Z型接地变压器的原理与应用

柯 岩

包钢集团电气有限公司

Z型接地变压器的原理与应用

柯 岩

包钢集团电气有限公司

电力系统中，接地故障时有发生，采用接地变压器可以产生足够大的零序电压和零序电流，使继电保护装置可靠动作。此文介绍了Z型接地变压器的结构原理，其独有的特点和作用可有效、迅速的切除故障线路，恢复电网安全，提高供电可靠性。

接地变；中性点；接地故障；接地方式

一、引言

在我国电力系统中，一般配电站主变配电侧(6-35kV)多为三角形连接方式，没有中性点，当系统发生单相接地故障时，没有形成短路电流通路，故障电流主要为配电线路对地电容电流，当电容电流大于一定值(3-10kV大于30A)时，接地电流产生间歇性电弧，将造成相间短路，弧光接地过电压，铁磁谐振过电压等严重后果。为了抑制这种现象，在配电系统中接入接地变压器，人为的造出一个中性点，经消弧线圈或电阻接地，改变中性点对地阻抗，提供零序电流通路，可使接地保护可靠动作，有效的提高了供电可靠性和电网的安全性。

二、接地变压器的原理

Z型接地变压器在结构上与普通三相芯式变压器相同，但每相铁芯有上、下等匝数的两部分绕组，大多采用ZNyn11型接线方式，如图1所示。

图1 ZNyn11型接地变接线图及向量图

接地变每相铁芯的两部分绕组分别接不同的相电压，当接地变线端加入三相正、负序电压时，接地变每一铁芯柱上产生的磁势是两相绕组磁势的向量和。三个铁芯柱上的合成磁势相差120°，相互平衡。三相磁通在三个铁芯柱上互相形成磁路，磁阻小、磁通大、感应电势大，呈现很大的励磁阻抗。当接地变三相线端加入零序电压时，每相铁芯柱上两套绕组产生的磁势大小相等，方向相反，合成磁势为零，三相铁芯柱上没有零序磁通。零序磁通只能通过外壳和周围介质形成闭合回路，磁阻大，零序磁通小，所以零序阻抗很小，一般小于10Ω。

在电网正常运行时接地变承受电网的对称正序电压，仅流过很小的励磁电流，处于空载运行状态，其中性点对地电位差为零(忽略中性点位移电压)。若C相接地时，三相不对称分解出的零序电压，汇合后经消弧线圈或小电阻入地。经消弧线圈产生的感性电流补偿了接地电容电流，消除了接地点的电弧；经小电阻流通的零序电流可使继电保护动作跳闸，切除故障线路。

三、接地变在10kV配电系统中的应用

在接地变与小电阻配合的大电流接地系统中，单相接地时，在接地变绕组中将流通正序、负序和零序电流，由于绕组对正序、负序电流呈现高阻抗，对零序电流呈现低阻抗，接地变中性点可提供足够大零序电流，使保护可靠动作，迅速切除故障线路。

在接地变与消弧线圈配合的小电流接地系统中，单相接地时，接地变中性点将出现零序电压和电流，不一定能使继电保护跳闸，但有感性电流流过消弧线圈并注入接地故障点，从而抵消接地点的容性电流，可消除或减轻接地电弧电流的危害。因此不要求立即切除故障，可短时间继续运行，此时可以进行倒负荷等操作，避免突然停电造成损失，提高了供电可靠性。

四、使用案例

由于接地变主要提供接地中性点，而不是带负载，可以不加二次绕组。而加装二次绕组的接地变可兼做站内变使用，可明显减少投资。包钢集团54#变电所中共有5台接地变，其中2台加装二次绕组兼做站内变使用。

包钢集团新体系54#变电所10kV配电系统采用接地变和小电阻配合的大接地电流系统，2016年11月28日馈出线7#高炉水泵站1#线零序过流II段保护动作跳闸。零序过流II段保护定值为：2.02A 0.6S 保护动作报文：A相电压：59V B相电压：59V C相电压：17V零序电流：10.2A

因零序电流足够大(超过保护定值)，综保装置可靠动作，迅速切除单相接地故障线路，未造成事故扩大，电网其它设备运行正常。经检查发现馈出电缆C相对地绝缘低(11MΩ)，A、B两相对地绝缘良好(9GΩ)，故C相非金属性接地，排查后发现电缆中间接头处有明显烧痕，更换后，三相绝缘良好，现已送电，运行正常。

五、结束语

接地变压器是人为的制造出一个中性点，采用Z型接线，其零序阻抗小，运行特点是：长时空载，短时过载，空载损耗低。可有效抑制接地点电弧电流，迅速、可靠的切除接地故障线路，防止事故扩大。因此，Z型接地变被广泛采用与我国角形连接的配电网系统中。

[1]李隆年，王宝玲，插入铁芯型曲折变压器设计，华北电力技术[J]，1996(11)。

[2]李玲，李国庆，王振浩，小电流接地系统Z形接地变压器模型设计，吉林电力[J]，1996(3)。

柯岩(1988.11-)，男，陕西省商洛市，电气助理工程师，大学本科，主要从事电气控制系统调试和高压电气设备试验工作。