电压互感器的绝缘作用.docx
电压互感器的绝缘作用一、中性点不接地系统一相接地故障在我国电力供电系统中,3kVIOkV的电力网从供电可靠性及故障发生的情况来看，目前均采用中性点不接地方式或经消弧电抗器接地的方式。在中性点不接地的电力供电系统中，中性点的电位随系统三相对地电容的不平衡而改变，通常在架设电力线路时,采取合理的换位措施，从而使各相对地分布电容尽可能相等,这样可以认为三相系统是对称的，系统中性点与大地等电位。为便于分析，我们将系统中每相对地的分布电容可以用一个集中电容C来代替，如图3-22(a)所示。在正常工作状态下，电源的相电流等于负载电流和对地电容电流的相量和，每相对地电容电流大小相等，彼此相位差120。,每相电容相电流超前相电压90。,如图3-22(b)所示。三相对地电容电流的相量和等于零，没有电流在大地中流动。每相对地电压Uu、UV和UW是对称的，在数值上等于电源的相电压。图3-22中性点不接地的三相系统正常工作状态如果线路换位不完善，使各相对地电容不相等时，三相对地电容电流相量和不等于零，系统的中性点与大地的电位不等，产生电位差，使得三相对地电压不对称。当系统发生一相金属性接地故障时，如果当W相发生金属性接地时，它与大地间的电压变为零(UW=O),而其他未接地故障的两相(U相和V相)对地电压各升高到正常情况下的在白倍，即等于电源的线电压值：Uu=3UuUv=3Uv,如图323(a)所示。可以假设在W相发生接地故障时，在接地处产生一个与电压UW大小相等而符号相反的.Uw电压，这样各相对地电压的相量和为Uu=Uu+(-Uw)=Uu-Uw=3UuUv=Uv+(-Uw)=Uv-Uw=3Uv从图323(b)可知，UU与UV之间的相角是60。,由于U相和V相的对地电压都增大到43倍，所以U相和V相的对地电容电流也都增大到43倍，即IOC=43Ico,Ic=43Ico°W相因发生接地，所以本身对地电容被短路，电容电流等于零，接地点的故障电流(图323)可根据节点电流定律写出：IC=-(ICU+Icv)从图323(b)可以看出；ICU超前Uu90。,ICV超前Uv90。,可见，这两个电流之间的相角差也是60%通过相量分析计算可以求得：Ic=3Icu=3Icv又因为：ICU=Y31CO所以：Icv=3Ico由此可知，系统发生金属性接地故障时，接地电容电流是每相正常电容电流的3倍。如果知道系统每相对地电容C,通过欧姆定律可以推出接地电容电流绝对值为Ic=3CUu式中Uu系统的相电压(V);角频率(redS);C相对地电容(F)。上式说明，接地电容电流IC与系统的相电压、角频率和相对地电容成正比关系。接地电容电流IC还可以近似利用下列公式估算：对于l=匹架空网路，有：C350Ic=-对于电缆网路，有：W式中U电网线电庄(kV);1.同一电压系统电网总长度(km)o图323中性点不接地系统,W相一相根地的情形综上所述，在中性点不接地的三相电力供电系统中，发生一相接地故障时，会出现以下情况：（D金属性接地时，接地相对地电压为零，非接地两相对地电压升高到相电压的万倍，即等于线电压,而各相之间电压大小和相位保持不变，可概括为:“一低，两高,三不变（2）虽然发生一相接地后，三相系统的平衡没有破坏（相电压和线电压大小、相位均不变），用电器可以继续运行,但由于未接地，相对地电压升高，在绝缘薄弱系统中有可能发生另外一相接地故障，造成两相短路,使事故扩大。因此，不允许长时间一相接地运行（一般规定不超过2h）o应注意，对于电缆线路一旦发生单相接地,其绝缘一般不可能自行恢复，因此不宜继续运行,应尽快切断故障电缆的电源，避免事故扩大。（3）单相弧光接地具有很大的危险性,因为电弧容易引起两相或三相短路，会造或事故扩大。此外，断续性电弧还能引起系统内过电压，这种内部过电压能达到4倍相电压，其至更高，容易使系统内绝缘薄弱的电气设备志穿，造成较难修复的故障。弧光接地故障的形成与接地故障点通过容性电流的大小有关，为避免弧光接地对电力供电系统造成的危险，当系统接地电流大于5A时，发电机、变压器和高压电动机应考虑装设动作跳闸的接地保护装置。当IokV系统接地电流大于30A时,为避免出现的电弧接地危害，中性点应采用经消弧线圈接地的方式（图324）。消弧电抗器是一个带有可调铁芯的线圈，当发生单相接地故障时，它产生一个与接地电容电流相位差180。的电感电流，来达到补偿作用，通过调整铁芯电感来达到适当地补偿，能使接地故障处的电流变得很小，从而减轻了电弧接地的危害。图3-24中性点经消出线嚼接地接线:(b)fflfim.(4)在单相不完全接地故障时，各相对地电压的变化与接地过渡电阻的大小有关系，具体情况比较复杂。一般情况下，接地时相对地电压降低，但不到零；非接地时两相对地电压升高，但不相等，其中一相电压低于线电压，另一相允许超过线电压Q二、绝缘作用如前所述，在中性点不接地系统中，由于单相接地故障不会破坏三相系统的平衡,相电压和线电压的数值和相位均不变，只是接地相对地电压降低，未接地的两相对地电压升高，系统仍能继续运行。但是这种接地故障必须及早发现和排除，以防止发展成两相短路或其他形式的短路故障。由于在中性点不接地系统中，任何一处发生接地故障都会出现零序电压,可以利用零序电压来产生信号，实现对系统接地故障的监视系统，称为绝缘监察装置。1 .绝缘装置原理接线绝缘电压互感器原理接线图如图3-25所示，它是由一台三相五铁芯、油浸式电压互感器(JSJW-10)或三只单相电压互感器(JDZJ-10)组成，为能进行绝缘监察，电压互感器高压侧中性点应接地。互感器二次侧的基本绕组接成星形,供测量电压及提供信号、操作电源用，辅助绕组连接成开口三角形，在开口三角形两端接有过电压继电器。电压互感器通常安装在变电站电源进线侧或母线上，正常运行情况下，系统三相对地电压对称，没有零序电压,三只相电压表读数基本相同(由于系统三相对地电容不完全平衡及互感器磁路不对称等原因使三只相电压表读数会略有差别)，开口三角形绕组二端没有电压或有一个很小的不平衡电压(通常不超过IOV),当系统某一相发生金属性接地故障时，接地相对地电压为零，而其他两相对地电压升高万倍,此时接在电压互感器二次星形绕组上的三只电压表反映出“一低，两高”。同时，在开口三角处两端出现零序电压，使过电压继电器KV动作，发出接地故障预告信号。当系统发生金属性接地故障时,开口三角形绕组两端出现的零序电压约为100V;如果是非金属性接地故障，则开口三角形绕组两端的零序电压小于100V。在系统发生接地故障时，为保证电压继电器可靠、灵敏地发出信号，通常电压继电器设定电压为26V40V.三3-25绝域监察电偿互感器原理接线图FL螭*h；认一助开关IKV-电RQ电KS信号"电器；R-IHm电照2 .开口三角形两端零序电压相量分析正常运行时，由于电力供电系统三个相电压Uu、Uv.UW是对称的，感应到电压互感器二次绕组中的三个相电压Uu、Uv.UW也是对称的，它们的接线原理和相量图如图3-26所示。开口三角形的三个绕组是首尾串联接线。因此,开口端（aD、xD）的电压是三个相电压的相量和，在正常运行情况下应为零（或有一个很小的不平衡电压），即UAX=UV+Uu+Uw=0,当电力供电系统发生接地故障时（如假定W相接地），从图327（a）中可以看出，电压互感器一次侧W相绕组的首端和尾端均是等电位，因此W相绕组上没有电压，感应到电压互感器二次W相绕组的电压也为零。由于W相接地后,W相与大地等电位，因此，电压互感器一次侧V相绕组两端的电压为UVW,U相绕组两端的电压为UUw,即都等于线电压。显然,感应到电压互感器二次侧相应的U相、V相绕组电压也应该为正常情况下相电压的<3倍。图3-26正常时电压m感器开口：角电氏情况C)接线图；(b)相盘图«3-27单相接纳时电压互感器形电压情况C)搜妓图；(b)一次电Hi相二次缱电低相由图327(b)分析，W相接地时，系统电源中性点对地电位为Uw,各相对地电压为Uwe=Uw+(-Uw)=O,UUe=UU+(-UU)=<3Uu,Uve=Uv÷(-Uw)=3Uv这个结论和前面分析基本相同，即系统发生金属性接地故障时,接地相对地电压为零，其他未接地两相对地电压在数值上为相电压的“3倍,等于线电压。从向量图还可以看出，UUe和UVe的夹角为60。，在这种情况下,加在电压互感器一次侧的三个相电压Ue、Uwe、UVe对称,通过相量计算不难求得,Uue+Uve=3Uo,即合成电压为3倍的零序电压。同理，感应到电压互感器二次侧开口三角形两端的电压Uax=Uu+Uv=3Uo,即此开口三角形两个端头间出现3倍的零序电压。
