電網幾種“虛幻接地”情況的分析①

摘 要:電網中除發生單相接地發出接地信號外，還有多種原因也可能導致交流絕緣監察裝置動作發出虛假接地信號，如鐵磁諧振、電壓互感器錯誤接線、傳遞過電壓等情況。本文分析了產生虛幻接地的幾種原因及其現象特征，提出了相關防止措施。

關鍵詞:接地虛幻接地傳遞過電壓鐵磁諧振過電壓

中圖分類號:TM864文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(a)-0068-03

小接地電流系統發生單相接地時，交流絕緣監察裝置動作，發出接地信號。但是 ，如果系統并沒有發生接地，由于其他原因如鐵磁諧振、電壓互感器錯誤接線、傳遞過電壓等，交流絕緣監察裝置動作發出虛假接地信號，稱之為“虛幻接地”。這可能導致運行人員誤判斷。本文主要分析幾種產生“虛幻接地”情況及其防范措施。

1 交流絕緣監察裝置的工作原理

1.1 中性點不接地系統發生單相接地時電壓變化

在中性點不接地系統中發生單相接地故障時，故障相對地電壓減小(極限值為0)，非故障相對地電壓升高(極限值為線電壓)，各相間電壓(即線電壓)不變。

1.2 交流絕緣監察裝置工作原理

小接地電流系統中，交流絕緣監察裝置一般由電磁式電壓互感器構成，其接線圖如圖1所示。電壓互感器的變壓比為kV，接線組別為YN，yn，d0。

正常運行時，電壓互感器開口三角形的端電壓為零，絕緣監察繼電器KV不動作，無信號發出;當電網發生單相接地故障如U相接地時，VU電壓表示數降低(極限值為0)，V、W相電壓表示數升高(極限值為線電壓)，開口三角形的端口有零序電壓3U0輸出(極限值為100V)，導致絕緣監察繼電器KV動作(其動作值一般為15～30V)。繼電器KV動作，其動合觸點閉合，發出接地信號。

2 幾種虛幻接地情況分析

2.1 電磁式電壓互感器錯誤接線引起“虛幻接地”

2.1.1 絕緣監視用電壓表中性點經開口三角繞組接地

正常運行時，由于系統三相電壓對稱，如圖(2)所示，雖然中性點經開口三角繞組接地，但是每塊電壓表測得的仍是實際相電壓。

然而，若系統發生單相接地如U相接地，U相對地電壓為零。U相電壓表Vu測得的電壓即為開口三角形的端電壓。U、V、W相電壓(按副邊實際電壓計算)可由圖(b)所示的錯誤接線下的相量圖求出。

則

所以

所以電壓表Vu的指示值即為100V所對應的電壓值，此值較正常時為高，而、較正常時低。這種錯誤接線在系統發生單相接地時，絕緣監視電壓表的讀數與正常運行時相比則是一相升高(實際的接地相)、兩相降低(非接地相)，并可能發出接地信號。我們由此判斷出的接地相接地為“虛幻接地”。

2.1.2 絕緣監視電壓表中性點經過開口三角繞組的某一相繞組接地

如圖3(a)所示，絕緣監視電壓表中性點經過開口三角繞組中的w′z′繞組接地。系統正常運行情況下，各電壓表的數值可由圖3(b)圖可得:

U相電壓表Vu讀數:

V相電壓表Vv讀數

W相電壓表Vw讀數

由以上分析可知，系統正常運行時U、V相電壓表的指數升高，大于相電壓但小于線電壓，W相電壓降低，容易被誤判為W相發生接地，即造成“虛幻接地”現象。

2.1.3 電壓互感器輔助二次繞組極性接錯

如圖4所示，絕緣監察裝置的一相接反。在系統正常的情況下，輔助二次繞組的相量如圖4(b)圖所示。此時開口三角繞組兩端電壓為輔助二次繞組在系統正常時每相繞組的相電壓。因此也會導致絕緣監察裝置動作而發出“虛假接地”信號。

2.2 電磁式電壓互感器勵磁特性不同引起“虛幻接地”

當采用三臺單相電壓互感器構成絕緣監察裝置時，若選用不當，勵磁特性相差較大，三臺電壓互感器的激磁阻抗不相等，相當于三相不對稱負載，這樣會使中性點產生位移，零序電壓疊加在正序的電源電壓上，造成各相負載電壓不平衡;零序電壓也會在輔助二次繞組中出現。當激磁阻抗差別較大，并使開口三角繞組兩端的零序電壓大于絕緣監察裝置電壓整定值時，就會使電壓繼電器動作，發出接地信號，從而造成“虛幻接地”現象。

2.3 鐵磁諧振引起的“虛幻接地”

在電力系統的振蕩回路中，往往由于變壓器、電壓互感器、消弧線圈等鐵心電感的磁路飽和作用而激發起持續性的較高幅值的鐵磁諧振過電壓。鐵磁諧振可以是基波諧振、高次諧波諧振，也可以是分次諧波諧振，這種過電壓的表現形式可能是單相、兩相或三相對地電位升高，導致虛幻接地現象。

鐵磁諧振與單相接地的不同之處見表1。

2.4 傳遞過電壓引起“虛幻接地”

傳遞過電壓就是當系統中發生不對稱接地故障或斷路器不同期操作時，可能出現明顯的零序工頻電壓分量，中性點位移電壓顯著升高，通過靜電和電磁耦合在相鄰輸電線路之間或變壓器繞組之間會產生工頻電壓傳遞現象，在不利的參數配合下，如與接在電源中性點的消弧線圈或電壓互感器等鐵磁元件組成諧振回路，耦合回路將產生線形諧振或鐵磁諧振傳遞過電壓，從而危及低壓側電氣設備絕緣的安全;并可能引起“虛幻接地”。

2.4.1 變壓器繞組間的電容耦合

在正常運行條件下，系統是對稱的，變壓器中性點的位移電壓很小。變壓器繞組間只有按高低壓繞組間的變比(電磁耦合)關系傳遞的工頻正序電壓分量，不會產生工頻的靜電傳遞。但是，對于小接地電流系統，當電網中發生不對稱接地故障、斷路器非全相運行或不同期操作時，小接地電流系統中性點位移電壓降顯著增大，通過靜電耦合和電磁耦合，在變壓器不同繞組之間或相鄰的輸電線路之間由于電容耦合會造成靜電傳遞過電壓，在不利的參數配合下，耦合回路將產生線性諧振或鐵磁諧振傳遞過電壓。

圖5(a)為發電機-變壓器組的接線圖，圖5(b)為其等值電路，其中C12為變壓器高低壓繞組間的耦合電容;C0為包括發電機、母線和變壓器低壓繞組在內的每相對地電容;L為低壓側對地等值電感。

由于某種原因，變壓器高壓側中性點出現較高的位移電壓un，此電壓將通過高低壓間的耦合電容C12傳遞到低壓側，使整個低壓系統的對地電位提高，形成傳遞過電壓。如果變壓器低壓側未接有電壓互感器(T)或消弧線圈，由于發電機對地電容較大，當斷路器斷開時C0較小，低壓側的傳遞電壓倍數很高。

如果變壓器低壓側接有PT或消弧線圈L，則由于電感線圈的激磁特性，若滿足公式2條件，可能形成諧振的傳遞回路，在低壓側將產生數值更高的傳遞過電壓。

2.4.2 同桿并架線路間的電容耦合

當兩線路間有較長距離的鄰近平行段，或不同電壓等級的輸電線路同桿并架時，高壓線路出現零序工頻電壓分量，該電壓會耦合到鄰近的線路如圖6表示。U0為在高壓線路中出現的零序工頻電壓分量，U2則為通過電容耦合傳遞到低壓線路上電壓，C12為高、低壓線路間的電容;C0為低壓線路的對地電容。

則

所有傳遞電壓，都會引起另一系統三相對地電壓不平衡，從而引起該系統一相、兩相、甚至三相電壓升高，并可能發出“虛幻接地”信號。

3 避免虛幻接地的措施

3.1 避免電磁式電壓互感器錯誤接線引起“虛幻接地”的方法

接線后由專人進行檢查，測量開口三角繞組兩端電壓，確認電壓互感器接線無誤后方可投入運行。

3.2 避免由于電壓互感器勵磁特性不同引起“虛幻接地”的方法

(1)制造廠首先從材料著手，使配套使用的電壓互感器所采用的硅鋼片的性能保持一致;其次在工藝上，以確保配套使用的電壓互感器勵磁特性一致。

(2)運行單位應選用勵磁特性相同的電壓互感器。

3.3 避免鐵磁諧振引起“虛幻接地”的方法

(1)正確選用電壓互感器，可選用勵磁特性較好的在1.9Um/電壓下，鐵芯磁通不飽和的電壓互感器。

(2)在電磁式電壓互感器的開口三角形繞組加裝阻尼電阻，或其他專門消除此類諧振的裝置。

(3)在電壓互感器一次繞組中性點對地間串接線性或非線性消諧電阻、加零序電壓互感器。

(4)在母線上加裝一定的對地電容(0.1～0.2μF)。

(5)采取臨時的倒閘措施，如投入消弧線圈，將變壓器中性點臨時接地以及投入事先規定的某些線路或設備。

3.4 避免傳遞過電壓引起“虛幻接地”的方法

(1)在高壓側避免采用熔斷器，盡量避免高壓斷路器不同期操作等，以減少在高壓側出現零序電壓的可能性。

(2)在低壓側未裝消弧線圈以及對地電容很小的情況下，可以在低壓側三相對地間裝設電容器組，通常作為永久性的措施每相裝0.1μF以上的電容即可。

(3)在發生“虛幻接地”現象時，應盡量縮短排除高壓側接地故障的時間，以同時消除低壓側的“虛幻接地”現象。

參考文獻

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