浅析接地变压器在电力系统中的应用

浅析接地变压器在电力系统中的应用摘要:随着现代电力事业的日益壮大和发展，中性点不接地的电力系统中电容电流也逐步增大，严重威胁到供电系统的运行安全。为消除电力系统中的电容电流，人们在电力系统中引入了接地变压器。本文简单介绍了电力系统中接地变压器的作用和运行原理，并简单分析接地变压器常见运行故障和应对策略。关键词:接地变压器、小电流接地、电容电流、Z型接法1、引言在我国电力系统中，6~35KV的电网一般都采用中性点不接地的运行方式，以提高供电系统的稳定性。但随着现代社会电力事业的日益壮大和发展，供电系统也越来越大，当发生单相接地时，供电系统中的电容电流也随之逐步增大，以致电容电流时刻威胁着电力系统的运行安全，甚至危及人类的生命安全。为消除电力系统中的电容电流，人们在电力系统中引入了接地变压器，本文简单介绍接地变压器的作用、运行原理等，并简单分析了接地变压器常见运行故障和解决方法。2、接地变压器的作用2.1接地变压器的由来对3~35KV的中压系统，我国大多采用中性点不接地运行方式，以提高供电的可靠性。但随着现代社会电力事业的日益壮大（变压器容量及出现增多），当发生单相接地时，接地电容电流会很大（＞10A），可能造成“弧光接地过电压”，伤害电气设备绝缘，造成电气设备损坏事故和用电安全事故，为此人们想出了再供电系统中性点加装消弧线圈，当发生单相接地时，用消弧线圈的电感电流来平衡单相接地点的接地电容电流，以避免形成弧光接地过电压。但我国中压系统中的降压变压器二次线圈大多是“△”型连接方式，没有中性点，致使消弧线圈没办法安装。于是人们想到了在电力系统中增加一个“Y”型连接的电力变压器，人造一个中性点，就可以使消弧线圈能够接到这个人造的中性点上，从而解决了没有中性点接消弧线圈的问题。2.2接地变压器的作用当中性点不接地系统发生单相接地故障时，线电压三角形仍然保持对称，对用户继续工作影响不大，并且电容电流比较小（小于10A）时，一些瞬时性接地故障能够自行消失，这对提高供电可靠性，减少停电事故是非常有效的。但随着电力系统中增大，电容电流也会随之增大，当电容电流大于10A时，此时系统中的接地电弧无法可靠熄灭，就会产生以下后果：①.单相接地电弧发生间歇性的熄灭与重燃，会产生弧光接地过电压，其幅值可达4U（U为正常相电压峰值）或者更高，持续时间长，会对电气设备的绝缘造成极大的危害，在绝缘薄弱处形成击穿；造成重大损失。②.由于持续电弧造成空气的离解，破坏了周围空气的绝缘，容易发生相间短路。③.产生铁磁谐振过电压，容易烧坏电压互感器并引起避雷器的损坏甚至可能使避雷器爆炸。④当有人误触带点部位时，由于受到大电流的烧灼，加重了对触电人员的伤害，甚至伤亡。⑤供电系统误动作，甚至造成大面积停电，给人们的生产、生活带来严重影响。上述后果将严重威胁电力系统的安全运行并对人们造成严重经济损失或人员伤亡。所以接地变压器的作用就是在系统为“△”型接线或“Y”型接线中性点无法引出时，人为引出中性点用于加接消弧线圈，从而通过消弧线圈产生的感性电流补偿系统中的电容电流以防止发生上述系统危险，保护电力系统的安全运行。3、接地变压器的运行原理目前市场上的接地变压器有二种：Z型接法接变压器和星形/三角形接线接地变压器，但在电力系统中多采用Z性接地变压器。Z型接地变压器，在结构上和普通三相芯式电力变压器相同，其原理图如下：在接地变压器三相铁芯的每相都有两个匝数相同的绕组，分别接不同的相电压。当接地变压器接线端加入三相正、负序电压时，接地变压器每一铁芯柱上产生的磁势是两相绕组磁势的向量和。三个铁芯柱上的合成磁势相差120°，是一组三相平衡量。三相磁通可在三个铁芯柱上互相形成磁通路，磁阻小、磁通量大、感应电势大，呈现很大的励磁阻抗。当接地变压器三相线端加入零序电压时，在每个铁芯柱上的两个绕组产生的磁势大小相等，方向相反，合成的磁势为零，三相铁芯柱上没有零序磁通。零序磁通只能通过外壳和周围介质形成闭合回路，磁阻很大，零序磁通很小，所以零序阻抗也很小。当电力系统发生接地故障时，在绕组中将流过正序、负序和零序电流，该绕组对正序和负序电流呈现高阻抗，而对零序电流来说，由于在同一相的两绕组反极性串联，其感应电动势大小相等，方向相反，正好相互抵消，因此呈低阻抗。4、接地变压器的常见故障分析馈线零序保护的构成原理：馈线零序CT采样→馈线保护启动→开关动作跳闸，从馈线零序保护的构成原理可以看出，零序CT、馈线保护、开关是保护正确动作的关键元件。以某10KV动力站和110KV总将变电站为例，其保护参数为接地变：一次电流75A、1.5s切10kV分段、1.8s闭锁10kV自投、2.0s切变低、2.5s切两侧；10kV馈线：一次电流60A、1.0s切开关。下面就从这几个方面分析引起接地变压器保护误动的原因。4.1零序CT误差引起接地变压器保护误动当10KV馈线发生接地短路故障时，故障线路零序CT检测到故障电流，对应的10KV馈线零序保护首先启动切除故障线路，同时接地变压器的零序CT也检测到故障电流，保护启动，为了遵循选择性的原则，实现馈线保护优先动作，10KV馈线零序保护电流和时间整定值要比接地变压器保护小。但由于种种原因，CT难免有误差，如果接地变压器的零序CT下偏差-10％，10KV馈线的零序CT上偏差+10％，两者的实际电流动作值为67.5A和66A，几乎相等，只依靠时间选择，当发生10KV馈线接地时，就很容易造成接地变零序过流越级动作。4.210kV馈线保护拒动，引起接地变压器保护误动目前电网系统广泛应用微机型保护装置，保护性能大大提高，但保护装置生产厂商和型号也比较多，产品质量和技术参差不一，散热能力差也是其一大弊端，装置故障时有发生。从其故障分析来看，10KV馈线保护装置的电源插件、采样插件、CPU插件和跳闸出口插件最容易出现故障。所以一旦它们出现故障又未即时处理，馈线保护有可能拒动，造成接地变压器保护误动。4.310KV馈线开关拒动，引起接地变压器保护误动近年来，由于使用时限长、操作次数多或开关柜的质量问题，发生在10kV开关柜上的故障越来越多，其中开关控制回路的小故障尤其突出。如果在开关柜故障期间出现馈线接地故障，即使零序保护正确启动，由于开关拒动也会造成接地变压器保护误动。馈线接地故障零序保护动作，命令跳开馈线开关，同时跳闸线圈烧坏，开关不能动作，是开关拒动的主要原因。5、防止接地变压器保护误动的解决措施通过对接地变压器常见故障分析，结合10KV动力站和 110KV总将变电所的实际操作经验，可采取以下措施解决接地变压器保护误动。5.1防止零序CT误差引起接地变压器保护误动的措施选用质量过关的零序CT；安装调试前应严格校验零序CT的性能特性，误差在±5％的坚决弃用；馈线零序保护动作电流整定值和接地变压器零序保护动作电流整定值均应按一次值整定，保护校验时，应从零序CT一次升流检验其正确性。5.2防止馈线保护拒动引起接地变压器保护误动的措施选用质量可靠，运行成熟、故障率少的保护装置；对运行年限长和经常故障的保护装置，要计划更换；加强保护装置的运行护，发现故障马上处理；安装空调和通风系统，改善保护装置运行环境，防止元件长期在高温条件下运行。5.3防止馈线开关拒动引起接地变压器保护误动的措施选用质量可靠，运行成熟、故障率少的开关设备；对运行年限长的开关设备和经常故障的开关设备，要计划更换逐步淘汰旧式开关柜，更换成电动储能型或弹簧储能型的密封式开关柜；加强开关控制回路的维护，发现故障马上处理；对于跳闸线圈经常烧坏的问题，应采用性能优良的线圈。作为开关的配套设备，开关柜的合理选用是解决线圈问题的关键。总结随着电力系统的逐步增大，中性点不接地电力系统中的电容电流也随之增大，如若不采取相应的措施消除电力系统中的电容电流，将给电力系统造成严重影响。通过在电力系统中增加接地变压器，人造电力系统中性点补偿电容电流的方式在很大程度上弥补了电容电流对电力系统的影响，但在电力系统中增加接地变压器后，接地变压器的误动作也给电力系统的稳定性和安全性增加了一定的威胁。本文通过分析接地变压器的作用、工作原理、常见故障及应对措施方面综合分析了接