接地变压器的应用

ｉ０　甘肃电力技术　接地变压器的应用　陈建华　（甘肃省电力设计院甘肃省兰州市７３００５０）　【摘要】　论述了６～１ＯｋＶ供电系统当发生单相接地时可能产生过电压的危害及接地变压器科研形成　人工接地点的基本原理，从而使６一ｌＯｋＶ系统变为中性点接地系统，方便了消弧线圈的装设，补偿了接地电　容电流，保证了６一ｌＯｋＶ系统的安全运行。　【关键词】　配电网接地变应用　在三相变压器中，必须有一组绕组接为三角形，　１　概述　ＧＢ１０２２９－８８｛电抗器》等效采用国际标准ＩＥＣ２８９　这是由于变压器的电磁感应原理决定的。当三相变　压器的外加电压Ｕ为正弦波时，与之平衡的电动势ｅ　以及主磁通中都应当为正弦波。在变压器的磁路饱　《电抗器》（１９８７年版），其中第６篇规定了接地变　压器（中性点耦合器）有关的定义、定额、技术参　数及其他要求，为我国接地变压器的制造、安装、　运行提供了技术依据。从此，接地变压器的制造、　和时要产生正弦波磁通，励磁电流ｉｎ则必须为尖顶波　形，除基波电流外，还有较大的３次谐波电流分量　及其他高次谐波电流分量。高次谐波电流分量数值　较小，可忽略不计。　应用随着各地供电网络的扩大而越来越多。　目前，我国许多城市将供电网的架空线路改造　为电缆线路并在地下敷设，美化了市容市貌。但是　励磁电流ｉｏ中的３次谐波分量用ｉ　、ｉ∞Ｂ、ｉ０Ｂｃ　表示，则：　ｉ０３Ａ＝１０３ｍ　ｓｉｎ　３ｔｏｔ　随之而来的是供电网单相接地电容电流数值的明显　增大（增大到数十倍，甚至数百倍）。电缆线路的通　ｉ０３Ｂ＝１０３　ｓｉｎ　３（ｃｏｔ一１２０。）　１０３ｍ　ｓｉｎ　３ｃｏｔ　ｉ０３ｃ＝１０３　ｓｉｎ　３（（ｏｔ一２４０。）　１０３ｍ　ｓｉｎ　３ｃｏｔ　风、巡视、检修较之架空线路多有不便，致使供电　网单相接地故障时有发生，应给予高度重视和防范。　在供电网单相接地时，消弧线圈能产生电感性　电流，以补偿单相接地电容电流。但６～ｌＯｋＶ电网　一可见Ａ、Ｂ、Ｃ三相的３次谐波电流幅值彼此相　等，在时间上同相位。　对于三相变压器，在电路联接上如果没有３次　谐波电流的通路，如Ｙ、ＹＮ联接，势必反过来要影响　主磁通中的波形，则磁路饱和时为平顶波。若主磁　通中不是正弦波时，根据谐波分析法，同样能得到　除基波磁通外，也存在较大的３次谐波磁通和其他　般为中性点不接地系统，无法装设消弧线圈，而　接地变压器可提供一个人工接地点，于是可以装设　消弧线圈来解决单相接地故障带来的一系列过电压　问题。　高次谐波磁通，各相的３次谐波磁通中。。幅值彼此相　等，在时间上同相位。３次谐波磁通的影响程度大小，　取决于三相变压器的磁路结构、磁阻大小。　当三相变压器采用Ｙｄ联接时，一次绕组励磁电　流中不可能有３次谐波电流分量，主磁通中为平顶　２中性点非有效接地电网　我们通常定义的中性有效接地电网是指：单相　接地时健全相电压不超过０．８倍额定线电压，否则　为中性点非有效接地电网。目前，我国ｌｌＯｋＶ以下　波，相电动势为尖顶波。相电动势中含有３次谐波　分量ｅ。。。在二次侧三角形中３ｅ。。产生时间同相的３　电网为中性点非有效接地电网。　维普资讯 http://www.cqvip.com

接地变压器的应用　次谐波电流，此电流也具有励磁电流的性质，这是　因为一次绕组不可能有３次谐波电流与之平衡。既　然是励磁电流，就要产生３次谐波磁通。此３次谐　波磁通会削弱原磁路饱和引起的３次谐波磁通，也　就是说变压器主磁通是由一次绕组正弦波形的空载　电流和二次绕组的３次谐波电流共同产生的，因此　主磁通接近正弦波形。　（３）３￣－－ｌＯｋＶ电缆线路构成的系统，３０Ａ。　从上述规程规定可以看出，当单相接地故障电　容电流超过规定值时，３５、６６ｋＶ系统可以采用装设　消弧线圈，以补偿电容电流，求得本系统的安全运　行；３～ｌＯｋＶ系统中性点无法引出，不可能装设消弧　线圈，而３￣ｌＯｋＶ系统单相接地电流经常超过３０Ａ。　这时又如何补偿电容电流呢？于是，能进行人工接　在大中型三相降压变压器中，ｌＯｋＶ电压等级绕　组多数联接为三角形，从而形成了ｌＯｋＶ电网为中性　点不接地电网。　在电力网运行时，　发生故障类型几率最大的是　单相接地故障。中性点直接接地的电网，当发生单　相接地故障时，因单相接地电流很大，继电保护装　置瞬时动作而跳开断路器，将故障切除。此时若是　永久性故障，则被切除的线路停止向用户继续供电。　当６～ｌＯｋＶ电网发生单相接地故障时，接地相对地　电位为零，中性点对地为相电压，非接地相对地电　位升高到√３　ｍ，三相之间线电压仍为√３　ｍ，此时　电网仍然能够继续向用户供电２ｈ，从而提高了供电　的连续性，这是此种电网的优点。　电网中性点不接地这一方式实现起来简单，不　需要在中性点装设任何设备，但它有较严重的缺点，　例如：０发生间歇电弧接地时，会产生高幅值过电　压，其值可达到相电压的３倍，虽然数值不是太高，　但过电压持续时间较长，对设备绝缘可能造成危害：　②在单相接地的暂态过程中，会产生较大的过电流。　过电流包括两部分，一是强制分量，工频部分；二　是自由分量，频率较低，可引起电压互感器励磁电　流的激增，容易使其烧毁。鉴于此，在规程　ＤＬ／Ｔ６２０－１９９７《交流电气装置的过电压保护和绝缘　配合》３．１．２作了以下规定：　３￣ｌＯｋＶ不直接连接发电机的系统和３５ｋＶ、６６ｋＶ　系统，当单相接地故障电容电流不超过下列数值时，　应采用不接地方式；当超过下列数值又需在接地故　障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式。　（１）３～ｌＯｋＶ钢筋混凝土或金属杆塔的架空线　路构成的系统和所有３５、６６ｋＶ系统，ＩＯＡ。　（２）３～ｌＯｋＶ非钢筋混凝土或非金属杆塔的架　空线路构成的系统，当电压为：　１）３ｋｖ和６ｋｖ时，３０Ａ；　２）１０ｋＶ时，２０Ａ。　地点的接地变压器（或中性点耦合器）便应运而生　了。　３接地变压器的基本原理　ＧＢ１０２２９－８８《电抗器》是这样描述接地变压器　的：接地变压器为三相变压器（或三相电抗器），常　用来为系统不接地的点提供一个人工的、可带负载　的中性点，以供系统接地用，否则该点不接地。　（１）直接接地。　（２）连接到接地电抗器、电阻或消弧线圈。可　以规定接地变压器带有一个低电压的二次绕组，该　绕组具有连续的额定容量，作为变电站辅助电源。　从上述国标内容可以看出两点：①当接地变压　器带有二次绕组时称为接地变压器，当不带二次绕　组时称为中性点耦合器；②接地变压器有ａ、ｂ两种　接地方式，视接地电容电流的大小而定。　接地变压器的原理、接线绕组的绕制方向和连　接如图１所示。　－　图中：　Ａ。Ｘ。、Ａ２Ｘ２一Ａ相绕组的两段；　Ｂ。Ｙ。、Ｂ２Ｙ２一Ｂ相绕组的两段；　Ｃ。ｚ。、Ｃ。ｚ。一Ｃ相绕组的两段；　Ｗ－、ｗ２一每段匝数，且Ｗ－１ｗ。；　ａｘ、ｂｙ、ｃｚ一二次绕组。　接地变压器的绕组连接称为曲折连接（ｚ连接），　是把每相绕组分成相同匝数的两段，把一相的上段　绕组与另一相的下段绕组反串起来组成一相，把Ａ。、　Ｂ。、ｃ。引出，把Ａ。、Ｂ。、Ｃ２连接在一起，作为中性点　Ｎ引出。从零序电流的流向可知铁心柱的零序磁势：　Ｗ。ｉ０一Ｗ２ｉ。＝０　（１）　铁心柱的零序磁通近似为零，绕组的零序电抗　也近似为零，所以零序电流便得以顺利流过，因此　接地变压器作为中性点能连接消弧线圈。　维普资讯 http://www.cqvip.com

１２　接地变压器的应用　ｌ　ｌ　一ｌ　一　Ｉ　—　．　Ａ２Ｅ　　ｔ　Ｉ　（ｒ　　　）ｗ）　１　．　Ｂｌ　ＩＩ　　匕＿　ｃｌ　Ｊ＇ｒ主　　））　．Ｘｌ　ｒ一　二）　色ｙｌ　Ｚ　Ｎ　直Ｉ　（　Ｉ（　Ａ２　）Ｗ１　Ｃ　（　色Ｃ　）　Ｗ２　Ｂ２　主　）＝）　　主　＿）　、　）　）　ｙ２　Ｊ　Ｃ◆ａ　悫．　ｒ—喜　）　）　　一　悫ｃ　））　　７　图１　接地变压器原理接线图　接地变压器的二次绕组的连接是普通配电变压　器的ｙｎ接法，可供照明和动力用电。　１０　——————◆　Ａ　Ｗ、　．．●————一　Ｂ　Ｃ　图２单相接地零序电流图　图１中的一次绕组为电动机惯例，二次绕组为　Ｅ。－－Ｅｂ＝Ｅ。０．４＋　＝０．ｚ３ｋｖ　（５）　发动机惯例。各相每段绕组的电动势正方向如图３　所示。　接地变压器电压向量图如图４。从图中可以看　色Ａ１、色Ｂ１、色ｃｌ和色Ａ２、色Ｂ２、色ｃ２分别是三相　出，二次侧电压滞后一次侧电压３０。。在单相接地　对称电动势，它们的幅值均相等。于是在正常运行　时二次侧仍然能继续供电，这是因为电网依然保持　和单相接地时，接地变压器的电压为：　三相对称线电压，接地变一次侧从电源获得正序电　一次侧：　动势，除流有正序电流外还流有零序电流，正序电　流则产生正序磁通和正序电动势，该磁通在二次绕　色Ａ＝色Ａｌ＋（一色Ｂ２）　（２）　组中也感应正序电动势，使二次侧能正常供电。由　ＥＢ＝ＥＢ１＋（一Ｅｃ２）　（３）　于接地变是ｚ形接法，零序磁势和零序磁通都近似　Ｅｃ　Ｅｃ１＋（一ＥＡ２）　（４）　为零，对接地变的电磁过程不产生影响。所以说接　二次侧：　地变压器在电网发生单相接地故障时，它能顺利流　维普资讯 http://www.cqvip.com 接地变压器的应用　１３　过零序电流，构成人工接地点，以便连接消弧线圈　接地故障更严重后果的出现。　补偿接地电流，消除接地电弧的产生和发展，防止　图３接地变一次绕组每段庖动势向量图　ｂ　Ｃ　Ａｌ　（ａ）一次绕组电压向量图　（ｂ）二次绕组电压向量图　图４接地变压器电压向量图　４接地变压器的应用设计　电网的电容电流应包括有电气连接的所有架空　线路、电缆线路、发电机、变压器以及母线和电器　４．１　接地变压器的选型　的电容电流，并应考虑到电网５￣－－１０年的发展规划。　额定电压：是指一次绕组线端施加的或感应的　额定持续电流：是指当二次绕组具有额定容量　空载电压。额定电压的选择一定要与接入电网的额　时，持续流过主绕组线端的电流。设计人员应该准　定线电压相一致。　确统计二次绕组的供电负荷，并向制造厂提供。　额定中性点电流：是指在接地变压器持续或设定　额定零序阻抗：主绕组各线端连在一起与中性　工作时间内运行，在额定频率下，流过主绕组的中性　点之间的阻抗值，用额定频率下每相欧姆值表示。　点端子的电流。在金属性单相接地时，该电流（电容　额定零序阻抗值目前尚无统一规定，有的制造厂　电流）值为：　已生产出４－￣５％（相对消弧线圈阻抗值）的产品。从　ｉｏ＝＝３×旱＝半－＿ｊ３　。　理论上讲，零序阻抗越小，人工接地点的作用越明显，　所连接消弧线圈的补偿作用越好。消弧线圈补偿的感　ｊ　ｊ　性电流值为：　式中：　’　Ｉ．：　Ｑ　：　尘　（Ａ）　（７）　Ｏ　一电网接地相相电压（Ｖ）：　Ｚ　＋Ｚｏ，３　Ｚ　＋Ｚｏ，３　ｃ一每相对地电容值（Ｆ）。　式中：　该电流只有在电网单相接地时才产生并流过接地　Ｕ　一零序电压值（Ｖ）：　变压器一次的接地相，它是流过接地变压器健全相电　ｕｏ一网络相电压值（Ｖ）；　容电流之和。在正常运行状态时，一次绕组只需承担　ｚ　一消弧线圈电抗值（Ｑ）：　平衡二次绕组侧的负载电流。设计人员应向制造厂提　Ｚ。一接地变一次零序电抗值（Ｑ／相）。　供额定中性点电流数值，以方便厂方设计制造。　从上式可知，７，ｏ值越小，Ｌ值毯大，补偿敦写　怠　子。　维普资讯 http://www.cqvip.com １４　接地变压器的应用　与消弧线圈的匹配：　一次侧的电流数值很小，故在接地变及消弧线圈连　在ＧＢ１０２２９－８８《电抗器》中，均未提出接地变　接组的继电保护设计计算时略去不计（有关继电保　压器的容量和消弧线圈容量的定义和概念，只提出　护的设计内容将另文介绍）。　接地变压器额定中性点电流和消弧线圈额定电流的　４．３接地变的过电压保护　定义。所以选择接地变压器额定中性点电流应为消　为了防止可能出现的多种过电压危害电网的安　弧线圈额定电流的１．１～１．１５倍较为合适。　全运行和损坏设备，应在变电所ｌＯｋＶ母线上和接地　另外，还应考虑接地变压器带有二次绕组负荷　变前分别装设氧化锌避雷器，如ＹｓＷＺ一１７／４５。　的容量。　接地变一、二次线圈之间的短路阻抗值：　５结束语　接地变带有二次绕组供应连续负荷时，其短路　６￣ｌＯｋＶ电网经消弧线圈接地可以消除多种过　阻抗值应与普通配电变压器一致，一般为４～４．５％，　电压的危害，保证电网和设备的安全运行，保证人　执行ＧＢ／Ｔ６４５卜１９９９《三相油浸式电力变压器技术参　身安全。但６～１ＯｋＶ电网多为中性点不接地系统。　数和要求》。　接地变压器可形成人工接地点，便利了消弧线圈的　４．２接地变及消弧线圈连接组的继电保护　连接，从而有助于６￣ｌＯｋＶ电网的安全运行。　接地变及消弧线圈连接组的继电保护可以采用　电流速断作主保护，过电流延时作后备保护。　由于接地变二次侧所供用电负荷不大，折算到　收稿日期：２００７—１０—１５　（上接第９页）　（１）ｌｌＯｋＶ仁寿变、文峰变现场值班人员应负　值班人员必须配合完成，严禁单人进行设备清扫维　责变电站的保卫工作。除现场值班人员的直系亲属　护工作。　外，站内不得留宿他人。　（３）１１Ｏｋｖ仁寿变、文峰变现场值班人员应做　（２）到站参观、实习人员必须持有介绍信，并　好本站的防鼠、防潮和日常环境卫生的清扫工作，　经工区同意。　定期检查，雨后检查电缆沟及其防火隔墙中的沙子，　（３）关好门窗，锁好控制室、高压配电室、变　并视受潮情况及时进行通风、晾晒。　电站大门，提高警惕，发现可疑人员应主动查问，　（４）１ｌＯｋＶ仁寿变、文峰变应根据有关规定储　必要时立即汇报３３０ｋＶ陇西变当值值班长、站长和　备必要的备品、备件、消耗材料，并定期进行检查。　工区。　４．１０记录管理　（４）修试人员和其他人员进出变电站，应严格　（１）１　ｌＯｋＶ仁寿变、文峰变除设备技术档案、　按照规定填写《变电站进出人员登记记录》，认真履　图纸资料、设备验收记录、设备调试记录等保存在　行出入登记手续。现场值班人员在严格执行出入登　原站外，其余并入３３０ｋＶ陇西变相应各种记录中。　记制度的基础上，可拒绝任何未持有效工作票人员　另外，ｌｌＯｋＶ仁寿变、文峰变重建值班记录、交　进入变电站。　记录、收发电文及命令记录。　５实施效果检查　（２）１ｌＯｋＶ仁寿变（或文峰变）与３３０ｋＶ陇西　变之间的工作联系内容，必须记入收发电文及命令　经过认真的组织、准备和实施，我公司已于２００６　记录。　年１２月１日正式实施了３３０ｋＶ陇西变对１ｌＯｋＶ仁寿　（３）工作票收到后，现场指派人员电话汇报　变、文峰变的监控运行管理工作。通过实施此项工　３３０ｋＶ陇西变当值值班长，由３３０ｋＶ陇西变填写工作　作，不仅使运行人员由原来的３３人减少到２７人，　票登记记录。　而且使变电运行人员的业务技术素质得到了很大的　（４）１ｌＯｋＶ仁寿变、文峰变现场的记录，按要　提高。截至目前，设备运行稳定，各项运行管理工　求同时录入生产管理信息系统（ＰＭＩＳ）中。　作正常有序开展。　４．１　１安全保卫制度　收稿日期：２００７－１０—１２