三相4PT电压互感器单相接地故障分析

曹 怡，虞 巍，王 胜，金 涛，刘新伟

（1.国网江西省电力有限公司九江供电分公司，江西九江 332000；2.国家能源集团九江发电有限公司，江西九江 332000）

0 引言

在10kV及35kV不接地系统中，当发生单相接地故障时，接地故障电流很小，保护一般不会动作，根据有关文件规定最多只能运行两个小时，如长时间没发现可能会导致更严重的故障，甚至会导致开关炸裂[1，2]。目前，国家电网虽大力提倡在110kV及220kV变电站安装小电流接地选线装置，但其选线准确率不是很高，还需要监控及运维人员根据上传的遥测量进行分析。使用三相4PT电压互感器，当不接地系统发生单相接地故障时，为了上传更有利于监控及运维人员分析单相接地的遥测量，本文进行相应的分析，并结合本人工作经验，提出了相应的解决措施。

1 不接地系统正常运行及单相接地故障原理分析

1.1 正常运行时电压互感器原理分析

10kV母线三相4PT电压互感器的接线原理图，如图1所示。其中，UA、UB、UC、UL分别为正常运行时母线一次ABC三相对地电压及零序电压，UAa、UBb、UCc、分别为母线一次绕组ABC三相电压，Ua、Ub、Uc、3U0分别为正常运行时母线二次绕组ABC三相电压及零序电压。三相及零序PT变比均为（10kV/3）/（57.74V）。

图1 三相4PT电压互感器接线图

在正常运行时，对一次三相及零序电压进行分析，如式（1）所示。由式（1）可得二次电压为Ua=57.74 V、Ub=57.74 V、Uc=57.74 V、3U0=0 V，与三相带开口三角形的电压互感器二次电压一致。

1.2 单相接地PT原理分析

A相接地故障时，电压互感器一次侧可以等效如图2所示[1，3，4]。其中三相PT一次绕组为 ，零序绕组阻抗为 ，UA′、UB′、UC′、UL′分别 A 相接地故障时三相对地电压及零序电压。

图2 PT一次侧等效图

根据叠加定理可得[1，4]。

根据三相4PT电压互感器特性，零序绕组阻抗远远大于相绕组阻抗，则上式可简化为式（3）所示。

A相接地故障时，A相对地电压为0，B、C相电压为10 kV，结合式（3），可得单相接地故障时向量图[5，6]，如图3所示。

图3 A相接地故障向量图

根据图3向量图分析可得式（4）所示。其中UAa′、UBb′、UCc′分别为A相接地故障后母线一次绕组电压。UAa′=UA10 kV/ 3，UBb′=UB10 kV/ 3，UCc′=UC10 kV/ 3，UL′=UA=10 kV/3，换 算 到 故 障 后 二 次 侧 可 得Ua′=57.74 V、Ub′=57.74V、Uc′=57.74V、3U0′=57.74V 。

从上述分析可得，在不接地系统中，当发生单相接地故障时，ABC三相电压均为57.74V，与正常运行情况一致，只有零序电压上升到相电压，给监控及运维人员带来很大的迷惑性，很难判断是单相接地故障，而保护由于故障电流过小不足于启动保护跳闸，给电网安全稳定运行带来隐患。

2 整改措施

为了解决三相4PT接线方式的电压互感器，发生单相接地故障时，由于上传的三相电压遥测量与正常运行情况一致的问题，给监控及运维人员带来一定迷惑性的问题，本文提出保持三相4PT电压互感器一次侧电压绕组接线方式不变，更改二次绕组接线，如图4所示。

图4 改进后三相4PT电压互感器接线图

根据1.2节分析的原理可得：UA′=UL′+UAa′=0 V，UB′=UL′+UBb′=10 kV，UC′=UL′+UCc′=10 kV，即 可 得故障后二次电压UA′=0 V，UB′=100 kV，UC′=100 kV，3U0′=57.74kV。从上面分析的数据可得，改进后的三相4PT电压互感器，单相接地故障时三相电压与三相四线制单相故障电压一致，零序电压同样上升到相电压，监控及运维人员可以很快的判断10 kV系统发生单相接地故障，结合小电流接地选线装置，尽快切除相关的故障线路。

3 结语

本文提出三相4PT电压互感器的二次绕组接线方式，可以上传监控与不接地系统发生单相接地故障特征相同的三相电压遥测量，从而更有利于监控及运维人员进行快速判断，防止故障进一步加剧，保障电网安全稳定的运行。