接地變壓器講解！從分類到接線方式

接地變壓器簡(jiǎn)稱接地變，根據(jù)填充介質(zhì)，接地變可分為油式和干式；根據(jù)相數(shù)，接地變可分為三相接地變和單相接地變。接地變壓器的作用是為中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)提供一個(gè)人為的中性點(diǎn)，便于采用消弧線圈或小電阻的接地方式，以減小配電網(wǎng)發(fā)生接地短路故障時(shí)的對(duì)地電容電流大小，提高配電系統(tǒng)的供電可靠性 。

電力系統(tǒng)中的6kV、10kV、35kV電網(wǎng)中一般都采用中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式。電網(wǎng)中主變壓器低壓側(cè)一般為三角形接法，沒(méi)有可以接地的中性點(diǎn)。當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，線電壓三角形仍然保持對(duì)稱，電力系統(tǒng)可以持續(xù)對(duì)用戶供電1到2小時(shí)，并且電容電流比較?。ㄐ∮?0A），不會(huì)引起間歇性電弧，一些瞬時(shí)性接地故障能夠自行消失，這對(duì)提高供電可靠性，減少停電事故是非常有效的。但隨著城市電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大及電纜出線的不斷增多，系統(tǒng)對(duì)地電容電流急劇增加，單相接地后流經(jīng)故障點(diǎn)的電容電流較大（超過(guò)10A）  。

電弧不易熄滅、容易激發(fā)鐵磁諧振過(guò)電壓及產(chǎn)生間隙性弧光接地過(guò)電壓，可能導(dǎo)致絕緣損壞，使線路跳閘，事故擴(kuò)大，

三相接地變壓器此類變壓器采用Z型接線（或稱曲折型接線），與普通變壓器的區(qū)別是，每相線圈分成兩組分別反向繞在該相磁柱上，這樣連接的好處是零序磁通可沿磁柱流通，而普通變壓器的零序磁通是沿著漏磁磁路流通，所以Z型接地變壓器的零序阻抗很?。?0Ω左右），而普通變壓器要大得多。按規(guī)程規(guī)定，用普通變壓器帶消弧線圈時(shí)，其容量不得超過(guò)變壓器容量的20%。Z型變壓器則可帶90% ～100%容量的消弧線圈，接地變除可帶消弧圈外，也可帶二次負(fù)載，可代替站用變，從而節(jié)省投資費(fèi)用。

單相接地變壓器單相接地變主要用于有中性點(diǎn)的發(fā)電機(jī)、Satons變壓器的中性點(diǎn)接地電阻柜，以降低電阻柜的造價(jià)和體積。

■ 工作特點(diǎn)

（1）零序阻抗低， 以保證零序電流的輸出；

（2）勵(lì)磁阻抗高，以降低空載電流；

（3）空載損耗低，以節(jié)省日常運(yùn)行的能耗

■ 工作原理

系統(tǒng)發(fā)生單相故障時(shí)接地變壓器的工作原理圖以常用的ZNyn接線說(shuō)明，接地變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)通過(guò)一定大小的零序電流時(shí)，流過(guò)同一鐵心柱上的2個(gè)單相繞組的電流方向相反且大小相等，使得零序電流產(chǎn)生的磁勢(shì)正好相反抵消，從而使零序阻抗也很小。

使得接地變壓器在發(fā)生故障時(shí)，中性點(diǎn)可以流過(guò)補(bǔ)償電流。由于有很小的零序阻抗，當(dāng)零序電流通過(guò)時(shí)，產(chǎn)生的阻抗壓降要盡可能的小，以保證系統(tǒng)的安全。由于接地變壓器具有零序阻抗低的特點(diǎn)，所以當(dāng) C 相發(fā)生單相接地故障時(shí)，C 相的對(duì)地電流 I 經(jīng)大地流入中性點(diǎn)，并且被等分為三份流入接地變壓器，由于流入接地變壓器的三相電流相等，所以中性點(diǎn) N 的位移不變，三相線電壓仍然保持對(duì)稱。

但在制造過(guò)程中高壓繞組的上下包的匝數(shù)和幾何尺寸不可能*相等，使得零序電流產(chǎn)生的磁勢(shì)不可能正好相反抵消,還是產(chǎn)生了一定的零序阻抗，通常在 6-10Ω左右,相對(duì)于星形接線的變壓器的零序阻抗 600Ω而言，其優(yōu)勢(shì)不言而喻。此外，曲折接地變壓器還可以使空載電流和空載損耗盡可能小。同普通星形接線變壓器比較，由于曲折接線變壓器的每相鐵芯是由2個(gè)鐵心柱的繞組組成，結(jié)合其向量圖可知，與普通星形接線變壓器比較，當(dāng)電壓相同時(shí)要多繞 1.16 倍。中性點(diǎn)電阻接地方式下城市配電網(wǎng)在單相接地時(shí)，零序阻抗和正序阻抗的幅值相差很大。三相正、負(fù)序電流流過(guò)時(shí)，接地變壓器的每一鐵芯柱上的磁勢(shì)是該鐵芯柱上分屬不同相的兩繞組磁勢(shì)的相量和。三個(gè)鐵芯柱上的磁勢(shì)是一組三相平衡量，相位差 120°，產(chǎn)生的磁通可在三個(gè)鐵芯柱上互相形成回路，磁路磁阻小，磁通量大，感應(yīng)電勢(shì)大，呈現(xiàn)很大的正序、負(fù)序阻抗；因此，接地變壓器具有正、負(fù)序阻抗大而零序阻抗小的特點(diǎn) 。

■ 主要技術(shù)參數(shù)

為適應(yīng)配電網(wǎng)采用消弧線圈接地補(bǔ)償?shù)男枰?同時(shí)也能滿足變電站站用動(dòng)力與照明負(fù)載的需要,選用 Z 型接線連接的變壓器，需要合理設(shè)置接地變壓器的主要參數(shù)  。

（1）額定容量接地變壓器一次側(cè)容量與需要與消弧線圈容量相配套。依據(jù)現(xiàn)有消弧線圈的容量規(guī)格，建議把接地變壓器容量設(shè)為消弧線圈容量的1.05-1.15 倍。如1臺(tái)200kVA 消弧線圈所配用的接地變壓器容量為215kVA。

（2）中性點(diǎn)補(bǔ)償電流單相故障時(shí)流過(guò)變壓器中性點(diǎn)的電流：

U 為配電網(wǎng)線電壓(V)；Zx為消弧線圈的阻抗(Ω)；

Zd為接地變壓器一次零序阻抗(Ω/相)；

Zs為系統(tǒng)阻抗(Ω)；

中性點(diǎn)補(bǔ)償電流的持續(xù)時(shí)間應(yīng)與消弧線圈的持續(xù)工作時(shí)間相同，按規(guī)定為2小時(shí)。

（3）零序阻抗零序阻抗是接地變壓器的重要參數(shù)，對(duì)于繼電保護(hù)限制單相接地短路電流及抑制過(guò)電壓等都有重要影響。對(duì)于無(wú)二級(jí)線圈的曲折形（Z 型）以及星性/開(kāi)口三角形聯(lián)結(jié)的接地變壓器只有1個(gè)阻抗，即零序阻抗，這樣制造部門(mén)能滿足電力部門(mén)的要求。

（4）損耗損耗是接地變壓器的1個(gè)重要性能參數(shù)，對(duì)于帶有二次線圈的接地變壓器，其空載損耗可以做到與同容量的雙繞組變壓器相同。對(duì)于負(fù)載損耗，二次側(cè)滿載運(yùn)行時(shí)，由于一次側(cè)負(fù)荷較輕，其負(fù)載損耗小于與二次側(cè)同容量雙繞組變壓器的負(fù)載損耗。

（5）溫升按國(guó)標(biāo)對(duì)接地變壓器的溫升有如下規(guī)定：

1）額定持續(xù)電流下的溫升應(yīng)符合一般電力變壓器干式變壓器國(guó)標(biāo)中的規(guī)定，但主要適用于二次側(cè)經(jīng)常帶負(fù)荷的接地變壓器；

2）對(duì)短時(shí)負(fù)載電流的持續(xù)時(shí)間在10s以內(nèi)時(shí)(這種情況主要發(fā)生在中性點(diǎn)與電阻聯(lián)結(jié)時(shí))，其溫升應(yīng)符合國(guó)標(biāo)電力變壓器中對(duì)短路條件下的溫升限值的規(guī)定；

3）接地變壓器與消弧線圈一起運(yùn)行時(shí)其溫升應(yīng)符合對(duì)消弧線圈溫升的規(guī)定：對(duì)于持續(xù)流過(guò)額定電流的繞組溫度為80K，主要適用于星性/開(kāi)口三角形聯(lián)結(jié)的接地變壓器；對(duì)于額定電流的最大流通時(shí)間規(guī)定為2h的繞組，規(guī)定溫度為100K。

種情況符合多數(shù)接地變壓器的工作條件；對(duì)于最大流通時(shí)間規(guī)定為30min的繞組，規(guī)定溫度為120K。上述規(guī)定的出發(fā)點(diǎn), 是根據(jù)在最嚴(yán)重的條件下繞組熱點(diǎn)的最高溫度不超過(guò)140℃ ～ 160℃，以保證絕緣的安全運(yùn)行和不至于嚴(yán)重危及絕緣壽命而規(guī)定 。