发电机机端PT二次中线断线的现象、原因分析及改进措施

摘要：对自备电厂2#发电机“PT二次中线断线”的现象进行了分析、研究，并在现场进行了实验验证，给出了改进的措施，并彻底解决了困扰很长时间的2#发电机三次谐波电压高的问题。

关键词：PT中线断线；三次谐波电压；磁饱和；

0引言

“PT断线”是电压互感器最常见的故障，包括一次、二次熔断器熔断，接线松动，二次插头接触不好等导致的，这些故障我们经常遇到，但对于中线断线没有深入的研究。

在厂内普遍使用的各微机型保护装置中，几乎都有“PT断线”的判别，除了发电机的保护装置以外，其它保护装置都没有设置专门的“中线断线”判别。

12#发电机机端PT二次中线断线现象

自备电厂共四台发电机，在2016年电厂脱硫脱硝改造中，已经将1#、3#机原有的常规继电器保护，2#、4#机原有的LFP第一代微机保护装置，统一更换成南瑞的PCS-985RS微机型保护装置。

2017年3月3日，电厂2#发电机开机时，保护装置报警“PT中线断线”。在保护屏后测量机端PT二次电压A、C相对地100V，B相对地0V，线间电压均为100V，电压正常（电厂PT二次电压采用B相接地）。但保护装置上显示“自产零序三次谐波电压”为54.18V。

机端1PT中线断线和三次谐波电压有什么关系呢？因缺乏这方面的案例和经验，带着问题查阅了一些相关资料并进行了分析。

2电厂PT二次电压采用B相接地的原因及缺陷

较早以前电厂的机端PT二次电压接线，是B相接地，各综保及同期装置只使用A、B、C电压，N线未接线。这种接线方式主要是为了同期考虑的。

这种接线方式存在缺陷：1）B相接地方式的电压互感器二次侧中性点必须经过击穿保险接地，主要考虑分级绝缘电压互感器中性点绝缘比较弱，容易造成绝缘击穿。2）B相接地一般只能监测线电压，无法采集到相电压。

随着微机型保护装置、同期装置的不断升级换代，现在这种发电厂PT二次B相接地的方式不再采用，电力系统反措中也明确规定宜取消B相接地方式。

3三次谐波电压产生的机理分析

由于PT的铁芯采用冷轧硅钢片作为导磁材料，这种铁磁材料本身具有高导磁性，磁饱和性、磁滞性和铁耗。

由µ=f（H），磁导率和磁场强度的曲线可以看出，随着磁场强度的增大，磁导率µ并不是一个常数。

在ab段，磁导率迅速增大，B与H的关系近似为直线，称为线性区；在bc区，随着H的增大，B的增长率缓慢；到达c点后，B增加更缓慢，称之为磁路饱和。过c点就进入饱和区。

当PT一次接入正弦波电网，一次回路闭合产生空载电流i0，电流在铁芯中产生交变的主磁通ɸ，主磁通同时交链一次、二次绕组，根据电磁感应定律，在绕组中产生感应电动势。空载电流主要是建立磁场。

铁芯的磁化曲线，在磁场强度较低时，是非线性的。PT空载时，铁芯处于非线性区，电流发生畸变，其波形为“尖顶波”。将波形分解，除基波外，还含有大量三次谐波。

4 2#发电机综保内PT二次中性线断线报警分析

发电机微机保护装置PCS-985RS内，正常时电压量接入需要A、B、C、N，100V电压经过保护装置内置的小TV进行转换、隔离。由于电厂采用的是B相接地方式，在综保更新改造施工时，只接入了A、B、C相，N线未接入。

如果PT一次侧中性点直接接地，给三次谐波形成通路，二次侧不会有三次谐波分量。由于电厂采用的是B相接地方式，PT一次侧中性点经击穿保险接地，三次谐波无法流通，如果PT二次有中性线，保护装置内小TV的原边励磁电流中的三次谐波分量通过中性线形成通路，励磁电流为尖顶波，主磁通是正弦波，在保护装置内小TV的副边输出正弦波的相电动势。

如果PT二次中线断线，会导致保护装置内小PT的原边励磁电流中的三次谐波电流没有流通回路，励磁电流基本为正弦波，此正弦波励磁电流产生的磁通为平顶波。平顶波的磁通产生尖顶波的电动势，对此电动势进行分解可得到基波电势和三次谐波电势，得到尖顶波的相电动势，因此保护装置会测量到三次谐波电压。

5现场实验验证

为验证保护装置内报警及测量的三次谐波电压高，是否因N线未接入综保产生，3月7日进行模拟试验。

将保护装置上电压外接线拆除，然后用微机继电保护测试仪分别加A、B、C相电压和A、B、C、N三相对称电压，接入N线和不接入N线时综保所显示的自产零序三次谐波电压值，汇总表如下：

由现场实测数据可知，当PT中线断线时，保护装置测量到的自产零序电压中的三次谐波随原边输入电压增大的而增大，三次谐波与相电压基波幅值的比值也越大。

三相电压回路中线断线报警动作判据：

1）正序电压U1大于48V

2）自产零序电压三次谐波3U0_3ω大于K*U1

K—为比率制动系数，定值为0.2

系统正常运行时，U1=57.75V，K*U1=0.2*57.75=11.55V，即自产零序谐波电压大于11.55V时，保护装置即报警“PT中线断线”。

为检验综保是否正确动作，综保输入电压U1=48V，查看装置测量的三次谐波电压3U0=34.55V，则K=3U0/U1=0.719。将比率制动系数设为0.7，保护装置报警；将其设为0.73，保护装置不报警。

结论：当PT中线断线时，由于铁芯的非线性，导致保护装置内测量到三次谐波电压，且数值随输入电压的增大而增大。

6原2#发电机综保报“PT断线”原因分析

原2#发电机后备保护装置为南瑞LFP-981A综保，无PT中性线断线保护，综保的端子有A、B、C、N，但现场PT实际接线并没有把N线引出，所以原保护装置在接线时只引入了A、B、C，N线并没有接。

2016年4月23日，主控2#发电机后备保护LFP-981A装置，报“CPU1PTDX”，报警灯亮。报警现象时断时续。

1）查看综保装置内显示测量值：UA=55V，UB=61V，UC=59V，U0=0.54V

机端三次谐波电压UT3=34V

中性点三次谐波电压UN3=3.4V

P=51%，并未轻载

2）在端子排实测值：UAB=UBC=UCA=101V

机端开口角电压0.04V

中性点零序电压3.2V

3）综保判“PT断线”的条件：机端自产零序电压3U0>10V，并且中性点零序电压UN<5V，满足条件延时10S报“PT断线”，电压恢复正常后保护延时10S自动恢复正常，报警灯灭。

上述现象发生过好多次，当时并未分析、查找出原因，未能深入研究出：N线未引入，是导致保护装置产生三次谐波电压的主要原因。

7现场处理

在2#发电机机端1PT柜内，重新改线、配线，将PT的中性点N线接引至端子排，通过电缆接入发电机保护装置和故障录波装置，消除了一直以来“PT二次中性线断线”导致三次谐波电压高的问题。

结束语

通过对自备电厂2#发电机“PT二次中性线断线”的现象进行了分析、研究、实验、论证，彻底解决了困扰很长时间的2#发电机三次谐波电压高的问题，也使技术人员拓展了解决问题的新思路。

参考文献：

[1]曾令全，李书权.电机学.北京机械工业出版社.2014.

[2]PCS-985RS发电机保护装置说明书.南京南瑞继保有限公司.

[3]崔国忠.电压互感器二次绕组中性线断线引起新建变电站三次谐波超标[J].电世界.2012-11.