电压互感器错误接线分析与防范措施探索
2019-11-23余云光何磊余炜
余云光，何磊，余炜
（云南电网有限责任公司红河供电局，云南 蒙自 661199）
0 前言
电压互感器是一种电压变换装置，利用电磁感应原理将系统一次高电压变换成对应的二次低电压，为保护测控及计量装置提供所需电压模拟量。正确的接线，是保护测控及计量装置正常工作的前提。按照规程要求，电压互感器安装或更换时，应进行极性测试[1]。新安装的电压互感器，送电后应进行带负荷检查。根据电压互感器的不同用途，其检查项目有所不同，一般包括相电压、线电压有效值及相序的检查[2]。当前常规的带负荷检查，技术上是存在不足的，并不能完全保证电压互感器接线的正确性。因此，分析常规带负荷检查的局限性并探索有效的补充措施，是本文的主要任务。
1 电压互感器概述
电压互感器按绝缘结构，可分为全绝缘型和半绝缘型，常用的接线方式主要有V-V 型接线和Y-Y 型接线[2-3]。其中V-V 型接线通常用于线路，采用全绝缘结构，其一次跨接于两相之间，用于采集线电压；而Y-Y 型接线多用于母线，用于采集母线相电压和线电压，既可以采用全绝缘型结构，也可以采用半绝缘型结构，一般同时带有辅助绕组，接成开口三角形，用于绝缘监测。
半绝缘型电压互感器，通常采用三只单相电压互感器接成Y-Y 型，也有三相五柱或三相三柱式结构。然而，不论哪种结构，各相只有一个高压套管引出，接入系统一次对应相，而高压绕组尾端绝缘水平较低，通常经过一次消谐器接地或直接接地。因此一次绕组不会有接线错误的情况发生。发生接线错误，都是二次绕组极性接反。且这种接线方式多用于主网中，管理及技术水平相对较高，因此接线错误的情况较少出现。
全绝缘型电压互感器，通常由两只单相电压互感器接成V-V 型。每相高压绕组有两个高压套管，一旦一次绕组接线与二次绕组接线配合不当，就会导致接线错误。且该接线方式多用于配网中，由于技术力量相对薄弱，接线错误的概率显著增大。
2 二次电压向量分析
针对Y-Y 及V-V 型两种接线方式，根据电路及电机学中正弦交流电的向量表示[4-5], 对电压互感器正确接线及可能的错误接线，分别绘制电压向量图，并计算相电压及线电压。为方便统一计算，二次额定电压取如下值：Y-Y 型接线，取100 /3V（约57 V）；V-V 型接线，取100 V。
2.1 Y-Y型接线
2.1.1 极性完全正确
极性完全正确时，其接线及电压向量图如下：
图1 接线及电压向量图
根据图1 向量图，当二次极性接线完全正确时，理论上电压测量值如下：
2.1.2 其中一相极性接反
其中一相极性接反时（以A 相为例），其接线及电压向量图如下：
图2 其接线及电压向量图
根据图2 向量图，理论上电压测量值如下：
注1：当其中两相极性接反时，根据三相电压的对称性，其情形与一相极性接反相同。
2.1.3 三相极性匀接反
三相极性匀接反时，其接线及电压向量图如下：
图3 接线及电压向量图
根据图3 向量图，理论上电压测量值如下：
测量结果与接线完全正确时相同。由此可知，当Y-Y 型接线三相极性匀接反时，带负荷检查时不易发现，这就是常规带负荷检查存在的局限性。
2.2 V-V型接线
2.2.1 极性完全正确
极性完全正确时，其接线及电压向量图如下：
图4 接线及电压向量图
根据图4 向量图，理论上电压测量值如下：
2.2.2 其中一相极性接反
其中一相极性接反（以A 相为例），其接线及电压向量图如下：
图5 接线及电压向量图
根据图5 向量图，理论上电压测量值如下：
2.2.3 两相极性均接反
两相极性均接反时，其接线及电压向量图如下：
图6 接线及电压向量图
根据图6 向量图，理论上电压测量值如下：
测量结果与接线完全正确时相同。由此可知，当V-V 型接线两相极性匀接反时，带负荷检查时不易发现，这就是常规带负荷检查存在的局限性。
2.3 小结
1）Y-Y 型接线电压互感器，当一相或两相极性接反，带负荷检查时，测量二次线电压即可发现问题；
2）V-V 型接线电压互感器，当一相极性接反，带负荷检查时，测量二次线电压即可发现问题；
3）不论是Y-Y 型接线，还是V-V 型接线，当各相极性均接反时，带负荷检查时，无法通过测量二次线电压判断电压互感器接线是否正确。
3 新方法探索
由以上分析，对于电压互感器，不论是Y-Y型接线还是V-V 型接线，当各相极性匀接反时，是无法通过测量二次线电压发现的。显然这种情况是不允许发生的。因此，有必要寻求其他简单有效的方法来做出准确判断。
为提高站用电的可靠性，在变电站设计时，35 kV 及10 kV 母线均带有站用变（或T 接于馈线）。鉴于此，检修电源电压与互感器二次电压，在相位上必然存在一定的相关性。站用变接线组别多为Dyn 型，也有Yyn 型，低压侧额定电压为0.4 kV，为方便计算，取相电压为220 V。下面根据站用变接线组别及互感器接线方式，分别进行分析。
3.1 Dyn型站用变
3.1.1 互感器为Y-Y型
1）互感器极性正确时，站用变及互感器接线和二次电压向量图如下：
图7 站用变及互感器接线和二次电压向量图
注2：其中检修电源三相相电压为ua、ub、uc，其大小均为220 V，互感器二次相电压为ua'、ub'、uc'，其大小均为
根据图7 向量图，利用余弦电理，可以求出互感器二次与检修电源对应相间的电压，计算结果如下：
2）互感器极性均接反时，站用变及互感器接线和二次电压向量图如下：
图8 站用变及互感器接线和二次电压向量图
根据图8 向量图，利用余弦电理，可以求出互感器二次与检修电源对应相间的电压，计算结果如下：
3.1.2 互感器为V-V型
1）互感器极性正确时，站用变及互感器接线和二次电压向量图如下：
图9 站用变及互感器接线和二次电压向量图
注3：其中检修电源三相相电压为ua、ub、uc，其大小均为220 V，互感器二次对地电压为ua'、ub'、uc'，其中ua'、uc'大小均为100 V，ub'大小为0 V。
根据图9 向量图，利用余弦电理，可以求出互感器二次与检修电源对应相间的电压，计算结果如下：
2）互感器极性均接反时，站用变及互感器接线和二次电压向量图如下：
图10 站用变及互感器接线和二次电压向量图
根据图10 向量图，利用余弦电理，可以求出互感器二次与检修电源对应相间的电压，计算结果如下：
3.2 Yyn型站用变
3.2.1 互感器为Y-Y型
1）互感器极性正确时，站用变及互感器接线和二次电压向量图如下：
图11 站用变及互感器接线和二次电压向量图
注4：其中检修电源三相相电压为ua、ub、uc，其大小均为220 V，互感器二次相电压为ua'、ub'、uc'，其大小均为
根据图11 向量图，可以求出互感器二次与检修电源对应相间的电压，计算结果如下：
2）互感器极性均接反时，站用变及互感器接线和二次电压向量图如下：
图12 站用变及互感器接线和二次电压向量图
根据图12 向量图，可以求出互感器二次与检修电源对应相间的电压，计算结果如下：
3.2.2 互感器为V-V型
1）互感器极性正确时，站用变及互感器接线和二次电压向量图如下：
图13 站用变及互感器接线和二次电压向量图
注5：其中检修电源三相相电压为ua、ub、uc，其大小均为220V，互感器二次对地电压为ua'、ub'、uc'，其中ua'、uc'大小均为100V，ub'大小为0V。
根据图13 向量图，利用余弦电理，可以求出互感器二次与检修电源对应相间的电压，计算结果如下：
2）互感器极性均接反时，站用变及互感器接线和二次电压向量图如下：
图14 站用变及互感器接线和二次电压向量图
根据图14 向量图，利用余弦电理，可以求出互感器二次与检修电源对应相间的电压，计算结果如下：
3.3 小结
当互感器接线极性匀正确时，二次绕组各相线端与检修电源对应相的电压至少有一组小于检修电源相电压，且均不大于检修电源相电压；而极性全部相反时，情况完全相反。故而，通过测量互感器二次绕组线端与检修电源对应相的电压，是可以区分这两种接线方式的。
由式（1）～（11），当Y-Y 型接线电压互感器有一相或两相极性接反时，会出现两组线电压等于相电压的情况出现；当V-V 型接线电压互感有一相极性接反时，会出现一组线电压增大倍的情况出现。当线电压未现现异常时，就可以对电压互感器接线做出正确的判断。
4 结束语
1）新安装的电压互感器，应按照规范要求进行极性测试，可以极大减小接线错误的概率；
2）全绝缘型电压互感器，多采用V-V 接线，在配网中广泛应用。且由于结构原因，每只电压互感器有两个高压套管，且配网技术力量相对薄弱，接线错误的情况更容易发生，应引起足够重视；
3）当前，新安装电压互感器带负荷检查，仅根据二次相电压、线电压及相序来判断其运行情况是存在不足的。当电压互感器各相极性匀接反时，其相电压、线电压及相序与接线正确时是完全相同的，无法进行区分；
4）传统方法测量电压互感器二次电压未发现异常时，应测量电压互感器二次线端与检修电源对应相间的电压，可以弥补结论（3）的不足，从而做出正确的判断。
