浅谈接地变压器在电力网中的应用

浅谈接地变压器在电力网中的应用

潘根亮

顺特电气设备有限公司广东顺德528300

摘要：近年来随着配电网络规模的不断扩大，城市中电缆线路的增多，致使发生单相短路故障时配电网对地电容电流大幅度增加，当此短路电流大于一定值(3kV～10kV电力网接地短路电流大于30A)时，接地电流所产生的电弧不能自行熄灭，势必会发展成相间短路，造成用户停电和设备损坏事故，为此，笔者针对接地变压器在电力网中的应用进行研究，希望能为相关技术人员在实际操作中提供参考。

关键词：电网系统；接地变压器；短路故障；配电网

为了限制单相对地短路电流和抑制电弧过电压，又能保留电力网的带故障运行的优点，应设置接地补偿装置。配电网的电源变压器都是三角形联结，无中性点，必须利用专用的接地变压器作为人工中性点变压器。原理如图，接地补偿装置经少油断路器接至母线，经电缆至接地变压器，在高压中性点上配上氧化锌避雷器，可以限制配电网过电压。接地变压器中性点接地方式采用经消弧线圈接地，主要用于补偿电网一相接地时的容性电流，并规定采用的补偿方式，以消除一相接地的电磁谐振。

一、接地变压器的搜地方式

在我国发电厂用的厂用变压器及启动备用变压器及我国南方一些中小型水电站应用、着“二机一变”、“三机一变”的发电机与变压器的配套方式。为了保证当一个发电机停运与它所对应的低压绕组断开时，断开的低压绕组对地有一个固定的电位(非悬浮电位)，也需要采用如图1所示的接地变压器来固定所断开的低压绕组的电位。

图3

每相线圈分成匝数相等的两个部分分别与相邻的另一半反极相相连，构成了曲折接线，当系统单相接地时，几乎全部相电压加到消弧线圈上，提高了消弧线圈的利用率，二次侧可以带变电所所用三相四线制负荷，一二次绕组的容量可以作成不等，根据需要来选用。利用接地变压器还可以调整系统中性点不对称电压，因为有的配电网全

部都是电缆出线，三相对称性比较好。因此中性点不对称电压很低，只有几伏，为实现自动调谐带来困难，利用接地变压器一次线圈作成人为的不对称，能够提高系统的不对称电压，满足实际工作需要。接地变压器高压侧采用Z型联结，材料消耗要多一些，但零序磁通所产生的附加损耗却大为减少，而且具有比较低的零序阻抗，还可以采用三相三柱式铁心结构。不带二次线圈的曲折形接地变压器，其零序阻抗亦可很小，对接地容性电流的补偿能力强，但不能带负荷。

2.1额定容量

接地变压器1次侧容量与消弧线圈容量相配套。依据现有消弧线圈的容量规格，建议把接地变压器容量设为消弧线圈容量的1.05倍～1.15倍。如1台300kVA消弧线圈所配用的接地变压器容量为315kVA。

2.2中性点补偿电流

单相故障时流过变压器中性点的总电流:I=U/√3(ZX+ZD/3+ZS)

式中:U—配电网线电压(V)；

ZX—消弧线圈的阻抗(Ω)；

ZD—接地变压器一次零序阻抗(Ω/相)；

ZS—系统阻抗(Ω)

中性点补偿电流的持续时间应与消弧线圈的持续工作时间相同，按规定为2h。

2.3零序阻抗

零序阻抗是接地变压器的重要参数，对于继电保护、限制单相短路电流及抑制过电压等都有重要影响。对于无二级线圈的曲折形及星性/开口三角形联结的接地变压器只有1个阻抗即零序阻抗，这样制造部门能满足电力部门的要求。当带有二次线圈的曲折形接地变压器既要满足一、二次线圈之间阻抗电压，又要满足零序电抗，制造部门很难满足电力部门的双重要求。

2.4温升

按国标对接地变压器的温升有如下规定:

2.4.1额定持续电流下的温升应符合一般电力变压器干式变压器国标中的规定，但主要适用于二次侧经常带负荷的接地变压器。

2.4.2对短时负载电流的持续时间在10s以内时(这种情况主要发生在中性点与电阻联结时)，其温升应符合国标电力变压器中对短路条件下的温升限值的规定。

2.4.3接地变压器与消弧线圈一起运行时其温升应符合对消弧线圈温升的规定:

对于持续流过额定电流的绕组温度为80K，主要适用于星性/开口三角形联结的接地变压器。对于额定电流的最大流通时间规定为2h的绕组，规定温度为100K。这种情况符合多数接地变压器的工作条件。对于最大流通时间规定为30min的绕组，规定温度为120K。上述规定的出发点，是根据在最严重的条件下绕组热点的最高温度不超过140℃～160℃，以保证绝缘的安全运行和不至于严重危及绝缘寿命而规定。

2.5损耗

损耗是接地变压器的1个重要性能参数，对于带有二次线圈的接地变压器，其空载损耗可以做到与同容量的双绕组变压器相同。对于负载损耗，但二次侧满载运行时，由于一次侧负荷较轻，其负载损耗小于与二次侧同容量双绕组变压器的负载损耗。

三、接地变压器在电力网中的应用要点

对于三相中性点不接地系统通过接地变压器的中性点经消弧线圈接地时，一相接地的容性电流得到补偿，电力网可以在一定时间内继续运行。但是不接地的两相电压升为线电压，加之电力网存在电感、电容，接地电弧引起过电压，对绝缘薄弱的设备带来危害，对一些双回路供电的用户还是很快切除一相接地故障的供电回路更为合理。

例如，发电机直配供电的网络，由于发电机本身的重要性，将一相接地的电路退出运行来保护发电机的安全。在这些情况下，往往将接地变压器的中性点经电阻接地，通过一相接地后的接地电流使检测仪表经过一定的延时使接地段的开关动作，使一相接地的电路退出运行。联结的接地变压器在电网正常运行时相当于配电变压器。为了积累资料，进行了该变压器中性点经消弧线圈接地，用集中电容代替网络分布电容，10kV电力网一相金属性接地的模拟实验。一相接地后的容性接地电流-38A，经消弧线圈的补偿接地电流43A，补偿后的接地电流5A，同时二次侧负载上的电流、电压正常。

四、结论

接地变压器可以在电力系统中设置人工中性点，以达到降低单相对地短路电流的目的，还可以固定多分裂变压器的断开绕组的对地电位。这对于提高供电系统的可靠性有着重要的作用，因此接地变压器在电力系统中有着广泛的应用前景。

参考文献

[1]浅谈接地变压器的作用[J].张英明.农村电工.2017(06)

[2]接地变压器在谐振接地系统中的运用[J].黄焕鹏.广东输电与变电技术.2015(06)

[3]接地变压器Z/Y接线与相位的分析[J].哈刚，宋万俭.冶金动力.2016(02)

[4]小电流接地系统接地变压器模型设计[J].李玲，李国庆，王振浩.吉林电力.2016(03)