小电流接地系统消谐方式分析

原　玉，林罗波，张迎晓，朱兴文

（华能山东石岛湾核电有限公司，山东　威海　264312）

小电流接地系统消谐方式分析

原玉，林罗波，张迎晓，朱兴文

（华能山东石岛湾核电有限公司，山东威海264312）

介绍小电流接地系统常见的几种消谐方法及其优缺点，重点介绍电压互感器（TV）中性点串接零序TV的消谐方式。对系统单相接地后一次电压相量进行详细分析和推导，介绍TV二次各种接线方式及其优缺点，根据实际运行推荐最优接线方式。

小电流接地系统；消谐方式；电压互感器；单相接地

0　引言

目前我国6～35 kV电力系统中性点大多不接地或经消弧线圈接地，即采用小电流接地方式。此电压等级下的负荷大多采用三相供电，系统单相接地时线电压依然平衡，设备可短时继续运行，从而保证供电可靠性［1］。但由于电压互感器（TV）等非线性元件与系统中的电容构成振荡回路，当满足一定的激磁条件，如单相接地时，TV铁心饱和而发生铁磁谐振现象，在线路上形成一个RLC的串联谐振电路，从而使线路上出现危险的过电压（可达相电压的2.5～3倍）和过电流，导致线路上绝缘薄弱地点的绝缘击穿。为防止上述情况发生，规程规定，在单相接地电容电流大于一定值的电力系统中（3～10 kV电网中接地电容电流大于30 A），电源中性点必须采用经消弧线圈接地的运行方式。

除此之外还有以下几种常见的消除铁磁谐振的方法：在TV一次中性点串接电阻器；在TV一次中性点经零序电压互感器接地；在TV二次开口三角绕组并接小电阻 （常接1只220 V，500W白炽灯）［2］；在TV二次开口三角绕组加装微机消谐装置；采用励磁特性较好的TV，使铁心不易饱和。

从稳定性和安全性考虑，系统中性点加装消弧线圈是最好的方法，但其成本较高，若经济技术比较后是可行的，可采用此法；TV一次中性点经高阻接地时，开口三角输出电压相应降低，会影响接地指示装置的灵敏性，且要考虑电阻的热容量；并接白炽灯或电阻的方法对电阻阻值的选择要求很高，太小TV会出现过载，导致熔丝熔断甚至TV烧毁，太大又难以消除分频谐振；而加装微机消谐装置既复杂成本又高且容易出现故障，目前还不适合推广；采用电容式电压互感器代替电感式，虽然解决了系统铁磁谐振的问题，但TV内部也会产生铁磁谐振等问题，从而影响电容式电压互感器的可靠性和测量精度［3］。

实践表明，在TV一次中性点串接零序电压互感器的方法能有效抑制铁磁谐振的产生，其作用原理是增加了回路零序阻抗，分担了大部分的零序电压，原TV只反映回路正序电压，这样两只TV铁心都很难进入饱和区从而避免产生谐振过电压［4］。下面主要介绍几种常见的“4TV”接线方式并分析其优缺点。

1　原理分析

一次电路如图1所示，对系统单相金属性接地故障，中性点串接零序TV电压分析。

图1　一次回路

图2　单相金属性接地回路

此时加在TV一次绕组上的电压为

用系统正常运行时相电压UA、UB、UC来表示为

相量图如图3所示。

图3　单相金属性接地相量

与TV一次中性点直接接地的情况进行比较，可以看出加在每相TV绕组上的零序电压UON由原来的-UC降低为-0.25UC，开口三角的电压UΔ=3×（-0.25）=-0.75UC，T0上的电压UND=-0.75UC，大部分零序电压加在T0绕组上。

而非故障相电压值UAN=UBN=1.146UA，TV是允许在1.1倍额定电压下长期运行的。

综上所述，TV一次中性点串接零序TV接地后，在系统出现单相金属性接地时，T和T0承载电压均不高，磁通密度降低，减少了谐振发生的概率。

2　4TV二次接线方式分析

2.1二次接线方式一

开口三角绕组串接零序TV二次绕组如图4所示。

图4　4TV二次接线方式一

绝缘监察报警回路是T开口三角绕组顺极性串接T0二次绕组构成的，如果T0阻抗与T阻抗近似相等，根据上面分析可以得出

3U0=UΔ+UND=（-0.75UC）+（-0.75UC）=-1.5UC（9）

此种接法的优点是能够正确反映系统单相接地后零序电压数值。系统单相接地后，零序电压加在T 和T0绕组，选择合适的变比可使二次接地报警装置具有较高的灵敏度。

此种接法的缺点是开口三角回路不能消除3次谐波分量，在T0绕组上会有较高的3次谐波电压，当发生3次谐波谐振时，开口三角电压升高，造成单相接地的假象。

2.24TV二次接线方式二

开口三角绕组短接，零序TV二次绕组测量零序电压，如图5所示。

图5　4TV二次接线方式二

开口三角绕组短接后，系统三次谐波分量在开口三角各相绕组中感应出3次谐波电动势，且在闭合三角绕组内形成3次谐波环流，这一环流会产生3次谐波反电动势，将趋于把铁心中原有的3次谐波磁通去磁，相当于“吸收了”3次谐波分量。

此种接法的最大问题是开口三角回路短接，T绕组中会有零序电压产生，将在闭合三角回路中形成环流，如果处理不及时造成TV损坏或爆炸等严重后果。

3　分析与改进

实际运行中此种接法也出现TV烧损的情况，就是系统单相接地并伴随低频振荡时，由于系统频率大幅降低，导致T0阻抗严重下降，从而使T零序电压增大，开口三角零序电压形成环流烧毁TV，因此建议开口三角绕组经适当电阻短接，既可以限制闭合三角回路中的环流，又对分频谐振和低频振荡起到抑制作用。

4　结语

采用TV一次中性点串接零序TV的方对消除铁磁谐振效果明显，其二次接线较为复杂，方式较多各有优劣。

TV一次中性点串接零序TV接地的方式可有效防止小电流接地系统经常发生的铁磁谐振，大大降低了TV一次熔断器熔断的概率。串接的零序TV一次绕组的阻抗应远大于原TV，尽可能承载系统全部零序电压。

原TV开口三角绕组应避免直接短接，并接满足抑制分频谐振和低频振荡的小电阻较为理想。虽然“4TV”法可以在谐振初期有效抑制铁磁谐振的形成，但零序TV的加入导致系统对地感抗加大，一旦形成铁磁谐振，过电流仍可能导致TV烧毁。由此可见，应从系统运行方式、设备选用等方面防止铁磁谐振发生，而不能盲目依赖各种消谐措施。

［1］王文洪.10 kV电压互感器烧毁的原因分析和防范措施［J］.广东输电与变电技术，2005（6）：65-67.

［2］周洁莲，吴少珍.防止电压互感器的铁磁谐振过电压的有效措施［J］.高电压技术，2001，21（7）：53-55.

［3］高伟，陈连贵，赵军良.配电网电磁式电压互感器谐振过电压抑制方法综述［J］.陕西电力，2008，36（10）：25-29.

［4］王亮，施围，沙玉州.采用4TV法的配电网中铁磁谐振的研究［J］.高电压技术，2005，31（10）：15-17.

［5］朱岸明，吴经峰，王国夫.互感器励磁特性线性度对铁磁谐振的影响分析［J］.电网与清洁能源，2008，24（11）：20-22.

Harmonic E lim ination M ethod A nalysis of S mall C urrent G rounding S ystem

YUAN Yu，LIN Luobo，ZHANG Yingxiao，ZHU Xingwen
（Huaneng Shandong Shidao Bay Nuclear Power Co.，Ltd.，Weihai264312，China）

Some common harmonic eliminationmethods of the small current grounding system，aswell as their advantages and disadvantages，are introduced，and the harmonic elimination method that the voltage transformer neutral series connection of zero sequential potential transformer is emphatically present.The primary voltage after the electric power system single-phase grounding is analyzed and derived detailedly.Advantages and disadvantages of different connection modes of potential transformer secondary wiring are analyzed，and the optimal connectionmode according to the actual operation is recommend.

small currentgrounding system；harmonic eliminationmethod；potential transformer；single-phase grounding

TM76

B

1007－9904（2016）03－0041－04

2015-10-24

原玉（1987），男，从事继电保护调试工作；

林罗波（1987），女，从事继电保护调试工作；

张迎晓（1987），女，从事运行管理工作；

朱兴文（1987），男，从事继电保护调试工作。