小電流接地系統母線電壓互感器的接線變遷

0 前言

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10KV電力系統是小電流接地系統，當系統中發生單相接地時，不會產生很大的短路電流。為了不造成對外停電，所以允許帶接地運行一段時間，但是為了防止其他兩相對地電壓升高以及容易產生的鐵磁諧振過電壓而導致電壓互感器或其他設備損壞，因此必須儘快找到接地點並消除接地。在系統正常運行或發生故障時，為了滿足對母線和饋線的測量，計量以及保護裝置的電壓採樣需求，10KV母線上必須裝設能夠正確反映母線電壓的電壓互感器。隨著電力技術的進步和設備的更新，電壓互感器的接線在滿足二次測控保護裝置的要求及防止發生鐵磁諧振事故的情況下，其接線方式不斷地發生了一些改變。

1 前期的三臺單相電壓互感器或三相五柱式電壓互感器接線方式

三臺單相電壓互感器或三相五柱式電壓互感器接線方式如圖1a。相應的相量圖如圖1b所示。

這種電壓互感器一次繞組和主二次繞組接成星形，其中性點直接接地，輔助二次繞組接成有零序電壓輸出的開口三角形。在中性點非直接接地的電力網中，這種接線方式的電壓互感器二次電壓迴路可以為繼電保護和測量儀表提供線電壓和相電壓;而需要輸入零序電壓的接地保護及信號等裝置，則接入開口三角形輸出兩端。當電網絕緣良好正常運行時，一，二次電壓迴路的三相電壓均是對稱的，並互差120度，開口三角形兩端輸出為三相電壓的矢量和，即為零。

在系統發生單相接地時，一，二次電壓迴路的電壓相量關係就發生了變化。假如C相接地，則它們原來的對稱關係被破壞，此時本相一次繞組電壓為零，A，B相一次繞組的電壓上升為線電壓，則二次A，B相的電壓也升高√3倍，而開口三角形兩端電壓為三倍U0電壓(100V)，所以此種接線的電壓互感器開口三角形不能採用短接的方式以消除鐵磁諧振。否則將燒毀電壓互感器。採用此種接線的電壓互感器可以採用在開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。其相量關係如圖1c所示。

10KV系統還常採用三相三柱式電壓互感器的星形接線方式。必須指出此種接線方式的一次繞組中性點不允許直接接地。因為當系統發生單相接地時，由於零序磁通沒有通路而使電壓互感器會發熱燒毀。所以當系統發生單相接地時，二次電壓迴路的電壓仍然為對稱的相電壓，不能反映系統單相接地時一次迴路電壓的升高，即不能接供絕緣檢查電壓表，無法檢查電網的絕緣狀況。

2 三相四元件的分體式防諧振電壓互感器的接線方式

分布極為廣泛的10 KV電力系統常常因為單相接地時而發生鐵磁諧振。為了減少或杜絕鐵磁諧振，隨後，我市系統內廣泛採用了分體式防諧振電壓互感器的接線方式，如圖2a，即採用在三相一次繞組中性點與地之間增加一零序電壓互感器的四元件接線，其接地時的相量如圖2b。三隻接於相電壓的互感器按常用的互感器選取，其中剩餘繞組電壓為0.1/3KV，三個剩餘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.

其正常運行和接地時的相量如圖2b。正常運行時，母線電壓互感器一次繞組中性點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，並互差120度，其相量按對稱星形排列，開口三角形為互差120度的三相電壓矢量和，所以無電壓輸出。假如C相接地，由圖中接線和極性可以看出：C相電壓互感器YHC與零序電壓互感器YHN是一併聯關係。如各相電壓互感器的阻抗很大很大(理想情況)，則可以認為各相電壓互感器仍然承受對稱的相電壓。二次繞組A，B，C相的電壓與零序電壓互感器的電壓補償繞組YHn二次電壓相加，其中A，B相對地電壓分別升高√3倍，C相電壓為零，三相母線絕緣監察表計的測值能正確反映一次系統電壓狀況。而開口三角形兩端電壓為零，所以往往採用將其兩端短接來消除鐵磁諧振。

而實際情況並非完全如此，各相電壓互感器的阻抗並不是很大的理想情況，在一次線路發生接地後，中性點N發生位移，其相量見圖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，仍遠低於未安裝零序電壓互感器時的√3倍相電壓,電壓互感器的鐵芯不易達到飽和狀態，其感抗也減少不多，有效地防止了鐵磁諧振的發生。而二次A，B，C相對地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相電壓的變化情況。要注意的是：開口三角形兩端是有電壓的，不短接時兩端電壓約為25V，所以此種接線的電壓互感器將開口三角形採用直接短接的方式以消除鐵磁諧振，較長時間在系統接地運行時，仍然有可能使二次輔助繞組長時間流過大電流而燒毀。為了安全可靠，不燒毀設備，建議仍然採用在開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。

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