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小电流接地系统的接地变压器和典型现场故障

发布于：2015-06-22 15:00:22 来自：电气工程/供配电技术 [复制转发]

1接地变压器的基本工作原理
　　我国电力系统中配电网一般都采用中性点不接地的运行方式。但是当系统发生单相接地时，接地相的接地电流是非故障相对地电容电流之和。当接地电流超过10A时，每次电流过零点都会产生的一个暂时性熄弧过程和伴随其后的再度击穿绝缘都会引起电网中的电磁能量的剧烈震荡，使非故障相，系统中性点乃至故障相产生电弧接地过电压，这种过电压可高达4倍或更高。它将严重威胁电网设备的绝缘，危及电网的安全运行。为了抑制弧光接地过电压，就必须改电网中性点不接地系统为中点经电阻接地或经消弧线圈接地。为系统接地而必须取得中性点时，还有一种最佳办法，那就是是增设YN，yn0型变压器或ZN型接地变压器。
　　由于一般电网变电所的主变压器都使用Yd的接法或YNynd的联结法，特别是10kV配网系统都无中性点引出。接地变压器的功能是为中性点不接地系统，引出一个中性点。接地变压器的特性是在电网正常运行时有很高的励磁阻抗，绕组中只流过较小的励磁电流或因中性点电压偏移引起的持续电流（此值一般较小）。当系统发生单相接地故障时，接地变压器绕组对正序、负序都呈现高阻抗，而对零序电流则呈低阻抗，这一零序电流经过接地变压器中性点电阻或消弧线圈起到减小电网的接地电流和抑制过电压的发生。为此，该接地变压器的结构就必须采用曲折形的绕组联结法，并在中性线处引出中性点套管，以加装消弧线圈或接地电阻。
　　接地变压器由6个绕组组成。每一铁芯柱上有2个绕组，然后反极性串联成曲折形的星形绕组。即A1绕组的末端与B2绕组的末端相连。同样，B1绕组末端与C2绕组末端，C1绕组末端与A2绕组末端相连，然后A2，B2，C2的首端相连则形成曲折变压器的中性点O。
　　如果绕组A，B，C间的电压为10500V，则其相电压符合星形绕组联结法应为。每一绕组的电压就不应为6070/2，因为每相绕组中的两个绕组的夹角是120°，故每个绕组的电压应是3505V。
　　如果曲折形联结的变压器通过三相平衡负荷，它流通的电流仅是励磁电流，因而它显示出高阻抗作用。而当出现相对中性点的电流时，该绕组会出现极小的阻抗，因为每一铁芯柱上的两个绕组反极性串联，它们在每一铁芯柱上产生的磁通相互抵消，所以系统发生单相接地故障时，变压器对地能产生故障电流。
　　假设系统A相对地发生故障，其接地电流Ijd通过曲折变的接地阻抗Z，进入曲折变的中性点O。由于该变三绕组通过的电流是流过相等的低阻抗路，故三相绕组流过的I0都相等，也即Ijd=3I0。由于电源为不接地系统，B相和C相的电流I0流进三相D联结的电源侧，再由A相电源侧2I0流出，经过系统的X点，与A相的I0汇合到X点，X点流出的3I0与故障接地成一闭合回路。
　　从上述分析可知：
　　1）曲折形联结的变压器对三相平衡负荷呈高阻抗作用，对单相接地故障呈低阻抗作用。
　　2）系统发生单相接地故障时，接地变压器的中性点电位由零电位升到。接地变压器的中性点与大地相连的阻抗（电阻线电抗）
　　会产生一个接地电流。
　　3）系统发生单相接地故障电流流过接地变压器后，在中性点以相同电流流过变压器各相绕组，亦即Ijd=3I0。
　　4）由于接地变压器的介入，系统成为一个有效的接地系统，发生单相接地后，非故障相保持相对相的水平，非故障相不会产生危及设备的过电压。
　　对于用于消弧线圈的接地变压器和用于电阻接地变压器，前者应根据电网发生单相接地运行2h这一要求来确定，即允许连续工作2h，后者的工作时间仅以10s来考虑，因而在接地变压器设计上应区别对待，以使接地变压器的设计在安全的基础上，尽量做到用料合理和经济，降低造价。
　　2典型的现场故障分析
　　2.1基本原理
　　以10kV不接地电网为例，为了监视10kV中性点不接地系统每相对地的绝缘情况，需要在10kV母线上加装一套绝缘监视装置。
　　正常运行时，PT开口三角绕组两端没有电压或有很小的不对称电压，不足以启动电压继电器，PV1、PV2、PV3电压表指示为相电压约为6kV。当一相完全接地（金属性接地）时，例如A相完全接地，显然理论上A相的电位即变为地电位，另外两相即B相和C相的对地电位升高为线电压，此时PV1电压表指示为零，PV2，PV3电压表指示为线电压，即10kV左右。PT开口三角绕组两端出现100V电压，启动电压继电器，发出接地警报。
　　当A相经高阻或电弧接地（不完全接地）时，则PV1电压表指示低少相电压，PV2、PV3电压表指示高于相电压，但达不到线电压，即所谓接相电压降低，正常相电压升高，PT开口三角绕组两端出现不到100V的电压，当达到电压继电器的启动值时，也发出接地信号。
　　除相对地接有PV1、PV2、PV3电压表外，在相间还接有PV4、PV5、PV6电压表。当A相高压熔丝熔断时，由于磁路系统互相连通，二次a相能感应到一些电压，PV1读数小于正常相电压，但不为零，其余两相PV2、PV3读数正常。因断相造成三相电压不平衡，开口三角形两端会产生零序电压，显然开口电压理论值为单相接地时的二分之一，约为33V，电压继电器动作，发出接地信号。
　　当A相低压熔丝熔断时，二次a相无感应电压，按说PV1应无电压，但由于电压表PV4的一端与b相相连通，结果使电压表PV4、PV1形成一串联回路，它们所指示的电压大小，正比于电压表内阻大小，即内阻大的指示电压高，内阻小的指示电压低，其余两相指示正常，10kV系统无接地信号。
　　2.2现场故障分析
　　1）2008年，某站110kV＃2PT二次开关跳闸，退出110kV母联100A、100B的母联自投。经检查发现该PT的测量组二次保险丝熔断，更换保险丝后正常。投回110kV母联100A、100B的母联自投。
　　2）2008年6月26日，一变压站10kV母线C相电压3.5kV，A、B相6.2kV，检查发现PT高压保险丝熔断，停电并更换保险丝后恢复正常。
　　3）2009年3月20日，上元岗站52APT高压保险丝烧断；退出F12、14、15、19、20低周装置，退出母联500自投，将52APT转检修，更换保险丝后，52APT送电正常，上元岗站恢复原方式。
　　以上几个例子都属于PT故障引起的，既有高压侧保险丝熔断，也有二次侧保险丝熔断的。以2为例，由于A、B两相电压均正常，只有C相电压低于相电压（不是为0），且母线没有接地指示，故由上面表格可以分析出原因：PT二次熔丝熔断。运行人员应牢牢掌握单相接地、PT熔丝熔断及两者共存时的故障特征，问清楚，想明白，不疏忽任何一个细小环节，这样才能对各种故障引起的电压不平衡现象进行正确判断和分析，及时处理，确保设备安全运行。
　　3结束语
　　为减小小电流接地系统单相短路时的故障电流，我们可以在中性点引入接地变压器。本文首先对接地变压器的联结构成做了介绍，然后对其工作原理做了详尽的讨论，之后对中性点不接地系统在现场运行中的PT一次和二次接线做了介绍，并对由PT断线引起的典型故障做了事故分析。从事故分析中可以看出：对于电压不平衡现象等事故产生的真正原因，应通过故障特征进行快速准确的判断，从而对故障设备进行及时隔离，避免故障扩大对用户造成影响。

变压器