配電變壓器高壓側(cè)接地故障時的過電壓及防護

韓曉彬

（國網(wǎng)冀北電力有限公司盧龍縣供電分公司，河北秦皇島，066400）

0 引言

電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運行，才能夠保障客戶的用電質(zhì)量，配電變壓器是直接面向終端用戶的變壓器，是連接電網(wǎng)與客戶的重要單元，當其出現(xiàn)故障時則導(dǎo)致電力輸送不穩(wěn)定，甚至供電系統(tǒng)癱瘓。它利用電磁感應(yīng)定律將電網(wǎng)傳輸?shù)母唠妷汉碗娏鬓D(zhuǎn)化為常規(guī)電器所能承受的電壓和電流，因此為了保證其在運行過程中不會因為各種故障影響客戶的用電質(zhì)量，需要采取相應(yīng)的防護措施。在配電變壓器的常見故障中，主要有在高壓側(cè)引起的接地故障，超高的過電壓會損壞配電設(shè)備以及面向客戶的線路，因此需針對該方面采取防護措施。

1 配電變壓器常見故障類型分析

首先是磁路故障，主要由以下幾點因素引起：（1）穿心螺栓的絕緣管受到外力作用而出現(xiàn)破碎、位移等情況，使設(shè)備出現(xiàn)局部渦流，當變壓器中的兩個及以上穿心螺栓都出現(xiàn)此問題，則會產(chǎn)生高溫熔毀鐵芯，造成線路短路。（2）隨著長時間的運行，鐵芯鋼片因老化而損壞，由此產(chǎn)生高溫影響繞組與鐵芯的運行狀態(tài)。（3）由于在鐵芯內(nèi)設(shè)置過長的底片，使其與鐵芯硅鋼連接出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，由此產(chǎn)生高溫熔斷接地銅片。

其次是絕緣系統(tǒng)故障，它的影響因素有很多種，常見的問題主要出現(xiàn)在：第一、絕緣部件由于防護不當長期受潮；第二，長時間的過負荷運行，又缺乏相應(yīng)的絕緣保護引起的設(shè)備老化；第三，變壓器沒有做好結(jié)構(gòu)密封，出現(xiàn)滲漏油現(xiàn)象；第四，在設(shè)備安裝和定期維護時，沒有考慮變壓器周圍環(huán)境溫度，從而選取不適合的材料，設(shè)置不恰當?shù)墓ぷ黝l率，綜合作用下造成滲漏油。

最后是繞組故障，配電變壓器常規(guī)采用繞組式結(jié)構(gòu)，若是安裝和維護時沒有處理好，容易因為接地不良產(chǎn)生局部高溫，在長期作用下?lián)p壞絕緣系統(tǒng)。在用電高峰期，短時間內(nèi)高強度的用電需求在電應(yīng)力沖擊之下，變壓器受到不穩(wěn)定的負荷，導(dǎo)致繞組破損的情況[1]。

2 配電變壓器高壓側(cè)接地故障時的過電壓及防護措施

當中壓供電的配電變壓器在高壓側(cè)出現(xiàn)接地故障，使得變電所接地極接受到故障電流，并導(dǎo)致接地體外露部位布滿高電壓。此外，我國在中壓供電系統(tǒng)中采用不同的標準，但不論哪種標準單相接地電流都不能超過30A，根據(jù)公用電網(wǎng)和電網(wǎng)變電系統(tǒng)，其電流參數(shù)有大于10A或小于10A的情況。鑒于此，在配電變壓器的過電壓防護，需根據(jù)單相接地電流的標準分別考慮。單相接地電流超過或低于12.5A的最高允許不切斷電壓、電阻阻值如表1所示。

表1 配電變壓器大于或小于12.5A過電壓參數(shù)

2.1 配電變壓器單相接地電流在12.5A以下采取的措施

針對此情況，按照相關(guān)標準和規(guī)定，10kV級別的配電變壓器電阻與采用TN、TT系統(tǒng)的低壓側(cè)接地中性點電阻不能超過4Ω。鑒于此要求，在設(shè)置設(shè)備高壓側(cè)單相接地電壓，最高不能超過50V。若是低壓側(cè)中性點不與接地系統(tǒng)連接，也不采用TN、TT系統(tǒng)，在電阻阻值設(shè)置上也可參考以上標準。

需要注意的是，單相接地電壓最高壓50V為允許不切斷電壓，對常規(guī)運行環(huán)境和設(shè)備適用。除了配電變壓器配電的場所比較危險，且不切斷電壓規(guī)定在25V及以下，那么這種情況要為配電變壓器設(shè)置絕緣監(jiān)測模塊，隨時監(jiān)測其運行狀態(tài)，當發(fā)現(xiàn)運行狀態(tài)異常或其他問題時，應(yīng)及時到現(xiàn)場解決問題。同時還要注意一種情況，即用戶配電線路為10kV且采用多回出線的方式進行供電，并且這樣的設(shè)置沒有設(shè)置絕緣系統(tǒng)，針對此問題應(yīng)及時采取相應(yīng)措施，促進線路以及配電設(shè)備的實時狀態(tài)檢測，從而快速解決故障[2]。

2.2 配電變壓器單相接地電流在12.5A以上采取的措施

個別地區(qū)允許配電變壓器電阻阻值超過4Ω以上，或單相接地電流超過12.5A，接地極最高不允許切斷電壓可以超過50V。鑒于此，低壓側(cè)接地系統(tǒng)根據(jù)TT或TN系統(tǒng)的不同，所采用的防護措施也要分別考慮。

若是低壓側(cè)接地系統(tǒng)采用TT系統(tǒng)，不在配電變壓器外露可導(dǎo)電體接地極通過故障電流，并且為了進一步保護設(shè)備，故障保護線上不允許通過高電壓。需要注意的是，設(shè)備過電壓不允許超過2Un，以此避免設(shè)備損壞，配電變壓器最高電壓可超過50V。若是采用TN系統(tǒng)，并且配電變壓器接地極按照常規(guī)設(shè)置進行安排的情況，那么用電設(shè)備的位置在哪，都不會影響PE線將其高電壓傳輸至用電設(shè)備，帶來用電的安全隱患。根據(jù)ICE標準，它提出的預(yù)防措施為：配電變壓器，分別將它們的外露可導(dǎo)電接地極與中性線接地，兩組接地極分別獨立，以此避免配電變壓器接地極上的高電壓損壞設(shè)備。若是采用IT系統(tǒng)，那么配電變壓器與用電設(shè)備的接地極可以采用TN或TT系統(tǒng)的連接方案，這取決于配電變壓器高電阻接地情況，當?shù)仉娏Σ块T應(yīng)根據(jù)實際情況采取更加合適的方案和措施。

2.3 降低配電變壓器接地電阻的方法

當配電設(shè)備接地電阻通過各種措施仍然不能降低到特定數(shù)值，它的可導(dǎo)電體高壓側(cè)接地電壓超過50V，運檢人員很可能會在工作過程中受到電擊的傷害。為了避免防范作業(yè)過程的高電壓風險，需要采用非導(dǎo)電場所法或等電位連接法。

2.3.1 非導(dǎo)電場所法

為了避免接地電壓始終高于50V可能造成作業(yè)人員遭受電擊的情況，一般做法是在開始作業(yè)前，在操作區(qū)間做好防護措施，如放置絕緣墊、戴絕緣手套、穿防護服等，這樣的要求是防止工作人員在操作過程中接觸到配電設(shè)備可導(dǎo)電體接地高電壓。需要注意的是，絕緣墊的放置距離嚴格按照配電變壓器對人的影響距離進行設(shè)置，要認真檢查部分外露可導(dǎo)電體沒有鋪設(shè)絕緣墊的情況。若是出現(xiàn)絕緣墊無法有效鋪設(shè)的情況，不能實現(xiàn)有效的地面絕緣，針對這種情況只能遵照變壓器安全防護制度解決[3]。

2.3.2 等電位連接法

這種方法是在配電變壓器設(shè)備以及局部位置設(shè)置等電位連接，并且在其地板內(nèi)的鋼筋要與接地極連接。除此之外，在配電變壓器室里將操作手柄、電纜的技術(shù)護套等裝置與接地極相連接。配電設(shè)備其他外露可導(dǎo)電體也要與接地極相連，如金屬門窗、管道等。還有一種情況，即低壓配電室無可與接地極相連的鋼筋，那么要在配電室專門設(shè)置接地鋼線，對于接地鋼線的長度須根據(jù)房間邊長來決定。例如，若是房間邊長超過3米，那么常規(guī)接地鋼線設(shè)置之外，還要在中間加設(shè)1根鋼線。配電變壓器室若是無接地鋼筋，那么設(shè)置標準可根據(jù)低壓配電室的標準設(shè)置。

通常配電變壓器高壓側(cè)接地故障電流不會超過120V，按照上文提出的預(yù)防措施和手段進行防護，基本都能對工作人員起到良好的防護作用。但是有一種情況需要特別注意，即在作業(yè)環(huán)境土壤電阻率高，且單相短路電流大，從而產(chǎn)生較高的對地電壓，針對此問題需要采取一定的均壓措施。在配電變壓器室外部，接地引下線的選擇應(yīng)采用具有絕緣性質(zhì)的線材，同時連接的方式應(yīng)采用機械而非人工的方式，避免配線過程中人員觸及接地線。

3 結(jié)論

配電變壓器高壓側(cè)在發(fā)現(xiàn)接地故障時，需要根據(jù)單相接地電流大于或小于12.5A來確定，采用哪種防護措施。需要注意配電變壓器的最高允許不切斷電壓和電阻阻值，避免外露可導(dǎo)電體的電壓過高影響到配電設(shè)備。若是配電變壓器接地電阻難以降低，可采用等非導(dǎo)電場所法、電位連接法。通過以上措施，保障配電變壓器運行穩(wěn)定。