配置零序TV的小电流接地系统电压异常分析

金 宏，林 军

（武义县供电局，浙江 武义 321200）

0 引言

在小电流接地系统发生单相接地故障时，允许电网继续运行1～2 h，此时非接地相的电压将上升到线电压，如果是间歇性接地则还存在暂态过电压，会导致母线电压互感器（TV）铁芯磁通饱和，引起铁磁谐振过电压，特别是产生分频谐振时，易造成TV的高压熔丝熔断或TV过热而使绝缘损坏。为防止铁磁谐振过电压，广泛采用在10kV母线电压互感器中性点安装零序TV的星形接线，即简称4TV接线。运行实践证明，4TV接线的消谐效果良好，不仅能防止由于过电压引起的高压熔丝熔断和TV绝缘损坏，同时还大大减少了调度和变电站值班人员的工作量。但是，实际运行中也发现，尽管4TV接线有很好的消谐效果，但如果接线不当也会造成电压指示异常的现象。本文就生产运行中易出现的因错误接线而引起的电压异常进行分析。

1 10kV零序TV应用原理分析

图1是4TV接线图，它由3台主TV和1台零序TV组成，4台TV变比要求相等，参数基本一致，主TV一、二次侧绕组均为星形接线，中性点通过零序TV的绕组接地，辅助绕组为闭口三角形接线，用于消谐和降低自身阻抗。系统正常时，三相电压对称，中性点电压等于零，三相电压均为相电压，零序TV的电压为零。当系统单相接地时，若是A相接地，其二次电压相量如图2所示，A相变为零，B相和C相上升到倍相电压，但由于有零序TV的存在，从图中看出3个主TV承受的电压仍为相电压，因此不会造成TV饱和，从根本上消除了铁磁谐振的问题。同时因零序TV的电压输出为相电压，由它通过接地电压监视发出接地信号。由于三相电压对称，接成闭口三角形的辅助绕组叠加后的电压为零，也就不会因为闭口三角形短接而形成很大的环流而造成TV烧毁。

图1 4TV一次和二次接线

图2 正确接线时A相接地的相量

2 4TV接线错误引起的电压异常及处理

2.1 第一起电压异常情况

2.1.1 异常现象描述

某变电站由1号主变压器送10kVⅠ，Ⅱ段母线，Ⅰ，Ⅱ段母线TV运行。某日10kV出线发生A相接地，变电站发出接地信号，但2段母线电压指示并不一致，且接地相即A相的电压指示反而升高，调度监控后台电压指示如下：

Ⅰ段母线电压：UA=9.14kV，UB=5.60kV，UC=4.81kV，3U0=5.48kV；

Ⅱ段母线电压：UA=6.16kV，UB=5.96kV，UC=5.85kV，3U0=0.28kV。

2.1.2 异常分析和处理

Ⅰ段母线TV停电检查后，发现零序TV二次回路引出线L与零线N的接法与图1不符，L与N互换，即零序TV极性接反。

Ⅱ段母线TV停电检查后，发现主TV二次回路的三相中性点与零序TV二次绕组串接点即L的引出线，在引至10kV电压测控装置时其二次连接电缆被误接在空端子上，因而测控装置并未检测到有零序TV二次绕组L的输入。

画出A相接地时零序TV极性反接的二次电压相量图，见图3，其中测控装置即调度监控后台各相电压显示值为相电压UA，UB，UC与零序电压UL合成值，3U0显示值即为零序TV的输出电压UL。当零序TV二次线圈极性反接、10kV系统发生A相单相接地时，B，C两相电压相等，数值显示仍为相电压，但接地相A相电压显示上升为2倍相电压，零序TV输出和显示电压为相电压，可发出“10kV母线接地”信号，故出现Ⅰ段母线电压指示异常的情况。

图3 A相接地、零序TV极性反接时的相量

图4为A相接地、零序TV未接入时的相量图。由图4可知，参与相电压合成的零序TV二次绕组极性端L未接入时，即零序电压未能参与相电压的合成，即图2中的UL=0，所以虽然A相接地，但测控装置即调度监控后台显示的相电压数值不会发生变化，与Ⅱ段母线电压指示异常的情况基本一致，但因A相接地，所以接地相A相电压与正常运行时方向相反。

图4 A相接地时零序TV未接入时的相量

2.2 第二起电压异常情况

2.2.1 异常现象描述

某变电站自建成投入正常运行即发现10kV系统三相电压不平衡，零序电压偏大，同时频繁发生TV高压熔丝熔断，调度监控后台正常运行时Ⅰ段母线电压指示如下：

UA=5.93kV，UB=6.369kV，UC=5.912kV，3U0=0.632kV。

2.2.2 异常分析和处理

经检查，一次设备接线和试验结果皆正常，但发现三相主TV二次接线中辅助绕组未接成闭口三角形，呈开路状态。

三相主TV等同于三相变压器，画出三相主TV的零序阻抗等值电路如图5所示。由图5（a）可知，由于TV的励磁阻抗Xu0很大，漏抗Xt可基本忽略，所以当辅助绕组为开口三角时，表现出的阻抗很大。

图5 主TV零序阻抗等值电路

当主TV辅助绕组接成闭口三角时，其零序阻抗等值图如图5（b）所示，励磁阻抗与漏抗并联，等效阻抗降为漏抗或更低，极大地降低了主TV的阻抗。经实测，TV辅助绕组接成闭口三角后，TV阻抗减少至不及原来的百分之一，从而使系统接地后零序TV与主TV形成串联回路，接地后形成的零序电压大部分落在零序TV上，使三相主TV不易饱和，从而可提高其发生铁磁谐振的最低动作电压，起到抑制过电压、过电流的作用，同时还提高了接地监视的灵敏度。研究表明，TV高压熔丝熔断的主要原因不是铁磁谐振，而是故障恢复后的电容放电冲击电流。由于TV高压熔丝熔断现象多发生在线路对地电容较大的单相接地故障恢复时，而增加的零序TV（显示为大电阻时）分担了大部分单相故障时加在TV高压绕组上的电压，使得故障消除后需要释放的电荷减少，减弱了故障恢复后电容电流对TV高压熔丝的冲击，所以辅助绕组接成闭口三角既能起到降压消谐的作用，也在很大程度上避免了TV高压熔丝的频繁熔断，同时对改善电压波形也起到了积极的作用。

3 接线正确时TV高压熔丝熔断的电压指示分析

由于TV高压熔丝熔断时也会造成电压显示异常、发接地信号，但相电压和零序电压指示与单相接地时的电压指示有所不同。

图6为TV高压熔丝熔断时的相量图。由图6（a）可知，在A相熔丝熔断后，熔断相A相电压指示为正常值的一半，B，C两相电压指示正常，零序TV电压指示为相电压的一半，可发出“10kV母线接地”信号。

图6 单相熔丝和两相熔丝熔断的相量

由图6（b）可知，当B，C两相熔丝熔断后，熔断相A相电压指示为正常值的一半，B，C两相电压也是正常值的一半，零序TV电压指示为相电压的一半，可发出“10kV母线接地”信号。

4 对4TV接线中辅助绕组开口三角短接的探讨分析

上述分析表明，4TV接线时辅助绕组开口三角最好短接，但这也带来一个严重问题，即当系统中出现单相断线、变压器空投母线、单相弧光接地（单相金属接地除外）等不正常工况时，由于三相电压严重不平衡，由此产生的零序电压势必将在闭口三角中形成极大的环流。TV一次熔丝一般取0.5 A，根据TV的变比转化为辅助绕组的二次电流达86.6 A，将造成剩余绕组、一次绕组和铁芯过度发热，而TV一次熔丝又不能对其起保护作用，如果处理不及时将会导致一次绕组、剩余绕组和铁芯持续过热，甚至引发一次绕组的匝间、层间以及二次绕组绝缘击穿，热击穿发展过程中，最终导致一次熔丝熔断而TV自身也将出现绝缘物烧焦熔化、环氧壳体爆裂等典型的热击穿事故，此类事故在实际运行中已发生数起。由此可见，4TV接线方式并非十分完美，虽然它消除了铁磁谐振，却又成为TV烧毁的根源。

5 结语

通过对几种4TV错误接线引起的电压异常分析可知，二次接线错误将对安全运行带来极大危害，而且这类接线错误在系统正常运行时不易发觉。为了防止类似问题的发生，在新的10kV母线TV投入运行时，一定要仔细检查其一、二次接线是否正确，重点核对零序TV和辅助绕组极性接线是否正确，同时还要确保4台TV变比一致。虽然4TV接线有不足之处，但实际运行表明其仍是一种很好的消谐措施，在很大程度上避免了TV烧毁和高压熔丝熔断。只要在认识到其不足的同时，通过选取励磁特性优良的TV，同时在三相电压严重不平衡或TV熔丝熔断等异常工况时做出快速反应、及时处理，此接线方式仍不失为一种较完美的接线。

[1]郭伯宙，金旭.10kV零序压变二次线圈极性反接对系统故障判断的影响[J].浙江电力，2008（3）∶72-74.

[2]黄金辉.4TV方式消除铁磁谐振的机理和异常分析[J].华东电力，2000（10）∶20-24.

[3]束洪春，赵兴兵，彭仕欣.中压电网铁磁谐振及TV高压熔丝熔断分析和抑制措施[J].中国电力，2009（1）∶17-23.

[4]国家电力调度通信中心编.继电保护培训教材下册，二次回路[M].北京：中国电力出版社，2009.