小接地系統(tǒng)零序電壓互感器的問(wèn)題分析及措施

欒國(guó)軍

（山東濰坊供電公司，山東 濰坊 261021）

0 引言

在中性點(diǎn)不接地的小接地電流系統(tǒng)中，鐵磁諧振過(guò)電壓是造成設(shè)備損壞、TV燒毀、高壓保險(xiǎn)熔斷的一個(gè)主要原因。目前，通過(guò)安裝零序TV進(jìn)行消諧在很多地區(qū)普遍采用，但由于安裝使用不當(dāng)，造成TV燒毀、電壓指示不當(dāng)?shù)裙收希虼?，認(rèn)真總結(jié)零序TV安裝使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)非常重要。

1 電力系統(tǒng)諧振

在電力系統(tǒng)中包含有很多電感元件和電容元件。在開(kāi)關(guān)操作或發(fā)生故障時(shí)，這些電感和電容元件可能形成不同自振頻率的振蕩回路，在外加電源作用下產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，引起諧振過(guò)電壓。諧振往往在電網(wǎng)某一局部造成過(guò)電壓，從而危及電氣設(shè)備的絕緣，甚至產(chǎn)生過(guò)電流而燒毀設(shè)備，還有可能影響過(guò)電壓保護(hù)裝置的正常工作條件。在不同電壓等級(jí)、不同結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中可以產(chǎn)生不同類(lèi)型的諧振過(guò)電壓。通常認(rèn)為系統(tǒng)中的電阻和電容元件為線性參數(shù)，電感元件則一般有三類(lèi)不同的特性參數(shù)。對(duì)應(yīng)三種電感參數(shù)，在一定的電容參數(shù)和其它條件的配合下，可能產(chǎn)生三種不同性質(zhì)的諧振現(xiàn)象。

線性諧振：電感參數(shù)為常數(shù)，電感值不隨元件上的電壓或電流的變化而變化。

鐵磁諧振：電感元件因帶有鐵芯會(huì)產(chǎn)生飽和現(xiàn)象，電感參數(shù)不再是常數(shù)，而是隨著電流或磁通的變化而變化。

參數(shù)諧振：電感參數(shù)在外力的影響下發(fā)生周期性變化。

實(shí)踐證明，在6～10 kV配電網(wǎng)中，由于各種系統(tǒng)接地引起鐵磁諧振發(fā)生的頻率最高。

2 鐵磁諧振的產(chǎn)生原因

在小電流接地系統(tǒng)中，由于電源中性點(diǎn)不接地而電壓互感器（TV）一次繞組中性點(diǎn)接地，以導(dǎo)線對(duì)地的分布電容 C和 TV繞組電感 La、Lb、Lc為主的阻抗元件就會(huì)形成并聯(lián)LC回路，如圖1所示。

圖1 小電流接地系統(tǒng)并聯(lián)LC回路等值圖

當(dāng)Xco/XL≦0.01時(shí)不發(fā)生諧振。當(dāng)Xco/XL>≧0.01,在一定的激發(fā)條件下，如①單相接地，使健全相的電壓突然升高，電壓升至線電壓；②單相弧光接地，由于雷擊或其他原因，線路瞬時(shí)接地，使健全相電壓突然上升，產(chǎn)生很大的涌流；③當(dāng)電壓互感器突然合閘時(shí)，其一相或兩相繞組內(nèi)出現(xiàn)巨大的涌流；④線路斷線故障、電壓互感器的高壓熔絲不對(duì)稱故障等。在這些因素作用下，出現(xiàn)中性點(diǎn)偏移電壓，某些相的對(duì)地電壓相應(yīng)升高，可能導(dǎo)致TV鐵心過(guò)度飽和，感抗下降，可以造成鐵磁諧振。隨著Xco/XL值增大，依次發(fā)生分頻、基頻和高頻諧振。

理論分析和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，發(fā)生基頻諧振時(shí)，一相對(duì)地電壓降低，兩相對(duì)地電壓升高且超過(guò)線電壓；發(fā)生分頻諧振時(shí)，三相對(duì)地電壓都升高，但過(guò)電壓較小，且相電壓低頻擺動(dòng)；發(fā)生高頻諧振時(shí)，三相對(duì)地電壓都升高，且過(guò)電壓很大。

3 零序電壓互感器的工作原理

通過(guò)分析和實(shí)踐，目前普遍采用在TV一次繞組中性點(diǎn)安裝零序電壓互感器的辦法消除鐵磁諧振。在系統(tǒng)接地時(shí)，零序TV承擔(dān)中性點(diǎn)偏移電位，電壓互感器一次繞組不承擔(dān)線電壓，避免鐵心飽和感抗降低，同時(shí)由于零序TV的接入，繞組對(duì)地電抗增大，使Xco/XL減小，有效減少或消除由單相接地故障引發(fā)的鐵磁諧振，接線原理如圖2所示。

圖2 零序電壓互感器接線原理圖

由于零序TV的接入，TV一次繞組中性點(diǎn)電位在各種接地情況下基本不會(huì)偏移，即各工作TV一次繞組端電壓始終為系統(tǒng)相電壓，零序TV一次繞組的端電壓則隨著接地程度的不同而變化，當(dāng)發(fā)生單相完全接地故障時(shí)，零序TV一次繞組與TV接地相一次繞組形成了完全的并聯(lián)關(guān)系，由分壓原理可知：它們的端電壓恰為系統(tǒng)相電壓。由此看來(lái)，各TV在各種接地情況下均不會(huì)因過(guò)電壓而導(dǎo)致鐵心飽和，即不會(huì)發(fā)生鐵磁諧振。這時(shí)TV開(kāi)口三角繞組的輸出電壓始終接近零，無(wú)法起接地報(bào)警作用，將XJJ改接在零序TV的剩余電壓繞組dn—de之間，并將開(kāi)口三角繞組短接。此時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)單相接地時(shí)，dn—de間輸出電壓是100 V/3，而未接入零序TV時(shí)開(kāi)口三角的輸出電壓是100 V，因此，接地信號(hào)繼電器的整定值也要相應(yīng)減小，保證系統(tǒng)接地時(shí)能敏感地發(fā)出信號(hào)。

4 零序電壓互感器在安裝使用中應(yīng)注意的問(wèn)題

4.1 開(kāi)口三角不宜直接用導(dǎo)線短接

按照理論分析，安裝零序TV后，中性點(diǎn)不發(fā)生偏移，TV二次開(kāi)口三角始終沒(méi)有電壓，可以短接以便更好地去磁消諧。但在實(shí)際應(yīng)用中，開(kāi)口三角直接短接容易造成TV的燒毀。當(dāng)零序TV故障短路或經(jīng)小電阻接地時(shí)，TV相當(dāng)于改造前的接線方式，當(dāng)系統(tǒng)接地時(shí)，開(kāi)口三角會(huì)感應(yīng)出100 V或稍低的電壓，由于直接短接，將產(chǎn)生很大的短路電流，造成一次、二次繞組的燒毀。公司曾發(fā)生過(guò)因安裝零序TV造成TV燒毀的情況。

由此可見(jiàn)，當(dāng)零序TV因各種原因損壞造成短路時(shí)，將直接造成TV的燒毀，因此在TV開(kāi)口三角處應(yīng)安裝低壓保險(xiǎn)，如5 A的RD，防止零序TV，當(dāng)系統(tǒng)接地時(shí)開(kāi)口三角感應(yīng)處的零序電壓引起的短路電流燒毀TV。

4.2 接地信號(hào)繼電器的動(dòng)作值必須相應(yīng)減小

未安裝零序TV時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)金屬性接地時(shí)，開(kāi)口三角感應(yīng)處100 V電壓。

安裝零序TV后，當(dāng)系統(tǒng)金屬性接地時(shí)，零序TV的一次繞組承受相電壓。 TV的繞組變比為6.3 kV/100 V/57.7 V,因此，輔助二次繞組感應(yīng)出33.3 V的電壓，僅相當(dāng)于原來(lái)開(kāi)口三角感應(yīng)電壓的1/3，因此，接地信號(hào)繼電器的整定值也要相應(yīng)降低，否則，系統(tǒng)接地時(shí)不發(fā)信號(hào)，影響值班員及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)接地。

4.3 二次消諧器是否安裝

在安裝零序TV前，很多變電站采取在TV開(kāi)口三角安裝微電腦消諧裝置進(jìn)行消諧，該裝置與接地信號(hào)繼電器并聯(lián)。

安裝零序TV后，由于接地信號(hào)繼電器該接到零序TV的二次繞組，微電腦消諧裝置也相應(yīng)地改接到零序TV的二次繞組。

微電腦消諧裝置的原理是系統(tǒng)正常運(yùn)行和接地時(shí)，裝置不動(dòng)作，發(fā)生諧振時(shí)觸發(fā)回路短接開(kāi)口三角進(jìn)行消諧。安裝零序TV后開(kāi)口三角已經(jīng)短接，不需在零序TV的二次繞組安裝微電腦消諧裝置了。如畫(huà)蛇添足地安裝消諧裝置，還可能增加故障點(diǎn)，引起設(shè)備故障。如我公司曾發(fā)生一起零序TV二次側(cè)的消諧裝置內(nèi)部短路，系統(tǒng)接地時(shí)燒毀零序TV,使得TV中性點(diǎn)偏移，開(kāi)口三角感應(yīng)電壓，短路電流燒毀TV的情況。

因此，安裝零序TV后，二次微電腦消諧裝置可退出運(yùn)行。

4.4 絕緣監(jiān)察電壓表的接線要調(diào)整

當(dāng)安裝零序TV后，絕緣監(jiān)察電壓表要接到TV的二次繞組和零序TV的二次繞組間，如圖1所示，才能正確反映各相對(duì)地的實(shí)際電壓。如果只接在TV的二次繞組上，由于中性點(diǎn)電位不偏移，無(wú)論接地與否，三相電壓表始終指示相電壓，不能正確反映各相對(duì)地的實(shí)際電壓，這點(diǎn)在改造過(guò)程中要特別注意。

4.5 零序TV的二次繞組不可接錯(cuò)

零序TV有兩組二次繞組，變比分別是6.3 kV/100 V/57.7 V,有些接線僅用一組二次繞組，如圖5所示，這只繞組既負(fù)責(zé)給接地信號(hào)繼電器提供零序電壓，也負(fù)責(zé)合成三相對(duì)地電壓，由于TV的二次繞組采用的是變比為6.3 kV/100 V的繞組，這是零序TV也必須選用變比為6.3 kV/100 V的二次繞組，以確保合成的三相對(duì)地電壓數(shù)值準(zhǔn)確。

如采用兩組二次繞組，如圖2所示，則變比為6.3 kV/100 V的繞組負(fù)責(zé)合成三相對(duì)地電壓，變比為6.3 kV/57.7 V的繞組負(fù)責(zé)提供零序電壓。

圖3 零序TV采用一組二次繞組的接線方式

4.6 系統(tǒng)電容電流較大的變電站可考慮拆除星型接線的電容器

目前變電站6 kV母線TV通常并聯(lián)接入星型連接的電容器組，如圖2所示，以減小Xco/XL的數(shù)值，避免鐵磁諧振，但也存在負(fù)面作用，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，接地點(diǎn)電容電流增大，有可能引起弧光接地過(guò)電壓，擊穿系統(tǒng)設(shè)備的絕緣薄弱環(huán)節(jié)。

公司曾發(fā)生一起系統(tǒng)單相接地，環(huán)網(wǎng)選線時(shí)，接地點(diǎn)由于電容電流較大，接地消失，弧光引起系統(tǒng)過(guò)電壓造成母線避雷器爆炸，引起三相避雷器及星型連接的電容器短路事故。結(jié)果造成主變及聯(lián)絡(luò)線路跳閘。

該變電站6 kV電纜出線較多，系統(tǒng)電容電流較大，系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)選線瞬間，兩系統(tǒng)電容電流合并，燒斷接地點(diǎn)的同時(shí)造成弧光過(guò)電壓，引起事故。

由于采用了零序TV，系統(tǒng)感抗增大，鐵心不易飽和，系統(tǒng)接地時(shí)感抗也不會(huì)明顯減小。保證了Xco/XL數(shù)值較小，因此，當(dāng)系統(tǒng)電容電流較大時(shí)，可以拆除星型連接的電容器，減小系統(tǒng)接地時(shí)產(chǎn)生弧光過(guò)電壓的可能性。

5 結(jié)語(yǔ)

電壓互感器一次繞組中性點(diǎn)安裝零序TV是消除鐵磁諧振，避免高壓保險(xiǎn)熔斷和TV燒毀的有效手段，在安裝使用過(guò)程中，對(duì)部分接線進(jìn)行調(diào)整改造，使之發(fā)揮最大的作用，避免細(xì)節(jié)問(wèn)題影響功能的發(fā)揮，是各電力部門(mén)應(yīng)繼續(xù)研究探討的問(wèn)題。

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