电压互感器二次回路运维常见问题分析及改进

在继电保护回路中，电压互感器（PT）的作用是按照变比，将系统的一次电压降低为额定相间100 V的二次电压，提供给继电保护等装置使用，作为一次系统电压状态的判据。电压互感器二次电压回路原理虽然简单，但因其接线比较复杂，基本覆盖变电站的全部二次设备，故在现场运维时必须保证电压二次回路的正确。 
　　1 电压互感器原理简述 
　　所谓电容式电压互感器（Capacitor Voltage Transformers）就是由电容分压器和电磁单元组成的电压互感器，其设计和相互连接使电磁单元的二次电压与加到电容分压器上的一次电压成正比且相角差接近于零。 
　　2 电压互感器二次回路的常见问题 
　　2.1 电压互感器二次电压并列回路 
　　当双母线接线变电站内单台母线电压互感器检修时，为保证站内相关保护、测量、计量等二次设备不至失去二次交流电压，设置了电压并列回路，采用母联开关及刀闸位置常开接点来启动并列继电器，使检修段母线二次电压与运行段母线二次电压并列运行。 
　　关于电压并列继电器的选择，在早期的变电站设计中，为防止电压并列回路失电，造成整段母线电压回路断线，采用了带自保持功能的双位置继电器。使用此种方案，优点在于可确保两段母线并列运行时，电压并列回路能可靠动作并保持。缺点在于当两段母线分列运行后，如返回接点出现问题，电压并列继电器不能可靠返回，造成两段母线的电压互感器二次绕组误并列，且此时除电压并列的信号的提示性信号外，无其他告警信号提醒值班人员，容易造成电压互感器二次反送电，造成较大安全隐患。同时，当母线设置有失灵保护时，在此种情况下，也将导致失灵保护装置电压闭锁元件不开放，可能引起失灵保护拒动。 
　　而使用单位置的电压并列继电器，在直流掉电时，电压互感器检修侧母线的二次电压会缺失，但该段母线上装置不会因为母线电压消失造成保护误动，且相关保护及安自装置都会发出报警信号，提醒运行值班员及时处理。与使用双位置的电压继电器可导致反送电及失灵保护拒动相比，运行风险较小。因此，在现场应用中，电压并列回路不采用带自保持继电器的方案应更合理。 
　　2.2 电压互感器二次电压接线 
　　电压互感器二次电压回路接线比较复杂，基本覆盖变电站的全部二次设备，二次电压回路误接线的案例也时有发生。如某110 kV变电站35 kV母线侧线路上发生A相接地故障后，调取站内故障录波器录波文件分析，发现站内35 kV母线电压在故障时A相电压有效值为100 V，B、C相电压采样值为52 V左右，与A相接地故障时母线电压故障量相差甚远。在排除录波装置本身存在采样错误的情况下，查找其母线二次电压接线，发现在故障录波装置端子排处，开口电压L630与N600电缆线芯掉反，实际将L630接在录波装置N600处，造成录波装置录波不正确。 
　　绘制相量图进行分析，如图1所示，35 kV不接地系统中，发生A相接地时，B、C相电压升高倍。当故障录波屏处将L630接入N600位置后，相当于接地点由A相变为L630处，故此时B、C相电压发生变化，根据余弦定理，可求出此时B、C相电压为51.7 V，解释了当时录波波形异常的现象。 
　　在现场，为防止此类现象，在进行电压互感器及其二次回路验收时，须确保母线开口三角电压回路接线完好。现场验收时应采用一次加压方法，在互感器A、B、C三相先分别加入试验电压，验证互感器A、B、C各相二次电压接线正确，再在A、B、C并联加入同相位的试验电压，测试其二次回路末端的A、B、C相及L630对N600的电压值，防止出现接线错误导致故障时电压测量错误。 
　　2.3 电压互感器二次电压断线造成备自投装置误动 
　　备用电源自动投入装置，可以实现主供电源发生故障，导致电网失压时，将备用电源自动投入，保证供电的可靠性。变电站作为输送电能的重要环节，担负着电力输送枢纽站的重要作用，各个电压等级的变电站相互连接，形成一个复杂的环网，现在很多变电站都在采用此技术措施。 
　　目前大多数备自投装置的启动条件，一般取任一运行母线满足三相电压小于无压定值Uwy且主供单元满足无流定值作为判据。但在现场应用中，时而出现备投因母线电压断线而误动的案例，如1DL、2DL合位时，3DL母联分位的备自投方式下，若II母轻载运行，2DL负荷电流I2满足无流判据，此时如工作人员误碰导致II母母线电压断线消失，将导致备自投装置误动作跳2DL、合3DL。 
　　由此，当主供单元轻载时，备自投装置容易因电压回路断线而误动作。为此，可在备自投装置启动条件中加入“上级切负荷闭锁备自投”条件，使备自投装置能在上一级稳控执行站采取切负荷措施后或误碰导致母线电压消失的情况下，闭锁自投功能。该判据可通过控制字整定是否投入。当投入“上级切负荷闭锁备自投”功能控制字后，满足下列条件之一时装置方可启动： 
　　①装置检测到主供单元的开关位置与KKJ合后位置信号不对应。 
　　②任一非检修母线电压满足重合闸波形。波形判别条件如下：母线电压应满足“有压→无压→有压”的过程，即母线三相电压均低于无压值超过20 ms后，在装置启动延时Tq内，满足任一母线的任一相电压高于0.5Un超过40 ms。 
　　③至少40 ms内满足任一非检修母线的负序电压大于“故障下母线负序电压门槛值U2”（TV断线的母线不参与判别）。 
　　④至少40 ms内满足任一非检修母线的零序电压大于“故障下母线零序电压门槛值U0”（TV断线的母线不参与判别）。 
　　3 结 语 
　　电压互感器及其二次回路基本覆盖了变电站内各保护测控及安自装置等二次设备，也是各二次设备正常运行、正确动作的必要条件。本文从电压互感器及其二次回路运维角度出发，分析了几个常见问题并提出了改进措施，以处理电压回路的隐患，降低运行风险，保证设备安全稳定运行。