电压互感器故障对继电保护的影响
摘要：电压互感器二次回路经常发生的故障包括：熔断器熔断，隔离开关辅助接点接触不良，二次接线松动等。故障的结果是使继电保护装置的电压降低或消失，对于反映电压降低的保护继电器和反映电压、电流相位关系的保护装置，譬如方向保护、阻抗继电器等可能会造成误动和拒动。本文对电压互感器典型的二次回路及其等效电路进行了研究，说明了电压互感器发生二次回路断线、多点接地、阻抗过大等故障时对继电保护产生的影响，并指出了进一步的研究方向。
关键词：二次回路；继电保护；举措
Abstract: The secondary circuit voltage transformer is often the fault occurred including: fuse fusing, isolating switch auxiliary contacts contact undesirable, secondary wiring loose, etc. Failure is the result of the relay protection device to the voltage reduction or disappear, to reflect the reduced voltage protection relay and reflected voltage, current phase relationship protection device, such as direction protection, impedance relay etc may cause the misoperation and refused to move. In this paper, the voltage transformer typical secondary circuits and the equivalent circuit research, that the voltage transformer occur secondary circuits disconnection, multipoint grounding, impedance too faults on the impact of the relay protection, and points out that the further research direction.
Key words: the secondary circuit;relay protection; measures
电压互感器通过电压变换，将电力设备的高电压转变为继电保护、计量、测量等二次
设备可以承受的低电压，对二次设备起到标准化的作用，并能有效地对一次和二次回路进行隔离。电压互感器二次回路发生故障会导致测量失误和计量误差，从而影响运行以及计量的准确性；对于继电保护而言可能导致保护的误动和拒动，影响到电力系统的安全稳定运行。因此，相比其对计量和测量的影响，TV 二次回路故障对于继电保护的影响更加具有研究价值。1 TV 二次回路及其等效电路对于TV二次回路，按照反事故措施规定，只允许在控制室内有一点接地。为了保证接地的可靠性，要求各 TV 的中性线不得接入可断开的开关或者熔断器等。在 N 线中还会布置放电间隙或者氧化锌阀片接地，其目的是为了保护二次绕组免受雷电波、过电压的冲击。典型的 TV 二次接线如图 1 所示。
图1 典型的TV二次接线
图 1 展示了典型的 TV 二次接线方式。对于采用自产 3U0的保护装置，如继保RCS900 系列保护，可不接入 L630，或根据需要接入。对于数字化变电站，二次回路不再采用电缆进行连接，而是采用光缆，因此不在本文的研究范围。需要指出的是，数字化变电站同样存在二次回路断线（实际为光缆断开，故无法传递信号）的问题，但与本文研究的内容并不相同。TV 二次回路等效电路如图 2 所示。
图2 TV二次回路等效电路图
图2 中 UA处为TV 二次绕组，等效为受一次电压控制的电压源；Z1为二次回路等效阻抗，ZL为TV 的负荷等效阻抗，在本文中即为继电保护的等效阻抗；ΔUAB即回路电压降，UB为继电保护上的压降。由图 2 可知，继电保护获得的实际电压UB并非 TV 传变出的电压 UA，为了使二者尽量接近，就需要尽可能降低 Z1，然而由于多种原因，事实上 Z1可能较大甚至趋近于无穷大，这就会导致继电保护获得的电压严重偏离 UA。此外，由于 TV 特性的要求，ZL+Z1应保证具有较高的阻抗，否则将导致UA无法正确反映一次
侧电压值。2 TV 二次回路常见故障根据 TV 二次回路的实际接线和等效电路图，现结合现场实际故障分析如下。
2.1 TV 二次回路断线
TV 的二次回路断线是指在TV 至继电保护的回路发生开路，具体可以划分为对称断线与不对称断线。对称断线即三相断线，是发生二次断线时常见的情况，往往是由于外力破坏等原因造成。二次侧不对称断线即一相或两相断线，可能原因是电缆质量有问题或遭破坏、二次回路接线时连接不良等。
2.1.1 三相断线
三相断线是指 A、B、C 三相均发生断线，其结果就是继电保护无法获得任何一相电压，对于保护而言这与TV 一次发生三相断线以及被保护设备不带电状况相同。
2.1.2 不对称断线
（1） 图 3 为 TV 二次 A 相断线电压向量图（虚线代表实际电压，实线代表测量电压，下同），由于仅 A 相断线，故 A 相测得电压UA′为 0，而 L 线并不受影响，因此 UL′与正常时相同，仍为较小值。
图3 二次A相断线电压线量图
（2）不对称断线还包括两相断线，两相断线时仅有一个健全相存在电压，UL′仍为正常值。
（3）L 相断线时 UL′为 0，但由于正常运行时 UL同样近乎为 0，所以不易被发现。只有当一次系统发生接地故障时，零序电流不再为 0，而 UL′仍为 0，L 相断线才能被发现。
2.2 TV 二次回路多点接地
如果因为某种原因（一般是绝缘破坏）导致 TV 二次回路中出现其他的接地点，就会发生二次回路多点接地的情况。如图 4 所示，两相接地造成了中性点发生偏移，三相电压均发生了变化，并出现零序电流。由于中性线阻抗表现为阻性，所以零序电流的方向与中性点发生偏移的方向相反，零序电流大小取决于电压偏移量以及接地两相间的电阻。中性线导致的电压偏移只会影响相电压，而对线电压并无影响。
图4 中性线两相接地时的电压
2.3 TV 二次回路阻抗过大如图2所示，回路阻抗Z1过大将导致继电保护处的UB电压降低，降低的水平取决于回路阻抗Z1与保护阻抗ZL的大小关系。由于回路阻抗不同，三相电压不再平衡，如果同时伴随着N线的阻抗增大，将导致中性线电压的偏移，其可能的电压相量图如图 5所示。
图5 回路阻抗过大电压相量图
3 TV 二次回路故障对继电保护的影响在对 TV 二次回路常见故障类型及其导致的电压变化进行分析后，可知二次回路故障对于继电保护可能造成的影响有以下 3个方面。
3.1 TV 二次回路断线对继电保护的影响
以距离继电器为代表的与电压量相关的保护均会不同程度受到二次回路断线的影响，极易导致继电器的误动作。为了避免误动情况的发生，微机保护普遍采用了 TV 断线检测机制，当发生断线时退出可能发生误动作的功能。对于互感器二次三相断线，一般通过三相无压而有流进行判别。对于单相和两相断线，不同保护装置采用了不同的判据，其中一种常用判据是负序电压大于8 V，这是因为不对称断线时存在负序电压而单相接地故障时负序电压为 0，其他判据还有如三相电压的相量和、某线电压的模值差、自产零序与外接零序对比等。
3.2 TV 二次回路多点接地对继电保护的影响
回路多点接地时中性线电压发生偏移，可能导致相电压的升高或降低，并产生相位变化，从而可能造成接地距离继电器、工频变化量继电器、功率方向继电器误动作。3.3 TV 二次回路阻抗过大对继电保护的影响二次回路阻抗过大会导致保护处得到的电压小于实际电压，考虑到中性线电压偏移的影响，还会导致三相电压的不平衡，产生零序电压。这些都会导致继电保护发生误判，或者造成PT断线而将保护闭锁，从而为保护的正常运行带来了隐患。此外，TV 二次回路阻抗过大还是影响计量的重要因素，必须予以解决。
4 结语
本文通过 TV 二次回路接线和等效电路图，分析了 TV 发生二次回路断线、多点接地、阻抗过大等故障时的电压特点，并研究了其对继电保护产生的影响。综合以上信息可知，TV 二次回路阻抗过大对于继电保护的影响最难被发现，需要进一步进行研究，以寻找有效的解决方法。
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