小接地系統零序電壓互感器的問題分析及措施

欒國軍

（山東濰坊供電公司，山東 濰坊 261021）

0 引言

在中性點不接地的小接地電流系統中，鐵磁諧振過電壓是造成設備損壞、TV燒毀、高壓保險熔斷的一個主要原因。目前，通過安裝零序TV進行消諧在很多地區普遍采用，但由于安裝使用不當，造成TV燒毀、電壓指示不當等故障，因此，認真總結零序TV安裝使用過程中的注意事項非常重要。

1 電力系統諧振

在電力系統中包含有很多電感元件和電容元件。在開關操作或發生故障時，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生諧振現象，引起諧振過電壓。諧振往往在電網某一局部造成過電壓，從而危及電氣設備的絕緣，甚至產生過電流而燒毀設備，還有可能影響過電壓保護裝置的正常工作條件。在不同電壓等級、不同結構的系統中可以產生不同類型的諧振過電壓。通常認為系統中的電阻和電容元件為線性參數，電感元件則一般有三類不同的特性參數。對應三種電感參數，在一定的電容參數和其它條件的配合下，可能產生三種不同性質的諧振現象。

線性諧振：電感參數為常數，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產生飽和現象，電感參數不再是常數，而是隨著電流或磁通的變化而變化。

參數諧振：電感參數在外力的影響下發生周期性變化。

實踐證明，在6～10 kV配電網中，由于各種系統接地引起鐵磁諧振發生的頻率最高。

2 鐵磁諧振的產生原因

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

圖1 小電流接地系統并聯LC回路等值圖

當Xco/XL≦0.01時不發生諧振。當Xco/XL>≧0.01,在一定的激發條件下，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，線路瞬時接地，使健全相電壓突然上升，產生很大的涌流；③當電壓互感器突然合閘時，其一相或兩相繞組內出現巨大的涌流；④線路斷線故障、電壓互感器的高壓熔絲不對稱故障等。在這些因素作用下，出現中性點偏移電壓，某些相的對地電壓相應升高，可能導致TV鐵心過度飽和，感抗下降，可以造成鐵磁諧振。隨著Xco/XL值增大，依次發生分頻、基頻和高頻諧振。

理論分析和運行經驗表明，發生基頻諧振時，一相對地電壓降低，兩相對地電壓升高且超過線電壓；發生分頻諧振時，三相對地電壓都升高，但過電壓較小，且相電壓低頻擺動；發生高頻諧振時，三相對地電壓都升高，且過電壓很大。

3 零序電壓互感器的工作原理

通過分析和實踐，目前普遍采用在TV一次繞組中性點安裝零序電壓互感器的辦法消除鐵磁諧振。在系統接地時，零序TV承擔中性點偏移電位，電壓互感器一次繞組不承擔線電壓，避免鐵心飽和感抗降低，同時由于零序TV的接入，繞組對地電抗增大，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一次繞組中性點電位在各種接地情況下基本不會偏移，即各工作TV一次繞組端電壓始終為系統相電壓，零序TV一次繞組的端電壓則隨著接地程度的不同而變化，當發生單相完全接地故障時，零序TV一次繞組與TV接地相一次繞組形成了完全的并聯關系，由分壓原理可知：它們的端電壓恰為系統相電壓。由此看來，各TV在各種接地情況下均不會因過電壓而導致鐵心飽和，即不會發生鐵磁諧振。這時TV開口三角繞組的輸出電壓始終接近零，無法起接地報警作用，將XJJ改接在零序TV的剩余電壓繞組dn—de之間，并將開口三角繞組短接。此時，當系統單相接地時，dn—de間輸出電壓是100 V/3，而未接入零序TV時開口三角的輸出電壓是100 V，因此，接地信號繼電器的整定值也要相應減小，保證系統接地時能敏感地發出信號。

4 零序電壓互感器在安裝使用中應注意的問題

4.1 開口三角不宜直接用導線短接

按照理論分析，安裝零序TV后，中性點不發生偏移，TV二次開口三角始終沒有電壓，可以短接以便更好地去磁消諧。但在實際應用中，開口三角直接短接容易造成TV的燒毀。當零序TV故障短路或經小電阻接地時，TV相當于改造前的接線方式，當系統接地時，開口三角會感應出100 V或稍低的電壓，由于直接短接，將產生很大的短路電流，造成一次、二次繞組的燒毀。公司曾發生過因安裝零序TV造成TV燒毀的情況。

由此可見，當零序TV因各種原因損壞造成短路時，將直接造成TV的燒毀，因此在TV開口三角處應安裝低壓保險，如5 A的RD，防止零序TV，當系統接地時開口三角感應處的零序電壓引起的短路電流燒毀TV。

4.2 接地信號繼電器的動作值必須相應減小

未安裝零序TV時，當系統金屬性接地時，開口三角感應處100 V電壓。

安裝零序TV后，當系統金屬性接地時，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，輔助二次繞組感應出33.3 V的電壓，僅相當于原來開口三角感應電壓的1/3，因此，接地信號繼電器的整定值也要相應降低，否則，系統接地時不發信號，影響值班員及時準確發現接地。

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開口三角安裝微電腦消諧裝置進行消諧，該裝置與接地信號繼電器并聯。

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

微電腦消諧裝置的原理是系統正常運行和接地時，裝置不動作，發生諧振時觸發回路短接開口三角進行消諧。安裝零序TV后開口三角已經短接，不需在零序TV的二次繞組安裝微電腦消諧裝置了。如畫蛇添足地安裝消諧裝置，還可能增加故障點，引起設備故障。如我公司曾發生一起零序TV二次側的消諧裝置內部短路，系統接地時燒毀零序TV,使得TV中性點偏移，開口三角感應電壓，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行。

4.4 絕緣監察電壓表的接線要調整

當安裝零序TV后，絕緣監察電壓表要接到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地的實際電壓。如果只接在TV的二次繞組上，由于中性點電位不偏移，無論接地與否，三相電壓表始終指示相電壓，不能正確反映各相對地的實際電壓，這點在改造過程中要特別注意。

4.5 零序TV的二次繞組不可接錯

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，這只繞組既負責給接地信號繼電器提供零序電壓，也負責合成三相對地電壓，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地電壓數值準確。

如采用兩組二次繞組，如圖2所示，則變比為6.3 kV/100 V的繞組負責合成三相對地電壓，變比為6.3 kV/57.7 V的繞組負責提供零序電壓。

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通常并聯接入星型連接的電容器組，如圖2所示，以減小Xco/XL的數值，避免鐵磁諧振，但也存在負面作用，當發生單相接地時，接地點電容電流增大，有可能引起弧光接地過電壓，擊穿系統設備的絕緣薄弱環節。

公司曾發生一起系統單相接地，環網選線時，接地點由于電容電流較大，接地消失，弧光引起系統過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。結果造成主變及聯絡線路跳閘。

該變電站6 kV電纜出線較多，系統電容電流較大，系統環網選線瞬間，兩系統電容電流合并，燒斷接地點的同時造成弧光過電壓，引起事故。

由于采用了零序TV，系統感抗增大，鐵心不易飽和，系統接地時感抗也不會明顯減小。保證了Xco/XL數值較小，因此，當系統電容電流較大時，可以拆除星型連接的電容器，減小系統接地時產生弧光過電壓的可能性。

5 結語

電壓互感器一次繞組中性點安裝零序TV是消除鐵磁諧振，避免高壓保險熔斷和TV燒毀的有效手段，在安裝使用過程中，對部分接線進行調整改造，使之發揮最大的作用，避免細節問題影響功能的發揮，是各電力部門應繼續研究探討的問題。

［1］袁毅.一起變電所母線電壓互感器鐵磁諧振事故的分析［J］.電網技術，1999，23(6)：68-69.

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