小接地系统零序电压互感器的问题分析及措施

栾国军

（山东潍坊供电公司，山东 潍坊 261021）

0 引言

在中性点不接地的小接地电流系统中，铁磁谐振过电压是造成设备损坏、TV烧毁、高压保险熔断的一个主要原因。目前，通过安装零序TV进行消谐在很多地区普遍采用，但由于安装使用不当，造成TV烧毁、电压指示不当等故障，因此，认真总结零序TV安装使用过程中的注意事项非常重要。

1 电力系统谐振

在电力系统中包含有很多电感元件和电容元件。在开关操作或发生故障时，这些电感和电容元件可能形成不同自振频率的振荡回路，在外加电源作用下产生谐振现象，引起谐振过电压。谐振往往在电网某一局部造成过电压，从而危及电气设备的绝缘，甚至产生过电流而烧毁设备，还有可能影响过电压保护装置的正常工作条件。在不同电压等级、不同结构的系统中可以产生不同类型的谐振过电压。通常认为系统中的电阻和电容元件为线性参数，电感元件则一般有三类不同的特性参数。对应三种电感参数，在一定的电容参数和其它条件的配合下，可能产生三种不同性质的谐振现象。

线性谐振：电感参数为常数，电感值不随元件上的电压或电流的变化而变化。

铁磁谐振：电感元件因带有铁芯会产生饱和现象，电感参数不再是常数，而是随着电流或磁通的变化而变化。

参数谐振：电感参数在外力的影响下发生周期性变化。

实践证明，在6～10 kV配电网中，由于各种系统接地引起铁磁谐振发生的频率最高。

2 铁磁谐振的产生原因

在小电流接地系统中，由于电源中性点不接地而电压互感器（TV）一次绕组中性点接地，以导线对地的分布电容 C和 TV绕组电感 La、Lb、Lc为主的阻抗元件就会形成并联LC回路，如图1所示。

图1 小电流接地系统并联LC回路等值图

当Xco/XL≦0.01时不发生谐振。当Xco/XL>≧0.01,在一定的激发条件下，如①单相接地，使健全相的电压突然升高，电压升至线电压；②单相弧光接地，由于雷击或其他原因，线路瞬时接地，使健全相电压突然上升，产生很大的涌流；③当电压互感器突然合闸时，其一相或两相绕组内出现巨大的涌流；④线路断线故障、电压互感器的高压熔丝不对称故障等。在这些因素作用下，出现中性点偏移电压，某些相的对地电压相应升高，可能导致TV铁心过度饱和，感抗下降，可以造成铁磁谐振。随着Xco/XL值增大，依次发生分频、基频和高频谐振。

理论分析和运行经验表明，发生基频谐振时，一相对地电压降低，两相对地电压升高且超过线电压；发生分频谐振时，三相对地电压都升高，但过电压较小，且相电压低频摆动；发生高频谐振时，三相对地电压都升高，且过电压很大。

3 零序电压互感器的工作原理

通过分析和实践，目前普遍采用在TV一次绕组中性点安装零序电压互感器的办法消除铁磁谐振。在系统接地时，零序TV承担中性点偏移电位，电压互感器一次绕组不承担线电压，避免铁心饱和感抗降低，同时由于零序TV的接入，绕组对地电抗增大，使Xco/XL减小，有效减少或消除由单相接地故障引发的铁磁谐振，接线原理如图2所示。

图2 零序电压互感器接线原理图

由于零序TV的接入，TV一次绕组中性点电位在各种接地情况下基本不会偏移，即各工作TV一次绕组端电压始终为系统相电压，零序TV一次绕组的端电压则随着接地程度的不同而变化，当发生单相完全接地故障时，零序TV一次绕组与TV接地相一次绕组形成了完全的并联关系，由分压原理可知：它们的端电压恰为系统相电压。由此看来，各TV在各种接地情况下均不会因过电压而导致铁心饱和，即不会发生铁磁谐振。这时TV开口三角绕组的输出电压始终接近零，无法起接地报警作用，将XJJ改接在零序TV的剩余电压绕组dn—de之间，并将开口三角绕组短接。此时，当系统单相接地时，dn—de间输出电压是100 V/3，而未接入零序TV时开口三角的输出电压是100 V，因此，接地信号继电器的整定值也要相应减小，保证系统接地时能敏感地发出信号。

4 零序电压互感器在安装使用中应注意的问题

4.1 开口三角不宜直接用导线短接

按照理论分析，安装零序TV后，中性点不发生偏移，TV二次开口三角始终没有电压，可以短接以便更好地去磁消谐。但在实际应用中，开口三角直接短接容易造成TV的烧毁。当零序TV故障短路或经小电阻接地时，TV相当于改造前的接线方式，当系统接地时，开口三角会感应出100 V或稍低的电压，由于直接短接，将产生很大的短路电流，造成一次、二次绕组的烧毁。公司曾发生过因安装零序TV造成TV烧毁的情况。

由此可见，当零序TV因各种原因损坏造成短路时，将直接造成TV的烧毁，因此在TV开口三角处应安装低压保险，如5 A的RD，防止零序TV，当系统接地时开口三角感应处的零序电压引起的短路电流烧毁TV。

4.2 接地信号继电器的动作值必须相应减小

未安装零序TV时，当系统金属性接地时，开口三角感应处100 V电压。

安装零序TV后，当系统金属性接地时，零序TV的一次绕组承受相电压。 TV的绕组变比为6.3 kV/100 V/57.7 V,因此，辅助二次绕组感应出33.3 V的电压，仅相当于原来开口三角感应电压的1/3，因此，接地信号继电器的整定值也要相应降低，否则，系统接地时不发信号，影响值班员及时准确发现接地。

4.3 二次消谐器是否安装

在安装零序TV前，很多变电站采取在TV开口三角安装微电脑消谐装置进行消谐，该装置与接地信号继电器并联。

安装零序TV后，由于接地信号继电器该接到零序TV的二次绕组，微电脑消谐装置也相应地改接到零序TV的二次绕组。

微电脑消谐装置的原理是系统正常运行和接地时，装置不动作，发生谐振时触发回路短接开口三角进行消谐。安装零序TV后开口三角已经短接，不需在零序TV的二次绕组安装微电脑消谐装置了。如画蛇添足地安装消谐装置，还可能增加故障点，引起设备故障。如我公司曾发生一起零序TV二次侧的消谐装置内部短路，系统接地时烧毁零序TV,使得TV中性点偏移，开口三角感应电压，短路电流烧毁TV的情况。

因此，安装零序TV后，二次微电脑消谐装置可退出运行。

4.4 绝缘监察电压表的接线要调整

当安装零序TV后，绝缘监察电压表要接到TV的二次绕组和零序TV的二次绕组间，如图1所示，才能正确反映各相对地的实际电压。如果只接在TV的二次绕组上，由于中性点电位不偏移，无论接地与否，三相电压表始终指示相电压，不能正确反映各相对地的实际电压，这点在改造过程中要特别注意。

4.5 零序TV的二次绕组不可接错

零序TV有两组二次绕组，变比分别是6.3 kV/100 V/57.7 V,有些接线仅用一组二次绕组，如图5所示，这只绕组既负责给接地信号继电器提供零序电压，也负责合成三相对地电压，由于TV的二次绕组采用的是变比为6.3 kV/100 V的绕组，这是零序TV也必须选用变比为6.3 kV/100 V的二次绕组，以确保合成的三相对地电压数值准确。

如采用两组二次绕组，如图2所示，则变比为6.3 kV/100 V的绕组负责合成三相对地电压，变比为6.3 kV/57.7 V的绕组负责提供零序电压。

图3 零序TV采用一组二次绕组的接线方式

4.6 系统电容电流较大的变电站可考虑拆除星型接线的电容器

目前变电站6 kV母线TV通常并联接入星型连接的电容器组，如图2所示，以减小Xco/XL的数值，避免铁磁谐振，但也存在负面作用，当发生单相接地时，接地点电容电流增大，有可能引起弧光接地过电压，击穿系统设备的绝缘薄弱环节。

公司曾发生一起系统单相接地，环网选线时，接地点由于电容电流较大，接地消失，弧光引起系统过电压造成母线避雷器爆炸，引起三相避雷器及星型连接的电容器短路事故。结果造成主变及联络线路跳闸。

该变电站6 kV电缆出线较多，系统电容电流较大，系统环网选线瞬间，两系统电容电流合并，烧断接地点的同时造成弧光过电压，引起事故。

由于采用了零序TV，系统感抗增大，铁心不易饱和，系统接地时感抗也不会明显减小。保证了Xco/XL数值较小，因此，当系统电容电流较大时，可以拆除星型连接的电容器，减小系统接地时产生弧光过电压的可能性。

5 结语

电压互感器一次绕组中性点安装零序TV是消除铁磁谐振，避免高压保险熔断和TV烧毁的有效手段，在安装使用过程中，对部分接线进行调整改造，使之发挥最大的作用，避免细节问题影响功能的发挥，是各电力部门应继续研究探讨的问题。

［1］袁毅.一起变电所母线电压互感器铁磁谐振事故的分析［J］.电网技术，1999，23(6)：68-69.

［2］周皓，余宇红等.10 kV配电网铁磁谐振消谐措施的仿真比较研究［J］.电网技术，2005，29(22)：24-34.

［3］刘凡，孙才新等.消除中性点接地系统铁磁谐振新方法［J］.电工电能新技术，2002，21（4）：58-63.