1、淺談在配電自動化系統(tǒng)設(shè)計中電壓互感器的容量的選擇 廈門興廈控電氣有限公司 徐躍進 擇要 本文從裝于開關(guān)設(shè)備的電壓互感器容量選定的角度，分析電壓互感器的容量對測量精度的影響，分析了可能引起的電壓互感器故障的原因，并提出了解決辦法。關(guān)鍵詞 電壓互感器的精度和容量；計量；PT的過載1. 問題的提出（1）在配電自動化系統(tǒng)設(shè)計中用戶內(nèi)部的電能考核目前節(jié)能減排的要求下日益顯得很重要。用戶反饋內(nèi)部計量考核中分計量之和總小于供電局的計量總表；產(chǎn)生計量不準原因不明。（2）用戶反饋PT柜的電壓互感器經(jīng)常燒毀(特別是保護和事故音響回路均采用交流AC220V操作)2. 分析2.1 造成計量不準的原因是 a.電流互感器

2、的變比、容量、精度。b. 電壓互感器的容量、精度。c.二次回路的電壓損失d.計量表計本身的精度等等。中壓開關(guān)設(shè)備中常用計量柜電流互感器以及電壓互感器的精度均為0.2級，計量柜的互感器專用于供電局計量，僅用于計量表計，因此計量精度可以獲得最大范圍的保證。而常用進出線柜計量采用的電流互感器以及電壓互感器的精度為0.5級。供電局計量的精度儼然已經(jīng)比進出線柜的計量精度高，因此總表計量值肯定會有差異，但應(yīng)在互感器和表計的累計誤差范圍內(nèi)。然而實際的差異值遠不止于精度的誤差。通過對一些10KV高壓配電系統(tǒng)的實際情況分析，來探討影響測量差異的其它原因。下圖分別為進出線柜2CT，2PT 三相三線制計量回路的二次

3、原理圖和一次系統(tǒng)圖（計量表計裝在高壓柜上為例）。圖1 電流測量回路圖2 電壓測量回路圖3 配電系統(tǒng)一次系統(tǒng)圖如北京某熱電廠配電系統(tǒng)（計量表計裝在高壓柜上為例）有進出線柜約17臺,其交流電壓信號均取自PT的100V電壓。系統(tǒng)中，裝長沙威勝電子有限公司的多功能表 DSSD331 3X100V 1.5(6)A(0.5級有功) 交流電壓回路功耗 <=4VA共17只，電能表總的消耗功率17X4VA=68VA ； 裝ABB的微機REX521(交流電壓100V回路)的功耗<=0.5VA共17只，微機交流電壓回路的總功耗17X0.5=8.5VA；對整個系統(tǒng)來說，交流100V電壓的總功耗為68+8.

4、6=76.5VA（未考慮二次導線功耗）。所以按76.5VA的容量來選PT，則應(yīng)該選0.5/100VA熱極限輸出 500VA，才能滿足系統(tǒng)有0.5級的測量精度，電能測量才準確。若PT錯選0.5/30VA，熱極限輸出 150VA，首先表計負載容量已遠遠超過30VA，測量精度肯定有較大偏差；其次PT長期過載，就如小馬拉大車，很容易燒毀。而每一臺柜的電流回路CT如LZZBJ9-12/150B/2S的0.5級的容量是10VA；裝在本柜電流回路的精度和容量是能夠保證的；若計量表計集中組屏（與高壓柜的距離）也要考慮CT的容量的選則。再比如，廈門嵩嶼碼頭配電系統(tǒng)有進出線柜20臺，裝有20只上海金陵的機械表 D

5、S862-2 3X100V 3(6)A 功耗<8VA，電能表總的消耗功率20X8=160VA；另有20只施耐德的微機Sepam 20，因無交流電壓100V輸入，所以微機交流100V電壓的功耗不再考慮；對整個系統(tǒng)來說交流100V電壓的總功耗為160VA（未考慮二次導線功耗）。若3PT接法選用JDZX10-10 0.5/30VA 熱極限150VA 的PT，則會因超過極限容量而過熱燒壞。因此只能選JDZX9-10 1.0/180VA熱極限400VA的電壓互感器；這樣才能保證一定的測量精度，同時保護了PT不致?lián)p壞。所以在10KV系統(tǒng)的變電站有較多出線的情況可能增加互感器的負載，或因配網(wǎng)自動化需要

6、配套的電力監(jiān)控裝置，或因各種計量表計，或甚至取自PT的交流操作電源等等。當系統(tǒng)中電流回路或電壓回路的負荷超過互感器標示的精度范圍內(nèi)的額定容量時，互感器測量精度會明顯下降；負荷超出額定輸出越大，二次輸出衰減越厲害，進而造成計量值大幅降低，與供電局計量總表形成明顯差距；負荷如果超出或接近熱極限輸出，則長時間運行必然造成電壓互感器過熱，導致電壓互感器爆炸等一系列事故。安全、可靠的供電計量必須對整個配電系統(tǒng)內(nèi)部進行各部分能耗的評估，選擇合適規(guī)格的互感器，既要滿足測量精度也要滿足電壓互感器的容量。2.2 造成PT柜（3PT-Y形接法）的電壓互感器燒毀的原因有三方面(1) 電壓互感器的諧振；(2) 電壓互

7、感器的過載；(3)PT的二次短路。（備注：電壓互感器簡稱PT）（1）PT的鐵磁諧振在中性點不接地系統(tǒng)中，由于高壓電纜和開關(guān)設(shè)備母排存在對地電容，它與中性點接地的PT的高壓繞組形成并聯(lián)。一旦變壓器、電壓互感器、消弧線圈等電磁設(shè)備的高壓繞組受到某種原因擾動，電感飽和程度不一樣，與對地電容形成諧振回路，就有可能激發(fā)產(chǎn)生持續(xù)的鐵磁諧振。鐵磁諧振可以是基波諧振、高頻諧振、分頻諧振。基波諧振通常表現(xiàn)為兩相電壓升高，一相電壓降低，基頻諧振和工頻電壓是同頻率，比較容易從電源獲得能量，所以基頻諧振能產(chǎn)生很大的過電流，有時表現(xiàn)得非常強烈，比較容易造成PT爆炸。高頻諧振其主要危害在于過電壓倍數(shù)較高，往往引起主設(shè)備的

8、絕緣被擊穿或PT爆炸，后果十分嚴重。分頻諧振總是表現(xiàn)為三相電壓同時升高，它的主要危害也是產(chǎn)生過電流，分頻諧振引起的過電流雖沒有基頻諧振過電流大，但也往往超過了PT的熱穩(wěn)定允許電流值，在長期分頻諧振作用下也可能燒毀PT。諧振產(chǎn)生的過電壓的幅值雖然不高，但因過電壓頻率往往遠低于額定頻率，鐵心處于高度飽和狀態(tài)，其表現(xiàn)形式可能是相對地電壓升高，勵磁電流過大，或以低頻擺動，引起絕緣閃絡(luò)、避雷器炸裂、高值零序電壓分量產(chǎn)生、虛幻接地現(xiàn)象出現(xiàn)和不正確的接地指示。嚴重時還可能誘發(fā)保護誤動作或在電壓互感器中出現(xiàn)過電流引起PT柜的PT燒壞。具體表現(xiàn)為本體炸裂、內(nèi)部絕緣物質(zhì)噴出故障，使系統(tǒng)不能正常運行。 鐵磁諧振的常

9、用消除辦法除了選用勵磁特性比較好的PT外，還有：( a ) PT一次的中性點加裝非線性阻尼電阻（見圖4）通過中性點電阻，吸收諧振的能量，因此阻值只要足夠大，可以破壞產(chǎn)生諧振的條件即可消諧，中性點電壓在1kV左右，對PT不會產(chǎn)生絕緣問題，對分頻諧振效果好。該方法在已廣泛采用，生產(chǎn)定型產(chǎn)品的廠家比較多，在實際運用中都取得了滿意的效果。缺點是阻值太大時，開口三角電壓太低，接地保護可能失效；( b )在PT開口三角側(cè)并聯(lián)固定（或可變）阻尼電阻（見圖5）在PT開口三角接入阻尼電阻，用電流抵消鐵芯的零序磁通，電流越大，效果越好。電阻的選擇須遵循以下原則：保證接地指示的靈敏度；能有效消除諧振，系統(tǒng)發(fā)生單相接

10、地時PT不被燒壞。該方法對高頻和基頻諧振效果好。( c )采用4PT接法（見圖6）4PT接法的閉口三角、零序PT的大電阻和大電感可以消除不同性質(zhì)的諧波，零序PT的大電阻可有效防止高壓保險的熔斷，同時解決了中性點絕緣問題，解決了開口三角并聯(lián)電阻阻值不易確定的問題，但成本高，外形尺寸偏大。圖4PT中性點加裝阻尼電阻圖5PT開口三角圖6 4PT接法( d )采用微機消諧微機裝置監(jiān)測PT三相電壓和開口三角電壓，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障，裝置開始對此信號進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理，然后對數(shù)據(jù)進行分析、計算，得出故障類型。如果是鐵磁諧振，系統(tǒng)產(chǎn)即啟動消諧電路，讓鐵磁諧振在阻尼作用下迅速消失。如果是過電壓或單相接地故

11、障，微機系統(tǒng)檢測后，分別給出顯示和報警，。此種方法相對比較簡單，與開口三角方案的優(yōu)缺點相似，不必擔心阻值問題。（2）PT的過載電壓互感器二次負荷偏重，一、二次電流較大，使二次側(cè)負載電流的總和超過額定值，造成PT內(nèi)部繞組發(fā)熱增加，尤其是在電壓高于PT額定電壓(10kV)情況下，PT內(nèi)部發(fā)熱更加嚴重；再者，該系統(tǒng)屬于中性點非有效接地系統(tǒng)，容易發(fā)生鐵磁諧振，諧振導致PT過載， PT更加容易發(fā)生熱膨脹爆裂。 a.以下是PT柜3PT的二次的操作電源AC220V回路b.以下是PT柜內(nèi)的事故音響二次的回路上述高壓系統(tǒng)（1進線計量PT柜1出線）采用真空斷路器為ABB的VD4-12/630-25KA AC220

12、V 合閘脫扣器消耗功率250VA; 分閘脫口器消耗功率250VA;微機保護采用ABB的SPAJ140C AC220V 微機的電源和輸出繼電器模塊動作條件下的消耗功率為6VA，靜止條件下的消耗功率為4VA；當系統(tǒng)出線短路；微機動作；發(fā)出指令跳VD4；同時事故回路電笛報警響；開斷成功系統(tǒng)總消耗功率為 25064+40 =300VA；(在交流AC220V操作系統(tǒng)的事故回路的電源XMa和XMc經(jīng)常被安裝公司的也接線到PT的KMa和KMc A C220V回路;此時事故回路電笛DDJ1 AC220V的消耗功率為40VA ) 其它繼電器和燈的消耗功率暫不計算。若PT柜電壓互感器選0.5/30VA熱極限輸出

13、150VA；PT容量就不夠嚴重過載；發(fā)生熱膨脹爆裂（300VA>150VA）。因此只能選JDZX9-10 1.0級/180VA熱極限400VA的電壓互感器，既滿足要求又可以裝在手車里；或者選如右圖AH3系統(tǒng)方案；采用熔斷器手車和固定安裝在柜體內(nèi)的多種大容量的非標準電壓互感器；如JDZX11-10C 0.5/120VA熱極限800VA的選擇。這種系統(tǒng)方案可以滿足測量精度和容量的要求。（3）PT的二次短路PT二次不允許短路，電壓互感器二次側(cè)線圈匝數(shù)比一次側(cè)線圈匝數(shù)要少，但線徑較大，一旦二次側(cè)短路，勢必在二次側(cè)引起很大的短路電流，短路造成PT單相諧振，造成互感器燒毀。3結(jié)束語從供電安全和維護方便出發(fā)，選擇可靠性高的開關(guān)設(shè)備一直是各生產(chǎn)廠商和用戶的共同的希寄。本文僅從裝于開關(guān)設(shè)備的互感器容量選定的角度，分析互感器的變比、容量對測量精度的影響，分析了