“S注入法”与电压互感器的特殊接线方式

基于“S注入法”的选线定位保护新原理的TY系列选线定位保护已大量运行于国内电力系统。“S注入法”需通过电压互感器向故障系统注入检测信号，而为了消谐等目的，电压互感器有多种特殊的接线方式。本文对这些特殊的接线方式进行了分析，论证说明了这些特殊接线方式既能够满足消谐的需要，又可以适合于“S注入法”选线定位。
    关键词：小电流接地系统；S注入法；电压互感器；接线方式

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
    在小电流接地系统中，单相接地故障的选线定位和消除系统的铁磁谐振，都是备受关注的研究课题。“S注入法”的选线定位原理，成功地解决了选线定位问题，根据该原理研制出的TY系列选线保护已大量运行于国内电力系统，取得了较好的应用效果。电网的铁磁谐振，主要是由电压互感器的励磁电抗与系统分布电容间发生谐振引起的，通过对电压互感器特殊接线，改变其励磁电抗的大小，有望能解决铁磁谐振问题。但特殊接线可能会对“S注入法”向系统注入信号产生影响。
    本文在简要介绍“S注入法”选线定位原理的基础上，对电压互感器的特殊接线方式进行了分析，论证说明了这些特殊接线方式既能够满足消谐的需要，又可以适合于“S注入法”选线定位。

1 “S注入法”原理
    “S注入法”是1993年曾提出的一种用于小电流接地系统单相接地选线定位新原理。选线原理[1]如下：
    “S注入法”是利用单相接地故障时原边被短接，暂时处于不工作状态的接地相PT人为向系统注入一个特殊信号电流，用寻迹原理即通过检测、跟踪该信号电流的通路来实现接地故障选线定位。注入信号电流的基波频率f0位于工频n次谐波与n+1次谐波之间(n为正整数)。原理示意图如图1所示。

    正常运行时，UAN=UBN=UCN=57.7V，ULN=0V，主机不输出信号电流。当发生单相接地故障时(以A相接地为例)，UAN=0V，UBN=UCN=ULN=100V。主机根据PT二次电压的变化，自动判断为A相接地，并向AN输出信号电流，如图1中虚线⑴所示。此信号电流必然感应到PT原边，其通路如图1虚线(2)所示，此电流沿接地线路接地相流动并经接地点入地。可见，只有故障线路的故障相才有此信号电流。因此，用寻迹原理可判断出接地故障线路及接地点位置。

2 “S注入法”与电压互感器接线分析
    TY系列选线保护在运用实践中，常常遇到电压互感器的特殊接线方式，加零序PT就是最常见的一种，其接线如图2所示。

    该接线中，将PT二次侧的开口三角直接短接，形成3n次谐波通路，并使A、B、C三相互感器零序阻抗为零。所加零序PT的变比为线路接于三相PT二次中性点为N端子之间，线圈接三相PT二次中性点为L端子之间，三绕组的同名端如图2所示。正常运行时，只有正序电压，零序电压互感器T0三线圈电压为零。当发生单相接地时{以A相为例}，UAN=0,UBN=UBA ,UCN=UCA ,用对称分量法对三相电压进行分解，其向量图如图3所示。

    由图3可知，单相接地后的电压只包括正序分量，UA1，UB1，UC1和零序分量UA0、UB0、UC0，而且正序电压和零序电压大小相等。正序电压和零序电压在PT一次侧的分布如图2所示：由于PT一次侧零序阻抗为零，所以零序电压UA0=UB0=UC0=U0，存在于零序PT一次侧，而正序电压UA1，UB1，UC1分别存在于A、B、C三相PT的一次线圈上。也就是说，由于三相PT开口三角接线改为三角形接线，使三相PT零序阻抗为零使得三相PT与零序PT进行了明确的分工——三相PT对正序电压进行变换，零序PT对零序电压进行变换。PT一次明确后，不难求得PT二次电压如图4所示，图4(a)为 相电压分析图，又图可见，当A相接地时，PT二次UaN=0,UbN=100V, UCN=100V;图4(b)为零序电压分析图，由图可见，ULN=57.8+33.3=91.1V。

    由以上分析可知，加装零序PT电压互感器接线(图2)与普通的电压互感器接线(图1)有如下异同：
    (1) 两种接线在系统正常运行情况下和单相接地情况下，可以得到同样的相电压效果； 
    (2) 在单相接地情况下，前一种接线二次零序电压为3U0=91V，而后一种接线电压3U0=100V；
    (3) 前一种接线一次侧零序励磁阻抗为后一种接线的三倍，所以改为前一种接线可以有效地避开与母线对地分布电容的谐振；
    (4) “S注入法”应用与两种接线方式具有同样的效果。

3  三相三柱电压互感器的妙用
    最近，由江西互感器厂生产的由三相三柱式电压互感器与单相式零序电压互感器组合，如图5所示，构成了具有消谐功能的电压互感器组，主互感器的变比为 ，零序电压互感器变比为由于三相三柱式电压互感器铁芯零序磁阻为∞，所以三相互感器零序阻抗为零，不再需要三柱零序线圈短接。具体接线如图6所示。

    可见，该新型PT用于TY系列选线保护时，既省去了外加零序PT，又使接线简单，还具有消谐功能，两者配合默契。

4  结论
    “S注入法”选线原理因为通过PT法注入信号电流，所以必须涉及各种电压互感器接线。上面分析的两种电压互感器接线方式，除具有绝缘监察，适合“S注入法”功能外，还具有消谐功能。