Z型接地變壓器的原理與應用

柯 巖

包鋼集團電氣有限公司

Z型接地變壓器的原理與應用

柯 巖

包鋼集團電氣有限公司

電力系統中，接地故障時有發生，采用接地變壓器可以產生足夠大的零序電壓和零序電流，使繼電保護裝置可靠動作。此文介紹了Z型接地變壓器的結構原理，其獨有的特點和作用可有效、迅速的切除故障線路，恢復電網安全，提高供電可靠性。

接地變；中性點；接地故障；接地方式

一、引言

在我國電力系統中，一般配電站主變配電側(6-35kV)多為三角形連接方式，沒有中性點，當系統發生單相接地故障時，沒有形成短路電流通路，故障電流主要為配電線路對地電容電流，當電容電流大于一定值(3-10kV大于30A)時，接地電流產生間歇性電弧，將造成相間短路，弧光接地過電壓，鐵磁諧振過電壓等嚴重后果。為了抑制這種現象，在配電系統中接入接地變壓器，人為的造出一個中性點，經消弧線圈或電阻接地，改變中性點對地阻抗，提供零序電流通路，可使接地保護可靠動作，有效的提高了供電可靠性和電網的安全性。

二、接地變壓器的原理

Z型接地變壓器在結構上與普通三相芯式變壓器相同，但每相鐵芯有上、下等匝數的兩部分繞組，大多采用ZNyn11型接線方式，如圖1所示。

圖1 ZNyn11型接地變接線圖及向量圖

接地變每相鐵芯的兩部分繞組分別接不同的相電壓，當接地變線端加入三相正、負序電壓時，接地變每一鐵芯柱上產生的磁勢是兩相繞組磁勢的向量和。三個鐵芯柱上的合成磁勢相差120°，相互平衡。三相磁通在三個鐵芯柱上互相形成磁路，磁阻小、磁通大、感應電勢大，呈現很大的勵磁阻抗。當接地變三相線端加入零序電壓時，每相鐵芯柱上兩套繞組產生的磁勢大小相等，方向相反，合成磁勢為零，三相鐵芯柱上沒有零序磁通。零序磁通只能通過外殼和周圍介質形成閉合回路，磁阻大，零序磁通小，所以零序阻抗很小，一般小于10Ω。

在電網正常運行時接地變承受電網的對稱正序電壓，僅流過很小的勵磁電流，處于空載運行狀態，其中性點對地電位差為零(忽略中性點位移電壓)。若C相接地時，三相不對稱分解出的零序電壓，匯合后經消弧線圈或小電阻入地。經消弧線圈產生的感性電流補償了接地電容電流，消除了接地點的電弧；經小電阻流通的零序電流可使繼電保護動作跳閘，切除故障線路。

三、接地變在10kV配電系統中的應用

在接地變與小電阻配合的大電流接地系統中，單相接地時，在接地變繞組中將流通正序、負序和零序電流，由于繞組對正序、負序電流呈現高阻抗，對零序電流呈現低阻抗，接地變中性點可提供足夠大零序電流，使保護可靠動作，迅速切除故障線路。

在接地變與消弧線圈配合的小電流接地系統中，單相接地時，接地變中性點將出現零序電壓和電流，不一定能使繼電保護跳閘，但有感性電流流過消弧線圈并注入接地故障點，從而抵消接地點的容性電流，可消除或減輕接地電弧電流的危害。因此不要求立即切除故障，可短時間繼續運行，此時可以進行倒負荷等操作，避免突然停電造成損失，提高了供電可靠性。

四、使用案例

由于接地變主要提供接地中性點，而不是帶負載，可以不加二次繞組。而加裝二次繞組的接地變可兼做站內變使用，可明顯減少投資。包鋼集團54#變電所中共有5臺接地變，其中2臺加裝二次繞組兼做站內變使用。

包鋼集團新體系54#變電所10kV配電系統采用接地變和小電阻配合的大接地電流系統，2016年11月28日饋出線7#高爐水泵站1#線零序過流II段保護動作跳閘。零序過流II段保護定值為：2.02A 0.6S 保護動作報文：A相電壓：59V B相電壓：59V C相電壓：17V零序電流：10.2A

因零序電流足夠大(超過保護定值)，綜保裝置可靠動作，迅速切除單相接地故障線路，未造成事故擴大，電網其它設備運行正常。經檢查發現饋出電纜C相對地絕緣低(11MΩ)，A、B兩相對地絕緣良好(9GΩ)，故C相非金屬性接地，排查后發現電纜中間接頭處有明顯燒痕，更換后，三相絕緣良好，現已送電，運行正常。

五、結束語

接地變壓器是人為的制造出一個中性點，采用Z型接線，其零序阻抗小，運行特點是：長時空載，短時過載，空載損耗低。可有效抑制接地點電弧電流，迅速、可靠的切除接地故障線路，防止事故擴大。因此，Z型接地變被廣泛采用與我國角形連接的配電網系統中。

[1]李隆年，王寶玲，插入鐵芯型曲折變壓器設計，華北電力技術[J]，1996(11)。

[2]李玲，李國慶，王振浩，小電流接地系統Z形接地變壓器模型設計，吉林電力[J]，1996(3)。

柯巖(1988.11-)，男，陜西省商洛市，電氣助理工程師，大學本科，主要從事電氣控制系統調試和高壓電氣設備試驗工作。