于平

（华北电力大学，北京102206）

电压互感器二次绕组多点接地故障分析

于平

（华北电力大学，北京102206）

并联补偿电容器组由于放电电压互感器二次绕组多点接地，致使部分电容器短路，不平衡保护动作。根据电容器故障跳闸的现象，分析故障发生的原因，查找故障点，并提出相应整改措施。

二次电压；接地；短路；故障

0 引言

某变电站35 kV系统为单母线分段接线，Ⅰ段母线装有1号并联补偿电容器组，Ⅱ段母线新安装2号并联补偿电容器组。由于新安装2号电容器组放电TV二次绕组多点接地，二次电压回路短路构成一次设备短路，致使其2号电容器组投运失败。

1 电容器组接线、保护配置及故障现象

1.1 电容器组接线

1号、2号电容器组分别为广西桂林电力电容器公司和上海库柏电力电容器公司生产的TBB35-10008/417-ACW型产品，容量10 008 kvar，均采用三相星形接线，各相为串并联组合接线方式，并装设并联放电TV（由一体的两个相同的电压互感器TV1和TV2组成），为限制合闸涌流和抑制高次谐波，其入口处装设串联电抗器，接线（单线图）如图1所示。

图1 电容器组接线（单线）

1.2 保护配置及定值整定

1号、2号电容器组装设四方公司CSC-221A型保护装置，配置有速断保护、过流保护、过电压保护、欠电压保护和不平衡电压保护，TA变比800／5，放电TV（兼作不平衡电压保护用电压互感器）变比为，保护定值如表1所示。

1.3 故障现象

2号电容器组安装工作竣工，经验收合格可以投产送电。现场值班员根据调度指令投运2号电容器，当合上2号电容器324断路器后，324断路器随即跳闸。经检查，保护装置为不平衡保护动作，不平衡电压148 V（二次值）。

2 故障分析

现以A相为例进行分析，设系统相电压为U，C11～C24各单台电容器的容抗为xc0，AX间阻抗为Xc，A1X1间阻抗为Xc1，电压为U1，TV1二次电压为u1，A2X2间阻抗为Xc2，电压为U2，TV2二次电压为u2，不平衡电压二次值为ubph=|u1-u2|（一、二次电压均指有效值）。

正常运行时

表1 保护定值

2.1 一次设备故障

2.1.1 电容器组中1台电容器开路

若内部熔断器熔断或接线松脱等均可引起电容器开路。以C11开路为例，则等值电路如图2所示。

图2 1台电容器开路等值电路图

2.1.2 电容器组中1台电容器短路

若电容器组中1台电容器短路，则该并联分组的两台电容器均被短路，以C11短路为例，则等值电路如图3所示。

图3 1台电容器短路等值电路图

2.1.3 两串联电容器组各有1台电容器开路

若电容器组A1X1（或A2X2）间两串联电容器分组各有1台电容器开路，例如C11和C13同时开路，则等值电路如图4所示。

图4 两串联电容器分组各有1台电容器开路等值电路图

2.1.4 两并联电容器同时开路

若电容器组A1X1（或A2X2）间同一分组相并联的两台电容器同时开路，则A1X1（A2X2）间电容器开路。由于放电TV的励磁阻抗远大于A2X2（A1X1）间电容器的容抗，系统电压全部加在A1X1（A2X2）间的放电TV1（TV2）上。例如C11和C12同时开路，则等值电路如图5所示，系统电压全部加在A1X1两端。

2.1.5 两串联电容器分组同时短路

若A2X2（或A1X1）间两串联电容器分组同时短路，系统电压全部加在A1X1（或A2X2）两端。例如C21和C23同时短路，则等值电路如图6所示。

图5 两台并联电容器开路等值电路图

图6 串联电容器分组同时短路等值电路图

以上5种故障类型的计算均以三相对称故障为前提。不对称故障时（例如仅为一相故障），电容器组中性点将发生位移。故障相相对非故障相阻抗增大时，该相电压U将升高，不平衡电压亦会随之增大；故障相相对非故障相阻抗减小时，该相电压将降低，不平衡电压亦会随之减小。非故障相电压虽然也会随之变化，但是由于串联的两部分电容器阻抗相等，所以没有不平衡电压输出。

根据以上分析，前3种故障情况下不平衡电压大于不平衡保护定值，不平衡保护能够可靠动作，但不平衡电压的计算值（36 V和62 V）与保护装置的测量值148 V相差甚远，超出了误差的可能性。后两种故障类型下不平衡电压计算值（184 V）与保护装置测量值（148 V）虽有差别，但比较接近。应该注意的是，后两种情况下，加在承受系统全部相电压的放电TV1（或TV2）上的电压为其额定电压的1.8倍，这将使铁心磁通大大饱和，致使二次电压有效值小于计算值，并且由于波形发生严重畸变，二次电压包含大量高次谐波，基波电压值则比有效值还要低。保护装置经A／D回路滤波后实际测量的是基波电压，所以测量值比计算值要小得多［1］。考虑这些因素，保护装置的测量值小于计算值可以得到合理的解释，因此，后两种类型故障的可能性很大。

2.2 保护装置及二次回路故障

保护装置误动作。保护装置由于软件出错、硬件故障或定值整定错误而误动作。

不平衡保护二次电压回路接线错误。若放电TV只有一个二次绕组电压接入不平衡保护，则不平衡电压ubph＝u1＝u2＝92 V。若放电TV两个二次绕组不是进行反向连接，而是顺向连接，正常运行时不平衡电压ubph＝u1＋u2＝184 V。

保护装置交接验收时，不平衡保护按有关规定进行加压传动试验，加入试验电压值大于其整定值时均可靠动作，装置动作信息显示的测量电压值亦与所加试验电压值相符，而小于整定值时未发生误动作。此次故障保护装置动作信息显示不平衡电压测量值达148 V，说明确实有较大的不平衡电压输入装置，保护装置故障致使误动作的可能性可以排除。

若放电TV只有一个二次绕组电压接入不平衡保护，不平衡电压计算值为92 V，即使母线实际运行电压高于额定值10%，不平衡电压也不过在100 V左右，和保护装置的测量值（148 V）相差较大。若放电TV两个二次绕组顺向连接，不平衡电压计算值为184 V，与2.1.4、2.1.5两种类型故障计算值相同，和保护装置此次故障测量值（148 V）比较接近。但是，与2.1.4、2.1.5类型故障不同的是，2.1.2故障情况下放电TV工作在额定电压下，铁心不会饱和，二次电压波形不会发生严重畸变，所以TV和保护装置A／D回路测量误差均应在较小范围内，保护装置的测量值与计算值产生如此大的误差应无可能。所以这两种接线错误致使不平衡保护动作的可能性也较小。

3 故障查找

3.1 一次设备检查

根据对故障现象进行的分析，故障应属于2.1.4或2.1.5类型。但是2号电容器组经外部检查，一次设备接线正确，设备未发现异常现象。转检修后，电气试验专业人员测试，各项指标数据与设备交接试验数据一致，均在合格范围之内，因而排除了一次设备故障的可能性。

3.2 保护装置及二次回路检查

2号电容器保护装置不平衡电压保护经加压传动试验未发现异常，核对2号电容器端子箱及保护装置二次接线与图纸相符，未发现施工接线错误。

2号电容器为二期扩建工程项目，安装施工接线图为套用一期工程1号电容器的图纸。安装施工人员对1号、2号电容器一、二次设备进行对比检查，希望能从两期工程的设备及安装差异中找出答案。

不平衡保护电压回路接线如图7所示。

图7 不平衡保护接线图（设计图）

经对比检查发现2号电容器组的每相放电TV本体两个二次绕组连接处（x1x2、y1y2、z1z2）各有一个接地点，这是1号电容器组所没有的，它是根据2号电容器组成套设备生产厂家要求装设的。2号电容器组不平衡保护二次电压回路实际接线如图8所示。

2号电容器组各相放电TV本体两个二次绕组的连接处（x1x2、y1y2、z1z2）的接地点，与a2、b2、c2在端子箱的公共接地点，通过大地将a2x2、b2y2、c2z2绕组短接［2］。

2号电容器组一、二次单相等值接线如图9所示。

图8 不平衡保护现场接线图

图9 电容器组现场实际接线（单线）等值图

从图9可以看出，放电TV两个二次绕组虽做反向连接，但由于两绕组连接处（x1x2、y1y2、z1z2）接地，该接地点与端子箱中的三相公共接地点通过大地构成通路，致使a2x2、b2y2、c2z2二次绕组短路。此时，进入保护装置的不平衡电压其实为一个绕组（a1x1、b1y1、c1z1）的二次电压。放电TV二次没有装设短路保护，二次绕组短路后故障无法切除。二次绕组短路时，放电TV2的短路阻抗与相应的电容器并联。由于放电TV2的短路阻抗很小，相当于将这部分电容器短路，实际等同于2.1.5类型故障，系统电压全部加在A1X1、B1Y1、C1Z1两端，TV1的一次电压达正常运行值的近两倍，二次绕组输出电压计算值达184 V（由于TV铁心饱和等因素，实际保护测量值略低），使得不平衡保护动作跳闸，将电容器切除。

4 改进措施

方案一。按照一期工程1号电容器组安装接线对2号电容器组接线进行改动，即拆除其放电TV本体处各相二次绕组的接地点。

方案二。拆除2号电容器组端子箱内放电TV二次绕组的接地点，并拆除端子箱及保护装置端子排三相绕组a2、b2、c2端子之间的短接连片，在端子箱至保护装置间增加两根导线，将端子箱端子排a2、b2、c2端子与保护装置端子排a2、b2、c2端子一一对应连接，使不平衡保护各相电压形成独立回路，每个独立的二次电压回路各有且只有一个接地点。

图10 整改后不平衡保护接线图

考虑到放电TV本体处二次绕组的接地点是按照厂家成套设备的要求装设的，若拆除需要和厂家沟通并取得其同意，而端子箱至保护装置的电缆尚有多余线芯可以利用，为了尽快消除故障点将2号电容器投运，确定采取第二种方案进行整改。

采用第二种方案整改后的不平衡保护二次电压回路接线如图10所示。

不平衡保护接线通过整改，2号电容器组顺利投产运行。

5 结语

这是一起由二次电压回路多点接地构成短路而造成的一次回路短路故障。二次电压回路的多点接地致使部分电压短路，其电压不能输入不平衡保护，从二次回路看，保护属于接线错误误动作。但电压互感器二次短路不仅仅是二次短路，故障必然经电磁感应传递到一次回路，同时导致一次设备短路。从一次回路看，由于部分电容器短路，不平衡保护动作又是正确的，发挥了保护电容器组免遭损坏的作用。值得深思的是，由于设计、安装及验收等各环节的疏漏，故障点通过多个关卡都未能在投产前发现并消除，造成本不应该发生的故障，应当引以为戒，并且在施工中对于未装设短路保护的二次电压回路应予以特别关注，必要时采取措施，以防止二次回路短路不能切除而构成一次回路故障。

［1］杨奇逊.微机型继电保护基础（第三版）［M］.北京：中国电力出版社，2007.

［2］国家电网公司.重大反事故措施［M］.北京：中国电力出版社，2012.

The Equipment Fault Analysis Caused by the Secondary Winding Multipoint Grounding

Due to the discharge of shunt capacitors，the secondary winding of voltage transformer multipoint grounding occurs.This causes part of the capacitor short circuit and the unbalance protection performs.According to the capacitor fault tripping performance，we analyse the causes of failure，look for the point of failure，and put forward the corresponding improvement measures in this paper.

secondary voltage；grounding；short circuit；fault

TM451

：B

：1007-9904（2014）03-0038-05

2014－01－22

于平（1985—），女，从事调度运行工作。