接地變壓器保護原理分析

胡海棠　陸文穎

摘 要：接地變壓器是變電站的重要一次設備之一，起到平衡電容電流和提供保護的作用。然而接地變保護則是監視接地變，對故障可靠動作，對電力系統的穩定至關重要。本文從接地變壓器的功能出發，引出了其獨特的物理結構并根據其結構分析了其運行原理，并對接地變壓器的保護配置作簡要闡述。

關鍵詞：接地變壓器；功能；物理結構；運行原理；保護配置

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）16-0150-01

1 接地變壓器的作用

中性點不接地的系統發生單相接地故障時，各相間的電壓大小和相位仍然不變，三相系統的平衡沒有遭到破壞，故障點流過的故障電流大小是該系統原來相對地電容電流的3倍，對于35kV系統，若該電流不大于10A，系統仍可以運行一段時間，這便是中性點不接地系統的優點。但是隨著電網的不斷發展，特別是對于城市電網中電纜線路的增多，電網的對地電容亦將隨之增大，接地故障的電流越來越大（超過10A），此時接地點將產生間歇性電弧，引起過電壓，從而使非故障相對地電壓極大增加。在電弧接地過電壓的作用下，可能導致絕緣損壞，造成兩點或多點的接地短路，使事故擴大[1]。

為了防止上述事故的發生，目前普遍采用的方法有兩種：（1）在中性點裝設消弧線圈，其目的是利用消弧線圈的感性電流補償接地故障時的容性電流，使接地故障電流減小，以致自動熄弧，保證繼續供電；（2）裝設接地保護，并為系統提供足夠的零序電流和零序電壓，使接地保護可靠動作切除接地線路。

實現以上兩種功能，都需要系統提供一個可以接地的中性點。然而，對于大多數輸電變壓器，為了平衡由于變壓器鐵芯非線性產生的三次諧波磁通，一般將變壓器低壓繞組連接成三角形。比如220kV電力變壓器主要采用Y/Y/D聯結的三繞組變壓器或Y/D聯結的雙繞組變壓器，低壓側均采用三角形接線，無法引出接地點。為解決上述矛盾，必須在低壓母線側或者是變壓器低壓側接入接地變壓器作為人工接地點。

2 單相接地故障時的電流分布

分析接地變壓器中性點經小電阻接地的系統發生單相接地短路時的故障電流分布情況。設主變壓器的正序阻抗、負序阻抗分別為ZT1、ZT2；

每公里輸電線路的正序阻抗、負序阻抗分別為zl1、zl2，Lk為故障點到主變壓器的線路長度；

由前文的論述可知，接地變的正負序阻抗為勵磁阻抗，可認為其為無窮大，零序阻抗很小，設為Zt0，當發生單相接地故障時，忽略負荷電流和對地電容電流。

3 接地變壓器保護原理

3.1 非電量保護

接地變壓器非電氣量保護包括瓦斯保護和溫度保護，和變壓器非電量保護相同，主要用于反應繞組內部多相短路、匝間短路和鐵芯過熱等。

3.2 電氣量保護

接地變壓器電氣量保護包括電流速斷和過電流保護、中性點零序過流保護。

電流速斷和過電流保護主要用于切除保護區內的相間故障和單相接地故障。結合公式（1）、（2）可知：電流互感器二次繞組聯接成三角形，一方面可以消除區外接地故障產生的零序電流對保護的干擾，防止區外故障時過電流保護誤動作，另一方面可以增加區內故障時流入過流繼電器的電流，使保護在保證選擇性的前提下靈敏可靠的切除故障。

中性點零序過流保護的二次電流取自接地變壓器中性點流變。由上文第3部分對于k1、k2點的接地故障的分析可知，接地變壓器區內或區外發生接地故障，中性點流變都會流過故障電流，因此中性點零序過流保護是全系統接地故障的總后備保護，其動作電流小動作時間長。

4 結語

接地變壓器作為電力系統中人為引出的接地點，對系統的安全穩定運行意義重大。只有準確掌握其運行原理，并根據其原理配置保護功能，才能在發生事故時正確處理，更好地為電力系統的安全運行服務。本文淺談對接地變保護原理的學習，結合保護配置進行故障分析，并提出對接地變保護的研究展望。

參考文獻

[1]國家電力調度通信中心.電力系統繼電保護實用技術問答[Z].中國電力出版社，2000.2.

[2]李發海，朱東起.電機學[Z].科學出版社，2007.1.endprint