配電變壓器高壓側接地故障時的過電壓及防護

韓曉彬

（國網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

電力系統的安全與穩定運行，才能夠保障客戶的用電質量，配電變壓器是直接面向終端用戶的變壓器，是連接電網與客戶的重要單元，當其出現故障時則導致電力輸送不穩定，甚至供電系統癱瘓。它利用電磁感應定律將電網傳輸的高電壓和電流轉化為常規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量，需要采取相應的防護措施。在配電變壓器的常見故障中，主要有在高壓側引起的接地故障，超高的過電壓會損壞配電設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破碎、位移等情況，使設備出現局部渦流，當變壓器中的兩個及以上穿心螺栓都出現此問題，則會產生高溫熔毀鐵芯，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，由此產生高溫影響繞組與鐵芯的運行狀態。（3）由于在鐵芯內設置過長的底片，使其與鐵芯硅鋼連接出現不穩定現象，由此產生高溫熔斷接地銅片。

其次是絕緣系統故障，它的影響因素有很多種，常見的問題主要出現在：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，又缺乏相應的絕緣保護引起的設備老化；第三，變壓器沒有做好結構密封，出現滲漏油現象；第四，在設備安裝和定期維護時，沒有考慮變壓器周圍環境溫度，從而選取不適合的材料，設置不恰當的工作頻率，綜合作用下造成滲漏油。

最后是繞組故障，配電變壓器常規采用繞組式結構，若是安裝和維護時沒有處理好，容易因為接地不良產生局部高溫，在長期作用下損壞絕緣系統。在用電高峰期，短時間內高強度的用電需求在電應力沖擊之下，變壓器受到不穩定的負荷，導致繞組破損的情況[1]。

2 配電變壓器高壓側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出現接地故障，使得變電所接地極接受到故障電流，并導致接地體外露部位布滿高電壓。此外，我國在中壓供電系統中采用不同的標準，但不論哪種標準單相接地電流都不能超過30A，根據公用電網和電網變電系統，其電流參數有大于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

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，按照相關標準和規定，10kV級別的配電變壓器電阻與采用TN、TT系統的低壓側接地中性點電阻不能超過4Ω。鑒于此要求，在設置設備高壓側單相接地電壓，最高不能超過50V。若是低壓側中性點不與接地系統連接，也不采用TN、TT系統，在電阻阻值設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，對常規運行環境和設備適用。除了配電變壓器配電的場所比較危險，且不切斷電壓規定在25V及以下，那么這種情況要為配電變壓器設置絕緣監測模塊，隨時監測其運行狀態，當發現運行狀態異常或其他問題時，應及時到現場解決問題。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，并且這樣的設置沒有設置絕緣系統，針對此問題應及時采取相應措施，促進線路以及配電設備的實時狀態檢測，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，低壓側接地系統根據TT或TN系統的不同，所采用的防護措施也要分別考慮。

若是低壓側接地系統采用TT系統，不在配電變壓器外露可導電體接地極通過故障電流，并且為了進一步保護設備，故障保護線上不允許通過高電壓。需要注意的是，設備過電壓不允許超過2Un，以此避免設備損壞，配電變壓器最高電壓可超過50V。若是采用TN系統，并且配電變壓器接地極按照常規設置進行安排的情況，那么用電設備的位置在哪，都不會影響PE線將其高電壓傳輸至用電設備，帶來用電的安全隱患。根據ICE標準，它提出的預防措施為：配電變壓器，分別將它們的外露可導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備。若是采用IT系統，那么配電變壓器與用電設備的接地極可以采用TN或TT系統的連接方案，這取決于配電變壓器高電阻接地情況，當地電力部門應根據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

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

2.3.1 非導電場所法

為了避免接地電壓始終高于50V可能造成作業人員遭受電擊的情況，一般做法是在開始作業前，在操作區間做好防護措施，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備可導電體接地高電壓。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置，要認真檢查部分外露可導電體沒有鋪設絕緣墊的情況。若是出現絕緣墊無法有效鋪設的情況，不能實現有效的地面絕緣，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備以及局部位置設置等電位連接，并且在其地板內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、電纜的技術護套等裝置與接地極相連接。配電設備其他外露可導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置接地鋼線，對于接地鋼線的長度須根據房間邊長來決定。例如，若是房間邊長超過3米，那么常規接地鋼線設置之外，還要在中間加設1根鋼線。配電變壓器室若是無接地鋼筋，那么設置標準可根據低壓配電室的標準設置。

通常配電變壓器高壓側接地故障電流不會超過120V，按照上文提出的預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，即在作業環境土壤電阻率高，且單相短路電流大，從而產生較高的對地電壓，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采用具有絕緣性質的線材，同時連接的方式應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 結論

配電變壓器高壓側在發現接地故障時，需要根據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，避免外露可導電體的電壓過高影響到配電設備。若是配電變壓器接地電阻難以降低，可采用等非導電場所法、電位連接法。通過以上措施，保障配電變壓器運行穩定。