（4）當芯柱中有三次諧波磁通時，在其各項繞組中都會感應出三相諧波電勢。在開口三角繞組中，當系統三相平衡時，其基波電勢的三相之和因互相抵消為零，而三次諧波電勢卻因為同相串聯而相加，其開口電壓電勢則為三相之和。

（5）當系統電壓較高時，鐵芯中磁通因飽和變形，出現三次諧波分量，雖然其量很小，卻因其頻率較高（是基波的3倍），使其感應諧波電壓分量也為3倍。開口繞組三相串聯之和為9倍，因此其對零序諧波較為靈敏。

3 角形接線方式與三次諧波

電力電網上的電壓并不是恒定的，由于線路阻抗的存在以及負荷的不斷變化，隨時都會影響系統的電網電壓。雖然國標中規定電網電壓不能超過±5%的要求，但是實際運行情況還要大，當系統電壓升高后，鐵芯內的磁通波就會因飽和而變形，感應電勢就會產生諧波分量。

（1）由于變壓器的短路阻抗國家有標準，不會很大。那是指基波（50Hz）而言。而對于三次諧波，其阻抗應是：X1=2πf1L X3=2πf3L。式中f3=3 f1 也就是說，三次諧波的電抗比基波電抗大三倍，由于電阻與電抗相比較小很多，而阻抗由主要有電抗組成，因此，它的內壓降也要大3倍。所以消除三次諧波電勢并不容易。

（2）系統中變壓器的二次繞組并非孤立存在，除了具有自身的匝間電容外，它與接地的鐵芯、外殼、變壓器絕緣油等都能構成電容。電容量的大小與變壓器的結構有關，越是容量大的變壓器，電容量就越大。

（3）當諧波電勢存在較大時，必然對上述電容充電。一旦構成放電回路時，它們就會按諧波頻率充放電。由于JSJW型電壓互感器的接入，因其高壓繞組的中性點接地，就構成了充放電的條件。

由于制造互感器與變壓器的導磁材料，其導磁能力都是有限的，其磁化曲線都有產生飽和現象的特性。設計者與制造商為了達到合理節約的目的，總想充分利用導磁材料的性能，選用了較高的磁通密度，這就使得其鐵芯在額定電壓或稍高一點的電壓下，其磁通波本應是正旋波的卻變為平頂波。波形畸變的程度，取決于過電壓的程度。

對于非正選的平頂波，如果能選一個適當量的正旋波來代替它，則會產生誤差。把此誤差數值移到水平軸上，就形成一個新波。依據疊加原理，將兩個正旋波形來代替平頂波形，則其誤差會減小。由于函數φ是連續的，所以可以將周期函數分解成傅里葉級數。

假設鐵芯中的磁通平頂波為φ：

φ=φ0+φkmsin（kωt+ψk）+ φkmcos（kωt+ψk）k=1～∝ （1）

由于該函數的性質——無直流分量，無余弦函數，無偶次諧波，將（1）式展開后，可簡化為：

φ=φ1msin（ωt+ψ1）+ φ3msin（3ωt+ψ3）+ φ5msin（5ωt+ψ5）+ φkmsin（kωt+ψk）+……. （2）

公式（2）表明，非正旋波的磁通波，可以轉化為用正弦函數組成的一組級數來表示。根據傅里葉級數的性質，函數具有收斂性，頻次越高，波幅越小。所以其高次諧波可以忽略不計。除基波外，三次諧波波幅最大。endprint

產生接地假象通常是電網電壓較高或新建電廠及變電所出現，因此可以找出剩余繞組產生電壓的規律，發電廠及大型變電站輸出的電壓較穩，輸電線路末端就會出現壓降，負荷的變化又會造成線路末端的變化。線路遠端及末端變電站，送電后但尚未投入負荷，線路上的電壓必然很高，變壓器接受的激磁電流強，鐵芯飽和點明顯，因而輸出電壓中含有三次諧波分量，如果此時負荷尚未投入，其三次諧波分量產生的電勢只有電壓互感器是唯一通路，其能量全部表現在互感器高壓繞組上，足以通過電磁感應，使剩余繞組（da dn）產生30V左右的電壓，引起繼電保護的絕緣監察系統動作報警。

4 現場在線監測報告

近期，某變電站設備更新改造，利用這次停電檢修機會，為了驗證上述設想是否符合實際，在安裝更換新設備時做了在線檢測試驗。變電站的高壓為35kV，低壓為6kV線路。主變壓器為2400Kva，低壓母線上裝有一只JSJW-10型電壓互感器，且低壓母線裝有6kV電站自用20kVA變壓器。

（1）送電時先將主變、低壓母線及站用變壓器送電，其它線路及負荷暫時不送電。此時，繼電器發出接地信號，電壓互感器剩余繞組（da、dn）電壓檢測電壓為30V左右。

（2）用站用變壓器作為被檢測信號連接示波器，使其顯示一個正旋波性，拆去檢測信號線。

（3）將示波器檢測信號線連接到互感器剩余繞組（da、dn）上，示波管上立即顯示3個周期的波形，其波形不像正旋波那樣圓滑。

（4）繼續將另一臺100kVA的變壓器送電，示波器的波形下降，最后將剩余的560kVA的變壓器送電，接地信號消失。

如果變電站采用的是JDJ型或JSJ型的電壓互感器，就不會出現此現象。同樣是處在線路的末端，并處在電網邊緣，而且均采用JSJW型的電壓互感器，其發生接地假象的概率卻不盡相同，其主要影響因素有一下幾點。

（1）變壓器的質量。如果變壓器采用了質量較差的硅鋼片，或是采用了較高的磁通密度，則其鐵芯容易飽和，易產生磁通諧波。

（2）變壓器分接開關選位不當。有的變電站為了滿足下級用戶對較高電壓的要求，而將本電站變壓器的分接開關定在低一檔的位置。使得本變壓器長期處于接近過電壓狀態。

（3）繼電器定值不同，我們在安裝調試過程中，變電站的規定定值各不相同，其電壓繼電器的定值有的定位15V，有的定位30V，其時間繼電器定值有的定3S，也有的定位9S，定值較低的的電站，出現接地假象的概率就較高。

綜上所述，在JSJW型電壓互感器上出現的接地假象，應該大多是由三次諧波造成的，而三次諧波則主要是由于電網電壓較高，變壓器的鐵芯磁通飽和所致。endprint