Z型接地变原理分析及PSCAD_EMDTC中的建模仿真

王德明

（金川集团股份有限公司，甘肃 金昌 737200）

Z型接地变原理分析及PSCAD_EMDTC中的建模仿真

王德明

（金川集团股份有限公司，甘肃 金昌 737200）

本文简述了接地变压器的基本原理，对其在小电流接地系统中的应用进行了分析，在PSCAD_EMDTC中利用UMEC模块自行构建了Z型接地变，并将其应用于为其搭建的35kV变配电系统中，仿真验证了模型构建的正确性，为正确建立小电流接地系统模型奠定了基础。

Z型接地变；小电流；PSCAD；基础

中性点绝缘系统在单相接地情况下，由于接地电流不能直接构成回路，所以其值一般比负荷电流要小很多。但是却也存在以下缺点：①架空线路受周围环境的影响而聚集感应电荷，高悬浮电压将危及人员和设备；②随着系统增容，长电缆馈线越来越多、线路容流越来越大，在系统单相接地时故障电流是正常线路对地容流的3倍且产生间歇电弧，接地电弧如若不能可靠熄灭将产生过电压危害设备；③系统发生高压振荡时无有效措施来降低振荡程度。鉴于以上原因，需要以接地变压器的方式来人为引出一个系统中性点，该中性点可以直接接地，也可以经消弧线圈或高阻接地。对于接地变，要求其必须有一个可以接地的中性点，在系统单相接地时故障电流可以通过变压器线圈流回线路，便于与自动装置的配合。接地变按绕组联结方式有 YN，d和Znyn型三相变压器，目前采用后者居多。

1 Z型接地变在小电流接地系统中的应用

ZN，yn1型接地变绕组联结方式如图1所示，在这种方式下可以使故障电流可以顺利通过绕组并且在两个串接绕组中相互平衡。

图1 ZN,yn1型接地变绕组联结方式

Z型变压器中性点直接接地，在发生单相接地故障时，故障电流在每个半绕组中产生压，各相对中性点（偏移后）电压等于各相空载感应电压与故障电流压降之向量差。用 X0表各绕组零序电抗，且设Z型接地变两半个曲折绕组沿铁心径向排列，内部半绕组零序电抗 X0N，内部半绕组零序电抗X0W。当系统单相接地时，A相绕组内部半绕组电压外部半绕组电压因所以A相绕组总合成电压即B相绕组内部半绕组电压外部半绕组电压所以B相绕组总合成电压即同理可得C相绕组总合成电压向量图如图2所示。设线电压为UL，此时总故障电流

图2 中性点直接接地系统发生单相接地故障向量图

Z型变压器中性点经阻抗接地，在系统发生单相接地故障时，用 Z=R+jX表示接地阻抗，则用表示内部半绕组电抗压降，用表示外部半绕组电抗压降，则故障电流在各绕组产生的电抗压降为当系统单相接地时，A相绕组内部半绕组电压外部半绕组电压所以A相绕组总合成电压即B相绕组内部半绕组电压外部半绕组电压所以B相绕组总合成电压即同理可得C相绕组总合成电压向量图如图3所示。此时总故障电流3I=

图3 中性点经阻抗接地系统发生单相接地故障向量图

2 基于PSCAD_EMDTC的Z型接地变压器建模和分析

在PSCAD_EMDTC的元件库中没有Z接变压器模型，但根据上述原理可以利用UMEC变压器绕组模型自行构造Z接变压器。分别设计联结组别为Znyn1和Znyn11的接地变压器，每相芯柱绕组极性相反、匝数相等且按Z型接法联结，低压绕组空载。正常运行时，每一芯柱产生的磁势是两相绕组磁势的向量和，呈现很大的励磁阻抗；单相接地时，每个芯柱上两个办绕组产生的磁势大小相等、方向相反，零序阻抗很小。

为了验证所购建的模型的正确性，将模型置于35kV变配电系统中（见图4中颜色部分），模拟正常运行状态和系统单相接地状态。系统电源侧大方式（分列）运行状态下的阻抗标幺值 0.206324（基准电压37kV，基准容量100MVA），正序阻抗标幺值0.64主变两台（阻抗电压8%），电缆参数绝缘厚度 4.5mm、护套厚度 2.0mm、近似外径 27mm（YJV-8.7/15kV-1×70型交联电力电缆），架空线路选取Bergeron模型，异步电机转速控制（额定转速标幺值0.98、起动转矩1.5），且配置无功补偿电容器。

将Z型变压器模型一次侧短接后注入工频电流（图6），仿真测试零序电抗满足零序电抗小于10Ω的要求。

系统正常运行时，测量流入Z型变压器中性点的电流约为0.25pA，从而验证了所涉及接地变模型可以满足系统正常运行时的要求（如图7所示）；当5711馈线电缆单相接地且无消弧线圈补偿时，故障电流超过了自熄弧所要求的电流限值10A；当5711馈线电缆单相接地且配置消弧线圈补偿接地容流时，故障电流可以降到 5A以下，达到自熄弧的目的。

3 结论

本文在接地变压器基本原理的基础上分析了其在小电流接地系统中的应用，在 PSCAD_EMDTC中利用UMEC模块自行构建了Z型接地变，并将其应用于为其搭建的 35kV变配电系统中，通过仿真验证了模型构建的正确性，为正确建立小电流接地系统模型奠定了基础。

Principle Analysis of Z-Type Transformer and Modeling in PSCAD_EMDTC

Wang Deming
（Jinchuan group Limited Company，Jinchang，Gansu 737200）

In this paper，the basic principle of grounding transformer is brifly introduced，the small current ground system are analyzed.In the PSCAD/EMDTC by UMEC module to build their own Z grounding transformer，and its application to build the 35kV distribution system.Simulation results demonstrate that the model is correct，for the right to establish small current grounding system model laid the foundation.

Z grounding transformer； small current grounding system； PSCAD； foundation

图4 Z型变压器在小电流接地系统中的仿真运行

图5 Znyn1和Znyn11仿真图示