淺析接地變燒毀原因及接地變使用的利弊

姚晉瀚

摘 要：隨著現(xiàn)在城市電纜電路的進(jìn)一步增多，單純地采取中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式很難徹底消除接地故障點(diǎn)的電弧。本文主要闡述了接地變?nèi)紵龤牡默F(xiàn)象，對(duì)接地變壓器的作用及特性進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并分析了接地變?nèi)紵龤牡脑颉?/p>

關(guān)鍵詞：接地變燒毀原因；現(xiàn)象；接地變使用的利弊

中圖分類(lèi)號(hào)：TM41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

斷續(xù)電弧形成的諧振通過(guò)電壓極易燒壞電壓互感器，損壞避雷針。同時(shí)，持續(xù)電弧會(huì)離解空氣，破壞周遭空氣的絕緣性，進(jìn)而導(dǎo)致相間短路，影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。對(duì)此，為避免事故的發(fā)生，有些電網(wǎng)施用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式，為電網(wǎng)提供足夠的零序電流，使接地保護(hù)可靠動(dòng)作。

1.接地變?nèi)紵龤牡默F(xiàn)象

1.1 220kV變電站10kV接地變壓器中性點(diǎn)電阻燒毀

2009年某無(wú)人值守220kV變電站在正常運(yùn)行過(guò)程中突然發(fā)現(xiàn)#1主變后備保護(hù)動(dòng)作跳閘。運(yùn)行人員到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)#1主變10kV側(cè)（繞組三角形連接）兩相銅管母線(xiàn)分別都有不同程度不明原因的小電流電蝕放電燒毀現(xiàn)象，以及10kV接地變壓器中性點(diǎn)電阻燒毀，10kV接地變壓器保護(hù)未動(dòng)作。

1.2 110kV風(fēng)力電站35kV接地變壓器本體繞組燒毀

2011年某110kV風(fēng)力電站在正常運(yùn)行過(guò)程中突然發(fā)現(xiàn)#1主變后備保護(hù)動(dòng)作跳閘。運(yùn)行人員到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)35kV接地變壓器本體繞組燒毀，35kV接地變壓器保護(hù)未動(dòng)作。

2.接地變壓器的作用

在6kV、10kV、35kV電網(wǎng)供電系統(tǒng)中多使用小電流接地系統(tǒng)，即中性點(diǎn)不接地（無(wú)中性點(diǎn)），抑或接地變經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地。在電網(wǎng)系統(tǒng)單相接地時(shí)，流經(jīng)接地點(diǎn)的消弧線(xiàn)圈電流或是線(xiàn)路電容電流，通常在100A以下。

2.1 中性點(diǎn)不接地方式，一般在系統(tǒng)投運(yùn)初期，接地電容電流較小（小于10A）時(shí)采用。系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地相單相對(duì)地電壓為零，兩相對(duì)地電壓從原相電壓升之線(xiàn)電壓，升高兩倍，與此同時(shí)，接地故障接地電容電流失相線(xiàn)對(duì)地電容的3倍。然而此時(shí)線(xiàn)電壓三角形依舊為對(duì)稱(chēng)狀態(tài)，嚴(yán)重影響用戶(hù)繼續(xù)工作，電容電流較小，瞬時(shí)性接地故障會(huì)隨之消失。該運(yùn)行方式簡(jiǎn)單、投資少，減少停電事故，供電可靠性高。所以在電網(wǎng)初期階段采用這種運(yùn)行方式。

但是隨著城市化建設(shè)的快速推進(jìn)，電纜電路持續(xù)增多，中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中，如若電容電流大于10A，那么電纜線(xiàn)路的單相接地電容電流遠(yuǎn)比架空線(xiàn)路大得多，如若單向接地故障中，電流較大，那么接地電弧難以可靠熄滅，隨之接地故障點(diǎn)會(huì)形成繼續(xù)電弧，由于電力線(xiàn)路存在電阻R、電感L、又有電容C，所以電力線(xiàn)路可形成R-L-C串聯(lián)諧振電路，發(fā)生單相弧光接地時(shí)，會(huì)形成諧振，由此導(dǎo)致過(guò)電壓。電壓幅值為4U，抑或更高，持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間，能導(dǎo)致線(xiàn)路上絕緣薄弱點(diǎn)的絕緣擊穿。

在我國(guó)的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T620-1997“交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合”中，對(duì)于3kV～10kV架空線(xiàn)路，35kV單相接地，其電網(wǎng)故障電流一般超過(guò)10A，其中，3kV～10kV電纜線(xiàn)路，假若其接地故障電流超過(guò)30A時(shí)，那么中性點(diǎn)需配設(shè)消弧線(xiàn)圈，從而消除接地電弧。所以，中性點(diǎn)不接地僅為短期運(yùn)行方式，其最后會(huì)到達(dá)消弧圈接地方式。

2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式，其中的消弧線(xiàn)圈指配置在配電網(wǎng)中性點(diǎn)的電感線(xiàn)圈，如若線(xiàn)路出現(xiàn)單相接地，此時(shí)故障相對(duì)地電壓為零，其他完好兩相對(duì)地電壓也要升高到線(xiàn)電壓。同時(shí)，消弧線(xiàn)圈產(chǎn)生電感電流，用以填補(bǔ)單相接地電流，通過(guò)接地點(diǎn)電流為接地電容電流IC與流過(guò)消弧線(xiàn)圈L的電感電流IL之和。因?yàn)镮C超前UC90o，IL滯后UC90o，因此IC與IL在接地點(diǎn)相互補(bǔ)償，若較之電弧最小電流，IC與IL的量值差較小，那么此時(shí)不會(huì)產(chǎn)生電弧，同時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生諧振過(guò)壓情況。

由于消弧圈感應(yīng)電流能與消接點(diǎn)通過(guò)的電流相抵消，因而，若補(bǔ)償?shù)卯?dāng)，接地電流低于10A，那么多數(shù)電弧可隨之消失。盡管電纜構(gòu)成的電網(wǎng)發(fā)生接地故障的情況較多，但由于補(bǔ)償了接地電流，那么單相接地不會(huì)出現(xiàn)過(guò)多的相間故障。因?yàn)殡娋W(wǎng)系統(tǒng)電壓依舊為對(duì)稱(chēng)狀態(tài)，依據(jù)相關(guān)規(guī)定，電網(wǎng)系統(tǒng)可攜帶接地故障運(yùn)行2h。所以在供電方式上，這種中性點(diǎn)通過(guò)消弧圈接地方式安全可靠性更強(qiáng)。

2.3 中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式，接地電阻較小（一般小于5Ω），此接地方式與中性點(diǎn)直接接地較為類(lèi)似，在電網(wǎng)單向接地情況下，流經(jīng)的接地點(diǎn)電流由低電阻控制，此方式應(yīng)在與單相接地跳閘保護(hù)相結(jié)合，一旦發(fā)生故障，通過(guò)接地點(diǎn)的電流會(huì)隨之開(kāi)啟零序保護(hù)，即刻切除故障線(xiàn)路。該方式的主要作用在于：第一，系統(tǒng)單相接地情況下，單向電壓小幅度升高，抑或不升高，所以對(duì)設(shè)備絕緣性要求較低，根據(jù)相電壓選擇耐壓水平。第二，系統(tǒng)單相接地，故障線(xiàn)路電流大，零序過(guò)流保護(hù)靈敏度較高，以便于切除接地線(xiàn)路。

不管是增裝接地電阻還是消弧線(xiàn)圈，都應(yīng)在中性點(diǎn)接入消弧線(xiàn)圈或接地電阻，電網(wǎng)主變壓器側(cè)繞組多為三角形接法。

一般而言，接地變壓器主要用于△、Y型接線(xiàn)中性點(diǎn)不能很好引出的狀況，人為制造可接入中性點(diǎn)，針對(duì)電網(wǎng)需要，引出中性點(diǎn)，配置接地電阻，或加接消弧線(xiàn)圈。

3.接地變壓器的特性

較之普通變壓器，接地變壓器電磁特性有極大不同，此類(lèi)變壓器以Z型接線(xiàn)為主，每相線(xiàn)圈分別在兩個(gè)磁柱之上側(cè)繞，由于每個(gè)鐵心柱上兩段不同相的繞組且繞向相反，該繞組對(duì)正序和負(fù)序電流呈現(xiàn)高阻抗，繞組中只流過(guò)很小的勵(lì)磁電流。對(duì)于零序電流，因?yàn)橥鄡衫@組形式為反極性串聯(lián)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)雖然大小一樣，但是反向，因此可互相抵消，零序電流為的抗阻狀態(tài)為低阻抗。在規(guī)程中，如若普通變壓器需要消弧線(xiàn)圈，線(xiàn)圈容量不宜大于變壓器容量的1/5，但接地變壓器可有超過(guò)90%的線(xiàn)圈容量。所以利用中性點(diǎn)加接消弧線(xiàn)圈入接地效果較好。一旦出現(xiàn)單向接地，接地變中性點(diǎn)后，零序電流通過(guò)消弧線(xiàn)圈接入地，接地電容電流可經(jīng)由感性電流補(bǔ)償，消除了接地點(diǎn)的電弧。其作用與消弧線(xiàn)圈一樣。

另外，由于接地變壓器的零序阻抗很小，對(duì)零序電流呈低阻抗。所以，通過(guò)接地變中性點(diǎn)加接接地電阻，能夠使接地保護(hù)可靠動(dòng)作切除故障。

接地變電器在具體工作過(guò)程中，因?yàn)槎鄶?shù)接地變壓器僅僅由中性點(diǎn)接小電阻，同時(shí)無(wú)須負(fù)載。因地多數(shù)接地變壓器為無(wú)二次的。通常情況下，接地變壓器正常運(yùn)行情況下，主要呈現(xiàn)空載狀態(tài)，如若此時(shí)缺少零序電壓電流，那么接地變壓器將無(wú)電流流進(jìn)。假若中性點(diǎn)通過(guò)小電阻接地，那么消弧線(xiàn)圈電流會(huì)對(duì)接地電容電流給予補(bǔ)償，其真正經(jīng)接地故障的故障電流較小。零序保護(hù)靈敏較高，可準(zhǔn)確判斷故障線(xiàn)路，并及時(shí)切斷線(xiàn)路。此時(shí)，接地變電器會(huì)及時(shí)通過(guò)故障電流。所以，很多接地變電器僅僅在接地故障時(shí)才會(huì)起到相應(yīng)作用。

4.接地變?nèi)紵龤牡脑?/p>

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式存在的缺陷是：（1）中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式情況下，流經(jīng)接地點(diǎn)電流大，假若零序保護(hù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)破壞接地點(diǎn)與周?chē)^緣性，繼而引起相間故障。（2）單相接地故障情況下，不管故障如何，都需切除線(xiàn)路。此時(shí)，線(xiàn)路將頻繁跳閘，繼而阻礙正常供電。（3）接地變采用經(jīng)小電阻接地的運(yùn)行方式，當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生不平衡電流時(shí)，因?yàn)檫_(dá)不到零序保護(hù)動(dòng)作整定值，零序保護(hù)未動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間的不平衡電流很容易使接地電阻燒壞，甚至發(fā)生接地變燒壞。

上述兩臺(tái)10kV接地變壓器和35kV接地變壓器都是接地變中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式，初步分析兩起接地變壓器燃燒燒毀的主要原因：（1）系統(tǒng)單相接地時(shí)，通過(guò)故障線(xiàn)路電流較小，其中零序電流小，其靈敏度較小，未達(dá)到接地變保護(hù)整定值整定的電流值，不能引起保護(hù)動(dòng)作跳閘及時(shí)切除接地線(xiàn)路，導(dǎo)致低壓側(cè)緩慢持續(xù)燃燒，最后導(dǎo)致故障升級(jí)，引起主變保護(hù)動(dòng)作跳閘。（2）也可能是當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生不平衡電流時(shí)，因?yàn)檫_(dá)不到零序保護(hù)動(dòng)作整定值，零序保護(hù)未動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間的不平衡電流使接地電阻燒壞，導(dǎo)致發(fā)生接地變燒壞。

結(jié)語(yǔ)

接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)事故，影響著系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題又干擾著整個(gè)電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)和可靠性。風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)35kV電源系統(tǒng)由于系統(tǒng)存在接地故障造成接地變壓器及中性點(diǎn)電阻柜燒損的實(shí)際情況，結(jié)合基本原理，選擇消除故障的方法，通過(guò)改造處理，成功消除這兩起故障。檢修更換接地變后，重新設(shè)置接地變保護(hù)整定值，未再發(fā)生此類(lèi)故障。

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