接地變壓器的作用及接線

1、接地變壓器的作用我國電力系統(tǒng)中，的6kV、10kV、35kV電網(wǎng)中一般都采用中性點不接地的 運行方式。電網(wǎng)中主變壓器配電電壓側(cè)一般為三角形接法，沒有可供接地電阻的中性點。當(dāng)中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，線電壓三角形仍然保持對稱， 對用戶繼續(xù)工作影響不大，并且電容電流比較小（小于 10A ）時，一些瞬時性接 地故障能夠自行消失，這對提高供電可靠性，減少停電事故是非常有效的。但是隨著電力事業(yè)日益的壯大和發(fā)展，這中簡單的方式已不在滿足現(xiàn)在的需 求，現(xiàn)在城市電網(wǎng)中電纜電路的增多，電容電流越來越大（超過10A），此時接地電弧不能可靠熄滅，就會產(chǎn)生以下后果；1），單相接地電弧發(fā)生間歇性的熄滅與重燃，

2、 會產(chǎn)生弧光接地過電壓，其 幅值可達(dá)4U（U為正常相電壓峰值）或者更高，持續(xù)時間長，會對電氣設(shè)備的 絕緣造成極大的危害，在絕緣薄弱處形成擊穿；造成重大損失。2），由于持續(xù)電弧造成空氣的離解，破壞了周圍空氣的絕緣，容易發(fā)生相 間短路；3），產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓，容易燒壞電壓互感器并引起避雷器的損壞甚至 可能使避雷器爆炸；這些后果將嚴(yán)重威脅電網(wǎng)設(shè)備的絕緣，危及電網(wǎng)的安全運行。為了防止上述事故的發(fā)生，為系統(tǒng)提供足夠的零序電流和零序電壓， 使接地 保護(hù)可靠動作，需人為建立一個中性點，以便在中性點接入接地電阻。為了解決 這樣的辦法接地變壓器（簡稱接地變）就在這樣的情況下產(chǎn)生了。接地變就是 人為制造了一個中

3、性點接地電阻， 它的接地電阻一般很小（一般要求小于5歐）。另外接地變有電磁特性，對正序、負(fù)序電流呈高阻抗，繞組中只流過很小 的勵磁電流。由于每個鐵心柱上兩段繞組繞向相反， 同心柱上兩繞組流過相等的 零序電流呈現(xiàn)低阻抗，零序電流在繞組上的壓降很小。也既當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障 時，在繞組中將流過正序、負(fù)序和零序電流。該繞組對正序和負(fù)序電流呈現(xiàn)高阻抗， 而對零序電流來說，由于在同一相的 兩繞組反極性串聯(lián)，其感應(yīng)電動勢大小相等，方向相反，正好相互抵消，因此呈 低阻抗。接地變的工作狀態(tài)，由于很多接地變只提供中性點接地小電阻，而不需帶負(fù)載。所以很多接地變就是屬于無二次的。接地變在電網(wǎng)正常運行時，接地變 相當(dāng)于

4、空載狀態(tài)。但是，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時，只在短時間內(nèi)通過故障電流，中性 點經(jīng)小電阻接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時， 高靈敏度的零序保護(hù)判斷并短時切除 故障線路，接地變只在接地故障至故障線路零序保護(hù)動作切除故障線路這段時間 內(nèi)起作用，其中性點接地電阻和接地變才會通過IR= （U為系統(tǒng)相電壓，R1為中性點接地電阻，R2為接地故障回路附加電阻）的零序電路。根據(jù)上述分析， 接地變的運行特點是；長時空載，短時過載?？傊?，接地變是人為的制造一個中性點，用來連接接地電阻。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接 地故障時，對正序負(fù)序電流呈高阻抗，對零序電流呈低阻抗性使接地保護(hù)可靠動 作。變電站內(nèi)現(xiàn)在一般采用的接地變壓器有兩個用途，1供給變電站使

5、用的低壓 交流電源，2.在10kV側(cè)形成人為的中性點，同消弧線圈相結(jié)合，用于 10kV發(fā) 生接地時補償接地電容電流，消除接地點電弧，其原理如下：三相電網(wǎng)各相導(dǎo)線之間及各相對地之間， 沿導(dǎo)線全長都分布有電容。當(dāng)電網(wǎng)中性點不是死接地時，單相接地相的對地電容為零，另外兩相的對地電壓升高到3倍。相電壓升高并未超過安全電壓設(shè)計的絕緣強度，但是會導(dǎo)致其對地電容 的增加。單相接地時電容電流為正常運行時一相對地電容電流的3倍。當(dāng)該電容電流較大時，較易引起間歇電弧，對電網(wǎng)的電感和電容的震蕩回路產(chǎn)生過電壓， 其值可達(dá)2.5到3倍的相電壓。電網(wǎng)電壓越高，由其引起的過電壓危險越大。因 此只有60KV以下的供電系統(tǒng)的中

6、性點才可不接地，因為它們的單相接地電容電 流不大。否則，應(yīng)通過接地變壓器將中性點經(jīng)阻抗接地。當(dāng)變電站主變壓器一側(cè)（如10KV側(cè)）為三角形或星形接線，當(dāng)單相對地電 容電流較大時，由于沒有中性點可接地，則需要采用一臺接地變壓器使電網(wǎng)形成 人為的中性點，以便經(jīng)消弧線圈接地，使電網(wǎng)形成人為中性點，這就是接地變壓 器的作用。在電網(wǎng)正常運行時接地變壓器承受電網(wǎng)的對稱電壓，僅流過很小的勵磁電流，處于空載運行狀態(tài)，其中性點對地電位差為零（忽略消弧線圈的中性點 位移電壓），此時消弧線圈沒有電流流過。假設(shè)C相對地短路時，三相不對稱分 解出來的零序電壓，匯合后流經(jīng)消弧線圈入地。其作用與消弧線圈一樣，即它所 產(chǎn)生的感

7、性電流補償了接地電容電流，消除了接地點的電弧。近年來，某地區(qū)電網(wǎng)中多次發(fā)生110kV變電站接地變壓器保護(hù)誤動事故，嚴(yán) 重影響了該地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，為了找出問題的所在，分析了引起接地變壓器保 護(hù)誤動的原因，并采取相應(yīng)的措施，阻止類似事故的再次發(fā)生，并為其他地區(qū)電 網(wǎng)提供借鑒。目前110kV變電站10kV饋線越來越多地采用電纜出線，以致10 kV系統(tǒng)單 相對地電容電流大幅度增加。為抑制單相接地時產(chǎn)生的過電壓幅值，110kV變電 站10kV電網(wǎng)系統(tǒng)開始加裝接地變壓器，構(gòu)成低阻接地接線方式，形成一條零序 電流的通道，以便當(dāng)10 kV系統(tǒng)發(fā)生接地時，根據(jù)接地點所在位置，由相應(yīng)零序 保護(hù)有選擇性動作將接

8、地故障隔離，以防電弧重燃引發(fā)過電壓，保證電網(wǎng)設(shè)備安 全供電。某地區(qū)電網(wǎng)，于2008年開始將110kV變電站10kV電網(wǎng)系統(tǒng)改造為低阻接 地接線方式，加裝了接地變壓器和接地變壓器保護(hù)設(shè)備，實現(xiàn)了 10 kV系統(tǒng)任意饋線發(fā)生接地故障時，能快速切除故障，減少了對電網(wǎng)的影響。然而，近段時間， 該地區(qū)電網(wǎng)有五個110kV變電站先后發(fā)生了多次接地變壓器保護(hù)誤動事故 ，造成 變電站停電，嚴(yán)重影響了該地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，因此，為了阻止類似事故的再 次發(fā)生，維護(hù)地區(qū)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，找出原因，采取措施是非常必要的。1、接地變壓器保護(hù)誤動原因分析：10kV饋線發(fā)生接地短路故障時，安裝在 110kV變電站的故障線路零

9、序保護(hù) 首先啟動，切除故障線路，當(dāng)不能正確切除時，由接地變壓器的零序保護(hù)越級切 除母聯(lián)開關(guān)和主變壓器兩側(cè)開關(guān)，從而隔離故障對系統(tǒng)的影響。所以防止接地變 壓器保護(hù)誤動，10kV饋線保護(hù)及開關(guān)的動作正確性是保證電網(wǎng)安全至關(guān)重要的， 從該地區(qū)電網(wǎng)五個110kV變電站發(fā)生的接地變壓器保護(hù)誤動事故統(tǒng)計分析 ，引起 接地變壓器保護(hù)誤動的主要原因也是10kV饋線不能正確切除接地故障所引起的。10kV饋線零序保護(hù)的構(gòu)成原理：饋線零序 CT采樣一饋線保護(hù)啟動一開關(guān) 動作跳閘，從10kV饋線零序保護(hù)的構(gòu)成原理可以看出，零序 CT、饋線保護(hù)、開關(guān)是保護(hù)正確動作的關(guān)鍵元件， 下面就從這幾個方面分析引起接地變壓器保護(hù)

10、誤動的原因。 零序 CT 誤差引起接地變壓器保護(hù)誤動。當(dāng) 10KV 饋線發(fā)生接地短路故障時， 故障線路零序 CT 檢測到故障電流，對應(yīng)的饋線零序保護(hù)首先啟動切除故障線路， 同時接地變壓器的零序 CT 也檢測到故障電流，保護(hù)啟動，為了遵循選擇性的原 則，實現(xiàn) 10kV 饋線保護(hù)優(yōu)先動作， 10kV 饋線零序保護(hù)電流和時間整定值要比 接地變壓器保護(hù)小。 根據(jù)現(xiàn)行變電站運行數(shù)據(jù)可知， 接地變：一次電流 75A 、1.5s 切10kV分段、1.8s閉鎖10kV自投、2.0s切變低、2.5s切兩側(cè)；10kV饋線：一 次電流60A、1.0s切開關(guān)。但由于各種原因，CT難免有誤差，如果接地變壓器的零序 CT

11、-10%的 誤差，饋 線的零序CT +10%的誤差，兩者的實際電流動作值為 67.5A和66A，幾乎相等， 只依靠時間選擇， 當(dāng)發(fā)生 10KV 饋線接地時， 就很容易造成接地變零序過流越級 動作。 電纜屏蔽層接地線不正確，引起接地變壓器保護(hù)誤動。110kV變電站10kV饋線都采用帶屏蔽層的電纜， 且電纜屏蔽層在兩端同時接地， 這是一種有效的電磁 抗干擾措施， 10KV 饋線零序 CT 都是用穿心式，零序 CT 穿過電纜安裝于開關(guān) 柜電纜出線處， 利用電磁感應(yīng)原理， 接地短路故障時產(chǎn)生的不平衡電流， 在零序 CT 上感應(yīng)到電流從而使保護(hù)裝置動作，然而，電纜屏蔽層兩端接地后，流過電 纜屏蔽層的感應(yīng)

12、電流也將會在零序 CT 上感應(yīng)到電流，如果不采取措施，將影響 到饋線零序保護(hù)不能正確動作，從而引起接地變壓器保護(hù)越級動作。 10kV饋線保護(hù)拒動，引起接地變壓器保護(hù)誤動。目前電網(wǎng)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用微機 型保護(hù)裝置， 保護(hù)性能大大提高， 但保護(hù)裝置生產(chǎn)廠商和型號也比較多， 產(chǎn)品質(zhì) 量和技術(shù)參差不一，散熱能力差也是其一大弊端，裝置故障時有發(fā)生，從 110kV 變電站保護(hù)設(shè)備故障統(tǒng)計表明， 10KV 饋線保護(hù)裝置的電源插件、 采樣插件、 CPU 插件和跳閘出口插件最容易出現(xiàn)故障。 所以一旦它們出現(xiàn)故障又未即時處理， 保 護(hù)有可能拒動，造成接地變壓器保護(hù)誤動。 10KV饋線開關(guān)拒動，引起接地變壓器保護(hù)誤動。

13、近年來，由于使用時限長、 操作次數(shù)多或是本身的質(zhì)量問題，發(fā)生在 10kV 開關(guān)柜上的故障越來越多，其中 開關(guān)控制回路的故障尤其突出， 特別是一些欠發(fā)達(dá)的山區(qū)， 由于還有部分舊式開 關(guān)柜（GG-1A型）仍在運行和發(fā)生接地故障機率較多。如果在開關(guān)柜故障期間 出現(xiàn)饋線接地故障， 即使零序保護(hù)正確啟動， 由于開關(guān)拒動也會造成接地變壓器 保護(hù)誤動，從事故調(diào)查分析，饋線接地故障零序保護(hù)動作，命令跳開饋線開關(guān)， 同時跳閘線圈燒壞，開關(guān)不能動作，是開關(guān)拒動的主要原因。 10kV兩條饋線高阻接地或較嚴(yán)重10kV饋線單相高阻接地，引起接地變壓器保護(hù)誤動。當(dāng)兩條 10KV 饋線同相高阻接地時，兩條 10kV 饋線保

14、護(hù)只達(dá)到告警 值，零序保護(hù)不動作， 但有可能達(dá)到接地變壓器保護(hù)動作值， 引起接地變壓器保 護(hù)誤動，例如一饋線單相高阻接地，零序電流達(dá)到40A，饋線零序保護(hù)不動作（動 作值為60A）;接著另一饋線也同一相高阻接地，零序電流達(dá)到50A，零序電流未達(dá)到60A，饋線零序保護(hù)也不動作；但電流疊加達(dá)到 90A，超過接地變壓器保 護(hù)動作值（動作值為 75A），將造成接地變壓器保護(hù)零序過流越級動作。目前 110kV 變電站 10kV 饋線越來越多地采用全電纜出線，以致 10kV 系統(tǒng)對地電容 不得用于商業(yè)用途電流大幅度增加（個別站高達(dá) 1215A）,即使不是發(fā)生10kV兩條饋線高阻接 地，而是發(fā)生較嚴(yán)重 10

15、KV 饋線單相高阻接地（零序電流達(dá)到 58A ） ，再與正常 運行電容電流疊加后也很接近接地變壓器保護(hù)動作值（動作值為75A），若此時有系統(tǒng)振蕩發(fā)生，就會很容易造成接地變壓器保護(hù)零序過流越級動作。 2、防止接地變壓器保護(hù)誤動的解決措施： 通過以上分析，采取相應(yīng)的措施如下： 防止零序 CT 誤差引起接地變壓器保護(hù)誤動的措施。 選用質(zhì)量過關(guān)的零序 CT； 安裝調(diào)試前應(yīng)嚴(yán)格校驗零序 CT的性能特性，誤差在5%的堅決棄用；10kV饋線 零序保護(hù)動作電流整定值和接地變壓器零序保護(hù)動作電流整定值均應(yīng)按一次值 整定，保護(hù)校驗時，應(yīng)從零序 CT 一次升流檢驗其正確性。 防止電纜屏蔽層接地線不正確引起接地變壓器

16、保護(hù)誤動的措施。第一，電纜屏蔽層接地線必須由上向下穿過零序 CT,并與電纜支架絕緣，在穿 過零序 CT 前不應(yīng)有碰地現(xiàn)象。電纜屏蔽層接地線頭、尾留出部分金屬導(dǎo)體，用 于一次升流， 其余部分用絕緣材料可靠包扎。 當(dāng)電纜屏蔽層接地線引出點低于零 序CT時，電纜屏蔽層接地線不能穿過零序 CT。盡量避免電纜屏蔽層接地線引 出點位于零序電流互感器的中間位置。 第二， 加強專業(yè)技能培訓(xùn)， 使各相關(guān)班組 人員清楚零序 CT 安裝方法。特別是繼電保護(hù)專業(yè)和電纜專業(yè)的人員，必須要掌 握零序 CT 安裝方法和電纜屏蔽層接地線安裝方法，并嚴(yán)格執(zhí)行。第三，加強驗 收管理，繼保、運行、電纜等專業(yè)班組共同把好零序 CT

17、安裝接線關(guān)。 防止饋線保護(hù)拒動引起接地變壓器保護(hù)誤動的措施。 選用質(zhì)量可靠，運行成熟、 故障率少的保護(hù)裝置； 對運行年限長和經(jīng)常故障的保護(hù)裝置， 要計劃更換； 加強 保護(hù)裝置的運行維護(hù)， 發(fā)現(xiàn)故障馬上處理； 安裝空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)， 改善保護(hù)裝置 運行環(huán)境，防止元件長期在高溫條件下運行。 防止饋線開關(guān)拒動引起接地變壓器保護(hù)誤動的措施。 選用質(zhì)量可靠，運行成熟、 故障率少的開關(guān)設(shè)備； 對運行年限長的開關(guān)設(shè)備和經(jīng)常故障的開關(guān)設(shè)備， 要計劃 更換逐步淘汰舊式開關(guān)柜， 更換成電動儲能型或彈簧儲能型的密封式開關(guān)柜； 加 強開關(guān)控制回路的維護(hù)， 發(fā)現(xiàn)故障馬上處理； 對于跳閘線圈經(jīng)常燒壞的問題， 應(yīng) 采用性能優(yōu)

18、良的線圈。 作為開關(guān)的配套設(shè)備， 開關(guān)柜的合理選用是解決線圈問題 的關(guān)鍵。 防止饋線高阻接地引起接地變壓器保護(hù)誤動的措施。 當(dāng) 10KV 饋線高阻接地引 起零序保護(hù)發(fā)接地告警信號時， 應(yīng)馬上組織巡視故障線路， 排除接地饋線的故障。 同時，加強對 10KV 饋線線路改造，盡量減少線路供電半徑，合理調(diào)節(jié)各相負(fù)荷 平均分布，以此減少正常運行的電容電流。4 結(jié)語 隨著越來越多的地區(qū)電網(wǎng)開始加裝接地變壓器及相關(guān)保護(hù)設(shè)備， 達(dá)到了改善電網(wǎng) 結(jié)構(gòu)、提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的目的， 然而，陸續(xù)發(fā)生的接地變壓器保護(hù)誤動事故， 提醒我們不要忽視其不利的影響， 在此，本文分析了引起接地變壓器保護(hù)誤動的 主要原因， 并提出

19、了相應(yīng)的一些措施， 為已加裝接地變壓器或計劃加裝接地變壓 器的地區(qū)電網(wǎng)提供指引。Z 型接地變壓器對于35KV、66KV配電網(wǎng)，變壓器繞組通常采用 丫接法，有中性點引出， 就不需要使用接地變壓器。對于 6KV、10KV配電網(wǎng)，變壓器繞組通常采用接 法，無中性點引出，這就需要用接地變壓器引出中性點。接地變壓器的作用就是 在系統(tǒng)為型接線或 丫型接線中性點未引出時，用于引出中性點以連接消弧線 圈。接地變壓器采用Z型接線（或者稱曲折型接線），即每一相線圈分別繞在兩個 磁柱上，兩相繞組產(chǎn)生的零序磁通相互抵消，因而Z型接地變壓器的零序阻抗 很?。ㄒ?般小于10Q），空載損耗低，變壓器容量可以利用 90%以上

20、。而普通 變壓器零序阻抗要大很多，消弧線圈容量一般不應(yīng)超過變壓器容量的20%，由此可見，Z型接線的變壓器作為接地變壓器是一種比較好的選擇。 .一般系統(tǒng)不平衡電壓較大時，Z型變壓器的三相繞組做成平衡式，就可以滿足測 量需要。當(dāng)系統(tǒng)不平衡電壓較小時（例如全電纜網(wǎng)絡(luò)），Z型變壓器的中性點要做出30V70V的不平衡電壓以滿足測量需要。接地變壓器除可帶消弧線圈外，也可帶二次負(fù)載，代替站用變。在帶二次負(fù)載時， 接地變壓器的一次容量應(yīng)為消弧線圈容量與二次負(fù)載容量之和。接地變的最大功能就是傳遞接地補償電流Z型接地變壓器的接線圖見圖1及圖2,共有兩種接線方式，分別是ZNynil 和ZNyn1，其降低零序阻抗的原理是：在接地變壓器三相鐵芯的每一相都有兩 個匝數(shù)相同的繞組，分別接不