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(diǎn)不接地的運(yùn)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(diǎn),。當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，線電壓三角形仍然保持對(duì)稱,，對(duì)用戶繼續(xù)工作影響不大,，并且電容電流比較小（小于10A）時(shí),，一些瞬時(shí)性接地故障能夠自行消失,，這對(duì)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(jiǎn)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(shí)接地電弧不能可靠熄滅，就會(huì)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,，會(huì)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(shí)間長(zhǎng),，會(huì)對(duì)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(yùn)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(dòng)作,，需人為建立一個(gè)中性點(diǎn)，以便在中性點(diǎn)接入接地電阻,。為了解決這樣的辦法.接地變壓器（簡(jiǎn)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(gè)中性點(diǎn)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(duì)正序、負(fù)序電流呈高阻抗,，繞組中只流過很小的勵(lì)磁電流,。由于每個(gè)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(shí)，在繞組中將流過正序,、負(fù)序和零序電流,。

該繞組對(duì)正序和負(fù)序電流呈現(xiàn)高阻抗，而對(duì)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(dòng)勢(shì)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(diǎn)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?cè)陔娋W(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，接地變相當(dāng)于空載狀態(tài),。但是，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),，只在短時(shí)間內(nèi)通過故障電流，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí),，高靈敏度的零序保護(hù)判斷并短時(shí)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(dòng)作切除故障線路這段時(shí)間內(nèi)起作用，其中性點(diǎn)接地電阻和接地變才會(huì)通過IR=  （U為系統(tǒng)相電壓,，R1為中性點(diǎn)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(yùn)行特點(diǎn)是,；長(zhǎng)時(shí)空載,，短時(shí)過載。

    總之,，接地變是人為的制造一個(gè)中性點(diǎn),，用來連接接地電阻,。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí),，對(duì)正序負(fù)序電流呈高阻抗,，對(duì)零序電流呈低阻抗性使接地保護(hù)可靠動(dòng)作。

變電站內(nèi)現(xiàn)在一般采用的接地變壓器有兩個(gè)用途,，1.供給變電站使用的低壓交流電源,，2.在10kV側(cè)形成人為的中性點(diǎn),，同消弧線圈相結(jié)合,，用于10kV發(fā)生接地時(shí)補(bǔ)償接地電容電流,，消除接地點(diǎn)電弧,，其原理如下：

三相電網(wǎng)各相導(dǎo)線之間及各相對(duì)地之間，沿導(dǎo)線全長(zhǎng)都分布有電容,。當(dāng)電網(wǎng)中性點(diǎn)不是死接地時(shí),，單相接地相的對(duì)地電容為零,，另外兩相的對(duì)地電壓升高到 倍。相電壓升高并未超過安全電壓設(shè)計(jì)的絕緣強(qiáng)度,，但是會(huì)導(dǎo)致其對(duì)地電容的增加,。單相接地時(shí)電容電流為正常運(yùn)行時(shí)一相對(duì)地電容電流的3倍,。當(dāng)該電容電流較大時(shí)，較易引起間歇電弧,，對(duì)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(xiǎn)越大,。因此只有60KV以下的供電系統(tǒng)的中性點(diǎn)才可不接地，因?yàn)樗鼈兊膯蜗嘟拥仉娙蓦娏鞑淮?。否則,，應(yīng)通過接地變壓器將中性點(diǎn)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(duì)地電容電流較大時(shí),，由于沒有中性點(diǎn)可接地,，則需要采用一臺(tái)接地變壓器使電網(wǎng)形成人為的中性點(diǎn)，以便經(jīng)消弧線圈接地,，使電網(wǎng)形成人為中性點(diǎn),，這就是接地變壓器的作用。在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)接地變壓器承受電網(wǎng)的對(duì)稱電壓,，僅流過很小的勵(lì)磁電流,，處于空載運(yùn)行狀態(tài),，其中性點(diǎn)對(duì)地電位差為零（忽略消弧線圈的中性點(diǎn)位移電壓）,，此時(shí)消弧線圈沒有電流流過,。假設(shè)Ｃ相對(duì)地短路時(shí),，三相不對(duì)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)生的感性電流補(bǔ)償了接地電容電流，消除了接地點(diǎn)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(dòng)事故,，嚴(yán)重影響了該地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)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(dòng)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(duì)地電容電流大幅度增加,。為抑制單相接地時(shí)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(shí),，根據(jù)接地點(diǎn)所在位置,，由相應(yīng)零序保護(hù)有選擇性動(dòng)作將接地故障隔離，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(shí)現(xiàn)了10 kV系統(tǒng)任意饋線發(fā)生接地故障時(shí)，能快速切除故障,，減少了對(duì)電網(wǎng)的影響,。然而,，近段時(shí)間，該地區(qū)電網(wǎng)有五個(gè)110kV變電站先后發(fā)生了多次接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)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(yùn)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(dòng)原因分析：

10kV饋線發(fā)生接地短路故障時(shí),，安裝在110kV變電站的故障線路零序保護(hù)首先啟動(dòng)，切除故障線路,，當(dāng)不能正確切除時(shí),，由接地變壓器的零序保護(hù)越級(jí)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(duì)系統(tǒng)的影響,。所以防止接地變壓器保護(hù)誤動(dòng),，10kV饋線保護(hù)及開關(guān)的動(dòng)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(gè)110kV變電站發(fā)生的接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)事故統(tǒng)計(jì)分析,引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)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→饋線保護(hù)啟動(dòng)→開關(guān)動(dòng)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(dòng)作的關(guān)鍵元件，下面就從這幾個(gè)方面分析引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)的原因：

①零序CT誤差引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng),。當(dāng)10KV饋線發(fā)生接地短路故障時(shí),，故障線路零序CT檢測(cè)到故障電流，對(duì)應(yīng)的饋線零序保護(hù)首先啟動(dòng)切除故障線路,，同時(shí)接地變壓器的零序CT也檢測(cè)到故障電流,，保護(hù)啟動(dòng)，為了遵循選擇性的原則,，實(shí)現(xiàn)10kV饋線保護(hù)優(yōu)先動(dòng)作,，10kV饋線零序保護(hù)電流和時(shí)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(yùn)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-10％的 誤差,，饋線的零序CT +10％的誤差,，兩者的實(shí)際電流動(dòng)作值為67.5A和66A，幾乎相等,，只依靠時(shí)間選擇,，當(dāng)發(fā)生10KV饋線接地時(shí)，就很容易造成接地變零序過流越級(jí)動(dòng)作,。

②電纜屏蔽層接地線不正確,，引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)。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(shí)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(shí)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(dòng)作,，然而，電纜屏蔽層兩端接地后,，流過電纜屏蔽層的感應(yīng)電流也將會(huì)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(dòng)作,，從而引起接地變壓器保護(hù)越級(jí)動(dòng)作,。

③10kV饋線保護(hù)拒動(dòng)，引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng),。目前電網(wǎng)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用微機(jī)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(hào)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(shí)有發(fā)生,，從110kV變電站保護(hù)設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)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(shí)處理，保護(hù)有可能拒動(dòng),，造成接地變壓器保護(hù)誤動(dòng),。

④10KV饋線開關(guān)拒動(dòng),，引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng),。近年來,，由于使用時(shí)限長(zhǎng)、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(yùn)行和發(fā)生接地故障機(jī)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(dòng),，由于開關(guān)拒動(dòng)也會(huì)造成接地變壓器保護(hù)誤動(dòng),，從事故調(diào)查分析，饋線接地故障零序保護(hù)動(dòng)作,，命令跳開饋線開關(guān),，同時(shí)跳閘線圈燒壞，開關(guān)不能動(dòng)作,，是開關(guān)拒動(dòng)的主要原因,。

⑤10kV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(dòng),。當(dāng)兩條10KV饋線同相高阻接地時(shí),，兩條10kV饋線保護(hù)只達(dá)到告警值，零序保護(hù)不動(dòng)作,，但有可能達(dá)到接地變壓器保護(hù)動(dòng)作值,，引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)，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(dòng)作（動(dòng)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(dòng)作,；但電流疊加達(dá)到90A,，超過接地變壓器保護(hù)動(dòng)作值（動(dòng)作值為75A），將造成接地變壓器保護(hù)零序過流越級(jí)動(dòng)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(duì)地電容電流大幅度增加（個(gè)別站高達(dá)12～15A），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10KV饋線單相高阻接地（零序電流達(dá)到58A）,，再與正常運(yùn)行電容電流疊加后也很接近接地變壓器保護(hù)動(dòng)作值（動(dòng)作值為75A）,，若此時(shí)有系統(tǒng)振蕩發(fā)生，就會(huì)很容易造成接地變壓器保護(hù)零序過流越級(jí)動(dòng)作,。

2,、防止接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)的解決措施：

通過以上分析，采取相應(yīng)的措施如下：

①防止零序CT誤差引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)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(yàn)零序CT的性能特性，誤差在5％的堅(jiān)決棄用,；10kV饋線零序保護(hù)動(dòng)作電流整定值和接地變壓器零序保護(hù)動(dòng)作電流整定值均應(yīng)按一次值整定,，保護(hù)校驗(yàn)時(shí)，應(yīng)從零序CT一次升流檢驗(yàn)其正確性,。

②防止電纜屏蔽層接地線不正確引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)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(diǎn)低于零序CT時(shí),，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(diǎn)位于零序電流互感器的中間位置,。第二,，加強(qiáng)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(qiáng)驗(yàn)收管理，繼保,、運(yùn)行,、電纜等專業(yè)班組共同把好零序CT安裝接線關(guān)。

    ③防止饋線保護(hù)拒動(dòng)引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)的措施,。選用質(zhì)量可靠,，運(yùn)行成熟、故障率少的保護(hù)裝置；對(duì)運(yùn)行年限長(zhǎng)和經(jīng)常故障的保護(hù)裝置,，要計(jì)劃更換,；加強(qiáng)保護(hù)裝置的運(yùn)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(yùn)行環(huán)境，防止元件長(zhǎng)期在高溫條件下運(yùn)行,。

④防止饋線開關(guān)拒動(dòng)引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)的措施,。選用質(zhì)量可靠，運(yùn)行成熟,、故障率少的開關(guān)設(shè)備；對(duì)運(yùn)行年限長(zhǎng)的開關(guān)設(shè)備和經(jīng)常故障的開關(guān)設(shè)備,，要計(jì)劃更換逐步淘汰舊式開關(guān)柜,，更換成電動(dòng)儲(chǔ)能型或彈簧儲(chǔ)能型的密封式開關(guān)柜；加強(qiáng)開關(guān)控制回路的維護(hù),，發(fā)現(xiàn)故障馬上處理,；對(duì)于跳閘線圈經(jīng)常燒壞的問題，應(yīng)采用性能優(yōu)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。

⑤防止饋線高阻接地引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)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(hào)時(shí),，應(yīng)馬上組織巡視故障線路，排除接地饋線的故障,。同時(shí),，加強(qiáng)對(duì)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(yùn)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(dòng)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(dòng)的主要原因,，并提出了相應(yīng)的一些措施，為已加裝接地變壓器或計(jì)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(duì)于35KV,、66KV配電網(wǎng),，變壓器繞組通常采用Y接法，有中性點(diǎn)引出,，就不需要使用接地變壓器,。對(duì)于6KV、10KV配電網(wǎng),，變壓器繞組通常采用△接 法,，無中性點(diǎn)引出，這就需要用接地變壓器引出中性點(diǎn),。接地變壓器的作用就是在系統(tǒng)為△型接線或Y型接線中性點(diǎn)未引出時(shí),，用于引出中性點(diǎn)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(gè)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?/span> 般小于10Ω）,，空載損耗低，變壓器容量可以利用90%以上,。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(shí)，Z型變壓器的三相繞組做成平衡式,，就可以滿足測(cè)量需要,。當(dāng)系統(tǒng)不平衡電壓較小時(shí)（例如全電纜網(wǎng)絡(luò)），Z型變壓器的中性點(diǎn)要做出30V～70V的不平衡電壓以滿足測(cè)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(shí),，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(bǔ)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ZNyn11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(gè)匝數(shù)相同的繞組,，分別接不同的相電壓。當(dāng)接地變壓器線端加入三相正、負(fù)序電壓時(shí),，接地變壓器每一鐵芯柱上產(chǎn)生的磁勢(shì)是兩相繞組磁勢(shì)的向量和,。三個(gè)鐵芯柱上的合成磁勢(shì)相差120°，是一組三相平衡量,。三相磁通可在三個(gè)鐵芯柱上互相形成磁通路,，磁阻小、磁通量大,、感應(yīng)電勢(shì)大,，呈現(xiàn)很大的勵(lì)磁阻抗。當(dāng)接地變壓器三相線端加入零序電壓時(shí),，在每個(gè)鐵芯柱上的兩個(gè)繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)大小相等,，方向相反，合成的磁勢(shì)為零,，三相鐵芯柱上沒有零序磁通,。零序磁通只能通過外殼和周圍介質(zhì)形成閉合回路，磁阻很大,，零序磁通很小，所以零序阻抗也很小,。