浅谈变电站接地变压器论文_侯营,韩偲彬,江志显,蒋世先,肖登宇,杨云坤,张

摘要：在小电流接地系统中，接地故障经常出现，通过接地变可以产生较大的零序电压和零序电流，使继电保护可靠动作。本文通过介绍接地变的基本原理并对接地电流进行分析，阐述了接地变在电力系统中的作用。

关键词：接地变压器；中性点；接线方式

0 引言

我国电力系统6kV、10kV、35kV电网中一般采用中性点不接地的运行方式，其变压器低压侧一般为△形接线，当小电流接地系统发生单相接地故障时，零序电流无法形成通路，故障电流主要为线路对地的电容电流，△接线的线电压仍能保持不变，基本不会影响用户工作，并且电容电流比较小（小于10A），一些瞬时性接地故障能够自行消失，这对提高供电可靠性，缩短平均停电时间是非常有效的，但是随着电力系统的发展，该接线方式已无法满足需求，并且随着城市建设发展的需要和供电负荷的增加，城区10kV出线绝大多数为架空电缆出线，从而使10kV配电网络中单相接地电容电流急剧增加，当超过30A时，接地电弧不能自动熄灭，会造成相间短路，使电气设备绝缘击穿，产生铁磁谐振过电压等严重后果，

为防止上述事故发生，在系统中接入接地变压器，人为建立一个中性点，经消弧线圈或电阻接地，提供足够的I0和U0，使接地保护可靠动作，有效提高电网安全。

1 什么是接地变？

接地变压器简称接地变，是一种当系统发生接地故障时，对正序、负序电流呈高阻抗，对零序电流呈低阻抗性使接地保护可靠动作的一种变压器。根据填充介质，接地变可分为油浸式和干式；根据相数，接地变可分为三相和单相。

2 接地变压器与普通变压器的区别

接地变压器的作用是给三角型接线或星型接线中性点不接地系统提供一个中性点，用于连接消弧线圈或电阻，一般为Z型，普通变压器的零序磁通是沿着漏磁磁路流通，而Z型接地变压器每相线圈分成两组，且分别反向绕在该相磁柱上，这样连接可以使零序磁通沿磁柱流通，所以接地变压器的零序阻抗很小，普通变压器的零序阻抗要很大。接地变连接图如下：

图1 接地变一次主接线图 图2 电力系统中接地变连接图

3 接地变的原理分析

Z型接线变压器在结构上与普通三相芯式变压器相同，只是每相铁芯上的绕组分为上、下相等匝数的两部分，接成曲折形连接。根据接线方式的不同，又分为ZN,yn11（如图3）和ZN,yn1（如图4）两种形式。

Z型接地变压器同一柱上两半部分绕组中的零序电流方向是相反的，因此零序电抗很小，对零序电流不产生扼流效应，当Z型接地变压器中性点接入消弧线圈时，可使消弧线圈中补偿电流自由地流过，因此Z型变压器广泛用于10-35kV电网中性点接地变压器。

由图1可见A相铁芯上有高压线圈AA1、A1O和低压线圈ao，B相铁芯上相应有BB1、B1O、bo，C相铁芯上有CC1、C1O、co，各线圈上的电压相应的分别为UA1、UA2、Ua，UB1、UB2、Ub，UC1、UC2、Uc。A、B、C三相高压绕组分别由线圈AA1和A1O、BB1和B1O、CC1和C1O联结而成，各线圈绕向相同，极性相反。

由上述分析可知高压侧相电压：

UA= UA1+（-UC2），UB= UB1+（-UA2）， UC= UC1+（-UB2）

根据高、低压侧各线圈的绕向及其相互联结方式，以高压侧电压UA、UB、UC为基准看Ua、Ub、Uc，为11点钟接线，即ZN,yn11。

由图2可见A相铁芯上有高压线圈AA1、A1O和低压线圈ao，B相铁芯上相应有BB1、B1O、bo，C相铁芯上有CC1、C1O、co，各线圈上的电压相应的分别为UA1、UA2、Ua，UB1、UB2、Ub，UC1、UC2、Uc。A、B、C三相高压绕组分别由线圈AA1和A1O、BB1和B1O、CC1和C1O联结而成，各线圈绕向相同，极性相反。

由上述分析可知高压侧相电压：

UA= UA1+（-UB2），UB= UB1+（-UC2），UC= UC1+（-UA2）

根据高、低压侧各线圈的绕向及其相互联结方式，以高压侧电压UA、UB、UC为基准看Ua、Ub、Uc，为1点钟接线，即ZN,yn1。

图3 ZN,yn11型接地变接线图及向量图

图4 ZN,yn1型接地变接线图及向量图

4 单相接地时，含接地变系统的零序电流分析

图5 正、负序网络图

如图3所示，当10kV某线发生单相接地时，由于接地变正、负序阻抗较大，流经接地变的正序、负序电流为0，即I1=I2=0

图6 零序网络图

如图4所示，当10kV某线发生单相接地时，由于接地变零序阻抗较小，流经接地变的零序电流为I0。

综上分析，当系统发生单相接地时，流经接地变的I1=I2=0，I0≠0。根据序分量计算流经接地变各相电流如下：IA=I1+I2+I0=I0；IB=α2I1+αI2+I0=I0；IC=αI1+α2I2+I0=I0；

所以零序电流为：IA+IB+IC=3I0，流经消弧线圈的电流IL=IA+IB+IC=3I0，由此可见，当系统发生单相接地故障时，流经接地变高压绕组的相电流为零序电流，且大小相等，方向相同，大小为流经消弧线圈中零序电流的1/3，即1/3IL

由此可见，通过接地变压器可以给零序电流提供通路，为继电保护可靠动作提供条件。

5 现场案例

曲靖供电局110kV某变电站10kV母线为单母线分段接线，每段母线上接有若干条10kV线路以及1个接地变和1个站用变，该站10kV系统采用接地变和消弧线圈配合的大接地电流系统。

2018年8月16日，10kV #1线零序过流Ⅰ段保护动作跳闸。零序过流Ⅰ段保护定值为0.4A、0.5S，保护动作报文：A相电压：58.1V，B相电压：0.3V，C相电压：57.9V，零序电流2.996A。

因零序电流足够大，超过保护定值，所以保护装置可靠动作，迅速切除发生单相接地的故障线路，未扩大事故，其他设备正常运行。经检查发现为B相金属性接地，经线路人员处理后，送电成功。

6 结束语

接地变压器是人为制造的中性点，采用Z型曲折接线法，零序阻抗小，可在系统发生单相接地故障时，迅速提供零序电流给保护装置，保证其可靠切除故障，有效抑制接地点的电弧电流，防止扩大事故范围，因此，接地变在小电流系统中应用越来越广泛。

参考文献：

[1]李玲，李国庆，王振浩. 小电流接地系统Z形接地变压器模型设计,吉林电力[J],1996(3).

[2] 王兆安，杨君，刘进军. 谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,1998．

[3] 崔立君. 特种变压器理论与设计[M].北京:科学技术出版社,1996.

[4] 刘万顺，黄少锋，徐玉琴. 电力系统故障分析 (第三版) 中国电力出版社,2010．

论文作者:侯营,韩偲彬,江志显,蒋世先,肖登宇,杨云坤,张

论文发表刊物:《电力设备》2020年第1期

论文发表时间:2020/4/22

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