Z型接地變原理分析及PSCAD_EMDTC中的建模仿真

王德明

（金川集團股份有限公司，甘肅 金昌 737200）

Z型接地變原理分析及PSCAD_EMDTC中的建模仿真

王德明

（金川集團股份有限公司，甘肅 金昌 737200）

本文簡述了接地變壓器的基本原理，對其在小電流接地系統中的應用進行了分析，在PSCAD_EMDTC中利用UMEC模塊自行構建了Z型接地變，并將其應用于為其搭建的35kV變配電系統中，仿真驗證了模型構建的正確性，為正確建立小電流接地系統模型奠定了基礎。

Z型接地變；小電流；PSCAD；基礎

中性點絕緣系統在單相接地情況下，由于接地電流不能直接構成回路，所以其值一般比負荷電流要小很多。但是卻也存在以下缺點：①架空線路受周圍環境的影響而聚集感應電荷，高懸浮電壓將危及人員和設備；②隨著系統增容，長電纜饋線越來越多、線路容流越來越大，在系統單相接地時故障電流是正常線路對地容流的3倍且產生間歇電弧，接地電弧如若不能可靠熄滅將產生過電壓危害設備；③系統發生高壓振蕩時無有效措施來降低振蕩程度。鑒于以上原因，需要以接地變壓器的方式來人為引出一個系統中性點，該中性點可以直接接地，也可以經消弧線圈或高阻接地。對于接地變，要求其必須有一個可以接地的中性點，在系統單相接地時故障電流可以通過變壓器線圈流回線路，便于與自動裝置的配合。接地變按繞組聯結方式有 YN，d和Znyn型三相變壓器，目前采用后者居多。

1 Z型接地變在小電流接地系統中的應用

ZN，yn1型接地變繞組聯結方式如圖1所示，在這種方式下可以使故障電流可以順利通過繞組并且在兩個串接繞組中相互平衡。

圖1 ZN,yn1型接地變繞組聯結方式

Z型變壓器中性點直接接地，在發生單相接地故障時，故障電流在每個半繞組中產生壓，各相對中性點（偏移后）電壓等于各相空載感應電壓與故障電流壓降之向量差。用 X0表各繞組零序電抗，且設Z型接地變兩半個曲折繞組沿鐵心徑向排列，內部半繞組零序電抗 X0N，內部半繞組零序電抗X0W。當系統單相接地時，A相繞組內部半繞組電壓外部半繞組電壓因所以A相繞組總合成電壓即B相繞組內部半繞組電壓外部半繞組電壓所以B相繞組總合成電壓即同理可得C相繞組總合成電壓向量圖如圖2所示。設線電壓為UL，此時總故障電流

圖2 中性點直接接地系統發生單相接地故障向量圖

Z型變壓器中性點經阻抗接地，在系統發生單相接地故障時，用 Z=R+jX表示接地阻抗，則用表示內部半繞組電抗壓降，用表示外部半繞組電抗壓降，則故障電流在各繞組產生的電抗壓降為當系統單相接地時，A相繞組內部半繞組電壓外部半繞組電壓所以A相繞組總合成電壓即B相繞組內部半繞組電壓外部半繞組電壓所以B相繞組總合成電壓即同理可得C相繞組總合成電壓向量圖如圖3所示。此時總故障電流3I=

圖3 中性點經阻抗接地系統發生單相接地故障向量圖

2 基于PSCAD_EMDTC的Z型接地變壓器建模和分析

在PSCAD_EMDTC的元件庫中沒有Z接變壓器模型，但根據上述原理可以利用UMEC變壓器繞組模型自行構造Z接變壓器。分別設計聯結組別為Znyn1和Znyn11的接地變壓器，每相芯柱繞組極性相反、匝數相等且按Z型接法聯結，低壓繞組空載。正常運行時，每一芯柱產生的磁勢是兩相繞組磁勢的向量和，呈現很大的勵磁阻抗；單相接地時，每個芯柱上兩個辦繞組產生的磁勢大小相等、方向相反，零序阻抗很小。

為了驗證所購建的模型的正確性，將模型置于35kV變配電系統中（見圖4中顏色部分），模擬正常運行狀態和系統單相接地狀態。系統電源側大方式（分列）運行狀態下的阻抗標幺值 0.206324（基準電壓37kV，基準容量100MVA），正序阻抗標幺值0.64主變兩臺（阻抗電壓8%），電纜參數絕緣厚度 4.5mm、護套厚度 2.0mm、近似外徑 27mm（YJV-8.7/15kV-1×70型交聯電力電纜），架空線路選取Bergeron模型，異步電機轉速控制（額定轉速標幺值0.98、起動轉矩1.5），且配置無功補償電容器。

將Z型變壓器模型一次側短接后注入工頻電流（圖6），仿真測試零序電抗滿足零序電抗小于10Ω的要求。

系統正常運行時，測量流入Z型變壓器中性點的電流約為0.25pA，從而驗證了所涉及接地變模型可以滿足系統正常運行時的要求（如圖7所示）；當5711饋線電纜單相接地且無消弧線圈補償時，故障電流超過了自熄弧所要求的電流限值10A；當5711饋線電纜單相接地且配置消弧線圈補償接地容流時，故障電流可以降到 5A以下，達到自熄弧的目的。

3 結論

本文在接地變壓器基本原理的基礎上分析了其在小電流接地系統中的應用，在 PSCAD_EMDTC中利用UMEC模塊自行構建了Z型接地變，并將其應用于為其搭建的 35kV變配電系統中，通過仿真驗證了模型構建的正確性，為正確建立小電流接地系統模型奠定了基礎。

Principle Analysis of Z-Type Transformer and Modeling in PSCAD_EMDTC

Wang Deming
（Jinchuan group Limited Company，Jinchang，Gansu 737200）

In this paper，the basic principle of grounding transformer is brifly introduced，the small current ground system are analyzed.In the PSCAD/EMDTC by UMEC module to build their own Z grounding transformer，and its application to build the 35kV distribution system.Simulation results demonstrate that the model is correct，for the right to establish small current grounding system model laid the foundation.

Z grounding transformer； small current grounding system； PSCAD； foundation

圖4 Z型變壓器在小電流接地系統中的仿真運行

圖5 Znyn1和Znyn11仿真圖示