朱晓东，王其林

(深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000)

10 kV中压系统一般为小接地系统，可为中性点不接地和中性点经过消弧线圈接地。小电流接地的中压系统发生单相接地后，故障相电压下降，最低可降为0 V，非故障相电压升高，最高可升至线电压[1]。某变电站原设计为通过接地变与消弧线圈的接地方式，后变更为通过小电阻接地的大电流接地方式。为了抑制铁磁谐振，中压柜采用4 TV接线方式。某次现场发生单相接地后，故障相B相电压升高至10.58 kV，非故障相A相电压为4.637 kV，非故障相C相电压为6.28 kV，电压变化情况存在异常。

为了分析清楚经大接地的中压系统发生单线接地后电压变化的情况，明确变电站单相接地后电压异常变化的原因，对大接地中压系统发生单相接地后各相电压变化进行计算和分析，得出其电压的变化取决于零序阻抗与正序或负序阻抗的标幺值及零序阻抗与负序阻抗的相位角差大小。将计算和分析结论应用在该变电站故障后电压变化异常分析上，得出零序电压互感器极性错误会导致该现象，最后总结创新一套4 TV接线极性错误的快速验证方法，将理论分析和查找方法同时应用于现场，采取正确的纠正行动并及时消除缺陷。

1 单相接地故障计算

电站内接地变压器为“Z型”接线，正常运行时接地变压器为空载。单相接地时接地变正负序阻抗较高，零序阻抗较低。但因零序磁通不能完全抵消，零序阻抗为j3.13 Ω，接地变经16 Ω电阻接地，B相发生单相接地，如图1所示。

变电站电压一次等级为110 kV，其电源侧等效正负序阻抗为j3.75 Ω。查询B相发生单相接地故障期间，10 kV母线由1台主变带载，主变额定容量为50 MV·A，短路阻抗占16.04%，10 kV母线负荷为18+j3.7 Ω。若基准容量选择为50 MV·A，基准电压选择为110 kV/10 kV。将有名值换算标幺值后，可以建立复合序网[2]，如图2所示。

图1 接地变经小电阻接地

图2 中压系统单相接地复合序网

计算可得零序电流3I0为0.125∠-5.627°，有名值为359 A，实际零序电流为297.92 A，复合序网未考虑电缆及母线的阻抗，因此计算结果比故障零序电流略微偏大。零序电压U0为0.995∠178.1°，正序电压为0.995∠-1.482°，负序电压为0.007∠-96.69°。零序电压与正序电压接近，且方向相反，负序电压数值很小。故障B相电压为0，A相电压为1.732∠-31.7°，C相电压为1.713∠28.33°。计算结果表明发生单相接地后，故障相电压下降，非故障相电压升高至接近线电压，A相电压略高于C相电压，与小接地中压系统发生单相接地后故障现象一致。

UB=0

(1)

(2)

通过分析式(1)，当α>0时，则UA>UC，当α<0时，则UA

a2+b2=c2

(3)

当α=0时，通过式(1)、式(2)和式(3)可求得UA=UC=1，当α=30时，求得UA=1.15，UC=0.842，当α=45时，求得UA=1.228，UC=0.754，当α=60时，求得UA=1.309，UC=0.655，当α=90时，求得UA=1.496，UC=0.4，考虑α从-90至90变化，计算结果表明，随着α增加，非故障相A相电压逐渐增大，非故障相C相电压逐渐降低。在α=-90°时，非故障相A相电压最低，非故障相C相电压最高。在α=0°时，非故障相A相电压等于非故障相C相电压。在α=90°时，非故障相A相电压最高，非故障相C相电压最低。

图3 非故障相电压与零序阻抗、负序阻抗的大小以及角度变化关系

根据以上计算和分析可以得出，大接地中压系统发生单相接地后，故障相电压应始终降低，非故障相电压的大小取决于零序阻抗和负序阻抗标幺值的大小关系，以及零序阻抗与负序阻抗相角差。本案例中零序阻抗标幺值远大于正负序阻抗(137倍)，其原因为阻抗换算至高压侧和中压侧后，中压侧标幺值为高压侧标幺值的(110/10)2=121倍，零序阻抗的电阻分量高，零序阻抗角滞后负序阻抗角。因此，本案例发生单相接地后，故障相电压应降低，非故障相电压应升高至线电压，且故障相超前相(A相)电压应大于故障相滞后相(C相)电压。

图4 电压互感器的电压分析

图5 零序TV极性反后电压向量图

2 创新方法找缺陷

图6 4 TV电压互感器二次接线

试验过程中将TV开口三角短接。在TV的一次部分分别按照表1进行加压，IN为一次电压输入，其中1-0表示两者之间加100 VAC，NA表示为悬空。OUT为二次输出电压实际大小。测试五输入电压相角差为60°，其余测试相角差为120°。利用极性反后电压矢量和的幅值变化，判断接线是否正确。如接线完全正确，则输入和输出的结果应与表1中的内容一致。

表1 极性判断测试方法

根据前文计算和分析，本案例中怀疑零序TV极性反，只需进行测试5。测试5在TV一次侧B-N/C-N直接加100 VAC，相角差60°，模拟单相接地故障。开口三角绕组短接，则测试5产生的零序电压将全部在零序电压互感器绕组。二次反应的正确结果为1a-n 、1b-n和1c-n均为1 V。现场实际测试得出1a-n为1.15 V，1b-n为0.58 V，1c-n为0.58 V，说明零序电压互感器极性反接。现场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7所示。

图7 4 TV电压互感器的零序互感器一次反接

3 结语

本文根据变电站故障后电压变化的异常，分析和计算了接地变压器经小电阻接地运行的中压系统，在发生单相接地后电压变化取决于零序综合阻抗和正负序综合阻抗之间的关系。接地中压系统零序阻抗标幺值往往会远大于正负序阻抗标幺值，其发生单相接地后，电压变化情况与小接地中压系统故障后一致。进一步分析4 TV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。最后创新一套4 TV极性错误的快速验证方法，将理论分析和查找方法同时应用于现场，得出的结果与事实接线反接一致。

4 TV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，对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上升，干扰运行人员或者检修人员对故障的判断，使他们不能及时查找故障和消除缺陷，进而影响供电可靠性。通过本文的分析可以进一步认识接地变接地故障发生后的故障现象，进而提高异常故障判断的意识能力。创新的快速验证4 TV接线极性错误的查找方法，可提高发现问题的效率，及时处理缺陷和异常，保障供电可靠性。