三相4PT接線二次電壓分析及現場電氣試驗

毛新飛 姜涵 胡純彬 劉保平

摘 要：目前，三相4PT（電壓互感器）接線方式多用于中性點不接地系統，是消除鐵磁諧振的一種有效措施。針對目前變電站現場存在較多4PT零序電壓二次接線錯誤的現象，通過對4PT接線單相接地二次電壓的分析，提出了一種現場試驗方案，并在工作現場驗證了其正確性。

關鍵詞：小電流接地系統；電壓互感器；三相4PT；單相接地

中圖分類號：TM645? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2023）16-0006-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.16.002

0? ? 引言

當前，4PT電壓互感器在35 kV與10 kV小電流接地系統中廣泛使用，相較于傳統的3PT電壓互感器，4PT電壓互感器除能滿足電網的絕緣監視和電能測量要求外，還能有效消除非線性回路鐵磁諧振[1]。麗水地區現有5所220 kV變電站、18所110 kV變電站采用了4PT電壓互感器，其總數已超50臺，由于消諧性能優異，4PT電壓互感器已經漸漸成為主流。本文結合實際工作中由于接線錯誤引起的故障實例，分析了4PT接線的基本原理，提出了一種驗證4PT接線方式是否正確的方法。

1? ? 三相4PT接線基本原理

此前，4PT二次回路中的開口三角形處做短接處理，此種接線開口三角形容易產生較高的電動勢，易引起PT繞組發熱甚至燒毀[2]。目前，麗水公司新投運的4PT，其二次開口三角形回路不再封閉，基本接線原理如圖1所示。

在一次側，電壓互感器由3臺星形接法的單相PT和1臺零序PT組成，三相PT中性點通過零序PT接地。三相PT的二次繞組接入正常負荷，零序PT與主PT的開口三角繞組串聯得到零序電壓。當電網發生單相接地或其他線路故障時，此種接線方式一方面能保證3臺主PT的相電壓變化較小，繼而保證磁密不飽和，另一方面可使零序二次電壓兩端呈現100 V，對接地指示有足夠的靈敏度。

2? ? 三相4PT接線單相接地電壓分析

2.1? ? 單相接地時一次電壓分析

（1）

經計算可以得到：

（2）

2.2? ? 正確接線情況下二次電壓分析

（5）

根據圖1的原理接線圖，可以計算零序接線處所得電壓，由于其變比不同，計算式如下：

（6）

正常二次額定電壓為57.7 V，故經此計算得出，單相接地時零序測控電壓為100 V。k值會影響單相接地時中性點電壓的偏移量，但是不會影響零序測量電壓的大小。因此，正常單相接地時，中性點的零序電壓為100 V，有效提高了接地指示的靈敏度。

2.3? ? 錯誤接線情況下零序電壓分析

現場由于設計施工等原因，經常發生零序PT極性接反的情況，在實際工程現場，多數情況為0相壓變零序電壓繞組二次極性接反，如圖5所示。由于正常運行時，中性點電壓基本為0，零序PT沒有感應電壓，二次電壓測量正確，所以在正常核相帶負荷時無法檢查出電壓極性接反的情況。

當零序PT極性接反時，參照正確接線時的二次電壓計算式，得到各個二次電壓計算值，正常A、B、C三相電壓不受該繞組影響，電壓顯示正常，計算零序電壓：

（7）

根據計算結果，零序電壓有效值隨著k增大逐漸減小，當k=3時，零序電壓值變為0，與正常情況下電壓完全相同，嚴重干擾各設備對接地故障的判斷。

3? ? 現場故障實例及試驗方案

3.1? ? 零序電壓LN兩點接地故障實例

2021年10月19日，在麗水某變電站35 kV線路復役時，發現35 kV母線電壓不平衡，檢查發現35 kVⅡ段母線壓變端子排有燒損，如圖6所示。

故障發生后，檢修人員對事故壓變進行檢查、試驗。檢查母線壓變外觀正常，在絕緣、變比和直阻試驗中，檢查發現零序壓變二次直阻與交接值比增大50%，零序壓變試驗不合格，最終對母線零序壓變進行更換處理。

故障原因分析：由于開關柜出廠時零序壓變測量繞組未接入測量回路，施工現場對接線回路進行整改，由于現場改線過程中漏將零序壓變的L線改接，導致L線與地短接，即圖1中l與n短接。正常運行時，零序壓變二次電壓很小，二次繞組短路不易發現，當35 kV中性點不接地系統發生單相或兩相接地短路時，中性點電壓升高，二次繞組感應出較高電壓，使得繞組短路燒損。

3.2? ? 現場試驗驗證

基于零序繞組易錯接且不易發現的特點，檢修人員在現場需要通過一定的試驗校驗零序電壓二次接線的正確性。

一般現場安裝好4PT壓變后，會進行高壓通壓試驗，該試驗能夠驗證正常運行情況下各相二次側電壓測量的正確性，但是無法識別零序電壓極性接反的情況。結合現場實際，利用繼電保護測試儀或現場檢修電源箱提供三相電源，加入4PT一次側，通過改變4PT接線，得到二次側各點電壓值。

針對10 kV不接地系統的4PT，用繼電保護測試儀在壓變一次側加電壓，斷開N與地的連接，將A與N短接，通入三相電源，模擬實際不對稱故障，一次加壓接線圖如圖7所示，其中Ea′、Eb′、Ec′為外加電壓。

針對10 kV不接地系統，當接入電壓Ea′=57.7∠0°V，Eb′=57.7∠-120°V，Ec′=57.7∠120°V，用萬用表測量二次電壓，測量時應得到：Ua=0 V，Ub=1 V，Uc=1 V，Uln=1 V。測得Uln=1 V，表明零序PT二次極性接線正確，與各相PT之間連接正確，變比正確。

如采用現場檢修電源，則Ea′=220∠0°V，Eb′=

220∠-120°V，Ec′=220∠120°V，則對應測量得到二次電壓：Ua=0 V，Ub=3.8 V，Uc=3.8 V，Uln=3.8 V。同理，在測得上述電壓時可判斷零序PT二次側接線正確。

根據上文所述方法，檢修人員在某變電站10 kV電壓互感器上開展相關測試試驗。現場通過模擬零序錯誤接線，驗證了文中方法的正確性，為之后的4PT校驗提供了依據。

4? ? 結束語

本文根據三相4PT電壓互感器接線的工作原理，分析了正確接線情況下單相接地時一次電壓分布情況和相應的二次電壓測量值，進而得出零序繞組二次極性接反時單相接地情況下的零序電壓。結合實際工作中接線錯誤引起的故障實例，提出了一種現場試驗驗證方案，并在工作現場得以驗證。

[參考文獻]

[1] 張雄偉，謝暉，馬凱，等.三相四PT接線方式原理分析及電氣實驗[C]//第十三屆全國保護和控制學術研討會論文集，2011：258-261.

[2] 楊紅靜，顧建姝，田曉越.抗諧振4PT的性能分析與二次接線改進[J].電工文摘，2015（4）：6-7.

收稿日期：2023-04-17

作者簡介：毛新飛（1988—），男，浙江麗水人，技師，工程師，從事變電二次檢修工作。