电压互感器开口三角接线的工作原理和故障现象

来源：小李学电气

大家好，我是小李。

今天聊一个配电运维天天打交道、但很多人未必彻底搞懂的东西——电压互感器的开口三角形接线。

说白了，开口三角就是专门用来测系统零序电压的，是发现单相接地故障的关键手段。

今天从中性点不接地和经消弧线圈接地两种系统入手，把开口三角的工作原理、故障现象给大家讲清楚。

一、先说说开口三角形是怎么工作的

电压互感器通常用三相五柱式的，或者三个单相PT组合起来用。它的二次侧有两组绕组：

一组是主绕组，接成星形，用来测相电压和线电压，这个大家都熟。

另一组叫剩余绕组，接成开口三角形。怎么接呢?就是把三相绕组的首尾依次串联起来，只留第一个的首端和最后一个的尾端引出来，形成一个“开口”，电压就从这儿测。

剩余绕组每相的额定电压，一般设计成 100/3 V。

正常运行的时候，三相电压对称，开口三角里感应出来的三相电压也对称，大小相等、相位互差120°。它们的相量和为零：

所以开口处输出的电压 3U₀ ≈ 0V(仅有很小的不平衡电压)。

一旦发生单相接地故障，系统出现零序电压，三相电压不再对称，开口三角的三相电压相量和不再为零，开口处输出3倍零序电压：

PT的变比是这样设计的：假设一次额定相电压为 ，剩余绕组每相额定电压为 ，则变比 。 当一次系统发生金属性单相接地时，一次零序电压等于运行相电压(通常即 )，此时开口三角输出电压为：

这个100V的信号，就是保护装置启动或者报警的判据。

二、故障时到底是什么现象?拿单相金属性接地来说

下面分两种系统说，大家对照着看更容易明白。

1. 中性点不接地系统

这是配电网最常见的接地方式。

一次侧电压怎么变：

假设C相发生金属性接地，故障相(C相)对地电压降为零：

非故障相(A、B两相)对地电压升高到线电压，即原来的√3倍：

相位上，两相对地电压的夹角由原来的120°变为60°。 但电源侧的线电压三角形依然对称：

所以不影响持续供电——这也是不接地系统最大的优点。

开口三角电压表现：

中性点位移电压等于相电压：

反映到开口三角侧，输出正好是100V：

保护装置监测到电压超过整定值(比如20V)，就会发“母线接地”信号。

系统特点：

故障点流过的电流是全系统的对地电容电流，其大小为：

其中C为每相对地电容。如果系统规模比较大，这个电流可能不小，容易在故障点形成间歇性电弧，引发弧光过电压，这个是要注意的。

2. 中性点经消弧线圈接地系统

就是在系统中性点和大地之间接一个电感线圈——消弧线圈，用来补偿接地时的电容电流。

一次侧电压怎么变：

电压变化和不接地系统完全一样。单相接地时，故障相C相对地电压还是零，非故障A、B两相升到线电压，中性点位移电压为：

开口三角电压表现：

输出情况和不接地系统也一样，金属性接地时稳定输出100V：

为什么?因为开口三角测的是一次侧的零序电压，消弧线圈的电感电流补偿改变的是故障电流，不会改变电压的大小。

系统特点和核心差异：

这里和不接地系统的区别就出来了，核心在故障电流的补偿：

故障电流显著减小。 消弧线圈的电感电流为：

它和系统对地电容电流 方向相反，互相抵消，故障点残流为：

残流变得很小，电弧容易自己熄灭。

补偿度用脱谐度 表示：

为欠补偿， 为过补偿。实际运行一般采用过补偿方式，防止系统切负荷时发生串联谐振。

可以带故障运行，供电更可靠。 避免了电弧重燃引起的过电压，系统供电可靠性比不接地系统高。

对故障选线是个挑战。 因为故障线路的零序电流被补偿之后，幅值和方向的特征都不明显了，传统的零序电流选线装置可能不管用，得用更复杂的选线方法。

三、最后总结一下

说到这儿大家应该清楚了：

不管是中性点不接地，还是经消弧线圈接地，开口三角电压在单相接地时都稳定输出100V，反映的是同样的中性点位移电压：

两者的根本区别，在于故障电流有没有被补偿——

不接地系统：故障电流 = 全系统电容电流

经消弧线圈接地：故障电流 = (残流很小)

这个区别直接影响了两件事： 一是电弧能不能自己熄灭、供电可靠性高不高; 二是故障选线难不难、用什么方法选。

开口三角看似只是PT二次侧的一个简单接线，实则是整个系统绝缘监测和接地保护的眼睛。把它的原理吃透了，遇到接地故障心里才不慌。