電壓互感器一次側中性點接地問題探討

連 杰（陜西安康水力發電公司，陜西 安康 725000）

電壓互感器一次側中性點接地問題探討

連 杰
（陜西安康水力發電公司，陜西 安康 725000）

分別對一起電壓互感器一次側中性點誤接地和一起電壓互感器一次側中性點漏接地造成電氣設備不能正常工作的事件進行分析，提出施工現場電壓互感器一次側中性點接地問題要根據系統情況、設備原理、設計要求、互感器類型綜合考慮，并給出電力系統舊電氣設備局部改造工程的注意事項。

電壓互感器；一次側中性點；接地；零序電壓

0 引言

2014-05-10，某水力發電廠完成了3號發電機勵磁變及勵磁機機端電壓互感器1YH，2YH的更換改造工作。在進行開機試驗時，發電機轉子接地保護動作。經過仔細排查，發現該發電機轉子回路絕緣良好，造成發電機轉子接地保護誤動作的原因是，在更換改造工作中誤將勵磁機機端電壓互感器1YH一次側中性點接地。

1 設備簡介

該水電廠是上世紀90年代初期投產發電的大中型水電站，安裝有4臺單機容量200 MW的水輪機組，電氣主接線如圖1所示。發電機勵磁系統為他勵靜止可控硅整流方式，采用SAVR-2000型微機勵磁調節器。其勵磁機為東方電氣集團東方電機有限公司生產的TJL10-56/4500型產品，額定電壓700 V。

此次改造工作中，將勵磁機電壓互感器1YH更換為上海浦東互感器廠生產的JDZJ—1型產品，其二次電壓提供給3FB保護系統及3F勵磁系統。由于保護裝置雙重化配置的需要，新增1組電壓互感器（編號為2YH，采用由3個單相互感器按Y形接法連接在勵磁機機端），其二次電壓只提供給3FB保護系統，電壓互感器變比1 000/，100/，100/3，精度為二次繞組0.5級、三次繞組6P級。3FB繼電保護系統按雙重化配置了2套國電南自凌伊電力自動化有限公司生產的DGT-801B型數字式發電機變壓器保護裝置。其轉子接地保護采用注入直流電源原理，直流電源由裝置自產，保護裝置的輸入端與發電機轉子負極及大軸連接。保護裝置投運時通過檢測轉子回路的漏電流來測算轉子對地絕緣。因此，無論在發電機運行還是不運行時，保護裝置均可監視發電機勵磁回路的對地絕緣。該保護動作靈敏、無死區。轉子回路與勵磁系統回路接線如圖2所示（2YH圖中未畫出）。

圖1 電氣一次主接線示意

2 事件經過

2014-05-10，該水力發電廠完成了3F勵磁變及3F勵磁機機端電壓互感器更換改造、設備消缺等小修項目，進行修后開機試驗。在給3F交流勵磁機及勵磁變升壓時，設備一切正常。發電機進行起勵建壓時，3F發電機A柜轉子接地保護裝置動作并發出告警信號。保護裝置動作報文顯示3F轉子絕緣僅0.3 kΩ。

圖2 勵磁系統與轉子接地保護

終止試驗后，各專業技術人員對相關設備進行檢查發現，3F保護裝置性能良好，未見異常；對3F轉子回路絕緣電阻進行測試，實測電阻為9 MΩ，絕緣電阻符合要求；對3F勵磁調節器控制回路檢查，確認接線正確，絕緣良好。

由于正常情況下采用注入直流電源原理構成的轉子接地保護裝置只能投入1套（一般A柜的轉子接地保護投入、B柜的轉子接地保護作為備用），退出A柜的轉子接地保護，換投B柜的轉子接地保護再次開機試驗，轉子接地保護依然動作告警，報文顯示3F轉子絕緣接近0.01 kΩ。

事件發生后經聯合分析調查，確認繼電保護裝置及其相關回路、轉子回路、勵磁調節器控制回路均無異常。

最后將問題焦點匯聚到這次小修中設備改造部分。本次3F勵磁系統小修完成了3F勵磁變及勵磁機機端電壓互感器1YH更換、2YH新裝，試驗前檢查這些設備絕緣良好；但是該次改造技術方案里專門強調要檢查電壓互感器1YH，2YH一次側中性點是否已可靠接地，所以有關檢修人員還專門給1YH，2YH一次側中性點安裝了接地線，但并未核對更換前互感器1YH一次側中性點是否接地。通過現場核對其他3臺機組相關回路的實際接線，并查驗電站原始施工設計圖紙，判斷電壓互感器1YH在更換前其一次側中性點并未接地。立即拆除1YH，2YH一次側中性點接地線，再次開機試驗，各項技術數據全部正常，故障現象消失，保護裝置也無任何告警信號。

3 原理分析

對于DGT-801B型數字式發電機變壓器保護裝置，其轉子接地保護采用注入直流電源原理，保護裝置自產的50 V直流電壓注入發電機轉子負極及大軸之間。保護裝置投運時通過檢測轉子回路的漏電流來測算轉子對地絕緣。從圖2可以看出，由于大軸是接地點，若勵磁機機端電壓互感器1YH一次側中性點也直接接地，則當發電機起勵時，勵磁調節器控制回路主功率柜可控硅SCR觸發導通，轉子接地保護裝置注入的50 V直流電壓通過轉子負極、可控硅SCR，1YH一次側中性點及大軸構成電流通路。轉子接地保護裝置流過的漏電流實際上是50 V直流電壓加在1YH一次繞組后通過1YH一次側中性點的電流，所以此時它測算的轉子對地絕緣電阻值很小，遠遠小于轉子接地保護裝置動作門檻值15 kΩ，轉子接地保護裝置必然會動作告警。因而當1YH一次側中性點接地線被拆除后，所有設備就立刻恢復正常了。

對于不接地系統的電壓互感器，在一些教科書和有關規程中都對其二次側中性點接地問題作出明確規定和要求，但對其一次側中性點是否應該接地的問題卻鮮有提及。

實際上，由于2013年8月該水電廠更換330 kV和110 kV系統之間的聯絡變壓器5B低壓側（10 kV系統）的電壓互感器時的疏忽，沒有安裝5B低壓側電壓互感器一次側中性點接地線。雖然一開始投入運行時未出現問題，但是此后不久5B故障錄波器頻繁啟動，啟動量為5B低壓側零序過電壓；再后來5B的繼電保護裝置動作，低壓側零序過電壓保護發出告警信號。檢修人員用萬用表檢查5B低壓側電壓互感器二次側三相電壓，其幅值正常；用示波器檢測5B低壓側電壓互感器二次三相電壓，發現波形很不穩定，存在畸變。經檢查，最終查明其原因為5B低壓側電壓互感器一次側中性點未接地，再加之5B中壓側負荷中110 kV鐵路牽引變所占比重較大，鐵路列車通過時造成的負荷不平衡及負荷波動較大，造成了5B低壓側零序過電壓頻頻越限。及時將5B低壓側電壓互感器一次側中性點接地后，設備恢復正常。此事件發生后，該廠有關部門要求結合設備定檢工作，對全廠電壓互感器一次側中性點接地情況進行排查，對接地不正確的及時進行整改。因此，這次設備改造制定的技術方案里專門強調要檢查電壓互感器1YH，2YH一次側中性點是否已可靠接地。

4 不接地系統的電壓互感器一次側中性點接地問題分析

下面以10 kV系統為例，討論不接地系統的電壓互感器一次側中性點是否應接地。

通常情況下，10 kV系統的電壓互感器一次側中性點一般都應直接接地，二次側中性點也都直接接地。正常運行時，電壓互感器二次側三相電壓幅值按一定的比例（即電壓互感器變比）反映一次側對應各相對地電壓。當該系統中任何線路某一相發生接地故障時，該故障相電壓互感器一次繞組短路，則該相二次側對應電壓接近0，這樣就可以根據電壓互感器各相電壓幅值判斷運行中的一次系統絕緣情況。如果該系統的電壓互感器一次側中性點沒有接地，當系統運行方式稍有變化，或者系統中負荷變動造成三相不對稱，或者某相對地絕緣擊穿時，故障點就會不斷地產生電弧，造成三相對地阻抗不平衡，中性點不斷偏移。此時，電壓互感器二次側電壓就不能正確反映一次側對地電壓，并且系統電壓波形會發生畸變，產生大量高次諧波，甚至還會產生諧振過電壓。

但是在某些特殊情況下，根據某些二次設備構成原理的需要，例如發電機匝間保護專用電壓互感器或用于發電機勵磁調節系統的一些電壓互感器，其一次側中性點是不能接地的；一旦誤將其一次側中性點接地，相應的設備將不能正常工作。不過，這種不接地方式一般都應用在發電機、勵磁機等三相負載穩定且對稱、運行方式固定的系統中，其中性點不會偏移。

必須指出，電壓互感器按絕緣等級可分為全絕緣和半絕緣2類。前者指電壓互感器的一次繞組首、尾端對地絕緣是相同的，都是主絕緣；而后者N端絕緣水平較低，運行中必須接地。因此，3個單相電壓互感器接成Y形聯接組別時，一次側中性點不接地的3個單相電壓互感器必須使用全絕緣電壓互感器，以確保運行安全；而一次側中性點接地的3個單相電壓互感器可使用半絕緣電壓互感器，也可使用全絕緣電壓互感器。

該廠所有10 kV系統的電壓互感器和勵磁機機端電壓互感器全部使用JDZJ型電壓互感器。該型電壓互感器為單相三繞組、環氧樹脂澆注全絕緣的戶內型互感器，可根據廠內所使用設備的原理要求，選擇互感器一次側中性點接地或不接地。

5 結束語

電力系統中，電氣設備必須嚴格按照經過審批的設計施工圖紙進行施工安裝。而在一些舊設備局部改造工程中，特別是一次設備改造工程，往往缺乏適應整個系統的圖紙設計環節，對現場施工方案的審核監督不是很全面到位。這就要求在舊設備局部改造工程中拆除舊設備前，一定要仔細記錄舊設備的原始狀態、位置、接線等詳細情況，拆除和安裝過程要中有詳細的工序記錄卡。安裝完成后認真比對分析，保證設備改造前后接線方式、位置一致，新舊設備參數未發生變化。

2015-05-08；

2015-08-19。

連 杰（1969-），男，工程師，主要從事繼電保護研究工作，email：394609751@qq.com。