浅析接地变烧毁原因及接地变使用的利弊

姚晋瀚

摘 要：随着现在城市电缆电路的进一步增多，单纯地采取中性点经消弧线圈接地方式很难彻底消除接地故障点的电弧。本文主要阐述了接地变燃烧毁坏的现象，对接地变压器的作用及特性进行了详细的介绍，并分析了接地变燃烧毁坏的原因。

关键词：接地变烧毁原因；现象；接地变使用的利弊

中图分类号：TM41 文献标识码：A

断续电弧形成的谐振通过电压极易烧坏电压互感器，损坏避雷针。同时，持续电弧会离解空气，破坏周遭空气的绝缘性，进而导致相间短路，影响电网的安全运行。对此，为避免事故的发生，有些电网施用中性点经小电阻接地方式，为电网提供足够的零序电流，使接地保护可靠动作。

1.接地变燃烧毁坏的现象

1.1 220kV变电站10kV接地变压器中性点电阻烧毁

2009年某无人值守220kV变电站在正常运行过程中突然发现#1主变后备保护动作跳闸。运行人员到现场发现#1主变10kV侧（绕组三角形连接）两相铜管母线分别都有不同程度不明原因的小电流电蚀放电烧毁现象，以及10kV接地变压器中性点电阻烧毁，10kV接地变压器保护未动作。

1.2 110kV风力电站35kV接地变压器本体绕组烧毁

2011年某110kV风力电站在正常运行过程中突然发现#1主变后备保护动作跳闸。运行人员到现场发现35kV接地变压器本体绕组烧毁，35kV接地变压器保护未动作。

2.接地变压器的作用

在6kV、10kV、35kV电网供电系统中多使用小电流接地系统，即中性点不接地（无中性点），抑或接地变经消弧线圈接地。在电网系统单相接地时，流经接地点的消弧线圈电流或是线路电容电流，通常在100A以下。

2.1 中性点不接地方式，一般在系统投运初期，接地电容电流较小（小于10A）时采用。系统中性点不接地，当系统发生单相接地故障时，接地相单相对地电压为零，两相对地电压从原相电压升之线电压，升高两倍，与此同时，接地故障接地电容电流失相线对地电容的3倍。然而此时线电压三角形依旧为对称状态，严重影响用户继续工作，电容电流较小，瞬时性接地故障会随之消失。该运行方式简单、投资少，减少停电事故，供电可靠性高。所以在电网初期阶段采用这种运行方式。

但是随着城市化建设的快速推进，电缆电路持续增多，中性点不接地电网中，如若电容电流大于10A，那么电缆线路的单相接地电容电流远比架空线路大得多，如若单向接地故障中，电流较大，那么接地电弧难以可靠熄灭，随之接地故障点会形成继续电弧，由于电力线路存在电阻R、电感L、又有电容C，所以电力线路可形成R-L-C串联谐振电路，发生单相弧光接地时，会形成谐振，由此导致过电压。电压幅值为4U，抑或更高，持续长时间，能导致线路上绝缘薄弱点的绝缘击穿。

在我国的电力行业标准DL/T620-1997“交流电气装置的过电压保护和绝缘配合”中，对于3kV～10kV架空线路，35kV单相接地，其电网故障电流一般超过10A，其中，3kV～10kV电缆线路，假若其接地故障电流超过30A时，那么中性点需配设消弧线圈，从而消除接地电弧。所以，中性点不接地仅为短期运行方式，其最后会到达消弧圈接地方式。

2.2 中性点经消弧线圈接地方式，其中的消弧线圈指配置在配电网中性点的电感线圈，如若线路出现单相接地，此时故障相对地电压为零，其他完好两相对地电压也要升高到线电压。同时，消弧线圈产生电感电流，用以填补单相接地电流，通过接地点电流为接地电容电流IC与流过消弧线圈L的电感电流IL之和。因为IC超前UC90o，IL滞后UC90o，因此IC与IL在接地点相互补偿，若较之电弧最小电流，IC与IL的量值差较小，那么此时不会产生电弧，同时也不会产生谐振过压情况。

由于消弧圈感应电流能与消接点通过的电流相抵消，因而，若补偿得当，接地电流低于10A，那么多数电弧可随之消失。尽管电缆构成的电网发生接地故障的情况较多，但由于补偿了接地电流，那么单相接地不会出现过多的相间故障。因为电网系统电压依旧为对称状态，依据相关规定，电网系统可携带接地故障运行2h。所以在供电方式上，这种中性点通过消弧圈接地方式安全可靠性更强。

2.3 中性点经小电阻接地方式，接地电阻较小（一般小于5Ω），此接地方式与中性点直接接地较为类似，在电网单向接地情况下，流经的接地点电流由低电阻控制，此方式应在与单相接地跳闸保护相结合，一旦发生故障，通过接地点的电流会随之开启零序保护，即刻切除故障线路。该方式的主要作用在于：第一，系统单相接地情况下，单向电压小幅度升高，抑或不升高，所以对设备绝缘性要求较低，根据相电压选择耐压水平。第二，系统单相接地，故障线路电流大，零序过流保护灵敏度较高，以便于切除接地线路。

不管是增装接地电阻还是消弧线圈，都应在中性点接入消弧线圈或接地电阻，电网主变压器侧绕组多为三角形接法。

一般而言，接地变压器主要用于△、Y型接线中性点不能很好引出的状况，人为制造可接入中性点，针对电网需要，引出中性点，配置接地电阻，或加接消弧线圈。

3.接地变压器的特性

较之普通变压器，接地变压器电磁特性有极大不同，此类变压器以Z型接线为主，每相线圈分别在两个磁柱之上侧绕，由于每个铁心柱上两段不同相的绕组且绕向相反，该绕组对正序和负序电流呈现高阻抗，绕组中只流过很小的励磁电流。对于零序电流，因为同相两绕组形式为反极性串联，感应电动势虽然大小一样，但是反向，因此可互相抵消，零序电流为的抗阻状态为低阻抗。在规程中，如若普通变压器需要消弧线圈，线圈容量不宜大于变压器容量的1/5，但接地变压器可有超过90%的线圈容量。所以利用中性点加接消弧线圈入接地效果较好。一旦出现单向接地，接地变中性点后，零序电流通过消弧线圈接入地，接地电容电流可经由感性电流补偿，消除了接地点的电弧。其作用与消弧线圈一样。

另外，由于接地变压器的零序阻抗很小，对零序电流呈低阻抗。所以，通过接地变中性点加接接地电阻，能够使接地保护可靠动作切除故障。

接地变电器在具体工作过程中，因为多数接地变压器仅仅由中性点接小电阻，同时无须负载。因地多数接地变压器为无二次的。通常情况下，接地变压器正常运行情况下，主要呈现空载状态，如若此时缺少零序电压电流，那么接地变压器将无电流流进。假若中性点通过小电阻接地，那么消弧线圈电流会对接地电容电流给予补偿，其真正经接地故障的故障电流较小。零序保护灵敏较高，可准确判断故障线路，并及时切断线路。此时，接地变电器会及时通过故障电流。所以，很多接地变电器仅仅在接地故障时才会起到相应作用。

4.接地变燃烧毁坏的原因

中性点经小电阻接地方式存在的缺陷是：（1）中性点经小电阻接地方式情况下，流经接地点电流大，假若零序保护时间过长，会破坏接地点与周围绝缘性，继而引起相间故障。（2）单相接地故障情况下，不管故障如何，都需切除线路。此时，线路将频繁跳闸，继而阻碍正常供电。（3）接地变采用经小电阻接地的运行方式，当系统产生不平衡电流时，因为达不到零序保护动作整定值，零序保护未动，长时间的不平衡电流很容易使接地电阻烧坏，甚至发生接地变烧坏。

上述两台10kV接地变压器和35kV接地变压器都是接地变中性点经小电阻接地方式，初步分析两起接地变压器燃烧烧毁的主要原因：（1）系统单相接地时，通过故障线路电流较小，其中零序电流小，其灵敏度较小，未达到接地变保护整定值整定的电流值，不能引起保护动作跳闸及时切除接地线路，导致低压侧缓慢持续燃烧，最后导致故障升级，引起主变保护动作跳闸。（2）也可能是当系统产生不平衡电流时，因为达不到零序保护动作整定值，零序保护未动，长时间的不平衡电流使接地电阻烧坏，导致发生接地变烧坏。

结语

接地变压器保护误动事故，影响着系统的稳定性，而系统的稳定性问题又干扰着整个电网的安全、经济和可靠性。风力发电场35kV电源系统由于系统存在接地故障造成接地变压器及中性点电阻柜烧损的实际情况，结合基本原理，选择消除故障的方法，通过改造处理，成功消除这两起故障。检修更换接地变后，重新设置接地变保护整定值，未再发生此类故障。

参考文献

[1]杭俊锋，张钰.一起10kV接地变-消弧线圈系统单相接地故障的分析[J].中国建材科技，2015（S1）：133-134.

[2]李灿庆.某风电场接地变及其中性点接地电阻的改进方案分析[J].电工技术，2016（3）：81.