地铁35 kV环网接地变压器的故障分析与保护设计

王义忠

摘 要：变压器在电力系统中占据重要地位，地铁35 kV环网接地变压器成为地铁运行系统重要保障。文章围绕地铁35 kV环网接地变压器的结构及工作原理、常见故障分析及保护设计等方面展开论述，希望对以后地铁35 kV环网接地变压器运行管理方面提供一定的借鉴作用。

关键词：地铁35 kV环网；接地变压器；故障分析；防护设计

中图分类号：TM246 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）02-0088-01

地铁环网接地变压器在整个地铁系统运行中起到至关重要作用，在设计中要科学分析、统筹考虑，结合具体实际进行电器故障分析与处理，提升变压器的稳定性，保障整体线路的正常运行。

1 地铁35 kV环网接地变压器的结构及工作原理

地铁35 kV环网接地变压器是一项人为在连接系统中设计的中性点转接技术，它是在中间点另加设接地电阻接地设备，一旦发生线路单相接地短路故障时，能够重新构成新的通路，产生零序电流，将故障问题控制在标准范围之内，从而对变压器起到保护作用。近时期常用的接地变压器多数为“Z”字型结构模式，有人称这种结构模式为“千鸟接法”的接线方法，这种Z型结构的接地变压器在结构上与普通三相芯式变压器相比，有许多相同的之处，只是在每相铁芯上的绕组方式上有所差异，但这结构所发挥的效能是普通变压器达不到的，它从上、下两面进行相等匝数曲折形连接。在接线的方式采用ZN、YN两种形式， 采用油浸式和干式绝缘两种进行，Z型接地变压器零序阻抗低，而空载阻抗高，安全性能更高、动力效果相對强等优点，由于现在地铁接地变压器多以干式绝缘变压器为主，以下围绕干式绝缘变压器为主题展开论述与分析。

2 地铁35 kV环网接地变压器的常见故障分析

地铁35 kV环网接地变压器在电路整体设计及运行中，出现的故障一般分为内部故障与外部故障两类。外部故障是环网接地变压器中最常出现的故障，多数是指在接地变压器的外部及连接的线路接口及线体等处出现问题，可能会出现单相接地或短时间的短路现象。干式绝缘变压器的内部故障多数是指在变压器的内部铁芯及，以及线圈绕组部位中间出现的线路损坏等发生故障问题，多数分为“初始”故障和电气故障两大类。

2.1 “初始”故障分析

接地变压器“初始”故障是变压器的内部常见问题，是在电路运行初期发生的问题，最初可能不会产生一些大的电器损伤，也可能在短时间内不会有明显的外在表现，但长时间会造成大的故障问题发生，这种初始的小故障也要引起我们高度重视。

首先要弄清造成初始化故障的原因，通过实践表明，以下几种因素是造成初始化故障的主要因素：

①内部分接开关产生问题，并联的变压器或内部中的并联元件在运行时，出现负荷分配不合理，往往会产生环流，造成变压器线组产生热过多损伤元件，从而造成故障。

②变压器内部的导体中的铁芯或线圈及连接不良等问题，从而造成在变压器内部产生间歇性电弧，对变压器内容的部分元件造成损伤，出现初始化故障。

③变压器内部的冷却介质不足或降温效果不良，造成内部热量越积越多，使内部的温度升高，时间久了容易造成部分线体或元件损坏，从而出现故障。

实际表明，初始化故障可以从最初一些现象呈现，并及时得到有效处理，由于短路而引发中性点过电流及过电压，冷却故障出现变压器温度升高等。

2.2 电气故障分析

接地变压器在内部出现故障，造成线路不能正常供电，主要有以下几种原因造成的：首先是由于中性点位置直接接地、侧单相线路接地造成短路引起内部电路故障；其次是高压线组或低压绕组相互间影响造成的短路现象；再次是由于高压绕组或低压绕组匝间引发的短路现象。如果是由于以上三种原因造成的电气故障，可以利用专业仪器对变压器的不平衡电流和电压进行检测，通过相关数据分析、与相关技术标准进行比对，从而找到故障的真正问题所在，有针对性进行解决处理。

2.3 仿真平台模型构建分析

在环网接地变压器出现问题后，可以通过进行仿真平台模型构建来有效分析、处理，从而更好发现故障，及时采取有效措施进行解决。

通过利用现代高科技仿真软件MATLAB等的图像处理优势，结合具体实际，在平台中建立一个由几个单相多绕组的故障模型变压器，同时建立一个10 kV的不接地谐振系统，围绕故障常出现问题进行仿真分析验证，通过相关数据的分析、处理及比对，更准确的找到故障所在，从而有针对性进行制订解决方案，确保电路高效得到解决。

3 地铁35 kV环网接地变压器的保护设计

造成地铁35 kV环网接地变压器的故障因素有许多，有配件质量、技术难题等客观因素，也有许多人为方面的因素，在对变压器防护设计及运营中要加强保护设计，也能降低故障发生率，保证系统的正常运行。

3.1 增强变压器保护配置

在变压器的配置方面加强保护措施，可以有效加强对变压器的保护，将损失度降低到最低化。同时国家在质量安全生产相关规定中也明确指出，当变电装置的总容量超过有着规定的标准时，要配置相关的继电器等系列的保护措施，确保变压器的正常运行。

首先采用自断式防护措施。一般有熔断式及切断式，这种措施相对便宜、操作方法简单、防护效果好，在配电变压器容量不超过规定标准的电量时，采用自断式熔断设备作为防护措施，可以很好的进行高压侧短路的保护以及低压侧过负荷保护，实践证明效果比较理想。其次负荷开关与自断式保护器组合。这种二者结合防护可以在短时间内断开瞬间产生的高压电流，优点是可以对单相、两相、三相短路进行维护，当短路故障中任意一处都能起到保护作用，从而能在最短时间内触发负荷开关，及时将故障问题隔断。再次采用断路器与继电器组合，它具有开断容量大、分断次数多且功效明显，组合使用可以加强对电变压器短路保护能力。

3.2 优化零序保护方案

在对变压器的防护设计中，优化零序保护不失是一种比较理想的措施，主要从以下几个方面展开：

①外部故障的异步划分。当发生外部的接地故障时变压器的中性点电流会发生增加，随着发展会出现比较大的差电流，可以根据中性点电流与差电流的变化进行判定，如果中性点电流增加同时差电流变就，可以判定出现了外部接地故障，如果二者同时出现，可以判定不是外部外故障。

②分布判定。电流变压器发生外部及内部故障时，电流的呈现不同的分布状态，通过专业仪器检测出数据分析计算比对可以判定区外与区内的故障。还可以进行二次谐波闭锁判定。通过对变压器中的中性点电流的二次谐波的含量不同，进行对中性点侧的饱和程度，采用零序防护措施在特定的时间段内使用闭锁判定，可以有效的防止中性点饱和程度造成的误动现象，可以有效进行故障的分析与处理。

3.3 规范操作技术流程

环网接地变压器的防护一方面要靠硬件方面质量的保障，还要加强技术方面人为因素，在变压器的各配件的技术标准、安装参数以及在外部具体安装过程等方面要严格遵循操作流程，确保各项安全指标参数均符合国家的相关质量安全标准，以保证电力整体系统的安全稳定运行。

4 结 语

地铁35 kV环网接地变压器的稳定性，关系到整个地铁系统的安全运行，也事关人们生活、生产的和谐有序。我们要在具体实践加大研究力度，不断总结出故障分析与防护的更成熟的经验与做法，不断推动地铁电力系统的更好发展。

参考文献：

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[2] 刘榕.成都地铁1号线主所接地变压器原理及运行分析[J].大科技，2014，（16）.