配电变压器高压侧接地故障时的过电压及防护

韩晓彬

（国网冀北电力有限公司卢龙县供电分公司，河北秦皇岛，066400）

0 引言

电力系统的安全与稳定运行，才能够保障客户的用电质量，配电变压器是直接面向终端用户的变压器，是连接电网与客户的重要单元，当其出现故障时则导致电力输送不稳定，甚至供电系统瘫痪。它利用电磁感应定律将电网传输的高电压和电流转化为常规电器所能承受的电压和电流，因此为了保证其在运行过程中不会因为各种故障影响客户的用电质量，需要采取相应的防护措施。在配电变压器的常见故障中，主要有在高压侧引起的接地故障，超高的过电压会损坏配电设备以及面向客户的线路，因此需针对该方面采取防护措施。

1 配电变压器常见故障类型分析

首先是磁路故障，主要由以下几点因素引起：（1）穿心螺栓的绝缘管受到外力作用而出现破碎、位移等情况，使设备出现局部涡流，当变压器中的两个及以上穿心螺栓都出现此问题，则会产生高温熔毁铁芯，造成线路短路。（2）随着长时间的运行，铁芯钢片因老化而损坏，由此产生高温影响绕组与铁芯的运行状态。（3）由于在铁芯内设置过长的底片，使其与铁芯硅钢连接出现不稳定现象，由此产生高温熔断接地铜片。

其次是绝缘系统故障，它的影响因素有很多种，常见的问题主要出现在：第一、绝缘部件由于防护不当长期受潮；第二，长时间的过负荷运行，又缺乏相应的绝缘保护引起的设备老化；第三，变压器没有做好结构密封，出现渗漏油现象；第四，在设备安装和定期维护时，没有考虑变压器周围环境温度，从而选取不适合的材料，设置不恰当的工作频率，综合作用下造成渗漏油。

最后是绕组故障，配电变压器常规采用绕组式结构，若是安装和维护时没有处理好，容易因为接地不良产生局部高温，在长期作用下损坏绝缘系统。在用电高峰期，短时间内高强度的用电需求在电应力冲击之下，变压器受到不稳定的负荷，导致绕组破损的情况[1]。

2 配电变压器高压侧接地故障时的过电压及防护措施

当中压供电的配电变压器在高压侧出现接地故障，使得变电所接地极接受到故障电流，并导致接地体外露部位布满高电压。此外，我国在中压供电系统中采用不同的标准，但不论哪种标准单相接地电流都不能超过30A，根据公用电网和电网变电系统，其电流参数有大于10A或小于10A的情况。鉴于此，在配电变压器的过电压防护，需根据单相接地电流的标准分别考虑。单相接地电流超过或低于12.5A的最高允许不切断电压、电阻阻值如表1所示。

表1 配电变压器大于或小于12.5A过电压参数

2.1 配电变压器单相接地电流在12.5A以下采取的措施

针对此情况，按照相关标准和规定，10kV级别的配电变压器电阻与采用TN、TT系统的低压侧接地中性点电阻不能超过4Ω。鉴于此要求，在设置设备高压侧单相接地电压，最高不能超过50V。若是低压侧中性点不与接地系统连接，也不采用TN、TT系统，在电阻阻值设置上也可参考以上标准。

需要注意的是，单相接地电压最高压50V为允许不切断电压，对常规运行环境和设备适用。除了配电变压器配电的场所比较危险，且不切断电压规定在25V及以下，那么这种情况要为配电变压器设置绝缘监测模块，随时监测其运行状态，当发现运行状态异常或其他问题时，应及时到现场解决问题。同时还要注意一种情况，即用户配电线路为10kV且采用多回出线的方式进行供电，并且这样的设置没有设置绝缘系统，针对此问题应及时采取相应措施，促进线路以及配电设备的实时状态检测，从而快速解决故障[2]。

2.2 配电变压器单相接地电流在12.5A以上采取的措施

个别地区允许配电变压器电阻阻值超过4Ω以上，或单相接地电流超过12.5A，接地极最高不允许切断电压可以超过50V。鉴于此，低压侧接地系统根据TT或TN系统的不同，所采用的防护措施也要分别考虑。

若是低压侧接地系统采用TT系统，不在配电变压器外露可导电体接地极通过故障电流，并且为了进一步保护设备，故障保护线上不允许通过高电压。需要注意的是，设备过电压不允许超过2Un，以此避免设备损坏，配电变压器最高电压可超过50V。若是采用TN系统，并且配电变压器接地极按照常规设置进行安排的情况，那么用电设备的位置在哪，都不会影响PE线将其高电压传输至用电设备，带来用电的安全隐患。根据ICE标准，它提出的预防措施为：配电变压器，分别将它们的外露可导电接地极与中性线接地，两组接地极分别独立，以此避免配电变压器接地极上的高电压损坏设备。若是采用IT系统，那么配电变压器与用电设备的接地极可以采用TN或TT系统的连接方案，这取决于配电变压器高电阻接地情况，当地电力部门应根据实际情况采取更加合适的方案和措施。

2.3 降低配电变压器接地电阻的方法

当配电设备接地电阻通过各种措施仍然不能降低到特定数值，它的可导电体高压侧接地电压超过50V，运检人员很可能会在工作过程中受到电击的伤害。为了避免防范作业过程的高电压风险，需要采用非导电场所法或等电位连接法。

2.3.1 非导电场所法

为了避免接地电压始终高于50V可能造成作业人员遭受电击的情况，一般做法是在开始作业前，在操作区间做好防护措施，如放置绝缘垫、戴绝缘手套、穿防护服等，这样的要求是防止工作人员在操作过程中接触到配电设备可导电体接地高电压。需要注意的是，绝缘垫的放置距离严格按照配电变压器对人的影响距离进行设置，要认真检查部分外露可导电体没有铺设绝缘垫的情况。若是出现绝缘垫无法有效铺设的情况，不能实现有效的地面绝缘，针对这种情况只能遵照变压器安全防护制度解决[3]。

2.3.2 等电位连接法

这种方法是在配电变压器设备以及局部位置设置等电位连接，并且在其地板内的钢筋要与接地极连接。除此之外，在配电变压器室里将操作手柄、电缆的技术护套等装置与接地极相连接。配电设备其他外露可导电体也要与接地极相连，如金属门窗、管道等。还有一种情况，即低压配电室无可与接地极相连的钢筋，那么要在配电室专门设置接地钢线，对于接地钢线的长度须根据房间边长来决定。例如，若是房间边长超过3米，那么常规接地钢线设置之外，还要在中间加设1根钢线。配电变压器室若是无接地钢筋，那么设置标准可根据低压配电室的标准设置。

通常配电变压器高压侧接地故障电流不会超过120V，按照上文提出的预防措施和手段进行防护，基本都能对工作人员起到良好的防护作用。但是有一种情况需要特别注意，即在作业环境土壤电阻率高，且单相短路电流大，从而产生较高的对地电压，针对此问题需要采取一定的均压措施。在配电变压器室外部，接地引下线的选择应采用具有绝缘性质的线材，同时连接的方式应采用机械而非人工的方式，避免配线过程中人员触及接地线。

3 结论

配电变压器高压侧在发现接地故障时，需要根据单相接地电流大于或小于12.5A来确定，采用哪种防护措施。需要注意配电变压器的最高允许不切断电压和电阻阻值，避免外露可导电体的电压过高影响到配电设备。若是配电变压器接地电阻难以降低，可采用等非导电场所法、电位连接法。通过以上措施，保障配电变压器运行稳定。