接地變壓器

外文名(ming)

Grounding Transformer

所屬(shu)領域(yu)

電力一次設備

分    類(lei)

油式和干(gan)式

特    點

長時空載，短時過載

應用(yong)范圍(wei)

主要是10kV配電(dian)網

目錄

00001. 1 使用現狀(zhuang)

00002. ? 使用(yong)背景

00003. ? 國(guo)內外使用現狀

00004. 2 設備(bei)分類

00005. ? 三相(xiang)接地(di)變壓(ya)器

00001. ? 單(dan)相接地變壓器

00002. 3 工作特(te)點

00003. 4 接線方式

00004. ? YNyn聯結(jie)

00005. ? YNd聯結

00001. ? ZNyn聯結

00002. 5 工(gong)作原(yuan)理

00003. 6 主要技術參數

使用(yong)現狀

使用背景

電力系統(tong)中的6kV、10kV、35kV電(dian)網中一般都(dou)采用(yong)中性(xing)點(dian)(dian)不(bu)接(jie)(jie)(jie)(jie)地的運(yun)行方式。電(dian)網中主變(bian)壓器低壓側(ce)一般為(wei)三角形(xing)(xing)接(jie)(jie)(jie)(jie)法(fa)，沒有(you)可(ke)(ke)以接(jie)(jie)(jie)(jie)地的中性(xing)點(dian)(dian)。當中性(xing)點(dian)(dian)不(bu)接(jie)(jie)(jie)(jie)地系(xi)統發生單相接(jie)(jie)(jie)(jie)地故(gu)障時，線電(dian)壓三角形(xing)(xing)仍然保持(chi)對稱，電(dian)力系(xi)統可(ke)(ke)以持(chi)續對用(yong)戶供電(dian)1到2小(xiao)時，并(bing)且電容電流比較小(xiao)（小(xiao)于(yu)10A），不會引起間歇性電(dian)(dian)(dian)弧，一些瞬時性接(jie)地故(gu)障能(neng)夠自(zi)行消失，這(zhe)對(dui)提高供電(dian)(dian)(dian)可靠(kao)性，減少(shao)停電(dian)(dian)(dian)事故(gu)是(shi)非常有效的(de)(de)。但隨著城市電(dian)(dian)(dian)網(wang)的(de)(de)不斷擴大及電(dian)(dian)(dian)纜出線的(de)(de)不斷增(zeng)多，系統對(dui)地電(dian)(dian)(dian)容電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)急劇增(zeng)加，單相接(jie)地后(hou)流(liu)(liu)(liu)經故(gu)障點的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)容電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)較大（超過10A） [2]  。電(dian)弧(hu)(hu)不易熄(xi)滅、容易激發(fa)鐵磁諧振過電(dian)壓及(ji)產生間隙性弧(hu)(hu)光接地(di)過電(dian)壓，可能導(dao)致絕(jue)緣損(sun)壞，使線(xian)路跳閘，事故擴大，具體(ti)為：

1.單相接地電(dian)弧發生間(jian)歇性的熄滅與重燃，會產生弧光接地過電(dian)壓，其(qi)幅(fu)值可達4U（U為正常相電(dian)壓(ya)峰值）或者更高，持續時(shi)間長，會對(dui)電(dian)氣設備的絕緣(yuan)造成極大的危害，在絕緣(yuan)薄弱處形成擊(ji)穿(chuan)；造成重(zhong)大損失。

2.由于持續電(dian)弧造成(cheng)空(kong)氣(qi)(qi)的離解，破壞(huai)了周(zhou)圍空(kong)氣(qi)(qi)的絕緣，容易發生相間(jian)短路。

3.產生鐵磁諧振過(guo)電(dian)壓，容易燒壞(huai)電(dian)壓互感器(qi)并引起避雷(lei)(lei)器(qi)的損(sun)壞(huai)甚(shen)至可能(neng)使避雷(lei)(lei)器(qi)爆炸。這些后果將(jiang)嚴重威脅電(dian)網設(she)備(bei)的絕(jue)緣，危(wei)及電(dian)網的安全運行。

為了減小單相(xiang)接(jie)(jie)地故障(zhang)時(shi)的對地電容(rong)電流，需要在(zai)變壓器中(zhong)(zhong)(zhong)性點(dian)裝設(she)消弧線(xian)圈等補償裝置，因(yin)此需人為建(jian)立一個中(zhong)(zhong)(zhong)性點(dian)，以便在(zai)中(zhong)(zhong)(zhong)性點(dian)接(jie)(jie)入(ru)消弧線(xian)圈，減小接(jie)(jie)地短路斷路電流，提高系(xi)統供電可(ke)靠性 [3]  [4-5]  。

國內外使用現狀

我(wo)國的接地變壓器通常采用 Z 型接(jie)(jie)(jie)線(xian)(xian)（或稱曲(qu)折型接(jie)(jie)(jie)線(xian)(xian)），為(wei)節(jie)省(sheng)投資和變(bian)電(dian)(dian)所(suo)空間，通(tong)常在接(jie)(jie)(jie)地變(bian)壓器(qi)(qi)上增加第三繞組，替代所(suo)用變(bian)壓器(qi)(qi)，為(wei)變(bian)電(dian)(dian)所(suo)所(suo)用設(she)備供電(dian)(dian)。根(gen)據我國《電(dian)(dian)抗器(qi)(qi)》國家(jia)標(biao)準規定(ding)，接(jie)(jie)(jie)地變(bian)壓器(qi)(qi)的接(jie)(jie)(jie)地方式(shi)可(ke)分(fen)為(wei)直接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)地;通過電(dian)抗器、電(dian)阻及消弧線圈接(jie)地(di)。直接(jie)接(jie)地(di)在我國目(mu)前還沒有使用(yong)，但己有電(dian)力研究部門開始這(zhe)方面的探討。

國外的接地變(bian)壓器通常采用或 Z 型連(lian)接，用于 10kV 不接(jie)地系統(tong)，構成(cheng)了配電(dian)(dian)網的接(jie)地保護(hu)，當系統(tong)發生接(jie)地故障時(shi)，接(jie)地變壓器對正序、負序電(dian)(dian)流呈現高(gao)阻抗性，對零序電(dian)(dian)流呈現低阻抗性，使接(jie)地保護(hu)可靠動(dong)作(zuo) [2]  。

設備分類

三相接地變壓器

三相接地(di)變(bian)壓器

此類(lei)變壓器采用(yong)Z型接線(xian)（或稱曲折型接線(xian)），與(yu)普通變(bian)壓器的(de)區(qu)別是，每相(xiang)線(xian)圈(quan)分成兩組分別反向繞在該相(xiang)磁(ci)柱上，這(zhe)樣連接的(de)好(hao)處是零(ling)序(xu)磁(ci)通可(ke)沿磁(ci)柱流(liu)通，而(er)普通變(bian)壓器的(de)零(ling)序(xu)磁(ci)通是沿著漏磁(ci)磁(ci)路流(liu)通，所以Z型接地變壓(ya)器的零序阻抗很小(xiao)（10Ω左右），而普通(tong)變壓(ya)器(qi)要大得(de)多。按規(gui)程規(gui)定，用普通(tong)變壓(ya)器(qi)帶消弧線圈時，其容(rong)量不得(de)超過變壓(ya)器(qi)容(rong)量的20%。Z型變壓器則可帶90% ～100%容量的(de)消弧(hu)線圈(quan)，接地變(bian)除可帶(dai)消弧(hu)圈(quan)外，也(ye)可帶(dai)二次負(fu)載，可代替站用(yong)(yong)變(bian)，從而節省投資費用(yong)(yong)。

單相接(jie)地變(bian)壓器

單相接地變壓器

單相接(jie)地變主要用(yong)于有中性點的發電機(ji)、Satons變壓器的(de)中性點接地電(dian)(dian)阻(zu)柜，以(yi)降(jiang)低電(dian)(dian)阻(zu)柜的(de)造價和體(ti)(ti)積。

工作特點(dian)

（1）零(ling)序阻抗(kang)低(di)， 以保證零(ling)序電流(liu)的(de)輸出；

（2）勵(li)磁阻(zu)抗高，以降低空載電流；

（3）空載損耗低(di)，以(yi)節省(sheng)日(ri)常(chang)運行的能耗 [6]  。

接線方式

YNyn聯結

這種聯結(jie)方(fang)式的變壓(ya)器一(yi)般采用三相三柱(zhu)式鐵(tie)心，高壓(ya)側(ce)的中性點可以聯結(jie)消(xiao)弧線(xian)圈等實現接地。但是(shi), 當單(dan)相接(jie)地的(de)零(ling)序(xu)(xu)電流(liu)流(liu)過高壓側(ce)繞組時，所(suo)產生的(de)零(ling)序(xu)(xu)磁(ci)勢(shi)不(bu)(bu)能(neng)被(bei)二(er)次磁(ci)勢(shi)所(suo)平(ping)衡，同方向的(de)零(ling)序(xu)(xu)磁(ci)通又不(bu)(bu)能(neng)在三柱式鐵(tie)心內形(xing)成(cheng)回路，從(cong)(cong)而(er)(er)使得大量的(de)零(ling)序(xu)(xu)磁(ci)通只能(neng)經過夾件、油和(he)油箱本體而(er)(er)形(xing)成(cheng)閉合回路，從(cong)(cong)而(er)(er)在油箱及夾件內引起附(fu)加損(sun)耗，以致形(xing)成(cheng)局部過熱(re)，使變壓器容(rong)量的(de)利用受到限(xian)制。

我國電力(li)部(bu)門(men)的有關運(yun)行規(gui)程, 曾對(dui)YNyn聯結(jie)變壓器的(de)中性點聯結(jie)消弧線(xian)圈(quan)的(de)工作狀態, 作(zuo)過下列規定:

（1）消弧(hu)線圈的(de)容(rong)量(liang)不得(de)超過變壓器額(e)定容(rong)量(liang)的(de)20%；

（2） 流過消弧線(xian)圈(quan)的(de)零序電流在變壓器內所產生的(de)零序壓降不得(de)超過額定相電壓的(de)10%；

（3）流經(jing)消(xiao)弧(hu)線(xian)圈的三相(xiang)總零序電(dian)流不(bu)大于變壓器額(e)定相(xiang)電(dian)流的60%。

上(shang)述(shu)規定主要是根據零序磁通(tong)所造(zao)成的(de)(de)局部過熱不(bu)致(zhi)超過變壓器(qi)繞(rao)組熱點(dian)的(de)(de)最高溫度限(xian)制(zhi)而決定的(de)(de)。從上(shang)述(shu)可知，YNyn聯結(jie)的接地變(bian)壓(ya)器容量遠未被利用(yong)，另外它的零(ling)序電(dian)抗值也較大 [6]  [7]  。

YNd聯結(jie)

YNd聯結變壓器與消弧線圈XL相聯

這種聯(lian)結(jie)方式的特點是二次側的三(san)角形聯(lian)結(jie)可提供零序電流的閉合(he)通路，因而零序電抗較小。另外, 由(you)于每個心柱(zhu)上的(de)一、二次繞(rao)組的(de)零序磁勢得以平衡, 所以(yi)零序漏磁也較小(xiao)。但(dan)是, 當YN聯結(jie)繞(rao)組(zu)處于外部(bu)(bu)時，在(zai)油箱等部(bu)(bu)件內所引起(qi)的零序附加(jia)損耗(hao)仍(reng)不能完全避免。當它聯結(jie)消弧線圈時，其容量的利用仍(reng)將受到一定限制(zhi)。

國(guo)外(wai)的試驗研究表(biao)明(ming): 考慮附加(jia)損耗、局部過(guo)熱、絕(jue)緣壽(shou)命(ming)和繞組熱點(dian)最高溫(wen)度的限(xian)制(zhi)等因素(su)后，YNd聯結(jie)的接地(di)變壓器允(yun)許的工(gong)作方(fang)式為：

（1）當平(ping)時二次滿載時，YN側(ce)所(suo)接消弧線圈的(de)容(rong)量不得超過變壓器額定(ding)容(rong)量的(de)50%；

（2）當平時(shi)二次的負載僅為變壓(ya)器容量的50%，則(ze)消弧線圈容量(liang)可以(yi)等于變壓(ya)器的(de)額定容量(liang)。

盡管(guan)這種聯結的(de)二次側可(ke)以供(gong)電(dian)(dian)給地區負(fu)載或(huo)變電(dian)(dian)所(suo)自(zi)用(yong)電(dian)(dian)，但由于三角形聯結難于同時向動力(li)與照明混合用(yong)戶供(gong)電(dian)(dian)， 所(suo)以它的(de)應(ying)用(yong)將受到很大限制(zhi)。

YN ,開口d 聯結與消弧線圈XL相聯

與YNd聯(lian)結相類似的是YN，開口d 的聯結方(fang)式，在開(kai)口三角(jiao)形一側可接入電(dian)阻器或電(dian)抗器以調節變(bian)壓器的零(ling)序(xu)電(dian)抗，接入電(dian)阻器還可以抑制(zhi)網絡的鐵(tie)磁諧振。如采用三相五(wu)柱式鐵(tie)心(xin)還可使(shi)零(ling)序(xu)阻抗值(zhi)大為(wei)增加, 甚(shen)至有省(sheng)去一臺消弧線(xian)圈的可能，但結構(gou)復雜，造價(jia)增加。另(ling)外(wai)，二次采(cai)(cai)用開口三角形結線(xian)不能滿足供電給地區負(fu)載及自用電的需(xu)要，因此(ci)這種方(fang)式采(cai)(cai)用不多 [6]  [7]  。

ZNyn聯結(jie)

ZN,yn 聯結變壓器與消弧線圈XL相聯

這種(zhong)聯(lian)結方(fang)式是接地變壓器(qi)常用聯(lian)結方(fang)式，由于(yu)曲(qu)折形結法的同一(yi)鐵心柱上的上下(xia)兩半繞組內的零序(xu)磁(ci)勢正(zheng)好大(da)小相(xiang)等、方(fang)向相(xiang)反而相(xiang)互抵消(xiao)，使得零序(xu)漏磁(ci)通減到很小， 從而使它(ta)(ta)的(de)(de)零序電抗值(zhi)很小(xiao)，它(ta)(ta)的(de)(de)容(rong)量可以與(yu)所聯(lian)結(jie)的(de)(de)消(xiao)弧線(xian)圈的(de)(de)容(rong)量相等 [2]  。目前國內(nei)外廣泛采用的(de)接地變壓器主要(yao)是這種聯結方式。

由于低壓側采用yn結法，故可以同(tong)時供給地(di)區用電或(huo)變電所的自用電。低壓側容(rong)(rong)量(liang)(liang)常小于高壓側容(rong)(rong)量(liang)(liang)，多(duo)數情況下，低壓側容(rong)(rong)量(liang)(liang)在80-200kVA 的范(fan)圍內 [8]  。

盡(jin)管高壓側的(de)額定容量可(ke)以與聯(lian)接的(de)消(xiao)弧線圈容量相等，但Z 形接法將較Y 形接法(fa)多繞(rao)1.15倍的(de)匝數，所以(yi)接地(di)變壓器的(de)實(shi)際容量應為消弧線圈容量的(de)1.15倍 [6]  [8]  [9]  。

工作原理

系統發生單相故障時接地變壓器的工作原理圖

以常用的ZNyn接線說明，接地變壓(ya)器在(zai)運行過(guo)程中，當(dang)通過(guo)一定大小的零序電(dian)流(liu)時(shi)，流(liu)過(guo)同一鐵心柱上的2個單相繞(rao)組的(de)(de)(de)電流(liu)方(fang)向相反(fan)且大小(xiao)相等，使得零序(xu)(xu)電流(liu)產生的(de)(de)(de)磁(ci)勢正好相反(fan)抵(di)消，從(cong)而(er)使零序(xu)(xu)阻(zu)(zu)抗(kang)也很(hen)小(xiao)。使得接地(di)變壓(ya)器(qi)在(zai)發生故障(zhang)時，中性點(dian)可以流(liu)過(guo)補(bu)償(chang)電流(liu)。由(you)于(yu)有(you)很(hen)小(xiao)的(de)(de)(de)零序(xu)(xu)阻(zu)(zu)抗(kang)，當(dang)零序(xu)(xu)電流(liu)通過(guo)時，產生的(de)(de)(de)阻(zu)(zu)抗(kang)壓(ya)降要盡(jin)可能的(de)(de)(de)小(xiao)，以保證系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)安全。由(you)于(yu)接地(di)變壓(ya)器(qi)具有(you)零序(xu)(xu)阻(zu)(zu)抗(kang)低的(de)(de)(de)特點(dian)，所以當(dang) C 相(xiang)發生單(dan)相(xiang)接地故障時，C 相的對地電流 I 經大(da)地(di)流入(ru)中性(xing)點，并且被等(deng)分為三份(fen)流入(ru)接(jie)地(di)變壓器，由于(yu)流入(ru)接(jie)地(di)變壓器的三相(xiang)電流相(xiang)等(deng)，所(suo)以(yi)中性(xing)點 N 的位移不(bu)(bu)變，三相(xiang)(xiang)線電壓仍然保(bao)持對稱。但在制造(zao)過程中高壓繞組(zu)的上下包的匝數和幾(ji)何尺寸不(bu)(bu)可(ke)能完全(quan)相(xiang)(xiang)等(deng)，使得零(ling)序電流(liu)產生的磁勢不(bu)(bu)可(ke)能正(zheng)好相(xiang)(xiang)反抵消,還(huan)是產生了一定的零序阻抗，通常(chang)在 6-10Ω左右,相對于星形(xing)接線的(de)變壓器的(de)零(ling)序阻抗(kang) 600Ω而(er)言(yan)，其優(you)勢(shi)不言(yan)而(er)喻。此外，曲(qu)折接地變(bian)壓(ya)器(qi)(qi)還(huan)可(ke)以使(shi)空載(zai)電流和空載(zai)損(sun)耗盡可(ke)能小。同普通星形接線變(bian)壓(ya)器(qi)(qi)比較，由(you)于曲(qu)折接線變(bian)壓(ya)器(qi)(qi)的每相鐵芯(xin)是由(you)2個鐵心柱(zhu)的繞組組成，結合其向量圖(tu)可知，與普通星形接線變(bian)壓器比較(jiao)，當電壓相(xiang)同時(shi)要(yao)多繞 1.16 倍。中性點電(dian)阻(zu)接地方(fang)式下城市配電(dian)網在單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)接地時，零序(xu)阻(zu)抗和正(zheng)序(xu)阻(zu)抗的(de)幅(fu)值相(xiang)(xiang)(xiang)差(cha)很(hen)大。三(san)(san)相(xiang)(xiang)(xiang)正(zheng)、負序(xu)電(dian)流流過時，接地變壓器(qi)的(de)每(mei)一(yi)鐵芯柱上(shang)(shang)的(de)磁勢(shi)是(shi)該(gai)鐵芯柱上(shang)(shang)分屬(shu)不同相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)兩繞組磁勢(shi)的(de)相(xiang)(xiang)(xiang)量和。三(san)(san)個鐵芯柱上(shang)(shang)的(de)磁勢(shi)是(shi)一(yi)組三(san)(san)相(xiang)(xiang)(xiang)平衡量，相(xiang)(xiang)(xiang)位差(cha) 120°，產(chan)生的磁(ci)(ci)(ci)通可在三(san)個(ge)鐵芯柱上互相形成回路(lu)(lu)，磁(ci)(ci)(ci)路(lu)(lu)磁(ci)(ci)(ci)阻(zu)小，磁(ci)(ci)(ci)通量大，感應電(dian)勢大，呈現很大的正序、負(fu)序阻(zu)抗；因此，接(jie)地變壓(ya)器具有(you)正、負(fu)序阻(zu)抗大而零序阻(zu)抗小的特點 [2]  [3]  。

主要(yao)技術(shu)參數

為適(shi)應配電網采用消弧線圈接地(di)補償的需要(yao),同時(shi)也能滿足變電(dian)站站用動力與照明負載的(de)需要(yao),選用 Z 型(xing)接(jie)線連接(jie)的(de)變壓器，需要合理設置接(jie)地(di)變壓器的(de)主要參數 [6]  。

（1）額定容量(liang)

接地變壓器(qi)一次(ci)側(ce)容量(liang)與(yu)需要與(yu)消弧線(xian)(xian)圈(quan)容量(liang)相配(pei)套。依據現有消弧線(xian)(xian)圈(quan)的容量(liang)規格(ge)，建(jian)議把接地變壓器(qi)容量(liang)設為消弧線(xian)(xian)圈(quan)容量(liang)的1.05-1.15 倍。如1臺200kVA 消弧線圈所配(pei)用的(de)接(jie)地變壓器容量為(wei)215kVA。

（2）中性點補償電流

單(dan)相(xiang)故障時流過變(bian)壓器中性點(dian)的總電(dian)流：

上式中：U 為配電(dian)網(wang)線電(dian)壓(V)；Zx為消弧線圈的(de)阻抗(Ω)；Zd為接(jie)地(di)變(bian)壓器一次零(ling)序阻抗(kang)(Ω/相)；Zs為系統阻(zu)抗(Ω)；中性(xing)點補償電流的(de)持續(xu)時間(jian)應與消弧線圈的(de)持續(xu)工作時間(jian)相同，按(an)規定為2小時。

（3）零序阻(zu)抗(kang)

零序(xu)阻抗(kang)是接(jie)地變(bian)壓器的(de)重(zhong)要(yao)參數(shu)，對于(yu)繼電(dian)保護限(xian)制單(dan)相接(jie)地短(duan)路(lu)電(dian)流及(ji)抑制過電(dian)壓等(deng)都(dou)有(you)重(zhong)要(yao)影響。對于(yu)無二(er)級線圈的(de)曲折(zhe)形(xing)（Z 型(xing)）以(yi)及(ji)星(xing)性(xing)/開口三角形聯結的接地變壓器只有1個阻抗(kang)，即零序阻抗(kang)，這樣制(zhi)造(zao)部門(men)能(neng)滿足電力部門(men)的要求。

（4）損耗

損耗(hao)是(shi)接地變(bian)壓器的1個重要性能(neng)參數，對于(yu)(yu)帶有二次(ci)線(xian)圈的接地(di)變(bian)壓(ya)器(qi)，其空載損耗可(ke)以做到與同(tong)容量(liang)的雙(shuang)繞(rao)組變(bian)壓(ya)器(qi)相同(tong)。對于(yu)(yu)負載損耗，二次(ci)側(ce)滿載運(yun)行時，由于(yu)(yu)一次(ci)側(ce)負荷較輕，其負載損耗小于(yu)(yu)與二次(ci)側(ce)同(tong)容量(liang)雙(shuang)繞(rao)組變(bian)壓(ya)器(qi)的負載損耗。

（5）溫(wen)升(sheng)

按(an)國標對接地(di)變(bian)壓器的溫(wen)升有(you)如下規(gui)定：

1）額定持續電(dian)流下的(de)溫(wen)升(sheng)應符合一般電(dian)力變壓器干式變壓器國標中的(de)規定，但主要適用(yong)于二次側經常帶(dai)負荷的(de)接地(di)變壓器；

2）對短(duan)時負載(zai)電流(liu)的持續時間在10s以內(nei)時(shi)(這種情況(kuang)主要發生在中性點(dian)與電阻(zu)聯結時)，其溫升應符合國(guo)標電力變(bian)壓器中對短路條件下的溫升限值的規定；

3）接地變壓(ya)器與消弧線圈一(yi)起運(yun)行時其溫升應符合對(dui)消弧線圈溫升的規定：

對于(yu)持續(xu)流(liu)過額定電(dian)流(liu)的繞組溫度為80K，主要適用于星性/開(kai)口三(san)角形聯結的接地變壓器；

對于額定電(dian)流的最(zui)大流通(tong)時間規定為2h的繞組，規定(ding)溫度為100K。這種情況符合多數(shu)接地變壓器的工作(zuo)條件；

對于(yu)最大流通(tong)時間規定為30min的繞組，規定溫度為120K。

上(shang)述規定(ding)的(de)出發點(dian), 是根據(ju)在最嚴重(zhong)的條件下繞組熱點的最高溫度不超過140℃ ～ 160℃，以保證絕(jue)(jue)緣(yuan)的安全運行和不至于嚴重(zhong)危及絕(jue)(jue)緣(yuan)壽命而(er)規定 [10]  。