10kV 4PT接线方式因错误接线引起的故障实例分析

郭轶娜 姜鹏 李继伟

摘 要：10kV电压互感器带消谐互感器的接线方式（简称4PT）为辽宁省的主流接线方式。通过实际运行表明，4PT接线方式抑制铁磁谐振效果较好。但是，由于4PT特殊的接线形式使得互感器一旦出现故障，其一次保护熔丝有时不能及时熔断，从而使故障扩大。本文总结了由于4PT接线错误造成的系统事故或异常现象，并举实例加以分析说明。

关键词：消谐PT;接线方式;故障分析

中图分类号：TM862文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）29-0136-03

Absrtact： The connection mode of 10kV voltage transformer with harmonic elimination transformer （4PT） is the mainstream connection mode in Liaoning Province. The actual operation shows that the 4PT connection mode is effective in restraining ferromagnetic resonance. However， due to the special connection form of 4PT， once the transformer fails， its primary protection fuse sometimes fails to fuse in time， which enlarges the fault. This paper summarized the system accidents or abnormal phenomena caused by 4PT wiring errors， and gave examples to illustrate them.

Keywords： harmonic elimination PT;connection mode;fault analysis

1 研究背景

10kV母线电压互感器在系统运行中的故障率较高，故障原因主要有产品质量问题、系统铁磁谐振问题、设备的一、二次错误接线问题。近年来，随着全密封电压互感器的推广应用，产品质量水平有所提高。但是，PT由于一、二次接线错误造成的故障或异常仍时有发生。目前，国内10kV系统电压互感器的接线方式主要有三相电压互感器中性点直接接地无消谐措施、中性点串线性电阻、中性点串非线性电阻、开口三角加电阻、开口三角加微机消谐和中性点串零序电压互感器等[1]。

沈阳供电公司从1987年起采用了电压互感器中性点加消谐互感器（简称4PT）的方法。在一段时期内，这种方法起到了较好的作用，但随着运行方式频繁改变，电缆增多，采用零序PT接线方式烧损PT的情况也时有发生。省内4PT接线已成为主流接线方式，但由4PT特殊的接线形式，使得一旦互感器出现故障，其一次保护熔丝有时不能及时熔断，从而使故障扩大，往往会导致系统出现严重的母线短路等事故。诸多4PT故障是由接线错误造成的，有些设计或继电保护人员对其接线原理理解得不够透彻，调试查线过程不细致，从而导致现场出现各种错误接线，给系统运行带来严重威胁。本文分析了近年来系统中出现的电压互感器由于接线错误引起的故障实例，以期引起运行维护人员的重视。

2 4PT的接线方式的消谐作用原理

4PT接线原理如图1所示。电压互感器接线由4台单相PT组成，其中3台为主PT，一次侧接成星形，其中性点通过1台零序PT接地。主PT的二次剩余绕组接成闭合三角形，而不接任何仪表。零序PT的二次侧接零序电压继电器。在正常运行时，主PT二次侧相电压为57.7V，线电压为100V。电压指示、计量、保护与3台PT接线方式完全类同。零序互感器二次侧只有1～2V的不平衡电压。当电网发生一相接地时，主TV中性点的电压将上升到相电压，零序P的二次侧两端呈现出57.7V，对接地指示有足够的灵敏度。

采用闭合三角的目的是在系统单相接地时，调整主PT和零序PT的阻抗配合，从而将对地零序电压的99%以上加在零序PT上，以提高接地监视的灵敏度。高压侧中性点串入零序PT后，由于二次接近开路，在相電压作用下的励磁电抗还略大于XL，将使3种频率的铁磁谐振最低动作电压提高到极大数值，即产生谐振的触发电压几乎成为不可能。因此，4PT接线方式可以说是一种极为有效的消谐措施。

运行中出现的PT烧损情况，基本都是剩余绕组接成闭合三角形后由于过流过热受损的。4PT由于开口三角绕组接线是闭合短路的，该绕组过流时通常一次熔断器是不会熔断的，因此会导致PT烧损，甚至引发母线短路故障。

3 4PT接线的常见错误接线及异常现象

3.1 消谐PT二次绕组LN极性接反

发生单相接地时，电压显示不正确，例如，发生金属性接地时，故障相电压显示为线电压而不是0，非故障相电压显示为相电压6kV而不是10kV。

3.2 消谐PT二次绕组LN两点接地

发生单相接地时，消谐PT烧损，进而导致主PT烧损[2]。

3.3 消谐PT二次绕组并联的阻尼电阻偏小，烧损消谐PT

阻尼电阻规定值为100～200Ω，由于电阻是可调电阻，投入时可能会误设在较小的位置。当单相接地时间较长时，会造成消谐PT二次过载而烧损。

3.4 主PT二次接线有误

由于主PT二次、三次绕组接错，导致PT短路、烧损。

3.5 消谐PT继电保护接地报警信号接入其剩余绕组

消谐PT一般用的是JDZ-10型，只有一个二次绕组，变比为10 000/100。但是，有的消谐PT用的是JDZJ-10型，变比为[10 000/3/100/3/100/3]，有2个二次绕组，采用这种PT时接线应接入二次绕组（即[100/3]卷）。现发现有的变电所接在剩余绕组（即100/3卷），这种情况会导致系统单相接地时电压显示不正确，且接地报警极不灵敏。

3.6 主PT一次绕组中性点对地绝缘不足

主PT一次绕组中性点对地绝缘薄弱，单相接地时发展为直接接地，烧损PT。

4 典型错误接线造成的故障情况分析

4.1 消谐PT二次绕组并联的阻尼电阻偏小

2012年11月23日，应昌变10kV系统A相死接地，接地点灭弧过程中II段消谐PT冒烟，几分钟后，II段PT发出强光和放电声，随之母联开关间隔闪络。设备损坏情况：II段PT间隔的支持瓷瓶有的已崩碎，未崩碎的瓷瓶上均有弧光闪络痕迹。II段A、B、C相及消谐PT外表面均有弧光灼伤痕迹;消谐PT二次输出端子有烧焦痕迹，C相PT高压进线端的仰角从根部拆断，露出内部线圈。

4.1.1 故障后检查、试验。N相PT一次绕组断线，一次绕组对二、三次绕组绝缘为零，二、三次绕组对地绝缘为零，二、三次绕组之间绝缘为零。C相三次绕组断线，二、三次对地绝缘为零。PT解体后看到一次绕组烧断，内部绝缘全部烧损炭化。B相二、三次绕组之间绝缘为零，一次绕组对地绝缘良好。

4.1.2 过程分析。系统发生A相单相接地后，N相PT承受相电压，约6 000V，则N相二次电压为60V。由于N相PT二次所接电阻R为30[Ω]，则二次线圈负荷达到120VA（P=U2/R=602/30=120），故N相PT二次线圈发热，当母联开关点灭后再次合闸时，由于II段系统正在发生A相接地，对II段系统来说是一个电压扰动过程，可能出现操作过电压，使N相PT二次线圈过负荷，二次绕组严重过热，将二、三次绕组及一、二次绕组之间的绝缘烧损。直接后果是N相PT一次绕组绝缘击穿，A、B、C相PT中性点直接接地。由于A、B、C相开口三角的接线方式为直接短路，在系统A相单相接地时（B、C相联系承受线电压10KV）相当于开口三角流过很大的环流，使A、B、C相三次绕组均严重过热，二、三次之间绝缘击穿，C相三次绕组首先过热烧断，随后C相一次绕组过热，一、二次绝缘击穿，C相一次绕组过热膨胀仰角拆断。

此次故障的主要原因是N相PT二次负荷较大，PT内部发热，在10kV母联开关合闸后的暂态过程中N相PT电压波动，二次绕组过热烧损一、二次绝缘，使A、B、C相PT中性点直接接地，而PT开口三角为直接短路的接线方式引发的[3]。

4.2 零序电压互感器一次接线运行中接地

胜利变电站在2015年发生了配线电缆单相接地，接地后几分钟站内电压互感器损坏，开关跳闸。停电检查电压互感器发现：从外观看A相、N相完好;B、C相PT A、X端对铁芯及二、三次有放电闪络痕迹，B相X端的中性点引线外包的热塑多处过热烧熔;B、C相铁芯发热，且铁芯的穿芯螺丝螺帽多有松脱，铁芯叠片松散。A、N相铁芯均正常。

A相及N相PT各项试验均通过，完好无损。B相、C相二、三次绝缘不良;一次绕组虽然外绝缘发生过闪络，一次绕组未发生断线，主绝缘良好，且通过了耐压试验。B相PT外部闪络烧伤严重，且一次绕组的首端A末端X侧对铁芯均有放電烧伤痕迹。而事后检查一次绝缘良好且耐压合格，通常单相接地时可能出现的过电压一般不超过25kV，因此不会是过电压击穿，应该另有引发故障的因素。

笔者看到三相PT中性点引线未被支撑起来，贴着接地的铁芯布置，引线与B相铁芯距离最近，铁芯的穿芯螺丝顶着引线，见图2。当发生单相接地时，中性点电压可以达到6kV甚至更高，即带有6kV电压的中性点引线击穿其外包的热塑套对螺丝放电。从图3可以看出螺丝上有烧灼痕迹。由此认为，这是引起PT故障的主要原因。以往的单相接地没有出现这种现象的原因是：热塑绝缘投运初期能耐受单相接地时的中性点电压，但长期运行后，材质老化，导致在中性点电压下击穿。

单相接地时，中性点引线对地击穿后，相当于零序PT被短接，而三相PT开口三角运行中是直接短路的，即闭合的开口三角绕组有100V的电压，这将造成很大的环流，首先烧损非接地相B、C相三次绝缘及二次绝缘，且二、三次绕组在烧损过程中有电弧产生，弧光顺着铁芯与低压绕组浇注绝缘的缝隙处向外部伸展，弧光向外向上伸长时，引起首端A侧外绝缘闪络;引起X侧烧伤严重并将中性点引线热塑套烧熔。

闭合的开口三角绕组中的接地相A相三次绕组未被烧损，可能是由于B、C相绕组很快烧断而被保护下来。

5 结论

本文分析了近年来沈阳地区出现4PT接线错误引起的故障或异常，错误情况是比较典型且具有代表性的。在了解其他地区4PT故障情况后发现故障也多由错误接线引起，有些错误接线在投运后继电保护核相时也无法发现，为此建议继电保护及相关检修维护人员对4PT接线引起高度重视，以下几种措施必须严格落实。PT接线后必须由继电保护人员校线，无论是试验、检修、计量专业还是生产厂家，只要动过PT接线就必须由继电保护人员把关校线。设备选型时应核算主PT及消谐PT的额定容量，防止过负荷运行。对于已投入运行的设备应由继电及检修运行人员结合停电认真检查PT的一、二次接线，校验消谐PT二次电阻是否符合要求，发现问题应及时纠正。由供电局全面检查用户，不许有10kV PT中性点接地情况发生在系统单相接地时，应认真记录接地后的电压值，并校核电压显示是否合理。

参考文献：

[1]解文润.电力系统过电压[M].北京：水利电力出版社，1985.

[2]黄金辉.“四TV”方式消除铁磁谐振的机理和异常分析[J].华东电力，2000（10）：20-24.

[3]李谦，靳晓东，王晓瑜，等.电磁式电压互感器铁磁谐振消谐措施的研究[J].广西电力，1994（2）：1-7.