排除接线错误带来的异常现象

(一) 中性点不接地系统

在35kV及以下中性点不接地系统中,国内目前都是利用电磁式电压互感器开口三角构成的绝缘监察装置来监视系统的绝缘状况的,其接线及相量图如图2-1所示。

图2-1　中性点不接地系统母线的电压测量与绝缘监察接线及相量图

(a)接线图;(b)正常情况下的相量图

图2-2　A 相接地时的相量图

(a)一次电压相量;(b)开口三角电压相量

通常,绝缘监察装置的电压整定值为15～30V。若开口三角绕组两端的零序电压3U′0大于该整定值,则使绝缘监察装置发出接地信号。

由于上述绝缘监察装置是根据中性点不接地系统中发生单相接地时在开口三角绕组两端出现零序电压的原理工作的,而实际电网中除单相接地外,还有多种原因如铁磁谐振、耦合传递等都会使开口三角绕组两端出现零序电压,并可能导致绝缘监察装置动作。由于此时系统并没有真正接地,而装置却发出了接地信号,所以称之为“虚幻接地”。本部分仅对由电磁式电压互感器接线错误引起的“虚幻接地”及其他异常现象进行分析,并指出处理方法。

接线错误引起的异常现象在现场时有发生。例如吉林、辽宁、安徽、湖南等地都曾出现过,它给运行人员迅速分析、判断故障带来一定的困难,所以研究这类异常现象具有实际意义。

常见的异常现象如下:

(1)绝缘监视用电压表中性点没有直接接地,而是经开口三角绕组接地,如图2-3 (a)所示。

图2-3　错误接线之一

(a)接线图;(b)相量图

正常运行时,电压互感器二次侧三相电压对称,开口三角绕组两端电压为零。由于电压表作星形连接,虽然中性点经开口三角绕组接地,但是每块电压表测得的仍然是实际的相电压。

然而,若系统发生单相接地如A 相接地,显然,A 相对地电压为零。由图2-3 (a)可知,a相电压表Va测得的电压即为开口三角绕组两端的电压Ua′x′。由于系统一次侧接地时开口三角绕组两端的电压为100V,所以,电压表Va的指示值即为100V 所对应的电压值,此值较正常时为高,实属异常。对于b、c两相电压可由图2-3 (b)所示的错误接线下的相量图求出。

在相量图 (按副边实际电压计算)中

由此可见,这种接法在系统发生单相接地时,绝缘监视电压表的读数与正常运行时相比则是一相升高 (实际的接地相)、两相降低 (非接地相),并可能发出接地信号。这样就给运行人员判断、分析故障带来了困难。

避免的方法是:接线后由专人进行认真检查,确认无误后方可投入运行。

(2)绝缘监视电压表中性点没有直接接地,而是经过开口三角绕组的某一相绕组接地,如图2-4所示。

这种接法的后果是在系统正常运行情况下,绝缘监视电压表的读数不是正常值,因而造成“虚幻接地”现象,分析如下:

电压表的中性点经开口三角绕组中的c′z′绕组接地,各电压表的数值可由图2-4 所示相量图求得:

a相电压表Va的读数

b相电压表Vb的读数

c相电压表Vc的读数

图2-4　错误接线之二

(a)接线图;(b)相量图

所以,对正常情况而言,此时a、b两相电压升高,c相电压降低 (容易被认为是c相接地)。下面再用数值来进行计算分析。若电网为6kV系统,则正常情况下

此时U″b=U″a

c相电压 U″c=3464-2000=1464 (V)

与现场的实测结果4800V 和1500V 基本相符。

避免的方法是:接线后由专人进行检查,确认无误后方可投入运行。

(3)辅助二次绕组极性接错。如图2-1所示,在中性点不接地系统中,绝缘监察装置的正确接线是开口三角绕组每相首尾依次相接串联成开口三角,正常情况下相量图是个闭合的三角形,即开口三角绕组两端电压为零。若一相接反,如图2-5(a)所示,则在系统正常的情况下,辅助二次绕组的相量如图2-5 (b)所示。可见,此时开口三角绕组两端电压Ua′c′=2U0(U0为辅助二次绕组在系统正常时每相绕组的相电压)。因此也会导致绝缘监察装置动作而发出接地信号,出现“虚幻接地”现象。

图2-5　一相接反的接线图和相量图

(a)接线图;(b)相量图

避免的方法是:辅助二次绕组串接好后,测量开口三角绕组两端电压,系统正常情况下其电压为零则正确,反之接线错误。

(4)误接二次线。在某35kV变电所的10kV电压互感器柜 (GG—1A—54)中,电压互感器中性点是通过击穿保险器FN 接地的,且b相的接地点M 与击穿保险器N 连接 (用虚线表示),如图2-6 (a)所示。这种接线在投产运行时正常,但在运行中遇到雷电波的冲击后,却发生了烧毁事故。事故后误认为是电压互感器的质量问题,于是就更换损坏的电压互感器和击穿保险器,并投入运行。投运后无异常现象,但在线路遇到雷电袭击时,又发生了类似事故。

图2-6　电压互感器的二次侧接线

(a)错误;(b)正确

分析表明,产生上述异常现象的原因是由于厂家误将击穿保险器的接地端与电压互感器二次侧b相接地点直接连接,而且b相接地点M 置于绕组与熔断器Fb之间。对于这个接线,当击穿保险器击穿时,就形成了二次侧b相绕组直接短路,从而导致电压互感器烧损。

避免的方法是:将二次侧b相接地点M 移至b相熔断器Fb外侧,如图2-6 (b)所示。且应定期检查击穿保险器,使其保持完好。

(5)二次中性线未引出。某主变10kV侧电压互感器装有一只BZ-22型电压回路断线监察继电器,该继电器的原理接线如图2-7所示,继电器内有一只具有五个绕组的中间变压器T。由该继电器的原理可知,当电网正常运行或发生相间短路故障时,中间变压器T 的绕组W2、W3、W4上只有正序和负序电压,此时T 的磁导体内的合成磁通为零;当电网发生接地故障或电压互感器高压熔丝熔断时,电压互感器开口三角形侧出现的零序电压3U0将作用于W1上,与作用于W2、W3、W4上的零序电压U0产生的磁通互相抵消,合成磁能仍为零,所以W5上没有感应电势,执行元件KM 不动作。只有电压二次回路一相或两相断线时,变压器T 磁导体内的磁通不平衡,在绕组W5上产生的感应电势使执行元件KM 动作。

图2-7　监察继电器原理接线图

一次该监察继电器在运行中发出信号,值班人员开始怀疑是电压互感器三次熔丝熔断,但很快被测三相线电压平衡这一结果所否定。后来在继电器上测量A、B、C三相对中性点的电压 (即相电压)时,发现B 相电压为49V,而A、C 相的电压为68V。从以上测得的数据发现有中性点位移现象,但测开口三角形无输出。在该继电器上将中性点的进线断开后测量A、B、C 三相对该继电器中性点的电压平衡,而对中性点进线的电压分别为100V、0V、100V,至此即可判断出继电器的三相线圈正常,而问题是出在中性点进线上。将电压互感器停电检查,发现电压互感器二次侧中性点只引出至火花间隙F 而并未接到端子排 (即在图2-8 中划“×”处断开),也就是说引入继电器中性点的是一根很长的悬空线,且该线的绝缘已相当低 (用250V 兆欧表已测不出对地绝缘)。将电压互感器中性点引出接至端子排后,断线信号即消失。同时还将中性线换用了绝缘较好的备用芯。

图2-8　错误接线图

对误发信号的原因分析如下:

如图2-8所示,当电压互感器上中性点未接时,由三相四线制系统变为三相三线制系统。该电路等效于继电器中性点经阻抗Zn接地,而电压互感器二次回路B相是接地的,即Zn并接在继电器的B相阻抗Zb上,使B相总阻抗减小,这就使中性点发生位移,导致B相电压降低,A、C 相电压升高。当在继电器上将中性点进线断开后,中性线完全脱离电压互感器二次回路及继电器,因继电器三相阻抗平衡,则在继电器上测量A、B、C 三相对中性点电压时,三相电压平衡;而中性线绝缘低,近似于接地,即与二次回路B 相等电位,所以此时B相对中性性线的电压将变为0,而A、C相对中性线的电压分别上升为Uab、Ucb。显然,Zn越小,在继电器上引起的三相电压不平衡程度将越严重;相反,Zn越大三相电压将越趋于平衡。这也就是某厂长期以来没有发现电压互感器中性点未引出这一缺陷的原因。

避免的方法是:将电压互感器中性点引出并可靠地接到端子排上。

(二) 中性点直接接地系统

在中性点直接接地系统中,保护和测量用的电压互感器大多是单相串级电磁式的,其工作原理与一般单相变压器相似;但是,正常运行时,电压互感器的二次负载仅是仪表和继电器的电压线圈,其阻抗很大且不变化,通过的二次电流很小,接近于空载状态。串级式电压互感器的电压比为为系统额定线电压。

现场常用的接线方式如图2-9、图2-10和图2-11所示。但是,由于在检修和试验时,均需将二次端子从本体拆下,待工作结束后恢复。在拆接二次端子的过程中,如果工作人员没有做好标记或稍有疏忽,就可能将二次端子接错,或使接线板上邻近的两接线鼻碰到一起,无论哪种情况,都会使电压互感器二次电压或开口三角电压发生变化,轻者影响保护装置动作和仪表指示,重者烧坏二次引线、端子排或电压互感器,给电压互感器运行带来很大威胁。

电压互感器接错线及引起的异常现象如下:

(1)二次主、辅绕组首端接错。若电压互感器按图2-9 (a)接线,且图2-9 (b)端子箱二次端子排实际接线不变,但在恢复图2-9所示的二次接线板线头时,将a与a′互换接错,则A 相二次主绕组在端子排处短路,V 的电压加在电压互感器二次主绕组和连接线上,绕组短路阻抗经测试约为0.6Ω,电压互感器到端子排连接线和各接头电阻约为0.17Ω,回路总阻抗Z 约为0.77Ω,回路内流过的短路电流(A)。因电压互感器二次主绕组导线为3.2mm2的漆包线,大于连接电缆截面,且浸在油中,散热条件好,不易被烧坏,所以首先烧坏的是接头部位或连接线。

图2-9　电压互感器辅助绕组顺接

(a)原理接线图;(b)端子箱二次端子排实际接线

二次辅助绕组在正常情况下因各相电压相等,开口三角处无电压或有很小的不平衡电压。a、a′换接后,Ua′变成了Ua,电压由100V 降为57.7V,在开口三角产生42.3V 电压。

图2-10　电压互感器辅助绕组反接

(a)原理接线图;(b)端子箱二次端子排实际接线

图2-11　电压互感器A 相二次接线板图

图2-12　二次主绕组电压相量图

(a与a′互换接错)

例如,某局按图2-9接线的JCC-110型电压互感器的端子箱和A 相二次接线盒冒烟,检查原因是二次主、辅绕组首端互换接错,使二次绕组短路,导致A 相电缆和端子排烧坏。

(2)二次主绕组首、尾两端子互换接错。电压互感器不论是按图2-9或图2-10接线,在恢复图2-11所示二次接线板线头时,若将a与x互换接错,则二次主绕组电压相量图如图2-13所示。线电压Uab、Uca由原来的100V 降为10V,一次相应的线电压表指示由110kV降为63.5kV,所有取A 相电压的保护装置将受到影响。

图2-13　二次主绕组电压相量图

(a与x互换接错)

(3)二次辅助绕组首、尾端子互相接错。辅助绕组首、尾两端子互换接错后,其电压相量图如图2-14所示。这时开口三角绕组的电压为2倍单相电压,即200V,对零序保护用的功率方向有影响,可能造成误动或拒动。

图2-14　辅助绕组电压相量图

(4)二次主绕组首端与辅助绕组尾端互换接错。若电压互感器按图2-9接线,二次主绕组的线电压由原来的100V 降低为86.6 V,一次相应的线电压指示由原来的110kV变为95.3kV,所有取自A 相电压的保护装置将受到影响,可能造成带方向的保护误动或拒动。二次辅助绕组的相量也发生变化,这时开口三角绕组的电压为57+100=157.7 V,它对零序保护用的方向元件造成影响。

若电压互感器按图2-10接线,二次主绕组首端与辅助绕组尾端互换接错后,二次主绕组被短路,其结果与 (1)相同。

(5)二次主、辅绕组首、尾两端均互换。二次主绕组的线电压Uab、Uca由100V 升高为138.2V,一次相应的线电压表指示由原来的110kV变为152kV,二次主回路中与A 相有关联的电压元件承受高于正常值的电压。同时辅助绕组开口三角出现42.3V 的电压。例如某大修后送电的110kV母线电压互感器,就曾出现电压表指示到头,超过线电压数值的现象。经检查,发现是上述原因造成的。

(6)一次侧无熔断器保护,二次侧电缆接错。某发电厂110kV系统,中性点直接接地,母线电压互感器的接线如图2-15所示。

图2-15　电压互感器接线图

(a)短路示意图;(b)二次电缆正确接线;(c)二次电缆错误接线

当母联断路器QF由电网给母线送电时,发现母线电压表V 指示不正常,接的是ac线电压,但指示值却仅为相电压,即110/kV。当进行检查时,就发现电压互感器c相已经冒烟、喷油。随即拉开QF,但电压互感器的c相及二次侧电缆已经烧坏。究其原因是电压互感器c相二次出线的两根电缆芯接错了,如图2-15(c)所示。它是由于查线后标记弄错造成的。显然,按图2-15(c)接线,当c相电缆与中性点引出电缆发生短路时,如图2-15 (a)的d点所示,电压互感器c相绕组就被短路,由于其一次侧无高压熔断器保护,而短路点d又在自动空气开关QA的前面,故属于无保护区,在短路电流的长时间作用下,使电压互感器和二次电缆过热烧毁。电压互感器二次电缆的正确接线如图2-15(b)所示。

避免上述异常现象的方法是:

1)工作人员要加强责任心。在电压互感器安装和检修工作中,拆接线端子时,要做好标记,恢复时应对号连接。

2)新装或检修试验后,电压互感器投运前一定要详细地检查二次接线,测量各相直流电阻,确认接线正确后再投入运行。

3)值班人员在对电压互感器充电时,要注意监视电压表的指示,发现异常迅速采取措施。

4)制造厂在生产过程中,要保证接线板背面线端间有足够的距离,防止形成短路。