三相4PT接线二次电压分析及现场电气试验

毛新飞 姜涵 胡纯彬 刘保平

摘 要：目前，三相4PT（电压互感器）接线方式多用于中性点不接地系统，是消除铁磁谐振的一种有效措施。针对目前变电站现场存在较多4PT零序电压二次接线错误的现象，通过对4PT接线单相接地二次电压的分析，提出了一种现场试验方案，并在工作现场验证了其正确性。

关键词：小电流接地系统；电压互感器；三相4PT；单相接地

中图分类号：TM645    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2023）16-0006-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.16.002

0    引言

当前，4PT电压互感器在35 kV与10 kV小电流接地系统中广泛使用，相较于传统的3PT电压互感器，4PT电压互感器除能满足电网的绝缘监视和电能测量要求外，还能有效消除非线性回路铁磁谐振[1]。丽水地区现有5所220 kV变电站、18所110 kV变电站采用了4PT电压互感器，其总数已超50台，由于消谐性能优异，4PT电压互感器已经渐渐成为主流。本文结合实际工作中由于接线错误引起的故障实例，分析了4PT接线的基本原理，提出了一种验证4PT接线方式是否正确的方法。

1    三相4PT接线基本原理

此前，4PT二次回路中的开口三角形处做短接处理，此种接线开口三角形容易产生较高的电动势，易引起PT绕组发热甚至烧毁[2]。目前，丽水公司新投运的4PT，其二次开口三角形回路不再封闭，基本接线原理如图1所示。

在一次侧，电压互感器由3台星形接法的单相PT和1台零序PT组成，三相PT中性点通过零序PT接地。三相PT的二次绕组接入正常负荷，零序PT与主PT的开口三角绕组串联得到零序电压。当电网发生单相接地或其他线路故障时，此种接线方式一方面能保证3台主PT的相电压变化较小，继而保证磁密不饱和，另一方面可使零序二次电压两端呈现100 V，对接地指示有足够的灵敏度。

2    三相4PT接线单相接地电压分析

2.1    单相接地时一次电压分析

（1）

经计算可以得到：

（2）

2.2    正确接线情况下二次电压分析

（5）

根据图1的原理接线图，可以计算零序接线处所得电压，由于其变比不同，计算式如下：

（6）

正常二次额定电压为57.7 V，故经此计算得出，单相接地时零序测控电压为100 V。k值会影响单相接地时中性点电压的偏移量，但是不会影响零序测量电压的大小。因此，正常单相接地时，中性点的零序电压为100 V，有效提高了接地指示的灵敏度。

2.3    错误接线情况下零序电压分析

现场由于设计施工等原因，经常发生零序PT极性接反的情况，在实际工程现场，多数情况为0相压变零序电压绕组二次极性接反，如图5所示。由于正常运行时，中性点电压基本为0，零序PT没有感应电压，二次电压测量正确，所以在正常核相带负荷时无法检查出电压极性接反的情况。

当零序PT极性接反时，参照正确接线时的二次电压计算式，得到各个二次电压计算值，正常A、B、C三相电压不受该绕组影响，电压显示正常，计算零序电压：

（7）

根据计算结果，零序电压有效值随着k增大逐渐减小，当k=3时，零序电压值变为0，与正常情况下电压完全相同，严重干扰各设备对接地故障的判断。

3    现场故障实例及试验方案

3.1    零序电压LN两点接地故障实例

2021年10月19日，在丽水某变电站35 kV线路复役时，发现35 kV母线电压不平衡，检查发现35 kVⅡ段母线压变端子排有烧损，如图6所示。

故障发生后，检修人员对事故压变进行检查、试验。检查母线压变外观正常，在绝缘、变比和直阻试验中，检查发现零序压变二次直阻与交接值比增大50%，零序压变试验不合格，最终对母线零序压变进行更换处理。

故障原因分析：由于开关柜出厂时零序压变测量绕组未接入测量回路，施工现场对接线回路进行整改，由于现场改线过程中漏将零序压变的L线改接，导致L线与地短接，即图1中l与n短接。正常运行时，零序压变二次电压很小，二次绕组短路不易发现，当35 kV中性点不接地系统发生单相或两相接地短路时，中性点电压升高，二次绕组感应出较高电压，使得绕组短路烧损。

3.2    现场试验验证

基于零序绕组易错接且不易发现的特点，检修人员在现场需要通过一定的试验校验零序电压二次接线的正确性。

一般现场安装好4PT压变后，会进行高压通压试验，该试验能够验证正常运行情况下各相二次侧电压测量的正确性，但是无法识别零序电压极性接反的情况。结合现场实际，利用继电保护测试仪或现场检修电源箱提供三相电源，加入4PT一次侧，通过改变4PT接线，得到二次侧各点电压值。

针对10 kV不接地系统的4PT，用继电保护测试仪在压变一次侧加电压，断开N与地的连接，将A与N短接，通入三相电源，模拟实际不对称故障，一次加压接线图如图7所示，其中Ea′、Eb′、Ec′为外加电压。

針对10 kV不接地系统，当接入电压Ea′=57.7∠0°V，Eb′=57.7∠-120°V，Ec′=57.7∠120°V，用万用表测量二次电压，测量时应得到：Ua=0 V，Ub=1 V，Uc=1 V，Uln=1 V。测得Uln=1 V，表明零序PT二次极性接线正确，与各相PT之间连接正确，变比正确。

如采用现场检修电源，则Ea′=220∠0°V，Eb′=

220∠-120°V，Ec′=220∠120°V，则对应测量得到二次电压：Ua=0 V，Ub=3.8 V，Uc=3.8 V，Uln=3.8 V。同理，在测得上述电压时可判断零序PT二次侧接线正确。

根据上文所述方法，检修人员在某变电站10 kV电压互感器上开展相关测试试验。现场通过模拟零序错误接线，验证了文中方法的正确性，为之后的4PT校验提供了依据。

4    结束语

本文根据三相4PT电压互感器接线的工作原理，分析了正确接线情况下单相接地时一次电压分布情况和相应的二次电压测量值，进而得出零序绕组二次极性接反时单相接地情况下的零序电压。结合实际工作中接线错误引起的故障实例，提出了一种现场试验验证方案，并在工作现场得以验证。

[参考文献]

[1] 张雄伟，谢晖，马凯，等.三相四PT接线方式原理分析及电气实验[C]//第十三届全国保护和控制学术研讨会论文集，2011：258-261.

[2] 杨红静，顾建姝，田晓越.抗谐振4PT的性能分析与二次接线改进[J].电工文摘，2015（4）：6-7.

收稿日期：2023-04-17

作者简介：毛新飞（1988—），男，浙江丽水人，技师，工程师，从事变电二次检修工作。