三相五柱式电压互感器的工作分析

[摘 要] 系统分析三相五柱式电压感器二次工作绕组、辅助绕组的工作特性，以便对三相五柱式电压互感器进行更好地维护。

[关键词] 三相五柱式电压感器 工作绕组 辅助绕组

电压互感器是将电力系统的一次电压按一定变比缩小为要求的二次电压，向测量表计和继电器供电，其工作原理与变压器基本相同。电压互感器通常有单相、三相三柱式、三相五柱式电压互感器等几种，由于使用方法不同，各有优、缺点。三相五柱式电压互感器，是磁系统具有五个磁柱的三相三绕组电压互感器，广泛采用于大中型企业，具有低电压、过电压保护、低电压启动等各种保护功能；备自投等所有电压继电器电压值均来自电压互感器二次。

1 三相五柱式电压互感器的接地方式

电压互感器二次绕组接地方式与保护、测量表计及同步电压回路有关，有b相接地和中性点接地两种方式，其接线方式见图1、2。

图1 电压互感器二次通过b相及JB接地原理图

图2 电压互感器二次不接地原理图

1.1 电压互感器二次绕组两种接地方式的比较

1.1.1 在同步回路中在b相接地系统中，对中性点非直接接地系统，单相接地时，中性点位移，不能用相电压同步，必须用线电压同步。如同步点两侧均为b相接地，其中一相公用，同步开关档数减少(如采用综保，则接线更为简单)，同步接线简单。对中性点直接接地系统，可用辅助二次绕组的相电压同步。

1.1.2 在保护回路中

在b相接地系统中，①在零线上串接的隔离开关辅助触点G，如不可靠而断开时，会使10kV以上电压距离保护断线闭锁装置失去作用，这时若再发生一相或两相断线，将导致保护误动作。②因为辅助

绕组的一端与b相接地点相连，由于基本二次侧绕组上有负荷电流流过，在电缆芯出上产生电压降，使正常开口三角形有电压3U0，对零序方向元件不利。若单独从接地点引接零序方向继电器回路，则接线

较为复杂。

在中性点接地系统中，由于中性点无任何断开触点，可靠性高。因中性点没有电流通过，无电压降，对保护无影响。

1.1.3 在测量表计回路中

在b相接地系统中，①因大多数表计均接线电压，其中b相接地公用，引线方便。②对只需接线电压的回路，可用V-V接线电压互感器。

在中性点接地系统中，表计均需三相分别接入，引线较为复杂。

1.1.4 在电压互感器二次接线上

在b相接地系统中，①中性点需装设击穿保险器，增加了部件，正常时如击穿保险器击穿接地，将使b相绕组短路。②当A、C两相中任一相发生接地时，即构成二次绕组两相短路，两相熔断器熔断。

在中性点接地系统中，无b相接地的相应问题，接线较简单。

据上分析，对于中性点非直接接地系统，因一般不装设距离和零序方向保护，b相接地对保护影响极小，而对同步回路有利，故电压互感器二次侧采用b相接地方式较为理想。而对于中性点直接接地系统，保护要求严格，中性点接地有利于提高保护的可靠性，同步回路可用辅助绕组的相电压，故电压互感器二次绕组采用中性点接地方式较为优越[1]。

1.2 接地原因

1.2.1 电压互感器二次侧须接地的原因

在运行中，电压互感器的一次侧线圈处在高压系统之中，而其二次侧线圈则为一固定的低电压(如电压互感器一次线圈电压为10KV时，则其二次侧固定为100 V)。二次侧线圈所接入的各种仪表和继电器的绝缘等级低，并且经常与人员接触，如果电压互感器的一、二次线圈之间的绝缘被击穿，一次侧的高压将直接加到二次侧线圈上，极易危及人身和设备安全。故为了提高安全性，电压互感器二次侧必须接地。

1.2.2 JB接地

图1中，当电压互感器通过b相接地时，其中性点处还需要通过JB接地的原因分析如下。

由于电压互感器二次侧通过b相接地，其只是为各种表计和继电器提供所需电压，不能保证当一次电压串入二次回路时的安全，所以其二次侧线圈的中性点也必须接地。但是，其中性点如果直接接地，b相线圈将通过大地短接，这样会烧坏线圈，这是不允许的。所以电压互感器二次侧中性点通过一个JB(放电间隙)接地。正常运行时JB不导通；当有高压进入二次侧时，JB击穿使电压互感器二次通过中性点接地，达到保护人身和设备安全的目的。(因b相接地点在保险之后，故即使b相和中性点形成接地短路，也只会使保险熔断，不会烧坏线圈)。

2 电压互感器二次侧保险的工作原理

2.1 二次侧无保险工作分析

①在图1中，如果JB在工作状态下因其它原因击穿，则电压互感器b相绕组将被短接，b相绕组将被烧坏。

②当A、C两相任一相有过载时，将造成电压互感器绕组烧坏。当A、B、C三相绕组内部有故障时，将引起保护误动作。

③在图2中，当电压互感器二次侧A、B、C三相中的任一相出口处有接地发生时，均会造成电压互感器绕组短路运行而烧坏。

④当电压互感器二次侧A、B、C三相中的任一相发生过载时，也有可能烧坏绕组，引起保护误动作。

在上述工作状态下，电压互感器二次侧A、B、C三相出口处，都需加装二次侧保险。

2.2 不加保险(熔断器)的情况

①在二次侧开口三角的出线上一般不装熔断器。因为在正常运行时开口端无电压，无法监视熔断器的接触情况。一旦熔断器接触不良，则系统接地时不能发出接地信号。但是，供零序过电压保护用的开口三角出线例外。

②中性线上不装熔断器，目的是因为一旦保险丝熔断或接触不良，就会使绝缘监察电压表失去指示故障的作用。

③接自动电压调整器的电压互感器二次侧不装熔断器，目的是为了防止熔断器接触不良或熔丝熔断时电压互感器误动作。

3 三相五柱式电压互感器工作绕组的工作状态分析

3.1 正常时工作绕组的工作状态

如图3所示，由于三相五柱式电压互感器为配合计量及保护装置，其二次线电压为恒定的100V。为配合绝缘监察，其二次侧对地电压为100／ V；100V／ V、0V。所以根据图3可得出，Ua、Ub、Uc三相相电压为Ua=l00／ V=Ub=Uc,线电压为Uab=Uac=Ucb=100 V。正常运行时，Ua0=Ub0=Uc0电压表指示相电压(10kV系统为5.8kV)。

图3 正常工作时电压互感器二次接线原理图

3.2 故障时工作绕组的工作状态

①当系统发生单相金属性接地时(如A相)，则该相对地电压为O，即电压瓦感器的A相一次线圈对地无电压。接在二次和接地相对应的绝缘监察电压表Ua=0，而其它两相Ub、Uc的电压升高到 倍，即上升到线电压(10KV系统为10KV)。此时工作线圈二次侧对地电压为Ua=0、Ub=0、Uc=100V。

②当A相经电弧或高电阻接地时，则Ua电压指示低于相电压，但未达到0。Uc、Ub指示高于相电压，但未达到线电压(当b相接地时，Ub=O)。

4 辅助绕组的工作状态分析

辅助绕组，即开口三角形。在系统正常运行时，由于系统三相电压UA、UB、UC是对称的，互感器二次线圈中的三个电压Ua、Ub、Uc也对称。故反应在开口三角两端的零序电压为Ua+Ub+Uc=0，所以开口三角两端的电压为零。

当系统发生单相接地故障时，如C相接地(见图4)，显然C相对地电压Uc，加上中性点对C相端头电压-Uc，即UAd=UA+(-Uc)。同理，B

图4 系统发生单相接地时开口三角形绕组电压向量图

相对地电压UBd=UB+(-Uc)，由于C相接地，电压互感器一次侧的C相线圈上无电压。则UAd和UBd就是互感器一次侧A相和B相的电压。从向量图中看出，加在互感器一次侧的三相电压出现了零序电压，即UAd+UBd=3U0。此时UAd和UBd的大小都是相电压的 倍，即数值上等于线电压，其合成电压即为3倍的零序电压。故在开口三角两端也

同时出现了3倍的零序电压。在开口三角两端接上绝缘监察继电器，一旦系统有单相接地发生，此绝缘监察继电器即报灯光、音响信号，告诉值班人员处理(一般此继电器整定值为l5V或18V)。