接地變壓器

外文名

Grounding Transformer

所屬領域

電力一次(ci)設備

分(fen)    類

油式和(he)干式

特(te)    點

長時(shi)空載，短時(shi)過載

應用范圍(wei)

主要是10kV配電網(wang)

目(mu)錄(lu)

00001. 1 使用現狀(zhuang)

00002. ? 使(shi)用背景

00003. ? 國內(nei)外使用現(xian)狀

00004. 2 設備分類

00005. ? 三相(xiang)接地變壓器(qi)

00001. ? 單(dan)相接(jie)地(di)變壓(ya)器

00002. 3 工作特(te)點

00003. 4 接(jie)線(xian)方式

00004. ? YNyn聯結(jie)

00005. ? YNd聯結

00001. ? ZNyn聯(lian)結

00002. 5 工作原理

00003. 6 主要技術參數

使用現狀

使用背景(jing)

電力系(xi)統中的(de)6kV、10kV、35kV電(dian)網中一(yi)般都采用(yong)中性(xing)點(dian)(dian)不接(jie)(jie)地(di)的運(yun)行方式。電(dian)網中主變(bian)壓(ya)器低(di)壓(ya)側一(yi)般為三角(jiao)形(xing)接(jie)(jie)法，沒有可(ke)以接(jie)(jie)地(di)的中性(xing)點(dian)(dian)。當中性(xing)點(dian)(dian)不接(jie)(jie)地(di)系(xi)統(tong)(tong)發生單相接(jie)(jie)地(di)故(gu)障時，線電(dian)壓(ya)三角(jiao)形(xing)仍然保持(chi)對稱，電(dian)力系(xi)統(tong)(tong)可(ke)以持(chi)續對用(yong)戶供電(dian)1到2小時(shi)，并且電(dian)(dian)容電(dian)(dian)流比較小（小于10A），不(bu)會引起(qi)間歇性電(dian)弧(hu)，一(yi)些瞬(shun)時性接(jie)地(di)故(gu)(gu)障能(neng)夠自行消失，這對(dui)提高供(gong)電(dian)可靠(kao)性，減少停電(dian)事故(gu)(gu)是(shi)非常有效的。但隨著城(cheng)市電(dian)網(wang)的不(bu)斷擴(kuo)大及電(dian)纜(lan)出線的不(bu)斷增(zeng)多(duo)，系統對(dui)地(di)電(dian)容電(dian)流急劇增(zeng)加，單相接(jie)地(di)后流經故(gu)(gu)障點(dian)的電(dian)容電(dian)流較大（超過10A） [2]  。電弧不易熄滅、容易激發(fa)鐵磁諧(xie)振(zhen)過(guo)電壓及產生間(jian)隙性弧光(guang)接地過(guo)電壓，可能導致絕緣損壞(huai)，使(shi)線路(lu)跳閘，事故擴大，具體為：

1.單相接(jie)地(di)電弧(hu)發生間(jian)歇性的熄滅與重燃，會產(chan)生弧(hu)光接(jie)地(di)過電壓，其幅值可達(da)4U（U為正常相電壓(ya)峰(feng)值）或者更(geng)高，持續(xu)時間長，會對(dui)電氣(qi)設備的(de)絕緣造成(cheng)(cheng)極大(da)的(de)危害，在絕緣薄弱處形成(cheng)(cheng)擊穿；造成(cheng)(cheng)重大(da)損(sun)失。

2.由(you)于持續電弧造(zao)成空(kong)氣(qi)的(de)離解(jie)，破壞了周圍(wei)空(kong)氣(qi)的(de)絕緣，容易發生相(xiang)間短路(lu)。

3.產(chan)生鐵磁諧振過電壓(ya)，容易燒壞(huai)電壓(ya)互感器(qi)(qi)并(bing)引起(qi)避雷(lei)(lei)器(qi)(qi)的(de)(de)損壞(huai)甚至可能使避雷(lei)(lei)器(qi)(qi)爆炸。這些后(hou)果將嚴重威脅電網(wang)設備的(de)(de)絕緣，危及電網(wang)的(de)(de)安全運行。

為了減(jian)小單相(xiang)接(jie)地(di)(di)故障(zhang)時的對地(di)(di)電容電流(liu)，需要在變(bian)壓器(qi)中性(xing)點(dian)裝設消弧線(xian)圈等補償(chang)裝置，因此(ci)需人(ren)為建(jian)立一個中性(xing)點(dian)，以(yi)便在中性(xing)點(dian)接(jie)入消弧線(xian)圈，減(jian)小接(jie)地(di)(di)短路斷路電流(liu)，提高系統供(gong)電可靠性(xing) [3]  [4-5]  。

國內外使(shi)用(yong)現(xian)狀

我國的(de)接地變壓(ya)器(qi)通常(chang)采(cai)用 Z 型接(jie)線(xian)(xian)（或稱曲折型接(jie)線(xian)(xian)），為(wei)節(jie)省投資和(he)變電(dian)所(suo)空(kong)間，通常在接(jie)地變壓(ya)器(qi)(qi)(qi)上增加(jia)第三繞(rao)組，替代所(suo)用變壓(ya)器(qi)(qi)(qi)，為(wei)變電(dian)所(suo)所(suo)用設(she)備供電(dian)。根據(ju)我國《電(dian)抗器(qi)(qi)(qi)》國家標準規定，接(jie)地變壓(ya)器(qi)(qi)(qi)的接(jie)地方式可(ke)分為(wei)直接(jie)接(jie)地;通過電抗器、電阻及消弧(hu)線(xian)圈(quan)接(jie)(jie)(jie)地。直接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)地在我國目(mu)前還沒有使用(yong)，但(dan)己(ji)有電力研究(jiu)部門(men)開始這(zhe)方面(mian)的探(tan)討(tao)。

國外的接地變(bian)壓器通常采用或 Z 型連(lian)接(jie)，用于 10kV 不接(jie)(jie)地系(xi)統，構成了配(pei)電網的(de)接(jie)(jie)地保(bao)護，當系(xi)統發生(sheng)接(jie)(jie)地故(gu)障時，接(jie)(jie)地變(bian)壓(ya)器對正序、負(fu)序電流(liu)(liu)呈(cheng)現高阻抗性，對零序電流(liu)(liu)呈(cheng)現低(di)阻抗性，使接(jie)(jie)地保(bao)護可靠動(dong)作 [2]  。

設備(bei)分類

三相接地變壓器

三(san)相接地變(bian)壓器

此(ci)類變壓器(qi)采(cai)用Z型接線（或稱曲(qu)折(zhe)型接線），與普通變壓(ya)器的(de)區別(bie)是，每(mei)相線圈分成兩組分別(bie)反向繞在(zai)該相磁(ci)柱上，這(zhe)樣(yang)連接的(de)好處是零(ling)序(xu)(xu)磁(ci)通可沿(yan)磁(ci)柱流(liu)通，而普通變壓(ya)器的(de)零(ling)序(xu)(xu)磁(ci)通是沿(yan)著漏(lou)磁(ci)磁(ci)路流(liu)通，所以(yi)Z型接地(di)變壓器的零序阻抗很小(xiao)（10Ω左右），而普通(tong)變壓(ya)器(qi)要大得多。按規程規定(ding)，用普通(tong)變壓(ya)器(qi)帶消弧(hu)線圈時，其容量(liang)不得超(chao)過變壓(ya)器(qi)容量(liang)的20%。Z型變壓器則可帶90% ～100%容量(liang)的消弧線圈，接(jie)地變除可帶消弧圈外，也(ye)可帶二次負載，可代替(ti)站(zhan)用變，從(cong)而節省(sheng)投資費用。

單相接地(di)變(bian)壓器(qi)

單相接地變壓器

單相接地變主要用于有中性(xing)點的發電機、Satons變壓器的(de)(de)中性點接(jie)地電(dian)阻柜，以(yi)降低(di)電(dian)阻柜的(de)(de)造價和體積。

工作特點

（1）零序阻抗低(di)， 以保證零序電流的輸出；

（2）勵磁阻(zu)抗高(gao)，以降低空載(zai)電流；

（3）空載(zai)損耗低，以節省日常運行的能耗 [6]  。

接線方式

YNyn聯(lian)結

這種聯(lian)結(jie)方(fang)式的變(bian)壓器一般采(cai)用(yong)三相三柱式鐵心，高壓側的中(zhong)性(xing)點可以聯(lian)結(jie)消(xiao)弧線圈等實現接地。但是, 當單相接地的(de)零(ling)序(xu)(xu)電流流過高壓(ya)側繞組時，所產(chan)生的(de)零(ling)序(xu)(xu)磁(ci)勢(shi)不(bu)能被二(er)次磁(ci)勢(shi)所平衡，同方向的(de)零(ling)序(xu)(xu)磁(ci)通又不(bu)能在三柱(zhu)式鐵心內形成(cheng)(cheng)回路(lu)，從而(er)使得大(da)量的(de)零(ling)序(xu)(xu)磁(ci)通只(zhi)能經過夾(jia)件、油和油箱(xiang)本體而(er)形成(cheng)(cheng)閉(bi)合回路(lu)，從而(er)在油箱(xiang)及夾(jia)件內引(yin)起附加損耗(hao)，以致形成(cheng)(cheng)局部(bu)過熱，使變壓(ya)器容量的(de)利用受到限制(zhi)。

我國電力部門的有關運行規程(cheng), 曾對YNyn聯(lian)結(jie)變壓(ya)器的中性點聯(lian)結(jie)消弧線圈的工(gong)作(zuo)狀態, 作過下(xia)列規定:

（1）消弧(hu)線圈的容(rong)量不得超過(guo)變壓器額定(ding)容(rong)量的20%；

（2） 流過消弧(hu)線(xian)圈的(de)零序電流在變壓器內所產生的(de)零序壓降不(bu)得超過額定相電壓的(de)10%；

（3）流(liu)經消弧線圈的三相總零序電流(liu)不大于變壓器(qi)額(e)定相電流(liu)的60%。

上述(shu)規定主要是(shi)根據零序磁通所造成的(de)局部過熱不(bu)致超過變壓器繞組熱點的(de)最高(gao)溫(wen)度限制而決定的(de)。從上述(shu)可知，YNyn聯結的接地變壓(ya)器容量遠(yuan)未(wei)被利用(yong)，另外它(ta)的零序(xu)電抗值也較大 [6]  [7]  。

YNd聯結

YNd聯結變壓器與消弧線圈XL相聯

這種聯結方式的(de)特點是二(er)次側的(de)三角(jiao)形聯結可提供零序電(dian)流的(de)閉合(he)通(tong)路，因(yin)而零序電(dian)抗較小。另外, 由于每個心柱上(shang)的一、二次繞組的零序磁(ci)勢(shi)得以平衡, 所以零序(xu)漏磁(ci)也(ye)較(jiao)小(xiao)。但(dan)是(shi), 當YN聯結(jie)繞組處于外部時，在油箱等部件內所引起的零序附(fu)加損(sun)耗仍不能(neng)完全避免。當它聯結(jie)消弧線(xian)圈時，其容量(liang)的利用仍將受到一(yi)定限制。

國外(wai)的試驗研(yan)究表(biao)明: 考慮附加(jia)損耗、局(ju)部(bu)過熱、絕緣壽命(ming)和繞組熱點最(zui)高(gao)溫(wen)度的限制等因(yin)素后，YNd聯結(jie)的接地(di)變壓器允許(xu)的工(gong)作(zuo)方式為：

（1）當(dang)平時二(er)次滿載時，YN側所接消弧(hu)線(xian)圈的容(rong)量不得(de)超過變(bian)壓器(qi)額(e)定容(rong)量的50%；

（2）當(dang)平時二次的負載僅為變(bian)壓器容量的50%，則消弧(hu)線圈容量可以等于(yu)變(bian)壓器的額定(ding)容量。

盡管這種(zhong)聯結的二(er)次(ci)側可以供電(dian)給地區負載或變電(dian)所(suo)自用電(dian)，但由于三角形(xing)聯結難于同(tong)時向(xiang)動力與照明混合用戶供電(dian)， 所以它(ta)的應用將受到很大限(xian)制。

YN ,開口d 聯結與消弧線圈XL相聯

與(yu)YNd聯結相類(lei)似的是YN，開(kai)口d 的(de)(de)(de)聯結方式，在開口(kou)三角(jiao)形一側可接入電(dian)阻(zu)器或電(dian)抗器以(yi)調節變壓器的(de)(de)(de)零序(xu)電(dian)抗，接入電(dian)阻(zu)器還(huan)可以(yi)抑制網絡的(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)磁諧振。如采用三相五柱式鐵(tie)(tie)心還(huan)可使零序(xu)阻(zu)抗值大為(wei)增加, 甚至有省去一臺(tai)消弧線(xian)圈(quan)的可(ke)能(neng)(neng)，但結構(gou)復雜，造價增(zeng)加。另外，二次采(cai)用(yong)開(kai)口三角(jiao)形結線(xian)不(bu)能(neng)(neng)滿(man)足供電(dian)給地區負(fu)載(zai)及自用(yong)電(dian)的需要，因此這種(zhong)方式采(cai)用(yong)不(bu)多 [6]  [7]  。

ZNyn聯結

ZN,yn 聯結變壓器與消弧線圈XL相聯

這種聯結(jie)(jie)方(fang)式(shi)是(shi)接地變壓器常用聯結(jie)(jie)方(fang)式(shi)，由于曲折形結(jie)(jie)法的(de)同一(yi)鐵心柱(zhu)上的(de)上下(xia)兩半繞組內的(de)零(ling)序(xu)磁(ci)勢(shi)正(zheng)好大(da)小相(xiang)等、方(fang)向(xiang)相(xiang)反而相(xiang)互(hu)抵消，使得零(ling)序(xu)漏磁(ci)通減到很小， 從(cong)而使(shi)它的零序電抗值很小(xiao)，它的容量可以與(yu)所(suo)聯結的消(xiao)弧線圈的容量相等(deng) [2]  。目前(qian)國(guo)內外廣(guang)泛采用的接(jie)地變壓器主(zhu)要(yao)是這種聯(lian)結方式(shi)。

由于低壓(ya)側采用yn結法，故可以同時供給(gei)地(di)區用(yong)電或(huo)變電所的自用(yong)電。低壓側(ce)容量常小于高壓側(ce)容量，多數情況(kuang)下，低壓側(ce)容量在80-200kVA 的范(fan)圍內 [8]  。

盡管(guan)高壓側的(de)(de)額定容量(liang)可以與聯接的(de)(de)消弧線圈容量(liang)相等(deng)，但Z 形接法將較Y 形接法多繞(rao)1.15倍的匝數(shu)，所以接地變(bian)壓器的實際容量應為消弧線圈容量的1.15倍 [6]  [8]  [9]  。

工作原理(li)

系統發生單相故障時接地變壓器的工作原理圖

以常用的(de)ZNyn接(jie)(jie)線說(shuo)明，接(jie)(jie)地變壓器在運行過(guo)(guo)程中，當通過(guo)(guo)一定大小的零序電流時，流過(guo)(guo)同一鐵心(xin)柱上的2個單相(xiang)繞組的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流方向相(xiang)反且大小(xiao)相(xiang)等，使(shi)得(de)零(ling)序(xu)(xu)電(dian)(dian)(dian)流產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)磁(ci)勢正好相(xiang)反抵(di)消，從而使(shi)零(ling)序(xu)(xu)阻抗也很小(xiao)。使(shi)得(de)接地(di)變壓器在發生(sheng)故障時(shi)，中性點可(ke)以流過補償電(dian)(dian)(dian)流。由于有(you)很小(xiao)的(de)(de)(de)零(ling)序(xu)(xu)阻抗，當零(ling)序(xu)(xu)電(dian)(dian)(dian)流通過時(shi)，產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)阻抗壓降要盡可(ke)能的(de)(de)(de)小(xiao)，以保證系統(tong)的(de)(de)(de)安全(quan)。由于接地(di)變壓器具有(you)零(ling)序(xu)(xu)阻抗低(di)的(de)(de)(de)特點，所以當 C 相(xiang)(xiang)發生單相(xiang)(xiang)接(jie)地故(gu)障(zhang)時，C 相的對地電流(liu) I 經大(da)地(di)(di)流入(ru)(ru)中性點(dian)，并且被(bei)等分為(wei)三份(fen)流入(ru)(ru)接地(di)(di)變壓器(qi)，由于(yu)流入(ru)(ru)接地(di)(di)變壓器(qi)的三相電流相等，所以(yi)中性點(dian) N 的位移不(bu)變(bian)，三相線電壓仍然保持對稱。但在制造過程中高壓繞組的上(shang)下(xia)包的匝(za)數和幾何尺寸不(bu)可能(neng)完全相等，使得零序(xu)電流(liu)產生的磁勢(shi)不(bu)可能(neng)正好(hao)相反抵消,還(huan)是產生(sheng)了一(yi)定的(de)零序阻(zu)抗，通常在 6-10Ω左右(you),相對于星形接線的(de)變(bian)壓器的(de)零(ling)序阻(zu)抗 600Ω而言，其優勢不言而喻。此外，曲折接地變(bian)壓器還可以使空(kong)(kong)載電流(liu)和空(kong)(kong)載損耗盡可能(neng)小。同普(pu)通星形接線變(bian)壓器比較，由(you)(you)于(yu)曲折接線變(bian)壓器的每(mei)相鐵(tie)芯是由(you)(you)2個鐵心柱的繞組(zu)組(zu)成，結合其(qi)向量圖可(ke)知，與普通(tong)星形接線變壓(ya)器比較，當電壓(ya)相同時(shi)要多繞 1.16 倍。中性點電(dian)阻接(jie)地方式下城市配電(dian)網在單相(xiang)(xiang)接(jie)地時(shi)，零序阻抗(kang)和(he)正序阻抗(kang)的(de)幅值相(xiang)(xiang)差(cha)很大。三(san)相(xiang)(xiang)正、負(fu)序電(dian)流流過時(shi)，接(jie)地變(bian)壓(ya)器的(de)每一(yi)(yi)鐵芯柱(zhu)上的(de)磁(ci)勢(shi)是該鐵芯柱(zhu)上分屬不同相(xiang)(xiang)的(de)兩繞組磁(ci)勢(shi)的(de)相(xiang)(xiang)量和(he)。三(san)個鐵芯柱(zhu)上的(de)磁(ci)勢(shi)是一(yi)(yi)組三(san)相(xiang)(xiang)平(ping)衡量，相(xiang)(xiang)位差(cha) 120°，產生的(de)磁(ci)(ci)通可在三個鐵(tie)芯柱上互相(xiang)形(xing)成回(hui)路，磁(ci)(ci)路磁(ci)(ci)阻(zu)小(xiao)，磁(ci)(ci)通量大，感(gan)應電(dian)勢大，呈現很大的(de)正(zheng)序(xu)、負序(xu)阻(zu)抗；因此，接地變(bian)壓(ya)器具有正(zheng)、負序(xu)阻(zu)抗大而零(ling)序(xu)阻(zu)抗小(xiao)的(de)特點 [2]  [3]  。

主要技術參數

為適應配電網采用消弧(hu)線圈接地補償的需(xu)要,同時也能滿足變電站(zhan)站(zhan)用(yong)動力與(yu)照明負載的需要(yao),選用 Z 型(xing)接(jie)線連接(jie)的(de)變壓器(qi)，需要合理設置接(jie)地變壓器(qi)的(de)主要參數 [6]  。

（1）額定容(rong)量

接地變壓器(qi)一次(ci)側容(rong)(rong)量與需要與消(xiao)弧線圈容(rong)(rong)量相配套。依據(ju)現有消(xiao)弧線圈的(de)容(rong)(rong)量規格，建(jian)議把接地變壓器(qi)容(rong)(rong)量設為(wei)消(xiao)弧線圈容(rong)(rong)量的(de)1.05-1.15 倍。如1臺200kVA 消(xiao)弧線圈(quan)所(suo)配用的(de)接地變壓器容量為215kVA。

（2）中性點補償(chang)電流

單(dan)相故障時流過變(bian)壓器中性點的總電(dian)流：

上(shang)式中(zhong)：U 為配電(dian)網線(xian)電(dian)壓(V)；Zx為(wei)消弧線圈的阻抗(Ω)；Zd為接地變壓(ya)器一(yi)次零序阻抗(Ω/相)；Zs為系(xi)統阻抗(Ω)；中性(xing)點補償(chang)電流的持續(xu)時間(jian)應與消(xiao)弧線圈的持續(xu)工(gong)作時間(jian)相同，按(an)規定(ding)為2小(xiao)時。

（3）零序阻抗

零序阻抗是接(jie)地變壓(ya)器的(de)重(zhong)要(yao)參數(shu)，對(dui)于(yu)繼電保護(hu)限制(zhi)單相接(jie)地短(duan)路電流及抑制(zhi)過電壓(ya)等都(dou)有重(zhong)要(yao)影響。對(dui)于(yu)無(wu)二級線圈的(de)曲(qu)折形(xing)（Z 型）以及星性/開口三角(jiao)形聯(lian)結的接(jie)地變(bian)壓器只(zhi)有1個阻抗(kang)，即零序阻抗(kang)，這(zhe)樣(yang)制(zhi)造部門能滿(man)足電力部門的要求。

（4）損(sun)耗

損(sun)耗是接地變壓器(qi)的1個重要性能參數，對于(yu)帶有二次(ci)線圈(quan)的接地變(bian)壓(ya)器(qi)，其空載損(sun)耗可(ke)以做(zuo)到與同(tong)容(rong)量的雙繞(rao)組變(bian)壓(ya)器(qi)相同(tong)。對于(yu)負(fu)載損(sun)耗，二次(ci)側滿載運行(xing)時，由于(yu)一次(ci)側負(fu)荷較輕，其負(fu)載損(sun)耗小(xiao)于(yu)與二次(ci)側同(tong)容(rong)量雙繞(rao)組變(bian)壓(ya)器(qi)的負(fu)載損(sun)耗。

（5）溫升

按國標對接(jie)地變(bian)壓器的溫升(sheng)有如下(xia)規定：

1）額定(ding)持續(xu)電(dian)流(liu)下的溫(wen)升(sheng)應(ying)符合(he)一般電(dian)力變壓器(qi)(qi)干式變壓器(qi)(qi)國標中的規(gui)定(ding)，但主要適(shi)用(yong)于二(er)次側(ce)經常(chang)帶(dai)負荷的接(jie)地變壓器(qi)(qi)；

2）對短時負(fu)載電(dian)流(liu)的持續時間在10s以內時(這(zhe)種情況(kuang)主要(yao)發生在中性點(dian)與(yu)電(dian)阻聯結時)，其(qi)溫(wen)升應符(fu)合國標(biao)電力變(bian)壓器中對短路條件下的溫(wen)升限值的規定；

3）接地變壓器與消弧線圈一起運行(xing)時其溫升應符(fu)合對消弧線圈溫升的(de)規定：

對(dui)于持續流過額定電流的繞組溫度(du)為80K，主要適用于星性/開口三角形聯(lian)結的接地變壓器；

對于額(e)定電流(liu)的最大流(liu)通時間規定為2h的(de)繞組，規定溫度為100K。這種情況(kuang)符(fu)合(he)多(duo)數接(jie)地變壓器的工作條件；

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

上述規定的出發(fa)點, 是根據在(zai)最(zui)嚴重(zhong)的條件(jian)下繞組熱(re)點的最(zui)高溫度不超過(guo)140℃ ～ 160℃，以(yi)保證絕(jue)緣(yuan)的安(an)全運(yun)行和不至于嚴重(zhong)危(wei)及絕(jue)緣(yuan)壽命(ming)而(er)規定 [10]  。