JSJW型电压互感器剩余绕组接地假象探讨

刘新博++孙倞明

摘 要：结合多年互感器技术及售后服务工作经验，探讨在验收产品JSJW-10型电压互感器产品过程中，交接现场系统送电后有时出现的接地报警现象。

关键词：电压互感器；接地故障；JSJW-10型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.146

1 案例分析

（1）某新建电厂送电后，其系统的继电保护动作，发出接地信号，值班人员立即测量发现剩余绕组（da dn）有30V左右的电压。当向某一负荷线路送电后，接地信号立刻消失，原因无法查清。

（2）某新建煤矿35kV变电所，当变压器与6kV母线送电后，发出接地信号，值班人员立即检查线路及变压器，均没有发现接地现象，对电压互感器进行检测发现，二次电压三相平衡，剩余绕组（da dn）有30V左右的电压，将负荷投入运行后，接地信号立即消失。

（3）某新建机械厂35kV降压变电站建成送电时，继电器动作，发出接地信号。经检测，6kV母线及线路却末出现接地故障，二次电压三相平衡；开口三角绕组（da dn）上有原因不明的30左右的电压。相同条件下，对某一负荷线路送电，接地信号消失。

以上案例现象极为相似，都是在6kV或10kV系统无接地故障的情况下发生接地报警现象，剩余绕组（da dn）均有30V左右的电压。我们公司均对产品做现场试验，与出厂试验数据比对，试验结论均为合格产品。并不存在产品质量问题。值班人员将线路投入负荷后，系统运行正常，认为系统存在虚假接地的现象。

2 JSJW型电压互感器工作原理

JSJW-10型电压互感器是采用三芯五柱式铁芯结构，油浸式产品，经常安装在高压35kV、中压10kV或6kV的降压变电站里。该型互感器器身有一组用来计量或电压指示的三相星接绕组，提供100V的二次电压。还有一组电压为100V结成开口三角的剩余电压绕组，系统正常运行时，三相磁通对称，三相剩余电压绕组电动势向量之和等于零，开口角（da dn）出线端字没有电压，用来进行监察线路供电系统对地的绝缘情况。且在这个绕组（da dn）的输出上装有一只DJ-131/60CN电压继电器。通过DS-131/□时间继电器延时发出信号。当系统出现接地故障时，剩余电压绕组三相电压不平衡，开口三角感应出100V的电压，驱动系统报警接地信号。

JSJW-10型电压互感器除具有一般互感器的特性外，其结构特点同时也构成了它对零序谐波的灵敏特性。

（1）高压绕组通过YO接线方式，中性点接地，可以接受零序电压及形成零序电流。

（2）由于铁芯是三芯五柱式，两个边柱可以对各相零序谐波磁通构成回路。

（3）互感器相对于变压器而言，它的铁芯小，在建立磁通时所需的激磁电流也很小，即使电力变压器的二次绕组的电容放电很小，也足以使JSJW型电压互感器建立起一定程度的零序谐波磁通。

（4）当芯柱中有三次谐波磁通时，在其各项绕组中都会感应出三相谐波電势。在开口三角绕组中，当系统三相平衡时，其基波电势的三相之和因互相抵消为零，而三次谐波电势却因为同相串联而相加，其开口电压电势则为三相之和。

（5）当系统电压较高时，铁芯中磁通因饱和变形，出现三次谐波分量，虽然其量很小，却因其频率较高（是基波的3倍），使其感应谐波电压分量也为3倍。开口绕组三相串联之和为9倍，因此其对零序谐波较为灵敏。

3 角形接线方式与三次谐波

电力电网上的电压并不是恒定的，由于线路阻抗的存在以及负荷的不断变化，随时都会影响系统的电网电压。虽然国标中规定电网电压不能超过±5%的要求，但是实际运行情况还要大，当系统电压升高后，铁芯内的磁通波就会因饱和而变形，感应电势就会产生谐波分量。

（1）由于变压器的短路阻抗国家有标准，不会很大。那是指基波（50Hz）而言。而对于三次谐波，其阻抗应是：X1=2πf1L X3=2πf3L。式中f3=3 f1 也就是说，三次谐波的电抗比基波电抗大三倍，由于电阻与电抗相比较小很多，而阻抗由主要有电抗组成，因此，它的内压降也要大3倍。所以消除三次谐波电势并不容易。

（2）系统中变压器的二次绕组并非孤立存在，除了具有自身的匝间电容外，它与接地的铁芯、外壳、变压器绝缘油等都能构成电容。电容量的大小与变压器的结构有关，越是容量大的变压器，电容量就越大。

（3）当谐波电势存在较大时，必然对上述电容充电。一旦构成放电回路时，它们就会按谐波频率充放电。由于JSJW型电压互感器的接入，因其高压绕组的中性点接地，就构成了充放电的条件。

由于制造互感器与变压器的导磁材料，其导磁能力都是有限的，其磁化曲线都有产生饱和现象的特性。设计者与制造商为了达到合理节约的目的，总想充分利用导磁材料的性能，选用了较高的磁通密度，这就使得其铁芯在额定电压或稍高一点的电压下，其磁通波本应是正旋波的却变为平顶波。波形畸变的程度，取决于过电压的程度。

对于非正选的平顶波，如果能选一个适当量的正旋波来代替它，则会产生误差。把此误差数值移到水平轴上，就形成一个新波。依据叠加原理，将两个正旋波形来代替平顶波形，则其误差会减小。由于函数φ是连续的，所以可以将周期函数分解成傅里叶级数。

假设铁芯中的磁通平顶波为φ：

φ=φ0+φkmsin（kωt+ψk）+ φkmcos（kωt+ψk）k=1～∝ （1）

由于该函数的性质——无直流分量，无余弦函数，无偶次谐波，将（1）式展开后，可简化为：

φ=φ1msin（ωt+ψ1）+ φ3msin（3ωt+ψ3）+ φ5msin（5ωt+ψ5）+ φkmsin（kωt+ψk）+……. （2）

公式（2）表明，非正旋波的磁通波，可以转化为用正弦函数组成的一组级数来表示。根据傅里叶级数的性质，函数具有收敛性，频次越高，波幅越小。所以其高次谐波可以忽略不计。除基波外，三次谐波波幅最大。endprint

产生接地假象通常是电网电压较高或新建电厂及变电所出现，因此可以找出剩余绕组产生电压的规律，发电厂及大型变电站输出的电压较稳，输电线路末端就会出现压降，负荷的变化又会造成线路末端的变化。线路远端及末端变电站，送电后但尚未投入负荷，线路上的电压必然很高，变压器接受的激磁电流强，铁芯饱和点明显，因而输出电压中含有三次谐波分量，如果此时负荷尚未投入，其三次諧波分量产生的电势只有电压互感器是唯一通路，其能量全部表现在互感器高压绕组上，足以通过电磁感应，使剩余绕组（da dn）产生30V左右的电压，引起继电保护的绝缘监察系统动作报警。

4 现场在线监测报告

近期，某变电站设备更新改造，利用这次停电检修机会，为了验证上述设想是否符合实际，在安装更换新设备时做了在线检测试验。变电站的高压为35kV，低压为6kV线路。主变压器为2400Kva，低压母线上装有一只JSJW-10型电压互感器，且低压母线装有6kV电站自用20kVA变压器。

（1）送电时先将主变、低压母线及站用变压器送电，其它线路及负荷暂时不送电。此时，继电器发出接地信号，电压互感器剩余绕组（da、dn）电压检测电压为30V左右。

（2）用站用变压器作为被检测信号连接示波器，使其显示一个正旋波性，拆去检测信号线。

（3）将示波器检测信号线连接到互感器剩余绕组（da、dn）上，示波管上立即显示3个周期的波形，其波形不像正旋波那样圆滑。

（4）继续将另一台100kVA的变压器送电，示波器的波形下降，最后将剩余的560kVA的变压器送电，接地信号消失。

如果变电站采用的是JDJ型或JSJ型的电压互感器，就不会出现此现象。同样是处在线路的末端，并处在电网边缘，而且均采用JSJW型的电压互感器，其发生接地假象的概率却不尽相同，其主要影响因素有一下几点。

（1）变压器的质量。如果变压器采用了质量较差的硅钢片，或是采用了较高的磁通密度，则其铁芯容易饱和，易产生磁通谐波。

（2）变压器分接开关选位不当。有的变电站为了满足下级用户对较高电压的要求，而将本电站变压器的分接开关定在低一档的位置。使得本变压器长期处于接近过电压状态。

（3）继电器定值不同，我们在安装调试过程中，变电站的规定定值各不相同，其电压继电器的定值有的定位15V，有的定位30V，其时间继电器定值有的定3S，也有的定位9S，定值较低的的电站，出现接地假象的概率就较高。

综上所述，在JSJW型电压互感器上出现的接地假象，应该大多是由三次谐波造成的，而三次谐波则主要是由于电网电压较高，变压器的铁芯磁通饱和所致。endprint