三相4PT電壓互感器單相接地故障分析

曹 怡，虞 巍，王 勝，金 濤，劉新偉

（1.國網(wǎng)江西省電力有限公司九江供電分公司，江西九江 332000；2.國家能源集團九江發(fā)電有限公司，江西九江 332000）

0 引言

在10kV及35kV不接地系統(tǒng)中，當發(fā)生單相接地故障時，接地故障電流很小，保護一般不會動作，根據(jù)有關(guān)文件規(guī)定最多只能運行兩個小時，如長時間沒發(fā)現(xiàn)可能會導致更嚴重的故障，甚至會導致開關(guān)炸裂[1，2]。目前，國家電網(wǎng)雖大力提倡在110kV及220kV變電站安裝小電流接地選線裝置，但其選線準確率不是很高，還需要監(jiān)控及運維人員根據(jù)上傳的遙測量進行分析。使用三相4PT電壓互感器，當不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，為了上傳更有利于監(jiān)控及運維人員分析單相接地的遙測量，本文進行相應(yīng)的分析，并結(jié)合本人工作經(jīng)驗，提出了相應(yīng)的解決措施。

1 不接地系統(tǒng)正常運行及單相接地故障原理分析

1.1 正常運行時電壓互感器原理分析

10kV母線三相4PT電壓互感器的接線原理圖，如圖1所示。其中，UA、UB、UC、UL分別為正常運行時母線一次ABC三相對地電壓及零序電壓，UAa、UBb、UCc、分別為母線一次繞組ABC三相電壓，Ua、Ub、Uc、3U0分別為正常運行時母線二次繞組ABC三相電壓及零序電壓。三相及零序PT變比均為（10kV/3）/（57.74V）。

圖1 三相4PT電壓互感器接線圖

在正常運行時，對一次三相及零序電壓進行分析，如式（1）所示。由式（1）可得二次電壓為Ua=57.74 V、Ub=57.74 V、Uc=57.74 V、3U0=0 V，與三相帶開口三角形的電壓互感器二次電壓一致。

1.2 單相接地PT原理分析

A相接地故障時，電壓互感器一次側(cè)可以等效如圖2所示[1，3，4]。其中三相PT一次繞組為 ，零序繞組阻抗為 ，UA′、UB′、UC′、UL′分別 A 相接地故障時三相對地電壓及零序電壓。

圖2 PT一次側(cè)等效圖

根據(jù)疊加定理可得[1，4]。

根據(jù)三相4PT電壓互感器特性，零序繞組阻抗遠遠大于相繞組阻抗，則上式可簡化為式（3）所示。

A相接地故障時，A相對地電壓為0，B、C相電壓為10 kV，結(jié)合式（3），可得單相接地故障時向量圖[5，6]，如圖3所示。

圖3 A相接地故障向量圖

根據(jù)圖3向量圖分析可得式（4）所示。其中UAa′、UBb′、UCc′分別為A相接地故障后母線一次繞組電壓。UAa′=UA10 kV/ 3，UBb′=UB10 kV/ 3，UCc′=UC10 kV/ 3，UL′=UA=10 kV/3，換 算 到 故 障 后 二 次 側(cè) 可 得Ua′=57.74 V、Ub′=57.74V、Uc′=57.74V、3U0′=57.74V 。

從上述分析可得，在不接地系統(tǒng)中，當發(fā)生單相接地故障時，ABC三相電壓均為57.74V，與正常運行情況一致，只有零序電壓上升到相電壓，給監(jiān)控及運維人員帶來很大的迷惑性，很難判斷是單相接地故障，而保護由于故障電流過小不足于啟動保護跳閘，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來隱患。

2 整改措施

為了解決三相4PT接線方式的電壓互感器，發(fā)生單相接地故障時，由于上傳的三相電壓遙測量與正常運行情況一致的問題，給監(jiān)控及運維人員帶來一定迷惑性的問題，本文提出保持三相4PT電壓互感器一次側(cè)電壓繞組接線方式不變，更改二次繞組接線，如圖4所示。

圖4 改進后三相4PT電壓互感器接線圖

根據(jù)1.2節(jié)分析的原理可得：UA′=UL′+UAa′=0 V，UB′=UL′+UBb′=10 kV，UC′=UL′+UCc′=10 kV，即 可 得故障后二次電壓UA′=0 V，UB′=100 kV，UC′=100 kV，3U0′=57.74kV。從上面分析的數(shù)據(jù)可得，改進后的三相4PT電壓互感器，單相接地故障時三相電壓與三相四線制單相故障電壓一致，零序電壓同樣上升到相電壓，監(jiān)控及運維人員可以很快的判斷10 kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，結(jié)合小電流接地選線裝置，盡快切除相關(guān)的故障線路。

3 結(jié)語

本文提出三相4PT電壓互感器的二次繞組接線方式，可以上傳監(jiān)控與不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障特征相同的三相電壓遙測量，從而更有利于監(jiān)控及運維人員進行快速判斷，防止故障進一步加劇，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定的運行。