接地變壓器保護原理分析

胡海棠　陸文穎

摘 要：接地變壓器是變電站的重要一次設(shè)備之一，起到平衡電容電流和提供保護的作用。然而接地變保護則是監(jiān)視接地變，對故障可靠動作，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定至關(guān)重要。本文從接地變壓器的功能出發(fā)，引出了其獨特的物理結(jié)構(gòu)并根據(jù)其結(jié)構(gòu)分析了其運行原理，并對接地變壓器的保護配置作簡要闡述。

關(guān)鍵詞：接地變壓器；功能；物理結(jié)構(gòu)；運行原理；保護配置

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）16-0150-01

1 接地變壓器的作用

中性點不接地的系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，各相間的電壓大小和相位仍然不變，三相系統(tǒng)的平衡沒有遭到破壞，故障點流過的故障電流大小是該系統(tǒng)原來相對地電容電流的3倍，對于35kV系統(tǒng)，若該電流不大于10A，系統(tǒng)仍可以運行一段時間，這便是中性點不接地系統(tǒng)的優(yōu)點。但是隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，特別是對于城市電網(wǎng)中電纜線路的增多，電網(wǎng)的對地電容亦將隨之增大，接地故障的電流越來越大（超過10A），此時接地點將產(chǎn)生間歇性電弧，引起過電壓，從而使非故障相對地電壓極大增加。在電弧接地過電壓的作用下，可能導致絕緣損壞，造成兩點或多點的接地短路，使事故擴大[1]。

為了防止上述事故的發(fā)生，目前普遍采用的方法有兩種：（1）在中性點裝設(shè)消弧線圈，其目的是利用消弧線圈的感性電流補償接地故障時的容性電流，使接地故障電流減小，以致自動熄弧，保證繼續(xù)供電；（2）裝設(shè)接地保護，并為系統(tǒng)提供足夠的零序電流和零序電壓，使接地保護可靠動作切除接地線路。

實現(xiàn)以上兩種功能，都需要系統(tǒng)提供一個可以接地的中性點。然而，對于大多數(shù)輸電變壓器，為了平衡由于變壓器鐵芯非線性產(chǎn)生的三次諧波磁通，一般將變壓器低壓繞組連接成三角形。比如220kV電力變壓器主要采用Y/Y/D聯(lián)結(jié)的三繞組變壓器或Y/D聯(lián)結(jié)的雙繞組變壓器，低壓側(cè)均采用三角形接線，無法引出接地點。為解決上述矛盾，必須在低壓母線側(cè)或者是變壓器低壓側(cè)接入接地變壓器作為人工接地點。

2 單相接地故障時的電流分布

分析接地變壓器中性點經(jīng)小電阻接地的系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時的故障電流分布情況。設(shè)主變壓器的正序阻抗、負序阻抗分別為ZT1、ZT2；

每公里輸電線路的正序阻抗、負序阻抗分別為zl1、zl2，Lk為故障點到主變壓器的線路長度；

由前文的論述可知，接地變的正負序阻抗為勵磁阻抗，可認為其為無窮大，零序阻抗很小，設(shè)為Zt0，當發(fā)生單相接地故障時，忽略負荷電流和對地電容電流。

3 接地變壓器保護原理

3.1 非電量保護

接地變壓器非電氣量保護包括瓦斯保護和溫度保護，和變壓器非電量保護相同，主要用于反應(yīng)繞組內(nèi)部多相短路、匝間短路和鐵芯過熱等。

3.2 電氣量保護

接地變壓器電氣量保護包括電流速斷和過電流保護、中性點零序過流保護。

電流速斷和過電流保護主要用于切除保護區(qū)內(nèi)的相間故障和單相接地故障。結(jié)合公式（1）、（2）可知：電流互感器二次繞組聯(lián)接成三角形，一方面可以消除區(qū)外接地故障產(chǎn)生的零序電流對保護的干擾，防止區(qū)外故障時過電流保護誤動作，另一方面可以增加區(qū)內(nèi)故障時流入過流繼電器的電流，使保護在保證選擇性的前提下靈敏可靠的切除故障。

中性點零序過流保護的二次電流取自接地變壓器中性點流變。由上文第3部分對于k1、k2點的接地故障的分析可知，接地變壓器區(qū)內(nèi)或區(qū)外發(fā)生接地故障，中性點流變都會流過故障電流，因此中性點零序過流保護是全系統(tǒng)接地故障的總后備保護，其動作電流小動作時間長。

4 結(jié)語

接地變壓器作為電力系統(tǒng)中人為引出的接地點，對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行意義重大。只有準確掌握其運行原理，并根據(jù)其原理配置保護功能，才能在發(fā)生事故時正確處理，更好地為電力系統(tǒng)的安全運行服務(wù)。本文淺談對接地變保護原理的學習，結(jié)合保護配置進行故障分析，并提出對接地變保護的研究展望。

參考文獻

[1]國家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護實用技術(shù)問答[Z].中國電力出版社，2000.2.

[2]李發(fā)海，朱東起.電機學[Z].科學出版社，2007.1.endprint