“S注入法”與電壓互感器的特殊接線方式

基于“S注入法”的選線定位保護新原理的TY系列選線定位保護已大量運行于國內(nèi)電力系統(tǒng)。“S注入法”需通過電壓互感器向故障系統(tǒng)注入檢測信號，而為了消諧等目的，電壓互感器有多種特殊的接線方式。本文對這些特殊的接線方式進行了分析，論證說明了這些特殊接線方式既能夠滿足消諧的需要，又可以適合于“S注入法”選線定位。
??? 關鍵詞：小電流接地系統(tǒng)；S注入法；電壓互感器；接線方式

A S's Signal Injection Method and Connection Mode of Voltage Transformer

WAN Hui, HU Ke, SANG Zai-zhong

School of Electrical Engineering , Shandong University, Shandong Province, 250061.

??? Abstact: A series of TY protections based on the S's signal injection method have been widely applied for fault line selection and fault point location in power system in China. Several special connection modes of voltage transformer are needed to eliminate harmonic components because the diagnostic signal is injected through voltage transformer. The special connection modes are analyzed in the paper. And they not only meet the need of eliminating harmonic components but also adapt to fault line selection and fault point location by the S's signal injection method.
??? Keywords: Power System with Floating Neutral Point ; the S's Signal Injection Method ;Voltage Transformer; Connection Mode

0 引言
??? 在小電流接地系統(tǒng)中，單相接地故障的選線定位和消除系統(tǒng)的鐵磁諧振，都是備受關注的研究課題。“S注入法”的選線定位原理，成功地解決了選線定位問題，根據(jù)該原理研制出的TY系列選線保護已大量運行于國內(nèi)電力系統(tǒng)，取得了較好的應用效果。電網(wǎng)的鐵磁諧振，主要是由電壓互感器的勵磁電抗與系統(tǒng)分布電容間發(fā)生諧振引起的，通過對電壓互感器特殊接線，改變其勵磁電抗的大小，有望能解決鐵磁諧振問題。但特殊接線可能會對“S注入法”向系統(tǒng)注入信號產(chǎn)生影響。
??? 本文在簡要介紹“S注入法”選線定位原理的基礎上，對電壓互感器的特殊接線方式進行了分析，論證說明了這些特殊接線方式既能夠滿足消諧的需要，又可以適合于“S注入法”選線定位。

1 “S注入法”原理
??? “S注入法”是1993年曾提出的一種用于小電流接地系統(tǒng)單相接地選線定位新原理。選線原理[1]如下：
??? “S注入法”是利用單相接地故障時原邊被短接，暫時處于不工作狀態(tài)的接地相PT人為向系統(tǒng)注入一個特殊信號電流，用尋跡原理即通過檢測、跟蹤該信號電流的通路來實現(xiàn)接地故障選線定位。注入信號電流的基波頻率f0位于工頻n次諧波與n+1次諧波之間(n為正整數(shù))。原理示意圖如圖1所示。

??? 正常運行時，UAN=UBN=UCN=57.7V，ULN=0V，主機不輸出信號電流。當發(fā)生單相接地故障時(以A相接地為例)，UAN=0V，UBN=UCN=ULN=100V。主機根據(jù)PT二次電壓的變化，自動判斷為A相接地，并向AN輸出信號電流，如圖1中虛線⑴所示。此信號電流必然感應到PT原邊，其通路如圖1虛線(2)所示，此電流沿接地線路接地相流動并經(jīng)接地點入地。可見，只有故障線路的故障相才有此信號電流。因此，用尋跡原理可判斷出接地故障線路及接地點位置。

2 “S注入法”與電壓互感器接線分析
??? TY系列選線保護在運用實踐中，常常遇到電壓互感器的特殊接線方式，加零序PT就是最常見的一種，其接線如圖2所示。

??? 該接線中，將PT二次側(cè)的開口三角直接短接，形成3n次諧波通路，并使A、B、C三相互感器零序阻抗為零。所加零序PT的變比為線路接于三相PT二次中性點為N端子之間，線圈接三相PT二次中性點為L端子之間，三繞組的同名端如圖2所示。正常運行時，只有正序電壓，零序電壓互感器T0三線圈電壓為零。當發(fā)生單相接地時{以A相為例}，UAN=0,UBN=UBA ,UCN=UCA ,用對稱分量法對三相電壓進行分解，其向量圖如圖3所示。

??? 由圖3可知，單相接地后的電壓只包括正序分量，UA1，UB1，UC1和零序分量UA0、UB0、UC0，而且正序電壓和零序電壓大小相等。正序電壓和零序電壓在PT一次側(cè)的分布如圖2所示：由于PT一次側(cè)零序阻抗為零，所以零序電壓UA0=UB0=UC0=U0，存在于零序PT一次側(cè)，而正序電壓UA1，UB1，UC1分別存在于A、B、C三相PT的一次線圈上。也就是說，由于三相PT開口三角接線改為三角形接線，使三相PT零序阻抗為零使得三相PT與零序PT進行了明確的分工——三相PT對正序電壓進行變換，零序PT對零序電壓進行變換。PT一次明確后，不難求得PT二次電壓如圖4所示，圖4(a)為 相電壓分析圖，又圖可見，當A相接地時，PT二次UaN=0,UbN=100V, UCN=100V;圖4(b)為零序電壓分析圖，由圖可見，ULN=57.8+33.3=91.1V。

??? 由以上分析可知，加裝零序PT電壓互感器接線(圖2)與普通的電壓互感器接線(圖1)有如下異同：
??? (1) 兩種接線在系統(tǒng)正常運行情況下和單相接地情況下，可以得到同樣的相電壓效果；?
??? (2) 在單相接地情況下，前一種接線二次零序電壓為3U0=91V，而后一種接線電壓3U0=100V；
??? (3) 前一種接線一次側(cè)零序勵磁阻抗為后一種接線的三倍，所以改為前一種接線可以有效地避開與母線對地分布電容的諧振；
??? (4) “S注入法”應用與兩種接線方式具有同樣的效果。

3? 三相三柱電壓互感器的妙用
??? 最近，由江西互感器廠生產(chǎn)的由三相三柱式電壓互感器與單相式零序電壓互感器組合，如圖5所示，構成了具有消諧功能的電壓互感器組，主互感器的變比為?，零序電壓互感器變比為由于三相三柱式電壓互感器鐵芯零序磁阻為∞，所以三相互感器零序阻抗為零，不再需要三柱零序線圈短接。具體接線如圖6所示。

??? 可見，該新型PT用于TY系列選線保護時，既省去了外加零序PT，又使接線簡單，還具有消諧功能，兩者配合默契。

4? 結(jié)論
??? “S注入法”選線原理因為通過PT法注入信號電流，所以必須涉及各種電壓互感器接線。上面分析的兩種電壓互感器接線方式，除具有絕緣監(jiān)察，適合“S注入法”功能外，還具有消諧功能。