10KV小电流接地系统母线电压互感器的接线变迁

10KV小电流接地系统母线电压互感器的接线变迁摘 要变电站的10KV小电流接地系统中母线装设的电压互感器，数十年来其一，二次绕组的接线方式发生了数次变化。其主要原因是在满足二次电压回路设备在正常运行和系统发生单相接地及事故时的电压采样要求外，并应具备在上述情况下防止铁磁谐振，避免电压互感器被烧毁的功能。本文就电压互感器接线方式的变迁，阐述了笔者的一些粗浅意见。 关键词小电流接地系统 电压互感器 接线变迁0 前言10KV电力系统是小电流接地系统，当系统中发生单相接地时，不会产生很大的短路电流。为了不造成对外停电，所以允许带接地运行一段时间，但是为了防止其他两相对地电压升高以及容易产生的铁磁谐振过电压而导致电压互感器或其他设备损坏，因此必须尽快找到接地点并消除接地。在系统正常运行或发生故障时，为了满足对母线和馈线的测量，计量以及保护装置的电压采样需求，10KV母线上必须装设能够正确反映母线电压的电压互感器。随着电力技术的进步和设备的更新，电压互感器的接线在满足二次测控保护装置的要求及防止发生铁磁谐振事故的情况下，其接线方式不断地发生了一些改变。1 前期的三台单相电压互感器或三相五柱式电压互感器接线方式三台单相电压互感器或三相五柱式电压互感器接线方式如图1a。相应的相量图如图1b所示。这种电压互感器一次绕组和主二次绕组接成星形，其中性点直接接地，辅助二次绕组接成有零序电压输出的开口三角形。在中性点非直接接地的电力网中，这种接线方式的电压互感器二次电压回路可以为继电保护和测量仪表提供线电压和相电压；而需要输入零序电压的接地保护及信号等装置，则接入开口三角形输出两端。当电网绝缘良好正常运行时，一，二次电压回路的三相电压均是对称的，并互差120度，开口三角形两端输出为三相电压的矢量和，即为零。在系统发生单相接地时，一，二次电压回路的电压相量关系就发生了变化。假如C相接地，则它们原来的对称关系被破坏，此时本相一次绕组电压为零，A，B相一次绕组的电压上升为线电压，则二次A，B相的电压也升高3倍，而开口三角形两端电压为三倍U0电压（100V），所以此种接线的电压互感器开口三角形不能采用短接的方式以消除铁磁谐振。否则将烧毁电压互感器。采用此种接线的电压互感器可以采用在开口三角形绕组两端接入防谐振装置或一白炽灯以减少谐振。其相量关系如图1c所示。10KV系统还常采用三相三柱式电压互感器的星形接线方式。必须指出此种接线方式的一次绕组中性点不允许直接接地。因为当系统发生单相接地时，由于零序磁通没有通路而使电压互感器会发热烧毁。所以当系统发生单相接地时，二次电压回路的电压仍然为对称的相电压，不能反映系统单相接地时一次回路电压的升高，即不能接供绝缘检查电压表，无法检查电网的绝缘状况。2 三相四元件的分体式防谐振电压互感器的接线方式分布极为广泛的10 KV电力系统常常因为单相接地时而发生铁磁谐振。为了减少或杜绝铁磁谐振，随后，我市系统内广泛采用了分体式防谐振电压互感器的接线方式，如图2a，即采用在三相一次绕组中性点与地之间增加一零序电压互感器的四元件接线，其接地时的相量如图2b。三只接于相电压的互感器按常用的互感器选取，其中剩余绕组电压为0.1/3KV，三个剩余绕组接成闭合三角形以消除三次谐波和吸收谐振能量而消除谐振。中性点电压互感器变比为10/3/0.1/3/0.1KV。0.1KV绕组引出零序电压.其正常运行和接地时的相量如图2b。正常运行时，母线电压互感器一次绕组中性点N电压为零，与地同一电位，三相一次绕组均承受相电压，零序电压互感器一，二次绕组电压均为零。所以二次各相电压均为相电压，并互差120度，其相量按对称星形排列，开口三角形为互差120度的三相电压矢量和，所以无电压输出。假如C相接地，由图中接线和极性可以看出：C相电压互感器YHC与零序电压互感器YHN是一并联关系。如各相电压互感器的阻抗很大很大（理想情况），则可以认为各相电压互感器仍然承受对称的相电压。二次绕组A，B，C相的电压与零序电压互感器的电压补偿绕组YHn二次电压相加，其中A，B相对地电压分别升高3倍，C相电压为零，三相母线绝缘监察表计的测值能正确反映一次系统电压状况。而开口三角形两端电压为零，所以往往采用将其两端短接来消除铁磁谐振。而实际情况并非完全如此，各相电压互感器的阻抗并不是很大的理想情况，在一次线路发生接地后，中性点N发生位移，其相量见图2b。如各相电压互感器和零序电压互感器阻抗相同，则C相电压互感器和零序电压互感器一次绕组电压约为0.75倍额定相电压，A，B相互感器绕组的电压上升为1.15倍相电压，仍远低于未安装零序电压互感器时的3倍相电压,电压互感器的铁芯不易达到饱和状态，其感抗也减少不多，有效地防止了铁磁谐振的发生。而二次A，B，C相对地N600的电压分别为本相电压与零序YHn二次电压相量相加，其中A，B相电压升高3倍，C相电压为零，能够正确反映单相接地时相电压的变化情况。要注意的是：开口三角形两端是有电压的，不短接时两端电压约为25V，所以此种接线的电压互感器将开口三角形采用直接短接的方式以消除铁磁谐振，较长时间在系统接地运行时，仍然有可能使二次辅助绕组长时间流过大电流而烧毁。为了安全可靠，不烧毁设备，建议仍然采用在开口三角形绕组两端接入防谐振装置或一白炽灯以减少谐振。3 组合式四元件防谐振电压互感器的接线方式由于厂家生产出了新的组合式防谐振电压互感器，随之在系统中也得到了不少采用。组合式防谐振电压互感器是将全绝缘的三相电压互感器和中性点电压互感器组装成一体,而且没有二次辅助绕组短接成闭口三角形的问题。该产品在设计和制造上就保证了具有防止铁磁谐振性能。其优点是安装尺寸小，二次接线清楚明了，便于安装和接线，不易发生错误。其具体接线见图3a，正常运行和接地时的相量如图3b。正常运行时，母线电压互感器一次绕组中性点N电压为零，与地同一电位，三相一次绕组均承受相电压，零序电压互感器一，二次绕组电压为零。所以二次各相电压均为相电压，并互差120度，其相量按对称星形排列，零序二次绕组YHn与YHjy（串联）无电压输出。假如C相接地，由图中接线和极性可以看出：C相电压互感器YHC与零序电压互感器YHN是一并联关系。在一次线路发生接地后，中性点N发生位移，C相电压互感器和零序电压互感器一次绕组电压约为0.75倍额定相电压，A，B相电压互感器绕组的电压仅仅上升为1.15倍相电压，有效地防止了铁磁谐振的发生。而二次A，B，C相对地N600的电压分别为本相电压与零序二次电压相量相减，其中A，B相电压升高3倍，C相电压为零，能够正确反映单相接地时的电压变化情况，绝缘监察仪表能够正确指示接地相。要注意的是：要求接入零序电压的电压负载（如XJJ）只能接到YML和YMn之间（接地时电压为100V）。公共接地的YMn小母线与YMn小母线不是等同的。尽管正常运行时，两者之间并无电位差。在发生接地故障时，两者之间就有电压存在，所以YMn和YMn不能连接起来，YMn也不允许接地，这是值得大家特别注意的。4 增加计量绕组的四元件防谐振电压互感器的接线方式由于对电能计量精度要求的提高，目前采用的电压互感器常在二次回路增加一组高准确等级的专用计量绕组，以对计量设备单独供电。专用计量绕组的中性点，以前我们都是直接接中性线N600。其原理接线见图4a。有的运行单位的同志提出异议，认为在发生单相接地时，专用计量绕组三相中性点因无补偿绕组YHn的电压接入。所以没有正确反映实际的一次电压。对此问题，笔者认为：一是因为10KV系统采用的是二元件计量表计，接入的是二次相间电压，即计量表计的二个元件分别接入Uab,Ubc电压，并未接入零线N。在发生单相接地时，相间电压的对称关系并未被破坏；再者发生单相接地时允许运行时间也不太久，应该对计量表计和接入的其他相电压设备没有多大影响。当然，可以按严格要求，专用计量绕组中性点还是应按图4b接线。5 电压互感器二次回路击穿保险器配置的问题电压互感器二次回路的中性点，以前都在各自的配电装置处直接接地。其作用是防止一次回路绝缘下降，使二次回路蹿入高电压时，保证工作人员人身安全。由于二次电压的不平衡以及一次回路故障时短路电流的影响，会使零线N在主控制室与配电装置（电压互感器）之间存在电位差，给计量装置带来附加误差和使零序方向电压保护装置误动作。所以有关规程规定，要求同一变电站内的几组电压互感器的零线N都在主控制室电压装置屏上并接后一点接地。为了检修电压互感器时的人身安全，可以在配电装置处装设击穿保险器。然而，又出现一些新的问题：击穿保险器种类繁多，质量参差不齐。击穿保险器本身击穿电压离散值就教大。设计中怎样选择击穿保险器，一无规程规定，又无经验可资借鉴。所以在设计或生产制造选择时，受人为因素影响很大，很难确定是否选用正确。在现场使用过程中又不易判断是否完好，当击穿保险器击穿后不能恢复或时间稍长时，就有可能烧坏电压互感器，或相当于电压互感器回路就有两点或多点接地，且不易被发现。因此市公司生技部发文规定：凡是四星形接线的PT二次回路，在中性点PT的二次回路的首端与星形中性点连接处与地之间接的放电间隙（击穿保险器）一律拆除。现在采用的电压互感器有三个二次电压绕组，每个绕组的N回路都装设有击穿保险器，如图5所示。在新规定中，并未提到是否取消其它二次电压绕组中的击穿保险器。笔者认为上述提及的所有击穿保险器都应该取消。其理由在于杜绝其他击穿保险器损坏后造成两点接地（尽管不会烧毁电压互感器），显然，这是规程所不允许的。当然，在电压互感器一次未停电而必须要在配电装置处二次回路工作时，一定要做好安全预防措施。6改进的三相四元件的分体式防谐振电压互感器的接线方式由于三相四元件的分体式防谐振电压互感器的接线方式也存在电压互感器可能被烧毁的问题，不少单位和生产厂家也在不断进行完善。其中大连第一互感器有限责任公司对此进行了较好的优化改进：其原理接线如图6所示。其接线已取消了开口三角形两端的短接，避免因电容放电电流使开口三角形绕组烧毁的隐患；使测量零序电压准确；消除主电压互感器采用开口三角形绕组开路方案的固有的在正常运行时其三相电压不平衡及零序电压超标现象；有效地抑制超低频率振荡电流，消除熔断器频繁熔断现象。采用改进后的三相四元件的分体式防谐振电压互感器的接线方式，一定要注意三相主电压互感器必须选择全绝缘按相电压设计的电压互感器，零序电压互感器可以是全绝缘的，也可以是半绝缘结构的电压互感器。同时，无须附加任何其他消谐措施；二次侧任何绕组