电压互感器的绝缘作用.docx

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1、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,3kV IOkV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

2、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IE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也倍，即等于电源的线电压 值：Uu=3Uu Uv

3、=3Uv,如图3-23(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=Y3UuUv=Uv+ (-Uw) =UV-UW=Y3Uv从图3 -23(b)可知，UU与UV之间的相角是60。,由于U相和V相的 对地电压都增大到弋3倍，所以U相和V相的对地电容电流也都增大到 73倍,即IOC=Y3Ico,Ic =Y3Ico 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3-23)可根据节点电流 定律写出：Ic=-(Icu+Icv)从图3.23(b)可以看

4、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 =33CUU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 =乌架空网路，有： 350T对于电缆网路，有： 10

5、式中U电网线电庄(kV);L同一电压系统电网总长度(km) o图3-23中性点不接地系统,W相一相接地的情形综上所述，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：(1)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

6、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

7、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3- 24)o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。(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。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

8、,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

9、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

10、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IOOV;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IoOV。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26V-40V。图3-25绻城监察电限7盛器原理接战图FI 爆断目；SA，助开关I KV-电Rit电K”信号堆电鼎；R-IH加电12 .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

11、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3-27（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也倍。(b)图3-26 正Ir

12、时电压M缪器开LL ：角电压情况 ()接畿图；(b)相量图,图3 - 27单相接地时电压互感器形电压情况(U)按线图；(b)一次电压相量1 (C二次端电板相量，由图3-27(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)=Y3Uu , UVe=UV+(-UW)=Y3Uv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弋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。