小電流接地系統(tǒng)母線(xiàn)電壓互感器的接線(xiàn)變遷

0 前言

10KV電力系統(tǒng)是小電流接地系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流。為了不造成對(duì)外停電，所以允許帶接地運(yùn)行一段時(shí)間，但是為了防止其他兩相對(duì)地電壓升高以及容易產(chǎn)生的鐵磁諧振過(guò)電壓而導(dǎo)致電壓互感器或其他設(shè)備損壞，因此必須盡快找到接地點(diǎn)并消除接地。在系統(tǒng)正常運(yùn)行或發(fā)生故障時(shí)，為了滿(mǎn)足對(duì)母線(xiàn)和饋線(xiàn)的測(cè)量，計(jì)量以及保護(hù)裝置的電壓采樣需求，10KV母線(xiàn)上必須裝設(shè)能夠正確反映母線(xiàn)電壓的電壓互感器。隨著電力技術(shù)的進(jìn)步和設(shè)備的更新，電壓互感器的接線(xiàn)在滿(mǎn)足二次測(cè)控保護(hù)裝置的要求及防止發(fā)生鐵磁諧振事故的情況下，其接線(xiàn)方式不斷地發(fā)生了一些改變。

1 前期的三臺(tái)單相電壓互感器或三相五柱式電壓互感器接線(xiàn)方式

三臺(tái)單相電壓互感器或三相五柱式電壓互感器接線(xiàn)方式如圖1a。相應(yīng)的相量圖如圖1b所示。

這種電壓互感器一次繞組和主二次繞組接成星形，其中性點(diǎn)直接接地，輔助二次繞組接成有零序電壓輸出的開(kāi)口三角形。在中性點(diǎn)非直接接地的電力網(wǎng)中，這種接線(xiàn)方式的電壓互感器二次電壓回路可以為繼電保護(hù)和測(cè)量?jī)x表提供線(xiàn)電壓和相電壓;而需要輸入零序電壓的接地保護(hù)及信號(hào)等裝置，則接入開(kāi)口三角形輸出兩端。當(dāng)電網(wǎng)絕緣良好正常運(yùn)行時(shí)，一，二次電壓回路的三相電壓均是對(duì)稱(chēng)的，并互差120度，開(kāi)口三角形兩端輸出為三相電壓的矢量和，即為零。

在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，一，二次電壓回路的電壓相量關(guān)系就發(fā)生了變化。假如C相接地，則它們?cè)瓉?lái)的對(duì)稱(chēng)關(guān)系被破壞，此時(shí)本相一次繞組電壓為零，A，B相一次繞組的電壓上升為線(xiàn)電壓，則二次A，B相的電壓也升高√3倍，而開(kāi)口三角形兩端電壓為三倍U0電壓(100V)，所以此種接線(xiàn)的電壓互感器開(kāi)口三角形不能采用短接的方式以消除鐵磁諧振。否則將燒毀電壓互感器。采用此種接線(xiàn)的電壓互感器可以采用在開(kāi)口三角形繞組兩端接入防諧振裝置或一白熾燈以減少諧振。其相量關(guān)系如圖1c所示。

10KV系統(tǒng)還常采用三相三柱式電壓互感器的星形接線(xiàn)方式。必須指出此種接線(xiàn)方式的一次繞組中性點(diǎn)不允許直接接地。因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，由于零序磁通沒(méi)有通路而使電壓互感器會(huì)發(fā)熱燒毀。所以當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，二次電壓回路的電壓仍然為對(duì)稱(chēng)的相電壓，不能反映系統(tǒng)單相接地時(shí)一次回路電壓的升高，即不能接供絕緣檢查電壓表，無(wú)法檢查電網(wǎng)的絕緣狀況。

2 三相四元件的分體式防諧振電壓互感器的接線(xiàn)方式

分布極為廣泛的10 KV電力系統(tǒng)常常因?yàn)閱蜗嘟拥貢r(shí)而發(fā)生鐵磁諧振。為了減少或杜絕鐵磁諧振，隨后，我市系統(tǒng)內(nèi)廣泛采用了分體式防諧振電壓互感器的接線(xiàn)方式，如圖2a，即采用在三相一次繞組中性點(diǎn)與地之間增加一零序電壓互感器的四元件接線(xiàn)，其接地時(shí)的相量如圖2b。三只接于相電壓的互感器按常用的互感器選取，其中剩余繞組電壓為0.1/3KV，三個(gè)剩余繞組接成閉合三角形以消除三次諧波和吸收諧振能量而消除諧振。中性點(diǎn)電壓互感器變比為10/√3/0.1/√3/0.1KV。0.1KV繞組引出零序電壓.

其正常運(yùn)行和接地時(shí)的相量如圖2b。正常運(yùn)行時(shí)，母線(xiàn)電壓互感器一次繞組中性點(diǎn)N電壓為零，與地同一電位，三相一次繞組均承受相電壓，零序電壓互感器一，二次繞組電壓均為零。所以二次各相電壓均為相電壓，并互差120度，其相量按對(duì)稱(chēng)星形排列，開(kāi)口三角形為互差120度的三相電壓矢量和，所以無(wú)電壓輸出。假如C相接地，由圖中接線(xiàn)和極性可以看出：C相電壓互感器YHC與零序電壓互感器YHN是一并聯(lián)關(guān)系。如各相電壓互感器的阻抗很大很大(理想情況)，則可以認(rèn)為各相電壓互感器仍然承受對(duì)稱(chēng)的相電壓。二次繞組A，B，C相的電壓與零序電壓互感器的電壓補(bǔ)償繞組YHn二次電壓相加，其中A，B相對(duì)地電壓分別升高√3倍，C相電壓為零，三相母線(xiàn)絕緣監(jiān)察表計(jì)的測(cè)值能正確反映一次系統(tǒng)電壓狀況。而開(kāi)口三角形兩端電壓為零，所以往往采用將其兩端短接來(lái)消除鐵磁諧振。

而實(shí)際情況并非完全如此，各相電壓互感器的阻抗并不是很大的理想情況，在一次線(xiàn)路發(fā)生接地后，中性點(diǎn)N發(fā)生位移，其相量見(jiàn)圖2b。如各相電壓互感器和零序電壓互感器阻抗相同，則C相電壓互感器和零序電壓互感器一次繞組電壓約為0.75倍額定相電壓，A，B相互感器繞組的電壓上升為1.15倍相電壓，仍遠(yuǎn)低于未安裝零序電壓互感器時(shí)的√3倍相電壓,電壓互感器的鐵芯不易達(dá)到飽和狀態(tài)，其感抗也減少不多，有效地防止了鐵磁諧振的發(fā)生。而二次A，B，C相對(duì)地N600的電壓分別為本相電壓與零序YHn二次電壓相量相加，其中A，B相電壓升高√3倍，C相電壓為零，能夠正確反映單相接地時(shí)相電壓的變化情況。要注意的是：開(kāi)口三角形兩端是有電壓的，不短接時(shí)兩端電壓約為25V，所以此種接線(xiàn)的電壓互感器將開(kāi)口三角形采用直接短接的方式以消除鐵磁諧振，較長(zhǎng)時(shí)間在系統(tǒng)接地運(yùn)行時(shí)，仍然有可能使二次輔助繞組長(zhǎng)時(shí)間流過(guò)大電流而燒毀。為了安全可靠，不燒毀設(shè)備，建議仍然采用在開(kāi)口三角形繞組兩端接入防諧振裝置或一白熾燈以減少諧振。