一起中压单相接地后电压异常的分析

朱晓东，郑润蓝，冯宗建，王其林，盛 江

（深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000）

10 kV 中压系统根据系统电容电流不同，可以设计为中性点不接地和中性点经过消弧线圈接地的小电流接地方式。某变电站为了保证人身和设备安全，中压柜设计为通过接地变压器接地并配置零序电流保护的大电流接地方式，10 kV电源为主变低压侧Δ绕组，通过接地变压器可以人为引入电源中性点和零序接地点。对于经接地变接地的中压柜在发生单相接地后，各相电压变化情况是否与小电流接地的中压柜一致，还是与110 kV中性点直接接地系统发生单相接地后电压一致，抑或另有不同的现象，须要计算和分析。

某变电站采用接地变接地的10 kV 中压柜采用4TV 接线方式，现场某次发生单相接地后，故障相B相电压升高至10.58 kV，A相电压降低，C相电压略微升高，电压变化情况存在异常。

为了分析清楚经接地变接地的中压系统发生单线接地后电压变化变化情况，以及明确变电站单相接地后电压异常变化的原因，对中压系统发生单相接地后，各相电压进行了数学计算和向量分析。得出随着接地电阻增大，故障相电压下降、非故障超前相电压先升高后降低、非故障滞后相电压始终升高的不同变化情况。将计算结果应用于变电站电压异常变化原因分析，得出单相接地后零序电压互感器极性反接引起电压异常变化，分析结论和实际电压变化现象一致。最后在明确异常情况发生的机理后，采取正确的纠正行动并及时消除缺陷。

1 单相接地后电压分析

站内接地变压器为Z 型接线，如图1 所示，中性点经小电阻（约4 Ω）接地。在系统正常运行时，接地变压器为空载状态。在发生单相接地故障时，接地变压器对正序、负序电流呈现高阻性，对零序电流呈现低阻抗状态。因零序磁通不能完全抵消，零序电阻约6～10 Ω（感性阻抗）。低压侧零序TA变比150/1，零序过流动作值0.5 A，动作时间为2.3 s。换算至一次侧，零序电流为75 A后达到动作值。

图1 接地变经小电阻接地

该站内的10 kV 中压配电柜采用4TV 的接线方式。在发生单相接地后，零序电压互感器上将会产生压降，可以防止电压互感器因电压升高而铁芯磁通饱和，有效防止铁磁谐振的发生。正常运行时，4TV 的零序电压互感器两端电压接近于0，剩余电压互感器为各相相电压。在发生单相接地后，零序电压互感器一次侧将产生压降，各相对地电压为零序电压互感器的电压与各相互感器电压的矢量叠加。如图2 所示，A 相对地电压，B 相对地，C 相电压。因此，可以通过向量图分析，通过零序电压和各相电压互感器的电压，通过矢量叠加的方式分析各相对地电压情况[1]。

图2 电压互感器的电压分析

1.1 高阻接地的情况

如图1所示，当C相发生高阻接地后，如1000 Ω，计算的零序电阻取10 Ω，中性点接地小电阻4 Ω，则总阻抗为1004.05 Ω。取母线线电压为10.5 kV，可以计算得出零序电流为6.04 A，不能达到零序过流保护动作定值。零序电压和三相对地电压（虚线所示）如图3 所示，计算零序电压与C 相对地电压夹角为111.8°，零序电压65.05 V，此时可得出C相电压计算为：6.037 kV（正常额定电压为6.062 kV），A相电压为6.127 kV，B相电压为6.023 kV。计算结果表明：经接地变接地的中压系统在发生高阻性单相接地后，接地相故障电压略微有所下降，非接地相滞后相对地电压上升，超前相对地电压下降，零序电流数值较小，不会达到零序保护动作值。

图3 高阻单相接地后三相电压分析

1.2 低阻接地的情况

如图1 所示，当C 相发生低阻接地，取接地电阻为4 Ω，计算的零序电阻取10 Ω，中性点接地小电阻4 Ω，则总阻抗为12.81 Ω。取母线电压为10.5 kV，计算得出的零序电流为473.39 A，达到零序过流保护定值，进线断路器将会跳闸。在断路器跳闸前，零序电压5.099 kV，零序电压和三相对地电压（虚线所示）如图4 所示，计算零序电压与C 相电压的夹角为111.8°，C相电压可降低为1.893 kV，A相电压将会升高至10.383 kV，B 相电压升高至8.763 kV。计算结果表明：经接地变接地的中压系统在发生低阻性接地后，接地相电压大幅度下降，非接地滞后相的对地电压上升，非接地的超前相对地电压也发生上升，零序过流保护动作跳闸。

图4 低阻单相接地后三相电压分析

根据以上的计算结果表明：接地电阻的大小影响零序电流的大小和保护的动作，影响故障相和非故障相对地电压的大小。10 kV 中压系统引入接地变作为电源中性点，经过小电阻接地后，系统为大电流接地系统。在发生单相接地后，故障相母线对地电压始终表现为下降，接地电阻越大，电压下降越厉害。非故障相中滞后相的对地电压始终表现为上升，超前相的对地电压随着接地电阻的下降，逐渐上升，其数值从低于相电压到高于相电压。

2 零序TV一次反接的影响分析

变电站发生了10 kV接地变零序过流动作，以及接地故障发生后，故障相B相电压升高至10.58 kV，A相电压降低，C相电压略微升高的异常情况。在电压互感器进行停运并隔离后，继保人员对电压互感器的接线、回路以及极性情况进行检查，检查结果无异常。对电压互感器一次回路进行检查，发现零序电压互感器其一次接线存在反接的情况，如图5所示。

图5 4TV电压互感器的零序互感器一次反接

零序电压互感器一次反接，相当于二次极性取反。实际一次电压分布均正常，在正常运行时，没有任何的影响。在发生单相接地后，已经在本文前段进行了分析，向量图如图3和图4所示。

若一次反接或者二次极性取反，则二次的向量图如图6所示。

图6 零序互感器一次反接或极性错误向量图

通过向量图分析可以得出，随着接地电阻的变化，故障相C 相电压将始终保持超过正常相电压状态（幅值范围为1～2 倍相电压之间）。非故障相的滞后相对地电压会始终低于正常相电压，超前相对地电压随着接地电阻的增大，将会表现为先超过相电压，后续低于相电压的状态。

通过以上分析可以得出电压异常并出现故障跳闸的原因：10 kV 中压发生单相接地，其接地电阻大小决定了零序电流大小和是否跳闸，由于4TV零序电压互感器一次反接，相当于极性错误，导致在未发生跳闸时，接地相相电压异常上升情况。现场由于一次部分的安装已经固定，并且考虑安全距离和TV 安装空间，对零序电压互感器的二次接线进行了调整。

3 结束语

本文根据变电站的电压显示异常和跳闸故障反馈信息，分析和计算了接地变压器经小电阻接地运行的中压系统，在发生单相接地以及接地电阻不同情况下的电压、电流大小，以及是否会发生跳闸的分析，并进一步分析了4TV的零序电压互感器发生一次反接或者二次极性取反后对一次和二次电压的影响。得出经过接地变接地的中压系统在发生高阻和低阻单相接地后，故障相电压、非故障相滞后相对地电压以及超前相对地相电压的大小变化，并进一步分析4TV的零序电压互感器一次反接或者二次极性取反的情况下，三相电压的变化情况。分析得出的结果与事实接线反接一致。

4TV 零序互感器一次或二次反接，对实际运行的一次部分没有影响，其消除谐振功能也没有影响。但是影响二次电压的数值指示情况，会出现接地的故障相电压始终上升，另外两相的滞后相始终下降，超前相由接地电阻决定大小情况，使得运行人员或者检修人员对故障的判断存在干扰，不能及时查找故障和消除缺陷，影响供电可靠性。