中性点不接地系统电压不平衡的几种现象分析.doc

中性点不接地系统电压不平衡的几种现象分析
摘要：在变电站运行值班中，对于中性点不接地系统值班员常会遇到一些电压表输出不平衡的情况。若我们对这方面认识不足，往往会因为查找时间过长而耽误送电，因电压不平衡而误认为接地情况者，找不到问题之所在，却做许多无用功；另一方面也可能因为未能及时找到接地点，而引起扩大事故。所以，就这个问题有必要进行一些分析探讨。
关键词：中性点不接地系统 电压不平衡 现象分析

1　前言
　　在变电站运行值班中，对于中性点不接地系统值班员常会遇到一些电压表输出不平衡的情况。若我们对这方面认识不足，往往会因为查找时间过长而耽误送电，因电压不平衡而误认为接地情况者，找不到问题之所在，却做许多无用功；另一方面也可能因为未能及时找到接地点，而引起扩大事故。所以，就这个问题有必要进行一些分析探讨。
2　一般情况下电压不平衡的分析
　　2.1中性点不接地系统电压不平衡，可能是由于保险烧断而造成，即高压保险熔断，熔断相电压降低，但不为零。由于PT还会有一定的感应电压，所以其电压并不为零而其余两相为正常电压，其向量角为120。，同时由于断相造成三相电压不平衡，故开口三角形处也会产生不平衡电压，即有零序电压，例如：C相高压保险烧断，矢量合成结果见图1，零序电压大约为33V左右，故能起动接地装置，发出接地信号。
　　变电站低压保险熔断时，与高压保险之不同在于一次三相电压仍平衡，故开口三角形没有电压，因而不会发出接地信号，其它现象均同高压保险熔断的情况。
　　2.2当线路或带电设备上某点发生金属性接地时(如A相)，接地相与大地同电位，两正常相的对地电压数值上升为线电压，产生严重的中性点位移。中性点位移电压的方向与接地相电压在同一直线上，与接地相电压方向相反，大小相等，如图2。

图1　C相断相时电压向量图

图2　A相接地时电压向量图
　　特别值得注意的是我们所说的接地并不单指线路接地，当线路拉路检查后仍未能消除接地故障，则应怀疑到本站设备有接地，例如避雷器、电压互感器、甚至变压器接地。由于没有充分重视接地问题，未按规程执行(接地两小时仍未消除则要停下主变压器)，曾使我局长塘变电站主变压器烧毁。
2.3综合以上三种情况，可归纳中性点不接地系统电压表所反映不平衡电压时的故障区别如表1。
表1　中性点不接地系统故障判别表
故障性质
相　　　别
有无接
地信号
A
B
C
C相接地
线电压
线电压
0
有
C相高压
保险熔断
相电压
相电压
降低很多
有
C相低压
保险熔断
相电压
相电压
降低很多
无
3　4PT电压不平衡输出分析
　　3.1拉堡变10kVPT由原来JDZJ型电压互感器改为：将其一、二次中性点由原直接接地改为串联一台JDJ型电压互感器(T2)的一次绕组接地，通常我们称为4PT，正确接线如图3所示。

图3　4PT正确接线图
　　此种接线的目的是为了防止系统发生单相接地或其它原因使电压互感器铁芯饱合，引起谐振过电压，保险易熔断。在改为径4PT接地前4个月时间里，10kVPT共烧断三次，共9根保险；而改接后一直未烧过保险。
　　3.2正常情况下，电压互感器二次侧a-o，b-o，c-o分别接入相对地绝缘监视电压表，零序电压断电器接在t2互感器二次侧X′-O间。采用这种接线，正常情况下，T1互感器只反映正序电压a、b、c，(电压向量图见图4)，三相电压大小相等，相位差120°，中性点电位为零，也就是Ux’＝0。而A相金属性接地时，向量图如图5所示，即：Ux’＝Uo＝Ua，此时零序继电器YJ两端有电压，即可发出接地信号，而b相电压表反映的数值应为Vb＝Ub＋Ux＝Uab＝Ub，即等于线电压，C相电压表Vc＝Uc＋Ux＝Uac＝Uc也等于线电压。

图4　正常情况下4PT电压向量图

图5　A相接地时4PT电压向量图

4　4PT接线错误引起电压表错误反映分析
　　拉堡变改为径4PT接地后，其接地时所反映的则不同于上述所分析，其三相电压仍平衡，且为三相相电压。故障所表现的现象：“10kV接地”光字牌亮，不能复归，但10kV三相绝缘监视电压表平衡且均为6kV，值班员测量二次电压，PT开口三角处为51V，Ua＝20V，Ub＝100V，Uc＝100V，与调度联系拉路检查，检查出堡65线路接地。针对这种电压表不能反映接地情况的怪现象，查找原因，发现了问题所在：造成这种表计错误反映的原因是二次接错线，如图6所示。其三相电压表分别接在互感器二次的a-x’，b-x’，c-x’上，那么正常情况下，中性点x’由于三相电压平衡而等于零，故三相电压表为相电压，向量图见图7。而当发生接地时，如A相金属性接地时，其电压反映就不正确了，那么B相电压表为b-x’的电压，因为Ux’＝－Ua，即Vb’＝bx’＝b－x’＝相电压，Vc’＝cx’＝c－x’＝相电压，向量图如图8。故三相电压表仍平衡，且均为相电压，而此时能发出接地信号，因为接地信号继电器接在t2线圈上，取代以往接在开口三角形处，而Ux有50V左右的零序电压，线圈两端因有电压而动作，故能发出接地信号，但却不能在三相电压表中反映出来，且接地未消除前接地信号不能复归。由此可见，在改为4PT接地时，应保证接线准确无误，以免造成三相电压表误指示。

图6　4PT错误接线图

图7　不接地时4PT电压向量图

图8　A相接地时4PT电压向量图
5　电压互感器中性点击穿保险击穿后出现的不平衡电压分析
　　采用三相五柱电压互感器构成绝缘监视装置，如图9所示。一次系统一相接地时，接于接地相的电压互感器高压绕组被短路，对于该相的二次绕组输出电压等于零，开口三角绕组有不平衡电压输出，接地继电器XJJ励磁，绝缘监视装置发出一次系统接地信号。一般情况下，这套装置能准确的发现一次系统接地故障和判别发生故障的相别。但是这种绝缘监视装置有时也会发出错误的信号，并会造成一次系统接地假象。例如屯秋变就发生了这种现象，屯秋变报6kV母线接地，Ua＝3.2kV，Ub＝0，Uc＝3.2kV，依次拉开各条出线开关接地未消除，再将所有出线全部拉开，接地也消除。检查PT，发现B相高低压保险均熔断。更换好PT保险后，A相电压为6.4kV,B相为0，C相为6.4kV，再次检查保险完好，怀疑变压器等设备接地，退出主变运行，然后用摇表测绝缘情况：变压器、PT、站变等均无问题，为什么会出现这种现象经过对PT进行仔细检查分析，终于找到问题之所在，分析如下：
　　从图9可看出，PT二次接线的特点是：采用B相接地方式，而中性点是经地一个击穿保险JRD接地。从故障经过可看出：①第一次电压不平衡(Ub＝0，而其余两相并不升高)，既不象接地现象，也不象高压保险熔断现象，因为若高压保险熔断，B相应有一定的感应电压，只能是高、低压保险均熔断才会是这样，检查果然如此；②保险换好后，三相电压变为Ua＝6.4kV，Ub＝0，Uc＝6.4kV，又变为典型的接地现象，然而所有出线已拉开，用摇表摇测变压器，6kV母线及PT本身均未发现有接地。之所以会出现这种现象，是因为中性点击穿保险击穿，使得二次绕组b相单相短路。由于二次回路单相短路电流小，且接地的b相与地同电位，因此，b相端电压接近于零，故b相输出为零；由于一次系统是中性点不接地系统，电压互感器一次绕组虽然中性点接地，但没有零序电流流通，因此，二次绕组的零序电流便在铁芯中激励起零序磁通，零序磁通感应一个零序电势ko,使得原来对称的三相电压a、b、c变成不对称的三相电压′a、′b、′c，即A、C相电压升为线电压，B相为零，电压向量图如图10所示。当取下JRD后，中性点接地即消除，电压恢复平衡。

图9　三相五柱电压互感器接线图

图10　中性点穿保险JRD击穿时的电压向量图
6　结论
　　由上述几种分析可看出，设备运行过程中，应分析各种电压不平衡情况，做到分析判断准确，处理及时，才能保证设备的安全运行。在改接线过程中，应注意接线正确，否则将会使运行人员误判断；对接地不消失的情况，运行人员应引起充分注意，否则会误认为误发信号而造成误判断而延误了故障排除。
电压互感器一次保险熔断一相,电压表上显示测的电压为多少
压变高压熔丝熔断一相
现象：熔断相电压下降，三相电压不等，有关有功无功数值降低，电度表走慢，相关母线接地信号发出，相关变压器电压便宜信号发出
假设A相熔断，则UA降低，UB、UC正常；UAB降低，UBC正常，UCA降低；二次侧开口三角电压一般大于30伏。
要看电压互感器的接线方式
Y/Y接线：熔断相电压为零，其余两相电压正常。
Y/三角接线：熔断相电压减低，另外两相一相接近正常一相偏高。
10Kv经常会出现电压互感器的一次保险熔丝熔断现象解决办法
在中性点非直接接地系统中，发生单相金属性接地短路时，开口电压Umn＝100V。在正常运行或发生三相金属性短路时，开口电压Umn在理论上应等于零。

然而当运行中的10kV三相五柱式电压互感器有一相接地或在雷雨天时，由于铁磁谐振引起的过电压，往往使三相高压熔断器熔断，甚至将电压互感器烧损，为了限制谐振过电压，防止熔断器烧断，烧毁电压互感器。因此常在三相五柱式电压互感器开口三角处并联一个50～60欧，50W左右的阻尼电阻。
电压互感器高压保险熔断的原因
电压互感器低压熔断保险熔断，通常是低压二次回路短路
信息请登陆:输配电设备网
　　电压互感器高压熔断保险熔断，通常是互感器发生了铁磁谐振，或者是高压绕组击穿。也有可能是电压过高引起(如长时间单相接地运行) 信息来源:
单相接地与电压互感器高、低压保险一相熔断的现象有何异同？
（1）相同的是：都有警铃响和接地告警光字牌亮，一相电压降低或为零。% u0 R8 A; o# ]" J9 @! o: C# l
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（2）不同的是：保险一相熔断时，另外两相电压不升高，消弧线圈也不动作。但功率表、线电压表指示降低，电能表转慢。录波器会动作、保护电压回路断线告警光字牌亮。
- S5 U5 e! Z( b' S3 c+ y8 j. n; g! F" P6 _. r) V9 }7 k
（3）高、低压保险一相熔断的区别是：高压保险一相熔断时，熔断相的相电压一般不为零。
请问电压互感器 B相接地不接保险丝合理吗？为什么
电工图的接法正确。
为了二次设备和人身的安全，规程规定电压互感器二次侧必须有一个接地点，均为开口三角形绕阻的B相（同期回路设定同为B相），称为接地相，如果再接熔断器，在运行中可能造成二次侧接地点的断开，因此B相接地后直接接入小母线。
同步发电机静止励磁装置的故障分析与处理
摘　要：励磁系统是同步发电机的重要配套装备,良好的励磁系统对改善电力系统运行有着重要的意义。根据同步发电机静止励磁装置的运行状况及其特点，详细分析了该装置在运行过程中可能出现的故障、判别方法，以及所采取的相应处理措施。
　　关键词：同步发电机;励磁系统;三相半控桥;故障;措施

0引言
　　电力系统正常运行时，发电机励磁电流的变化是影响电网的电压水平和并联运行机组间无功功率的分配的主要因素，良好的励磁系统在保证电能质量、无功功率的合理分配及提高电力系统运行的可靠性方面都起着十分重要的作用。
　　可控硅静止励磁装置是一个可自动调节的励磁系统，它把电力系统信号经过一定的变换后，作为调节器的输入信号，并与给定信号相比较，产生相应的脉冲信号去控制功率单元的输出，达到自动调节系统无功功率的目的。实践证明该系统性能可靠，能及时并准确响应机端电压的变化，满足系统自动调节的需要，但在长久的运行过程中，也会出现一些故障，下面对此作一简要的分析与处理。
1可控硅静止励磁装置原理
　　以自并励励磁系统为例,该系统的励磁功率来自于发电机本身,通过机端的整流变压器（T1）以及三相可控硅整流桥（KP）向转子提供一个可调节的直流电流，实现自并励励磁。系统的结构如图1所示。
　　图中TC、CF、YC、QL、GL分别代表励磁装置的调差、测量放大、移相触发、欠励限制、过励限制单元。

　　当发电机组处于单机运行时励磁系统通过不断改变励磁电流的大小,可以维持发电机端电压恒定。其调节过程为：当发电机负荷增大时，电枢反应增强会引起机端电压下降，而机端电压通过电压互感器传送至检测放大单元，在与给定电压进行比较得到一个偏差信号并放大后，产生控制电压信号Ug，再输入移相触发单元，使移相触发脉冲相位随着Ug的增大而前移，控制角α减小，可控硅桥输出增大，即励磁电流增大，发电机端电压相应升高，实现了电压的自动负反馈调节，可简单表示为负荷增大→端电压UG降低→控制电压Ug降低→控制角α减小→励磁电流IL增大→发电机端电压升高。若发电机负荷减小，调节过程则相反。
　　当发电机并网运行时，可以利用励磁装置调节发电机输出的无功功率大小，从而稳定系统的电压水平。
　　另外为保证发电机组的正常安全运行，励磁系统还应设有过励限制、欠励限制、空载过电压和空载低频保护等措施。
2常见故障分析及处理
　　根据运行实践经验表明，在实际运行过程中，常出现如下的一些故障现象。
2.1整流变压器高压熔丝熔断
　　故障现象：在整流变压器高压侧熔丝熔断造成变压器原边缺相时，将造成：一方面使调节器失效（因为此时变压器副边相位发生变化，同步关系遭到破坏）；另一方面造成可控硅失控，整流桥输出下降太大。
　　处理措施：发生上述情况均无法满足发电机继续运行的条件，应停机处理，及时更换熔丝。
2.2发电机并网运行时无功波动大
　　并列运行的同步发电机，在电力系统无功负荷发生变化时，将引起各机组间无功负荷的重新分配，如果自动调节励磁装置的调差系数调整得当，可以实现无功负荷的合理分配，使无功潮流合理分布，电网损耗最小，实现优化运行。根据励磁系统工作原理，满足机组运行的条件有： 1）机端并列运行的发电机应具有相同的正调差系数，以便合理分配无功负荷； 2）负调差系数的发电机可通过变压器在高压母线上并列运行，但不允许在机端并列运行； 3）在机端并列运行的无差发电机不得多于一台。
　　故障现象：在发电机并网后，带上一定的无功负荷，如发现随着系统电压的波动，机组的无功调节过于灵敏，且无功功率表、功率因数表、励磁电压表摆动频繁，变化幅度也比其它并列机组大得多，则说明该励磁装置的调差率整定不合理。
　　处理措施：此时应检查这台发电机是正调差还是负调差，方法如下：先将调差波段开关放置0档，发电机并网后，带上一定的无功负荷（约为额定值的1/4~1/2,少带有功），再将波段开关指到1档或2档，若此时发现发电机所带无功负荷下降，则为正调差，反之为负调差。对于并联在机压母线上的机组，应使用正调差，否则不仅无功变化频繁、变化幅度大，还给机组安全运行带来威胁，如若检验出是负调差，应立即停机更改调差电流互感器极性；若检验出为正调差，并伴有上述情况出现，应增大这台发电机的调差系数，使并列运行机组的无功分配较为合理。
2.3单相可控硅击穿
　　故障现象：发电机励磁系统主回路如图2所示。若发电机励磁装置工作正常，三相半控桥输出的励磁电压波形如图3所示。假设某相可控硅击穿，根据励磁装置的负反馈控制原理，应尽量维持励磁电流不变，使发电机机端电压和无功恒定。而此时由于故障相可控硅全开通，即使控制角α=180°，故障整流桥输出最小，励磁电压仍然维持较高。这样故障相可控硅一直导通，使α=180°时调节器对励磁电流失去控制，励磁电压波形如图4所示，励磁电流将大大超过额定励磁电流，并造成整流桥交流侧三相电流严重不对称，且产生较大直流分量，进而使励磁变压器激磁电流剧增，铁芯严重饱和，威胁到高压绕组的绝缘，烧毁设备；对发电机本身而言，三相半控桥一相可控硅击穿将导致发电机强励，发电机励磁电流、机端电压、无功电流都将异常增大。如果某相可控硅击穿时快速熔断器迅速熔断，使故障可控硅退出工作，调节器恢复对励磁电流的控制，由于调节器的自动调节作用，此时控制信号比原来的有所下降，即自动增大正常工作的两相可控硅开放角，使发电机励磁电流尽量维持原来数值（实际仍有所下降）,此时也引起整流变压器副边三相不平衡,其中一相过载,这时可降低发电机所带的无功负载。
　　处理措施：为减少上述故障的出现，对于整流桥应选用较好的可控硅器件，并装设阻容吸收装置以限制过电压；对于功率输出电路，可控硅元件和硅二极管均用快速熔断器作为短路保护，保证击穿时快速熔断器迅速熔断使故障元件退出工作，并装设熔断器完好性监视回路以便监测；对于励磁变压器和整流桥的选择应留有足够的裕度，确保在不对称运行时不烧毁设备。

2.4冷却风机故障
　　用于加强硅整流元件散热的冷却风机因故障停转时，应立即打开后门，临时用风扇对硅元件吹风，以增加其自然冷却效果；同时减少负载，在散热器表面温度不超过80°的情况下可继续运行，但必须尽快更换风机。为避免冷却风机三相电源保险一相熔断继续运行造成电动机烧毁，应装设风机断相保护，以便在断相时切断风机三相电源并发出信号。


3结束语
　　励磁装置是保证发电机和电力系统正常稳定运行的重要设备，为减少其故障机率，工作环境必须是干燥无腐蚀性气体的场所；投入运行后，必须定期检修，将插件逐个拔出，清理里面灰尘；停机一段时间或大修后，必须对励磁装置进行开环试验，以确保运行安全。整流桥应选用较好的可控硅器件，如发生击穿，快速熔断器应迅速熔断，使故障可控硅及时退出励磁回路。此外，保证整流三相电源相序正常也是保证励磁装置正常工作的重要前提条件。为防备相位错乱、误操作、失控等引起的励磁装置的异常运行，还应对该装置设置一些必要的如过电压、过励、失磁等保护。
.电压互感器一、二次侧熔丝熔断一相线电压表指示不变？
a） 当6kVPT高压保险熔断一相时,绝缘监查表指示一相降低,两相正常,PT断线信号和接地信号光字牌亮。 b）当6kVPT高压保险熔断两相时,绝缘监查表指示两相降低,一相正常,接地信号光字牌亮。 c）当6kVPT高压保险熔断三相(或失去电源)时,6kV电压和绝缘监查表均指示为零,工作厂变掉闸,备用厂变自投。 d）当6kV母线PT低压保险熔断一相时,绝缘监查表一相指示降低,其它两相正常,PT回路断线信号光字牌亮。 e）当6kVPT低压保险熔断两相时,绝缘检查表指示两相偏低,一相正常、PT回路断线信号光字牌亮。
b）
关于发电机出口电压互感器的分析
发电机出口电压互感器是将高电压按比例转换成较低的电压后，用于测量仪表和继电保护的一种电气设备。电压互感器的准确度有四级：0.2、0.5、1和3。一般发电厂的测量和保护常用0.5级和1级。电压互感器一次保险的保护范围是：电压互感器内部故障，或在电压互感器与电网连接线的短路故障。电压互感器的二次保险的保护范围是：电压互感器二次保险以下回路的短路所引起的持续短路故障。
我厂的发电机出口电压互感器有三个，在这里我们主要分析用于测量用途的电压互感器（1PT）。我厂最近#4、#6号机相继出现了发电机出口互感器一次保险熔断的故障，对正常的运行造成了很大的影响，严重威胁到了机组的安全稳定运行，#6号机一次保险的熔断使监盘时都无法正常的监视发电机的有功、无功等重要参数。下面就对发电机出口电压互感器一次保险熔断及其他的一些故障、注意事项进行具体分析。
发电机出口电压互感器断线的情况。当发生发电机住口电压互感器断线情况时的现象：警铃响，“发电机PT回路断线”光字牌亮。发电机电压表指示降低或为零，发电机有功、无功功率表及高厂变有功功率表指示异常，发电机定子电流、转子电压正常。AVR装置工作正常。发生上述故障时，值班人员应进行如下处理：
（1）.不允许调整发电机有功和无功，应由汽机监视主汽流量来监视运行；
（2）.若低压侧保险熔断，应判别相别后立即更换。若再次熔断，则不应再更换，待查明原因后处理；
（3）.若为高压侧保险熔断应立即汇报上级研究处理，在保证人身设备安全和防止保护误动作的情况下，更换一次侧保险。
我厂发电机出口测量电压互感器（1PT）的二次侧接有很多的测量表记：
（1）.发电机定子电压表；
（2）.发电机有功表、无功表；
（3）.发电机绝缘监察表；
（4）.发电机频率表；
（5）.发电机有功电能表、无功电能表；
另外，发电机二次侧三相绕组接成开口三角形也是为了获得零序电压。供反应机端零序电压的发电机定子接地保护所需的二次电压，同时根据该零序电压测量发电机的对地绝缘情况。另外，也为了反应发电机固有三次谐波分量而构成的100%定子接地保护提供一个动作量。
在正常的巡检时，应对发电机出口电压互感器做详细检查，当发现下列情况时，应立即停用该电压互感器：
（1）.高压保险连续熔断两次。（可能的原因是：系统发生单相间歇性电弧接地；系统出现铁磁共振；电压互感器本身故障；二次侧发生短路或过负荷但二次保险未熔断）；
（2）.电压互感器发热严重，有焦味或冒烟；
（3）. 电压互感器内部有劈啪声或其他噪音；
（4）.线圈与外壳之间或引线与外壳之间有火花放电。
当电压互感器发生一相高压侧保险熔断时，运行人员容易和发电机单相接地的现象混淆。两者的主要区别：（以C相故障为例）
故障性质　　

相别　　

A　　
B　　
C　　
AB　　
BC　　
AC　　
C相金属性接地　　
线电压　　
线电压　　
零　　
正常　　
正常　　
正常　　
C相高压侧保险熔断　　
相电压　　
相电压　　
接近于零　　
正常　　
降低　　
降低　　
另外，还可以通过对电压表、有功、无功功率表的变化分析来进一步加以区别。
虽然电压互感器常见的故障不多，但是一旦发生就严重威胁到了机组的安全稳定运行，因此，大家对它也要加以重视，才能确保安全运行。