淺析接地變燒毀原因及接地變使用的利弊

姚晉瀚

摘 要：隨著現在城市電纜電路的進一步增多，單純地采取中性點經消弧線圈接地方式很難徹底消除接地故障點的電弧。本文主要闡述了接地變燃燒毀壞的現象，對接地變壓器的作用及特性進行了詳細的介紹，并分析了接地變燃燒毀壞的原因。

關鍵詞：接地變燒毀原因；現象；接地變使用的利弊

中圖分類號：TM41 文獻標識碼：A

斷續電弧形成的諧振通過電壓極易燒壞電壓互感器，損壞避雷針。同時，持續電弧會離解空氣，破壞周遭空氣的絕緣性，進而導致相間短路，影響電網的安全運行。對此，為避免事故的發生，有些電網施用中性點經小電阻接地方式，為電網提供足夠的零序電流，使接地保護可靠動作。

1.接地變燃燒毀壞的現象

1.1 220kV變電站10kV接地變壓器中性點電阻燒毀

2009年某無人值守220kV變電站在正常運行過程中突然發現#1主變后備保護動作跳閘。運行人員到現場發現#1主變10kV側（繞組三角形連接）兩相銅管母線分別都有不同程度不明原因的小電流電蝕放電燒毀現象，以及10kV接地變壓器中性點電阻燒毀，10kV接地變壓器保護未動作。

1.2 110kV風力電站35kV接地變壓器本體繞組燒毀

2011年某110kV風力電站在正常運行過程中突然發現#1主變后備保護動作跳閘。運行人員到現場發現35kV接地變壓器本體繞組燒毀，35kV接地變壓器保護未動作。

2.接地變壓器的作用

在6kV、10kV、35kV電網供電系統中多使用小電流接地系統，即中性點不接地（無中性點），抑或接地變經消弧線圈接地。在電網系統單相接地時，流經接地點的消弧線圈電流或是線路電容電流，通常在100A以下。

2.1 中性點不接地方式，一般在系統投運初期，接地電容電流較小（小于10A）時采用。系統中性點不接地，當系統發生單相接地故障時，接地相單相對地電壓為零，兩相對地電壓從原相電壓升之線電壓，升高兩倍，與此同時，接地故障接地電容電流失相線對地電容的3倍。然而此時線電壓三角形依舊為對稱狀態，嚴重影響用戶繼續工作，電容電流較小，瞬時性接地故障會隨之消失。該運行方式簡單、投資少，減少停電事故，供電可靠性高。所以在電網初期階段采用這種運行方式。

但是隨著城市化建設的快速推進，電纜電路持續增多，中性點不接地電網中，如若電容電流大于10A，那么電纜線路的單相接地電容電流遠比架空線路大得多，如若單向接地故障中，電流較大，那么接地電弧難以可靠熄滅，隨之接地故障點會形成繼續電弧，由于電力線路存在電阻R、電感L、又有電容C，所以電力線路可形成R-L-C串聯諧振電路，發生單相弧光接地時，會形成諧振，由此導致過電壓。電壓幅值為4U，抑或更高，持續長時間，能導致線路上絕緣薄弱點的絕緣擊穿。

在我國的電力行業標準DL/T620-1997“交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合”中，對于3kV～10kV架空線路，35kV單相接地，其電網故障電流一般超過10A，其中，3kV～10kV電纜線路，假若其接地故障電流超過30A時，那么中性點需配設消弧線圈，從而消除接地電弧。所以，中性點不接地僅為短期運行方式，其最后會到達消弧圈接地方式。

2.2 中性點經消弧線圈接地方式，其中的消弧線圈指配置在配電網中性點的電感線圈，如若線路出現單相接地，此時故障相對地電壓為零，其他完好兩相對地電壓也要升高到線電壓。同時，消弧線圈產生電感電流，用以填補單相接地電流，通過接地點電流為接地電容電流IC與流過消弧線圈L的電感電流IL之和。因為IC超前UC90o，IL滯后UC90o，因此IC與IL在接地點相互補償，若較之電弧最小電流，IC與IL的量值差較小，那么此時不會產生電弧，同時也不會產生諧振過壓情況。

由于消弧圈感應電流能與消接點通過的電流相抵消，因而，若補償得當，接地電流低于10A，那么多數電弧可隨之消失。盡管電纜構成的電網發生接地故障的情況較多，但由于補償了接地電流，那么單相接地不會出現過多的相間故障。因為電網系統電壓依舊為對稱狀態，依據相關規定，電網系統可攜帶接地故障運行2h。所以在供電方式上，這種中性點通過消弧圈接地方式安全可靠性更強。

2.3 中性點經小電阻接地方式，接地電阻較小（一般小于5Ω），此接地方式與中性點直接接地較為類似，在電網單向接地情況下，流經的接地點電流由低電阻控制，此方式應在與單相接地跳閘保護相結合，一旦發生故障，通過接地點的電流會隨之開啟零序保護，即刻切除故障線路。該方式的主要作用在于：第一，系統單相接地情況下，單向電壓小幅度升高，抑或不升高，所以對設備絕緣性要求較低，根據相電壓選擇耐壓水平。第二，系統單相接地，故障線路電流大，零序過流保護靈敏度較高，以便于切除接地線路。

不管是增裝接地電阻還是消弧線圈，都應在中性點接入消弧線圈或接地電阻，電網主變壓器側繞組多為三角形接法。

一般而言，接地變壓器主要用于△、Y型接線中性點不能很好引出的狀況，人為制造可接入中性點，針對電網需要，引出中性點，配置接地電阻，或加接消弧線圈。

3.接地變壓器的特性

較之普通變壓器，接地變壓器電磁特性有極大不同，此類變壓器以Z型接線為主，每相線圈分別在兩個磁柱之上側繞，由于每個鐵心柱上兩段不同相的繞組且繞向相反，該繞組對正序和負序電流呈現高阻抗，繞組中只流過很小的勵磁電流。對于零序電流，因為同相兩繞組形式為反極性串聯，感應電動勢雖然大小一樣，但是反向，因此可互相抵消，零序電流為的抗阻狀態為低阻抗。在規程中，如若普通變壓器需要消弧線圈，線圈容量不宜大于變壓器容量的1/5，但接地變壓器可有超過90%的線圈容量。所以利用中性點加接消弧線圈入接地效果較好。一旦出現單向接地，接地變中性點后，零序電流通過消弧線圈接入地，接地電容電流可經由感性電流補償，消除了接地點的電弧。其作用與消弧線圈一樣。

另外，由于接地變壓器的零序阻抗很小，對零序電流呈低阻抗。所以，通過接地變中性點加接接地電阻，能夠使接地保護可靠動作切除故障。

接地變電器在具體工作過程中，因為多數接地變壓器僅僅由中性點接小電阻，同時無須負載。因地多數接地變壓器為無二次的。通常情況下，接地變壓器正常運行情況下，主要呈現空載狀態，如若此時缺少零序電壓電流，那么接地變壓器將無電流流進。假若中性點通過小電阻接地，那么消弧線圈電流會對接地電容電流給予補償，其真正經接地故障的故障電流較小。零序保護靈敏較高，可準確判斷故障線路，并及時切斷線路。此時，接地變電器會及時通過故障電流。所以，很多接地變電器僅僅在接地故障時才會起到相應作用。

4.接地變燃燒毀壞的原因

中性點經小電阻接地方式存在的缺陷是：（1）中性點經小電阻接地方式情況下，流經接地點電流大，假若零序保護時間過長，會破壞接地點與周圍絕緣性，繼而引起相間故障。（2）單相接地故障情況下，不管故障如何，都需切除線路。此時，線路將頻繁跳閘，繼而阻礙正常供電。（3）接地變采用經小電阻接地的運行方式，當系統產生不平衡電流時，因為達不到零序保護動作整定值，零序保護未動，長時間的不平衡電流很容易使接地電阻燒壞，甚至發生接地變燒壞。

上述兩臺10kV接地變壓器和35kV接地變壓器都是接地變中性點經小電阻接地方式，初步分析兩起接地變壓器燃燒燒毀的主要原因：（1）系統單相接地時，通過故障線路電流較小，其中零序電流小，其靈敏度較小，未達到接地變保護整定值整定的電流值，不能引起保護動作跳閘及時切除接地線路，導致低壓側緩慢持續燃燒，最后導致故障升級，引起主變保護動作跳閘。（2）也可能是當系統產生不平衡電流時，因為達不到零序保護動作整定值，零序保護未動，長時間的不平衡電流使接地電阻燒壞，導致發生接地變燒壞。

結語

接地變壓器保護誤動事故，影響著系統的穩定性，而系統的穩定性問題又干擾著整個電網的安全、經濟和可靠性。風力發電場35kV電源系統由于系統存在接地故障造成接地變壓器及中性點電阻柜燒損的實際情況，結合基本原理，選擇消除故障的方法，通過改造處理，成功消除這兩起故障。檢修更換接地變后，重新設置接地變保護整定值，未再發生此類故障。

參考文獻

[1]杭俊鋒，張鈺.一起10kV接地變-消弧線圈系統單相接地故障的分析[J].中國建材科技，2015（S1）：133-134.

[2]李燦慶.某風電場接地變及其中性點接地電阻的改進方案分析[J].電工技術，2016（3）：81.