零序电压异常升高的原因分析

零序电压异常升高的原因分析国电九江发电厂 检修部电气分部龚笔华 阳跃永摘要： 在电力系统接地故障中，零序电压会有一定升高， 因此，在故障判断中，通常把零序电压作为一个重要的依据。但是， 零序电压的升高有时并不是由于系统接地故障引起的。笔者以我厂发 生的两个实例加以分析，与大家共同探讨。关键词：零序电压 异常 升高一、前 言：电力系统反措对电压二次回路有严格要求，本人就所经历的”反措”执行不 彻底，所带来的电压二次回路异常的现象与大家一起探讨。二、故障现象：2011年7月6日，我厂220KV母差A、B套均发“电压动作”信号（母差型号为南瑞BP-2B型），各条线路保护及发变组保护均运行正常，无异常信号。在母差保护打印故障记录，220KV III母零序电压10.6V，屏后测得III母A、B、C相对地电压均为57.6V，零序电压为10.5V；调取线路故障录波器录波 图，220KV III母A、B、C相对地电压均正常，二次零序电压升高。在220KV III 母就地端子箱测得电压数据与上述一致，端子接线紧固。这种现象曾经频繁出现，出现时：零序电压呈正弦波，且波形平稳，持续 时间长，最长达到4小时，之后自动消除。经调查该现象出现时，系统无冲击， 厂内220KV系统无操作。220KV母差采用了 220KV电压互感器开口零序电压，母差零序电压整定值 为10V.对于母差及失灵保护，零序电压动作，使得电压开放，闭锁解除，加大 了母差及失灵保护误动的可能性。对220KV系统的威胁是相当大的。三、故障分析：220KV为双母带旁路接线方式（III母、IV母带旁母），当时，220KV III母与IV母并列运行，III母与IV母PT正常投入运行。220KV母线PT采用TPY-220 电容型电压互感器，变比为 220 / V 3/100/ V 3/100/ V 3/100/ V 3，第一 组绕组为测量组，第二组为保护组，第三组用在开口三角形。为了找到III母二次零序电压升高的原因，将调取故障录波器中母线二次 电压的波形图记录如下。在故障录波图中可以看出，III母A、B、C三相对地电压幅值57.8V,波形对 称，相位正常，波形平稳，零序电压峰值10.8V,也呈现正弦波，频率与相电压一 致，相位超前A相电压140°。对III母零序电压的谐波分量进行分析中，主要 包含的是基波分量，幅值最高达到10.6V,三次谐波只有0.08V,其它各次谐波 含量几乎为0V。同时，IV母A、B、C三相对地电压波形均正常，未出现零序电 压。由于当时220KV母线双母并列运行，III、IV母母线一次侧电压是一致的。 因此，PT二次侧III母零序电压的升高，不是系统原因引起，同时零序开口三 角二次接线经检查无误，因此出现这种现象的原因是由于PT本身或二次干扰造 成。 干扰的原因有以下几方面：1） 控制电缆分布电容的干扰。2 ）电压二次中性点接地不符合规范。3 ）电压互感器本体原因。四、故障原因检查：1、控制电缆分布电容的干扰检查；电缆分布电容干扰两种: 一） 是电缆对地的电容影响，二） 是电缆各线芯之 间电容的影响。1.1电压二次回路电缆包括PT本体至PT端子箱（长约15米），PT端子 箱至网控楼电压并列柜（长约130米），经电压并列柜后接至220KV I母电压小 母线。由220KV I母电压小母线送至各线路及主变保护屏，全电压二次回路电缆 总长约460米。因此，电缆对地电容的影响是比较大的，应尽可能消除电缆对地 电容的影响。1. 1. 1按反措要求应有以下措施：（1）合理规划二次电缆的路径，尽可能离开高压母线、避雷器和避雷针的 接地点、并联电容器、电容式电压互感器、结合电容及电容式套管等设备，避免 和减少迂回，缩短二次电缆的长度，与运行设备无关的电缆应予拆除。（2）保护及相关二次回路电缆屏蔽层应使用截面不小于4 mm2多股铜质软 导线可靠连接到等电位接地网的铜排上。屏蔽层要两端接地。同时必须特别注意 保持屏蔽的完整性，拆断或分开屏蔽将极大地降低屏蔽效果。如果屏蔽只在一端 接地，在非接地端的包皮对地与导线对地将可能出现很高的暂态电压。等电位铜 排是为了消除电位差对二次的干扰，等电位铜排对地只能有一个接地点。（3）从电压互感器下来的二次电缆应经金属管从接线盒引至端子箱，将金 属管的上端与电压互感器的底座良好焊接，下端就近与主地网良好焊接。1.1.2 针对上述措施逐项排查：（1）检查发现从网控楼到电压互感器端子箱的电压回路电缆屏蔽接地线缠 绕在端子箱接地铜排上。(2) 经过整改，将电缆屏蔽线用线鼻子压接，再用螺栓固定在端子箱接地 铜排上，并检查端子箱接地铜排至电缆沟内等电位铜排连接良好。用钳形电流表 测得屏蔽线电流为零。(3) 检查其它反措措施均已落实。1.2对于电缆内各线芯之间分布电容的影响，由于电缆长，电容量较大，如 果其它线芯有较高交流电压的话，会使得在零序电压回路中感应出较大交流电 压。正常情况下，零序电压几乎为零，而且，零序电压回路的负载阻抗值大，同 时，保护组及测量组二次三相对地电压都处在额定值左右，如果保护组及测量组 电压与零序电压共用一根电缆，会零序电压回路上感应出电压。1.2.1 按反措应有以下措施：(1) 保证零序电压回路需独立，与保护二次电压回路完全分开，不能共 用一根电缆。(2) 零序电压回路N600与保护二次电压回路N600必须分别送至控制室 后再接地。1.2.2针对上述措施逐项排查：(1) 零序电压回路与保护二次电压回路未采取独立电缆。a) 220KV III母PT端子箱至网控楼电压并列柜电缆零序电压回路中的N600 '是与保护二次电压共用一根电缆，b) 220KV III母电压小母线至主变保护屏的零序电压电缆是与保护二次 电压共用一根电缆。C)利用220KV III母母线停电的机会,对电压二次回路进行进一步检查， 发现电压互感器到端子箱的电缆存在零序电压电缆是与保护二次电压共用一根 电缆的情况。(2) 通过铺设电缆，使零序电压回路只在自己独立的电缆中。(3) 检查其它反措措施均已落实。2 、对电压二次中性点接地不符合规范2.1继电保护二次回路接地，按反措应有以下措施：2.1.1公用电压互感器的二次回路只允许在控制室内有一点接地，为保证接地可靠，各电压互感器的中性线不得接有可能断开的开关或熔断器等。2.1.2 己在控制室一点接地的电压互感器二次线圈，宜在开关场将二次线圈 中性点经氧化锌阀片接地，其击穿电压峰值应大于30Imax伏（Imax为电网接 地故障时通过变电站的可能最大接地电流有效值，单位为kA）。应定期检查氧化 锌阀片，防止造成电压二次回路多点接地的现象。2.2 针对上述措施逐项排查：2.2.1我们对氧化锌阀片进行检查，良好。2.2.2检查220KV电压互感器二次接地点在网控楼，而且只有一个接地点，接 地良好。3 电压互感器本体原因。 本体原因有三种：一）、电压互感器一次对地接触不良二）、电压互感器性能不佳。三）、电压互感器本体污秽。3.1 220KV母线电压互感器为电容式电压互感器，一次对地接触不良，影响 变比的误差，影响到二次电压值的准确性。3. 1. 1按反措应有以下措施：电压互感器本体对地应有两个牢固可靠的接地点。3.1.2针对上述措施排查 电压互感器对地有两个接地点，接地方式为焊接，接地牢固可靠。3.2 对电压互感器性能应定期预试。3.2.1利用停电机会，对220KVIII母电压互感器进行预试，预试项目有一、 二次绝缘、一次线圈电阻、介质损耗、变比、局部放电。3.2.2 预试结果：各项指标合格。3.3 电压互感器本体污秽的增加，导致电导增加，使得泄露电流增大，严重 时产生污闪，伴随污闪会产生放电脉冲，放电电流脉冲导致一次电压畸变，由一 次传递到二次，二次电压的波形同样发生畸变。3.3.1 220KV 母线电压互感器附近有施工现场，灰尘较多，绝缘子表面沉积 一层污秽物,包括不导电的惰性物质和受潮能溶的盐类或酸、碱等物,一般污层在 干燥状态是不导电的。遇到毛毛雨、雾、霜、雨加雪或溶雪、溶冰,绝缘子表面全部或局部受潮，污层变为导电,3.3.2定期清扫是防止污闪的最有效的手段。2011年11月18日，220KV母差发“复合电压动作”信号，经检查220KV母零序电压超标，查看故障录波器中母线二次电压的波形图。目对L标(ns)99. 8139. 8,1 . I . 1 . I . 1 . I . 1 . I ,1uaJ JJ-J"a/" "'2 III母电圧Ub3 III母电圧Uc . Q77J一4 I I母电压3U05 IV母电压Ua八、厂、ZZf6 IV母电圧UL口 F IV坦电圧UcS IV母电圧3U09 I 口母电压E仪云io m母电压ub仪茅厂、厂、 厂、 /从故障录波器中看出，III母线零序电压瞬时值最高达19V。本次零序电压异 常升高与前述现象不同在于:IV母的二次电压(包括零序电压)波形都很正常，零序电压几乎为零。III 母的零序电压3U0升高是间歇性的，零序电压升高的同时，III母电压Uc及III 母电压Uc仪表波形有畸变，而且，畸变时III母电压Uc及III母电压Uc仪表 波形一致，同时A、B相二次电压波形正常。考虑到220KV母线双母并列运行， 而IV母的二次电压正常，这就说明220KV系统故障的可能性很小，为了进一步 找出原因，对III母的零序电压3U0的谐波分量进行分析，最高峰值基波2次谐波3次谐波5次谐波8次谐波11次谐波15次谐波峰值点123.1V1.58V1.45V2.0V1.79V3.2V1.02V0.58V峰值点219.2V0.84V0.82V1.28V0.96V3.05V1.12V0.46V从上表中我们可以看出，各次谐波的含量均不高，特别是基波的含量不高，而且 各次谐波含量相差不大，进一步排除系统故障的原因。另一方面，III母C相的各组电压值均不正常，A、B相各组电压值均正常， 这也就排除了电压二次回路干扰的问题，这说明C相电压互感器一次回路可能有 干扰影响。3.3.3在对220KV III母PT本体进行检查时，发现PT本体C相末端瓷裙对 底部有明显闪络点。将220KVII母电压互感器停电，将PT本体进行清扫，清扫 后正常。五、结论：我厂零序电压异常升高主要有两方面原因：1 零序电压回路未独立，电缆线 芯间电容的影响。2 电压互感器污闪影响。为防范未然，对所有的电压互感器按反措要求进行严格检查，对发现问题进 行整改。过上述检查整改后，零序电压异常升高现象得以消除。经半年的观察及定期 测试，未发现上述现象。这些都是工作中的积累和总结，文中有分析不严谨和不透彻的地方，以及有 不妥当的地方，希望得到各位专家、前辈的批评和指正。