于平

（華北電力大學(xué)，北京102206）

電壓互感器二次繞組多點(diǎn)接地故障分析

于平

（華北電力大學(xué)，北京102206）

并聯(lián)補(bǔ)償電容器組由于放電電壓互感器二次繞組多點(diǎn)接地，致使部分電容器短路，不平衡保護(hù)動(dòng)作。根據(jù)電容器故障跳閘的現(xiàn)象，分析故障發(fā)生的原因，查找故障點(diǎn)，并提出相應(yīng)整改措施。

二次電壓；接地；短路；故障

0 引言

某變電站35 kV系統(tǒng)為單母線分段接線，Ⅰ段母線裝有1號(hào)并聯(lián)補(bǔ)償電容器組，Ⅱ段母線新安裝2號(hào)并聯(lián)補(bǔ)償電容器組。由于新安裝2號(hào)電容器組放電TV二次繞組多點(diǎn)接地，二次電壓回路短路構(gòu)成一次設(shè)備短路，致使其2號(hào)電容器組投運(yùn)失敗。

1 電容器組接線、保護(hù)配置及故障現(xiàn)象

1.1 電容器組接線

1號(hào)、2號(hào)電容器組分別為廣西桂林電力電容器公司和上海庫柏電力電容器公司生產(chǎn)的TBB35-10008/417-ACW型產(chǎn)品，容量10 008 kvar，均采用三相星形接線，各相為串并聯(lián)組合接線方式，并裝設(shè)并聯(lián)放電TV（由一體的兩個(gè)相同的電壓互感器TV1和TV2組成），為限制合閘涌流和抑制高次諧波，其入口處裝設(shè)串聯(lián)電抗器，接線（單線圖）如圖1所示。

圖1 電容器組接線（單線）

1.2 保護(hù)配置及定值整定

1號(hào)、2號(hào)電容器組裝設(shè)四方公司CSC-221A型保護(hù)裝置，配置有速斷保護(hù)、過流保護(hù)、過電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)和不平衡電壓保護(hù)，TA變比800／5，放電TV（兼作不平衡電壓保護(hù)用電壓互感器）變比為，保護(hù)定值如表1所示。

1.3 故障現(xiàn)象

2號(hào)電容器組安裝工作竣工，經(jīng)驗(yàn)收合格可以投產(chǎn)送電。現(xiàn)場(chǎng)值班員根據(jù)調(diào)度指令投運(yùn)2號(hào)電容器，當(dāng)合上2號(hào)電容器324斷路器后，324斷路器隨即跳閘。經(jīng)檢查，保護(hù)裝置為不平衡保護(hù)動(dòng)作，不平衡電壓148 V（二次值）。

2 故障分析

現(xiàn)以A相為例進(jìn)行分析，設(shè)系統(tǒng)相電壓為U，C11～C24各單臺(tái)電容器的容抗為xc0，AX間阻抗為Xc，A1X1間阻抗為Xc1，電壓為U1，TV1二次電壓為u1，A2X2間阻抗為Xc2，電壓為U2，TV2二次電壓為u2，不平衡電壓二次值為ubph=|u1-u2|（一、二次電壓均指有效值）。

正常運(yùn)行時(shí)

表1 保護(hù)定值

2.1 一次設(shè)備故障

2.1.1 電容器組中1臺(tái)電容器開路

若內(nèi)部熔斷器熔斷或接線松脫等均可引起電容器開路。以C11開路為例，則等值電路如圖2所示。

圖2 1臺(tái)電容器開路等值電路圖

2.1.2 電容器組中1臺(tái)電容器短路

若電容器組中1臺(tái)電容器短路，則該并聯(lián)分組的兩臺(tái)電容器均被短路，以C11短路為例，則等值電路如圖3所示。

圖3 1臺(tái)電容器短路等值電路圖

2.1.3 兩串聯(lián)電容器組各有1臺(tái)電容器開路

若電容器組A1X1（或A2X2）間兩串聯(lián)電容器分組各有1臺(tái)電容器開路，例如C11和C13同時(shí)開路，則等值電路如圖4所示。

圖4 兩串聯(lián)電容器分組各有1臺(tái)電容器開路等值電路圖

2.1.4 兩并聯(lián)電容器同時(shí)開路

若電容器組A1X1（或A2X2）間同一分組相并聯(lián)的兩臺(tái)電容器同時(shí)開路，則A1X1（A2X2）間電容器開路。由于放電TV的勵(lì)磁阻抗遠(yuǎn)大于A2X2（A1X1）間電容器的容抗，系統(tǒng)電壓全部加在A1X1（A2X2）間的放電TV1（TV2）上。例如C11和C12同時(shí)開路，則等值電路如圖5所示，系統(tǒng)電壓全部加在A1X1兩端。

2.1.5 兩串聯(lián)電容器分組同時(shí)短路

若A2X2（或A1X1）間兩串聯(lián)電容器分組同時(shí)短路，系統(tǒng)電壓全部加在A1X1（或A2X2）兩端。例如C21和C23同時(shí)短路，則等值電路如圖6所示。

圖5 兩臺(tái)并聯(lián)電容器開路等值電路圖

圖6 串聯(lián)電容器分組同時(shí)短路等值電路圖

以上5種故障類型的計(jì)算均以三相對(duì)稱故障為前提。不對(duì)稱故障時(shí)（例如僅為一相故障），電容器組中性點(diǎn)將發(fā)生位移。故障相相對(duì)非故障相阻抗增大時(shí)，該相電壓U將升高，不平衡電壓亦會(huì)隨之增大；故障相相對(duì)非故障相阻抗減小時(shí)，該相電壓將降低，不平衡電壓亦會(huì)隨之減小。非故障相電壓雖然也會(huì)隨之變化，但是由于串聯(lián)的兩部分電容器阻抗相等，所以沒有不平衡電壓輸出。

根據(jù)以上分析，前3種故障情況下不平衡電壓大于不平衡保護(hù)定值，不平衡保護(hù)能夠可靠動(dòng)作，但不平衡電壓的計(jì)算值（36 V和62 V）與保護(hù)裝置的測(cè)量值148 V相差甚遠(yuǎn)，超出了誤差的可能性。后兩種故障類型下不平衡電壓計(jì)算值（184 V）與保護(hù)裝置測(cè)量值（148 V）雖有差別，但比較接近。應(yīng)該注意的是，后兩種情況下，加在承受系統(tǒng)全部相電壓的放電TV1（或TV2）上的電壓為其額定電壓的1.8倍，這將使鐵心磁通大大飽和，致使二次電壓有效值小于計(jì)算值，并且由于波形發(fā)生嚴(yán)重畸變，二次電壓包含大量高次諧波，基波電壓值則比有效值還要低。保護(hù)裝置經(jīng)A／D回路濾波后實(shí)際測(cè)量的是基波電壓，所以測(cè)量值比計(jì)算值要小得多［1］。考慮這些因素，保護(hù)裝置的測(cè)量值小于計(jì)算值可以得到合理的解釋，因此，后兩種類型故障的可能性很大。

2.2 保護(hù)裝置及二次回路故障

保護(hù)裝置誤動(dòng)作。保護(hù)裝置由于軟件出錯(cuò)、硬件故障或定值整定錯(cuò)誤而誤動(dòng)作。

不平衡保護(hù)二次電壓回路接線錯(cuò)誤。若放電TV只有一個(gè)二次繞組電壓接入不平衡保護(hù)，則不平衡電壓ubph＝u1＝u2＝92 V。若放電TV兩個(gè)二次繞組不是進(jìn)行反向連接，而是順向連接，正常運(yùn)行時(shí)不平衡電壓ubph＝u1＋u2＝184 V。

保護(hù)裝置交接驗(yàn)收時(shí)，不平衡保護(hù)按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行加壓傳動(dòng)試驗(yàn)，加入試驗(yàn)電壓值大于其整定值時(shí)均可靠動(dòng)作，裝置動(dòng)作信息顯示的測(cè)量電壓值亦與所加試驗(yàn)電壓值相符，而小于整定值時(shí)未發(fā)生誤動(dòng)作。此次故障保護(hù)裝置動(dòng)作信息顯示不平衡電壓測(cè)量值達(dá)148 V，說明確實(shí)有較大的不平衡電壓輸入裝置，保護(hù)裝置故障致使誤動(dòng)作的可能性可以排除。

若放電TV只有一個(gè)二次繞組電壓接入不平衡保護(hù)，不平衡電壓計(jì)算值為92 V，即使母線實(shí)際運(yùn)行電壓高于額定值10%，不平衡電壓也不過在100 V左右，和保護(hù)裝置的測(cè)量值（148 V）相差較大。若放電TV兩個(gè)二次繞組順向連接，不平衡電壓計(jì)算值為184 V，與2.1.4、2.1.5兩種類型故障計(jì)算值相同，和保護(hù)裝置此次故障測(cè)量值（148 V）比較接近。但是，與2.1.4、2.1.5類型故障不同的是，2.1.2故障情況下放電TV工作在額定電壓下，鐵心不會(huì)飽和，二次電壓波形不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重畸變，所以TV和保護(hù)裝置A／D回路測(cè)量誤差均應(yīng)在較小范圍內(nèi)，保護(hù)裝置的測(cè)量值與計(jì)算值產(chǎn)生如此大的誤差應(yīng)無可能。所以這兩種接線錯(cuò)誤致使不平衡保護(hù)動(dòng)作的可能性也較小。

3 故障查找

3.1 一次設(shè)備檢查

根據(jù)對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行的分析，故障應(yīng)屬于2.1.4或2.1.5類型。但是2號(hào)電容器組經(jīng)外部檢查，一次設(shè)備接線正確，設(shè)備未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。轉(zhuǎn)檢修后，電氣試驗(yàn)專業(yè)人員測(cè)試，各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)與設(shè)備交接試驗(yàn)數(shù)據(jù)一致，均在合格范圍之內(nèi)，因而排除了一次設(shè)備故障的可能性。

3.2 保護(hù)裝置及二次回路檢查

2號(hào)電容器保護(hù)裝置不平衡電壓保護(hù)經(jīng)加壓傳動(dòng)試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)異常，核對(duì)2號(hào)電容器端子箱及保護(hù)裝置二次接線與圖紙相符，未發(fā)現(xiàn)施工接線錯(cuò)誤。

2號(hào)電容器為二期擴(kuò)建工程項(xiàng)目，安裝施工接線圖為套用一期工程1號(hào)電容器的圖紙。安裝施工人員對(duì)1號(hào)、2號(hào)電容器一、二次設(shè)備進(jìn)行對(duì)比檢查，希望能從兩期工程的設(shè)備及安裝差異中找出答案。

不平衡保護(hù)電壓回路接線如圖7所示。

圖7 不平衡保護(hù)接線圖（設(shè)計(jì)圖）

經(jīng)對(duì)比檢查發(fā)現(xiàn)2號(hào)電容器組的每相放電TV本體兩個(gè)二次繞組連接處（x1x2、y1y2、z1z2）各有一個(gè)接地點(diǎn)，這是1號(hào)電容器組所沒有的，它是根據(jù)2號(hào)電容器組成套設(shè)備生產(chǎn)廠家要求裝設(shè)的。2號(hào)電容器組不平衡保護(hù)二次電壓回路實(shí)際接線如圖8所示。

2號(hào)電容器組各相放電TV本體兩個(gè)二次繞組的連接處（x1x2、y1y2、z1z2）的接地點(diǎn)，與a2、b2、c2在端子箱的公共接地點(diǎn)，通過大地將a2x2、b2y2、c2z2繞組短接［2］。

2號(hào)電容器組一、二次單相等值接線如圖9所示。

圖8 不平衡保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)接線圖

圖9 電容器組現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際接線（單線）等值圖

從圖9可以看出，放電TV兩個(gè)二次繞組雖做反向連接，但由于兩繞組連接處（x1x2、y1y2、z1z2）接地，該接地點(diǎn)與端子箱中的三相公共接地點(diǎn)通過大地構(gòu)成通路，致使a2x2、b2y2、c2z2二次繞組短路。此時(shí)，進(jìn)入保護(hù)裝置的不平衡電壓其實(shí)為一個(gè)繞組（a1x1、b1y1、c1z1）的二次電壓。放電TV二次沒有裝設(shè)短路保護(hù)，二次繞組短路后故障無法切除。二次繞組短路時(shí)，放電TV2的短路阻抗與相應(yīng)的電容器并聯(lián)。由于放電TV2的短路阻抗很小，相當(dāng)于將這部分電容器短路，實(shí)際等同于2.1.5類型故障，系統(tǒng)電壓全部加在A1X1、B1Y1、C1Z1兩端，TV1的一次電壓達(dá)正常運(yùn)行值的近兩倍，二次繞組輸出電壓計(jì)算值達(dá)184 V（由于TV鐵心飽和等因素，實(shí)際保護(hù)測(cè)量值略低），使得不平衡保護(hù)動(dòng)作跳閘，將電容器切除。

4 改進(jìn)措施

方案一。按照一期工程1號(hào)電容器組安裝接線對(duì)2號(hào)電容器組接線進(jìn)行改動(dòng)，即拆除其放電TV本體處各相二次繞組的接地點(diǎn)。

方案二。拆除2號(hào)電容器組端子箱內(nèi)放電TV二次繞組的接地點(diǎn)，并拆除端子箱及保護(hù)裝置端子排三相繞組a2、b2、c2端子之間的短接連片，在端子箱至保護(hù)裝置間增加兩根導(dǎo)線，將端子箱端子排a2、b2、c2端子與保護(hù)裝置端子排a2、b2、c2端子一一對(duì)應(yīng)連接，使不平衡保護(hù)各相電壓形成獨(dú)立回路，每個(gè)獨(dú)立的二次電壓回路各有且只有一個(gè)接地點(diǎn)。

圖10 整改后不平衡保護(hù)接線圖

考慮到放電TV本體處二次繞組的接地點(diǎn)是按照廠家成套設(shè)備的要求裝設(shè)的，若拆除需要和廠家溝通并取得其同意，而端子箱至保護(hù)裝置的電纜尚有多余線芯可以利用，為了盡快消除故障點(diǎn)將2號(hào)電容器投運(yùn)，確定采取第二種方案進(jìn)行整改。

采用第二種方案整改后的不平衡保護(hù)二次電壓回路接線如圖10所示。

不平衡保護(hù)接線通過整改，2號(hào)電容器組順利投產(chǎn)運(yùn)行。

5 結(jié)語

這是一起由二次電壓回路多點(diǎn)接地構(gòu)成短路而造成的一次回路短路故障。二次電壓回路的多點(diǎn)接地致使部分電壓短路，其電壓不能輸入不平衡保護(hù)，從二次回路看，保護(hù)屬于接線錯(cuò)誤誤動(dòng)作。但電壓互感器二次短路不僅僅是二次短路，故障必然經(jīng)電磁感應(yīng)傳遞到一次回路，同時(shí)導(dǎo)致一次設(shè)備短路。從一次回路看，由于部分電容器短路，不平衡保護(hù)動(dòng)作又是正確的，發(fā)揮了保護(hù)電容器組免遭損壞的作用。值得深思的是，由于設(shè)計(jì)、安裝及驗(yàn)收等各環(huán)節(jié)的疏漏，故障點(diǎn)通過多個(gè)關(guān)卡都未能在投產(chǎn)前發(fā)現(xiàn)并消除，造成本不應(yīng)該發(fā)生的故障，應(yīng)當(dāng)引以為戒，并且在施工中對(duì)于未裝設(shè)短路保護(hù)的二次電壓回路應(yīng)予以特別關(guān)注，必要時(shí)采取措施，以防止二次回路短路不能切除而構(gòu)成一次回路故障。

［1］楊奇遜.微機(jī)型繼電保護(hù)基礎(chǔ)（第三版）［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2007.

［2］國(guó)家電網(wǎng)公司.重大反事故措施［M］.北京：中國(guó)電力出版社，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，從事調(diào)度運(yùn)行工作。