接地变压器在郑州机场供电系统中的应用

严少瑞

摘 要：简要叙述接地变压器的工作原理、运行特性，并详细介绍接地变带小电阻接地系统在郑州机场二期10kV供電系统中的实际应用情况，给出具体接地装置配置和继电保护设定，希望对类似工程实践有所参考。

关键词：接地变压器;小电阻;接地;机场供电

中图分类号：U264文献标识码：A文章编号：1003-5168（2019）11-0053-03

Abstract： The principle and operation characteristics of the ground transformer was described. The practical application of ground variable belt with small resistance in the 10kV power supply system of Zhengzhou Airport Phase II was introduced in detail. Configuration of grounding device and setting of relay protection were given.This paper can be used as a reference for similar engineering practice hopely.

Keywords： ground transformer;small resistance;grounding;airport power supply

中性点不接地系统具有明显的供电可靠性（可带故障运行2h），但随着电网规模的扩大（电缆的大量使用），系统对地电容电流增大，一旦发生单相接地，极易产生弧光接地过电压，对设备的绝缘及电网的安全运行造成严重威胁。一般地，当对地电容电流大于10A时，需要将中性点不接地方式改成中性点经消弧线圈接地或经小电阻接地[1]。

中性点经消弧线圈接地的电流较小，无法实现继电保护准确选线。在以电缆线路为主的供电系统中还存在以下问题：消弧线圈补偿容量过大，投资成本高，易发生谐振过电压。

中性点经小电阻接地是将电网中性点经一定阻值的电阻接入大地。小电阻接地系统可以实现如下功能：泻放单相接地弧光过电压的电磁能量，减少电弧重燃的可能性，有效抑制系统过电压;利用大的接地故障电流，达到准确选线、快速切除故障的目的。

由于变压器在35 kV及以下配网侧多为三角形接线，因此需要使用接地变压器实现人工接地。接地变的作用是人为创造一个接地中性点。

1 接地变原理和运行特性

接地变压器采用Z型接线（曲折型接线），每相线圈分成两组分别反向绕在该相磁柱上[1]。当发生接地故障时，对于流过绕组的正序电流和负序电流，在铁芯柱上产生的磁势是同一相两绕组磁势的向量和，且3个铁芯柱上的合成磁势是一组三相平衡量（大小相等，相位相差120°）;三相磁通在3个铁芯柱上互相连通形成磁通路，磁通量大，因此呈现很大的正序阻抗和负序阻抗。而零序电流流过绕组时，同一铁芯柱的上下两半绕组内的零序磁势相互抵消（大小相等、方向相反），零序磁通只能通过外壳和周围介质形成闭合回路，磁阻大，零序磁通很小，导致零序阻抗值也很小（一般10Ω左右）[1]。可见，正是接地变对零序电流呈现低阻抗，才使得零序接地保护能够可靠动作。

接地变平时空载，短时过载，只在系统发生接地短路到零序保护动作切除故障线路的这段时间起作用。接地变运行如图1所示，当发生C相单相接地故障时，C相的对地电流I经大地流入中性点N，并被等分为3份流入接地变。因为流入接地变的三相电流相等，所以中性点位移不变，三相线电压仍然保持对称。

接地变压器型号如图2所示。接地变型号的选择主要考虑2个参数[2]：长期热稳定和短时过流倍数（过流倍数=短时故障电流/额定电流）。

配置上，接地变可以与所用变分开，也可以与所用变合二为一（带一个连续使用的二次低压绕组作为变电站站用电源）。其中，与所用变分开配置可以使接地变的运行不受所用变的影响，保证接地系统运行稳定。

接地变压器接入系统主要有2种方式[3]：接地变直接接在主变压器低压侧出口，中间不设断路器;接地变经断路器接到母线上，单独占用一个间隔。前者虽经济但运行不灵活，后者投资多但供电可靠性高且运行灵活。

2 接地变压器在郑州机场二期10kV供电系统中的应用

目前，郑州机场供电系统分为独立运行的2部分：一期中性点不接地的10kV供电系统;二期中性点经接地变压器接小电阻接地的10kV供电系统。机场内部没有架空线，供电线路全部采用电力电缆。一期供电系统规模小，接地电容电流不大，发生单相接地故障时出现弧光过电压风险较小，中性点不接地充分保证了供电可靠性。随着二期扩建工程的进行，供电系统规模不断扩大，电缆铺设长度增加，电容电流随之不断增大。为了抑制接地弧光过电压的损害，二期10kV供电系统开始采用小电阻接地系统。

二期供电系统围绕机场自建的110kV航空变电站构建。航空变电站110kV侧有2路母线，采用GIS装置;2台（远期3台）容量50MVA的110kV/10kV油式主变;10kV侧有4段出线，分别为航空I母、航空II母、航空III母和航空IV母;2台三相干式接地变压器（DKSC-400/10.5，绕组Z型连接）分别接在航空II母和航空IV母上。

航空变电站以及所带各二级站均采用纯电缆线路供电。供电系统内电容电流很大，采用不接地或消弧线圈接地方式不能可靠实现灭弧功能。另外，纯电缆线路出现瞬时性单相接地的可能性很小，不接地方式的带故障运行2h优势不明显，反而易造成故障扩大化。可见，不接地方式的故障选线一直是领域内的技术难点。

通过采用接地变压器配以零序保护，在出现永久性单相接地故障时，可以快速准确切除故障线路，避免故障恶化，保证了设备和电网的安全。

另外，在供电可靠性上，航空变电站以及所带各二级站的负荷都至少有2段母线供电，且中间通过母联互为备用（采用备自投装置），供电可靠性在前期设计上已经得到较大保证。

基于以上分析，郑州机场航空变电站采用小电阻接地系统具有很大优势。2015年投运的航空变电站在当时是全省唯一一个采用小电阻接地方式的变电站，具有首创性。目前，全省只有2座变电站采用该系统。2017年12月，四川省双流机场派技术骨干到航空变交流学习小电阻接地系统。

郑州机场航空变电站采用了2套小电阻接地成套装置AY-ZZD-400/10.5。如图3所示，每套含接地变DKSC-400/10.5（干式，容量400kVA，额定电压10.5kV，额定电流21.99A，连接组别ZN）、电阻器AYNR-10/600-10.1/10（栅格状片式，电阻10.1Ω）、智能中性点监测装置AL-DZK、电阻器智能监控仪、电流互感器LZZBJ9-10Q 600/1A、单级隔离开关GN24-10D/1 250A以及电压互感器CG11-12kV。

具体运行情况如下。

①110kV侧：110kV I母、110kV II母分列运行;航空110断开。②10kV侧：1#主变带航空I母和航空II母，2#主变带航空III母和航空IV母，母联航空230、航空140断开。

保护配置上，对10kV出线，过流保护时跳相应的10kV出线、接地变自身或2个10kV进线。

①零序I段跳相应的2个10kV分段，如若1#灯光站1#进线电缆出现接地故障，跳1#灯光站1#进线开关和航空3开关。

②零序电流II段保护保护本身线路全长且保护延伸到下一级线路，可作为下一级线路的远后备保护。零序II段跳接地变自身同時跳2个10kV进线。以1#灯光站为例，如果零序I段保护未动作，则零序电流II段保护启动，跳开1#接地变和1011、1012。

③零序电流保护动作时闭锁分段备自投即零序保护动作，则母联航空230和航空140闭锁，保持常开。

原则上，一个系统（通过分段或主变低压开关并列的多段母线视为同一个系统）有且只能有一台运行着的接地变，当接地变停止运行时，该系统内主变低压出线将跳开。每一台接地变只对自身所在的系统提供零序保护，如1#接地变只对航空10kV I母、II母及其分路提供零序保护，当系统出现零序过流II段时跳开1011、1012开关，无法出口到1023/1024开关。相应地，2#接地变只能跳开1023、1024开关，无法出口到1011/1012开关。

另外，以下2种情况在理论上也可以实现：①当10kV系统进行并倒操作时，允许2台接地变在短时间内并列运行;②特殊情况下，如1#主变检修，2#主变带全部负荷运行，期间2#接地变故障需要退出运行，此时可以将1#接地变加入运行，通过10kV分段开关为2#主变系统提供零序保护，但前提是1#接地变跳2#主变低压主进开关的出口压板要在投入位置。

在进行主变由运行转检修倒闸操作时，应当在10kV母线停止运行后再将接地变停止运行。同理，在主变加入运行操作时，应当将接地变加入运行后再将10kV母线加入运行。

3 结语

简单叙述接地变压器的原理、运行特性，详细介绍接地变带小电阻接地系统在郑州机场二期10kV供电系统中的实际应用情况。郑州机场4年多的应用实践表明，接地变带小电阻接地系统可有效抑制弧光接地过电压，准确判断并快速切除故障线路，运行效果良好。

参考文献：

[1]贺春，刘力军，谢颂果，等.Z型变在中性点经小电阻接地电网中的应用[J].继电器，2006（14）：15-19.

[2]王寅超，顾洁.Z型变压器在中性点经小电阻接地电网中的应用分析[J].科技风，2017（24）：167-168.

[3]于立涛.35kV配电网中性点经小电阻接地改造方案分析[J].继电器，2004（16）：57-59.