在中性點不接地系統(tǒng)中，電磁式電壓互感器發(fā)生鐵磁諧振的根本原因，在于鐵芯在某些激發(fā)條件下飽和而使其感抗與線路對地電容的容抗相等所致。如果互感器一次繞組中性點不接地或經(jīng)高阻抗接地，則各相繞組跨接在電源的相間電壓上，不再與接地電容相并聯(lián)，因而TV不會發(fā)生中性點位移，也就不會產(chǎn)生諧振。因此采用了在電壓互感器高壓側(cè)中點經(jīng)一個單相電壓互感器接地的接線方式，稱作“4TV”防諧TV。

4TV電壓互感器消諧原理

1 “4TV”接線原理圖如圖1所示

圖1 三相中性點經(jīng)單相電壓互感器接地接線圖

（N1-三相組VT的一次繞組；N2-三相組VT的二次繞組；N3-三相組VT的剩余電壓繞組；N4-單相VT的一次繞組；Va.Vb.Vc-電壓表 YJ-接地監(jiān)視繼電器）

圖1中N1是三個單相電壓互感器，應(yīng)是全絕緣但按相壓設(shè)計的接地電壓互感器，本身有一個二次繞組（未畫出）和一個剩余電壓繞組，N4為一個獨立的單相電壓互感器，該互感器可以是全絕緣結(jié)構(gòu)，也可以是半絕緣結(jié)構(gòu)，一般有兩個線圈，一個是二次繞組N2，一個是剩余電壓繞組N3。

因單相電壓互感器 VT2 工作時承受的是零序電壓， 因此也稱零序電壓互感器。由于該互感器勵磁阻大，又具有普通電壓互感器的絕緣水平，因此可以近似看作N′是對地絕緣，即為不接地點。

2 “4TV”接線消諧原理

“4TV”接線的消諧原理，簡單的從穩(wěn)態(tài)分析，即當(dāng)單相接地時，互感器中點對地有相電壓產(chǎn)生，而主PT仍處于正序?qū)ΨQ電壓之下，互感器電感并不發(fā)生改變，在零序回路中僅有單相電壓互感器一種磁化電感，從根本上破壞了鐵磁諧振的條件。

在正常運行時，三相電源對地電壓對稱，N′與N 點對地均為0，即零序電壓互感器不承受電壓，其二次繞組沒有輸出電壓，YJ 繼電器不會動作。

在電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地時,零序電壓互感器一次繞組上承受有電源的相電壓，而三相組互感器的一次繞組仍然承受網(wǎng)絡(luò)的對稱電壓，亦即與單相短路前并無變化。零序電壓互感器在相電壓下，其二次繞組則輸出電壓，啟動繼電器 YJ而報警。

其短接的開口三角繞組 N3 無電流，而二次繞組N2照常輸出電壓，但電壓表（相電壓）卻在原相電壓疊加了零序電壓 UN′O，短路相電壓表為0，其余兩相為二次線電壓（見圖 2）。

圖2 單相短路三相組互感器一、二次電壓相量圖

由于單相接地后，三相電壓互感器所承受電壓與短路前不變，當(dāng)短路消失后，各繞組仍然是承受對稱電壓，因此，三相組電壓互感器的電感不變化，不存在飽和現(xiàn)象，也就不會發(fā)生諧振。另外，即使存在其他激發(fā)條件，但由于中性點不發(fā)生位移，也不會發(fā)生諧振。

4TV電壓互感器不能消諧原因分析

1 故障簡介

某110kV變電站僅有1臺主變壓器。某日，綜自監(jiān)控后臺機報出：“35kVⅠ段母線接地”信號，接地選線裝置顯示為35kV某出線故障，母線各相對地電壓顯示很不穩(wěn)定，三相電壓輪換升、降（最高達到37.4kV），B相最低達到0.7kV。

運行人員將故障情況向調(diào)度匯報，檢查站內(nèi)設(shè)備無異常，按調(diào)度命令選線查明接地故障線路，用戶轉(zhuǎn)移負荷以后，將接地故障線路斷路器斷開。與此同時，報出“35kV計量電壓斷線”、#1主變壓器“35kV電壓回路斷線”信號。

檢查35kV母線各相電壓顯示為零，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)35kVⅠ段TV柜內(nèi)冒出濃煙，經(jīng)確認(rèn)高壓熔斷器均已熔斷后，將35kVⅠ段TV手車?yán)皆囼炍恢谩＠鍪周囈院螅瑱z查35kVⅠ段B、C相TV殼體開裂并流出黑色粘液。

2 故障原因分析

35kVⅠ段母線TV由四只TV組成抗諧振接線，三相TV高壓側(cè)“N′”端子相互連接組成星形接線，再接零相TV的A端子。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)由“N′”端至零相TV的鋁排對地有放電痕跡（見圖3），A、B相TV的二次接線盒內(nèi)二次接線燒斷3根，二次接線外絕緣燒熔（見圖4）。

圖3 由“N′”端子至零相TV的鋁排對地有放電痕跡

圖4 A相TV的二次接線盒內(nèi)二次接線燒斷，外絕緣燒熔

上述情況證明在發(fā)生單相接地故障的同時，有過電壓產(chǎn)生。過電壓則可能是由于間歇性弧光接地故障產(chǎn)生的，也可能是接地故障產(chǎn)生了諧振過電壓。由“N′”端子至零相TV的鋁排對地有放電痕跡，說明在TV中性點產(chǎn)生的過電壓，可能高出相電壓很多。

專業(yè)人員對A相TV進行試驗，絕緣試驗數(shù)據(jù)無異常，但其伏安特性較差。TV的伏安特性不好，是中性點不接地系統(tǒng)引發(fā)諧振過電壓的主要因素之一。

根據(jù)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時的象征分析，三相對地電壓輪換升高、降低，說明系統(tǒng)可能有弧光接地過電壓或諧振過電壓。B相對地電壓最低到0.7kV，各相電壓升高時僅達到37.4kV，雖然與發(fā)生弧光接地過電壓、諧振過電壓的特征不十分相符（過電壓時的電壓指示超過相電壓的1.5倍以上）。

變電站綜合自動化系統(tǒng)的遙測數(shù)據(jù)，當(dāng)測量數(shù)值超過額定值的120%時會“溢出”而不能顯示；因此，仍然可以分析判斷為系統(tǒng)有弧光接地過電壓或諧振過電壓。

弧光接地過電壓或諧振過電壓持續(xù)時間較長，TV勵磁電流劇增，繞組絕緣擊穿后短路，導(dǎo)致內(nèi)部過熱損壞。

手車式開關(guān)柜內(nèi)的TV，其一次中性點（N′）接地及二次繞組的接地電阻可能較大（經(jīng)手車的輪子接地），是過電壓燒壞TV的因素之一。

35kVⅠ段母線TV由四只TV組成抗諧振接線，為什么沒有防止出現(xiàn)諧振？如圖3所示，由“N′”端連接零相TV的鋁排，穿過鐵板與零相TV連接。該鋁排與穿孔直接相碰，鋁排上雖然有絕緣護套，但該護套僅屬于輔助性絕緣作用。

在發(fā)生單相接地故障時,在“N′”端有21kV左右的高電壓，高電壓將絕緣護套擊穿，鋁排即對鐵板（地）放電，零相TV被電弧短接而不能起到消除諧振過電壓的作用。因此，過電壓造成B、C相TV絕緣損壞。

3 預(yù)防和改進措施

造成該4TV電壓互感器燒壞的主要原因有：

1) TV伏安特性不好，引發(fā)諧振過電壓。

2) 手車式開關(guān)柜內(nèi)的TV，其一次中性點（N′）接地及二次繞組的接地電阻較大（經(jīng)手車的輪子接地），使接地時對地電壓高。

3) “N′”端子對地絕緣水平不夠，不能承受諧振時產(chǎn)生的過電壓，零相TV被電弧短接而不能起到消除諧振過電壓的作用。

4TV電壓互感器不能防止諧振的根本原因是：“N′”端子對地絕緣水平不夠，不能承受諧振時產(chǎn)生的過電壓，零相TV被電弧短接不能起到消除諧振過電壓的作用。

電力系統(tǒng)中，電壓互感器 N′端子經(jīng)消諧器或其它方式接地的接線方式，如果不能保證N′端子對地絕緣水平，在發(fā)生單相弧光接地時，中性點產(chǎn)生的位移過電壓同樣會擊穿其絕緣，使N′端子直接接地，不能起到消諧作用。

因此，根據(jù)國家電網(wǎng)公司反事故措施要求：為保證4TV電壓互感器能夠有效防止諧振過電壓損壞TV可采取以下措施：

選用勵磁特性飽和點較高的，在1.9Um電壓下，鐵芯磁通不飽和的TV。

1) 減小手車式開關(guān)柜內(nèi)TV一次中性點（N′）接地及二次繞組接地的接地電阻。在手車的接地部位裝軟銅辮，與接地體連接（螺栓壓接）；停電檢修時，需要將手車?yán)龉裢猓梢韵炔痖_接地銅辮，再拉手車。

2) “N′”端到零序TV間連接導(dǎo)體的對地絕緣水平必須按照能承受電網(wǎng)線電壓的能力設(shè)計。制造廠應(yīng)規(guī)范“N”端連接零相TV的鋁排的接線工藝，加大鐵板穿孔的孔徑或加強穿孔處的絕緣強度，防止發(fā)生單相接地故障時使其擊穿。

3) 4TV電壓互感器的TV絕緣水平應(yīng)全部采用全絕緣設(shè)計。

本文編自《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“一起4TV防諧振電壓互感器不能消諧的原因分析”，作者為趙萍好、艾新法 等。