一起中壓單相接地后電壓異常的分析

朱曉東，鄭潤藍，馮宗建，王其林，盛 江

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

10 kV 中壓系統根據系統電容電流不同，可以設計為中性點不接地和中性點經過消弧線圈接地的小電流接地方式。某變電站為了保證人身和設備安全，中壓柜設計為通過接地變壓器接地并配置零序電流保護的大電流接地方式，10 kV電源為主變低壓側Δ繞組，通過接地變壓器可以人為引入電源中性點和零序接地點。對于經接地變接地的中壓柜在發生單相接地后，各相電壓變化情況是否與小電流接地的中壓柜一致，還是與110 kV中性點直接接地系統發生單相接地后電壓一致，抑或另有不同的現象，須要計算和分析。

某變電站采用接地變接地的10 kV 中壓柜采用4TV 接線方式，現場某次發生單相接地后，故障相B相電壓升高至10.58 kV，A相電壓降低，C相電壓略微升高，電壓變化情況存在異常。

為了分析清楚經接地變接地的中壓系統發生單線接地后電壓變化變化情況，以及明確變電站單相接地后電壓異常變化的原因，對中壓系統發生單相接地后，各相電壓進行了數學計算和向量分析。得出隨著接地電阻增大，故障相電壓下降、非故障超前相電壓先升高后降低、非故障滯后相電壓始終升高的不同變化情況。將計算結果應用于變電站電壓異常變化原因分析，得出單相接地后零序電壓互感器極性反接引起電壓異常變化，分析結論和實際電壓變化現象一致。最后在明確異常情況發生的機理后，采取正確的糾正行動并及時消除缺陷。

1 單相接地后電壓分析

站內接地變壓器為Z 型接線，如圖1 所示，中性點經小電阻（約4 Ω）接地。在系統正常運行時，接地變壓器為空載狀態。在發生單相接地故障時，接地變壓器對正序、負序電流呈現高阻性，對零序電流呈現低阻抗狀態。因零序磁通不能完全抵消，零序電阻約6～10 Ω（感性阻抗）。低壓側零序TA變比150/1，零序過流動作值0.5 A，動作時間為2.3 s。換算至一次側，零序電流為75 A后達到動作值。

圖1 接地變經小電阻接地

該站內的10 kV 中壓配電柜采用4TV 的接線方式。在發生單相接地后，零序電壓互感器上將會產生壓降，可以防止電壓互感器因電壓升高而鐵芯磁通飽和，有效防止鐵磁諧振的發生。正常運行時，4TV 的零序電壓互感器兩端電壓接近于0，剩余電壓互感器為各相相電壓。在發生單相接地后，零序電壓互感器一次側將產生壓降，各相對地電壓為零序電壓互感器的電壓與各相互感器電壓的矢量疊加。如圖2 所示，A 相對地電壓，B 相對地，C 相電壓。因此，可以通過向量圖分析，通過零序電壓和各相電壓互感器的電壓，通過矢量疊加的方式分析各相對地電壓情況[1]。

圖2 電壓互感器的電壓分析

1.1 高阻接地的情況

如圖1所示，當C相發生高阻接地后，如1000 Ω，計算的零序電阻取10 Ω，中性點接地小電阻4 Ω，則總阻抗為1004.05 Ω。取母線線電壓為10.5 kV，可以計算得出零序電流為6.04 A，不能達到零序過流保護動作定值。零序電壓和三相對地電壓（虛線所示）如圖3 所示，計算零序電壓與C 相對地電壓夾角為111.8°，零序電壓65.05 V，此時可得出C相電壓計算為：6.037 kV（正常額定電壓為6.062 kV），A相電壓為6.127 kV，B相電壓為6.023 kV。計算結果表明：經接地變接地的中壓系統在發生高阻性單相接地后，接地相故障電壓略微有所下降，非接地相滯后相對地電壓上升，超前相對地電壓下降，零序電流數值較小，不會達到零序保護動作值。

圖3 高阻單相接地后三相電壓分析

1.2 低阻接地的情況

如圖1 所示，當C 相發生低阻接地，取接地電阻為4 Ω，計算的零序電阻取10 Ω，中性點接地小電阻4 Ω，則總阻抗為12.81 Ω。取母線電壓為10.5 kV，計算得出的零序電流為473.39 A，達到零序過流保護定值，進線斷路器將會跳閘。在斷路器跳閘前，零序電壓5.099 kV，零序電壓和三相對地電壓（虛線所示）如圖4 所示，計算零序電壓與C 相電壓的夾角為111.8°，C相電壓可降低為1.893 kV，A相電壓將會升高至10.383 kV，B 相電壓升高至8.763 kV。計算結果表明：經接地變接地的中壓系統在發生低阻性接地后，接地相電壓大幅度下降，非接地滯后相的對地電壓上升，非接地的超前相對地電壓也發生上升，零序過流保護動作跳閘。

圖4 低阻單相接地后三相電壓分析

根據以上的計算結果表明：接地電阻的大小影響零序電流的大小和保護的動作，影響故障相和非故障相對地電壓的大小。10 kV 中壓系統引入接地變作為電源中性點，經過小電阻接地后，系統為大電流接地系統。在發生單相接地后，故障相母線對地電壓始終表現為下降，接地電阻越大，電壓下降越厲害。非故障相中滯后相的對地電壓始終表現為上升，超前相的對地電壓隨著接地電阻的下降，逐漸上升，其數值從低于相電壓到高于相電壓。

2 零序TV一次反接的影響分析

變電站發生了10 kV接地變零序過流動作，以及接地故障發生后，故障相B相電壓升高至10.58 kV，A相電壓降低，C相電壓略微升高的異常情況。在電壓互感器進行停運并隔離后，繼保人員對電壓互感器的接線、回路以及極性情況進行檢查，檢查結果無異常。對電壓互感器一次回路進行檢查，發現零序電壓互感器其一次接線存在反接的情況，如圖5所示。

圖5 4TV電壓互感器的零序互感器一次反接

零序電壓互感器一次反接，相當于二次極性取反。實際一次電壓分布均正常，在正常運行時，沒有任何的影響。在發生單相接地后，已經在本文前段進行了分析，向量圖如圖3和圖4所示。

若一次反接或者二次極性取反，則二次的向量圖如圖6所示。

圖6 零序互感器一次反接或極性錯誤向量圖

通過向量圖分析可以得出，隨著接地電阻的變化，故障相C 相電壓將始終保持超過正常相電壓狀態（幅值范圍為1～2 倍相電壓之間）。非故障相的滯后相對地電壓會始終低于正常相電壓，超前相對地電壓隨著接地電阻的增大，將會表現為先超過相電壓，后續低于相電壓的狀態。

通過以上分析可以得出電壓異常并出現故障跳閘的原因：10 kV 中壓發生單相接地，其接地電阻大小決定了零序電流大小和是否跳閘，由于4TV零序電壓互感器一次反接，相當于極性錯誤，導致在未發生跳閘時，接地相相電壓異常上升情況。現場由于一次部分的安裝已經固定，并且考慮安全距離和TV 安裝空間，對零序電壓互感器的二次接線進行了調整。

3 結束語

本文根據變電站的電壓顯示異常和跳閘故障反饋信息，分析和計算了接地變壓器經小電阻接地運行的中壓系統，在發生單相接地以及接地電阻不同情況下的電壓、電流大小，以及是否會發生跳閘的分析，并進一步分析了4TV的零序電壓互感器發生一次反接或者二次極性取反后對一次和二次電壓的影響。得出經過接地變接地的中壓系統在發生高阻和低阻單相接地后，故障相電壓、非故障相滯后相對地電壓以及超前相對地相電壓的大小變化，并進一步分析4TV的零序電壓互感器一次反接或者二次極性取反的情況下，三相電壓的變化情況。分析得出的結果與事實接線反接一致。

4TV 零序互感器一次或二次反接，對實際運行的一次部分沒有影響，其消除諧振功能也沒有影響。但是影響二次電壓的數值指示情況，會出現接地的故障相電壓始終上升，另外兩相的滯后相始終下降，超前相由接地電阻決定大小情況，使得運行人員或者檢修人員對故障的判斷存在干擾，不能及時查找故障和消除缺陷，影響供電可靠性。