接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)原因分析

我國電力系統(tǒng)中，的6kV、10kV、35kV電網(wǎng)中一般都采用中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式。電網(wǎng)中主變壓器配電電壓側(cè)一般為三角形接法，沒有可供接地電阻的中性點(diǎn)。當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，線電壓三角形仍然保持對稱，對用戶繼續(xù)工作影響不大，并且電容電流比較?。ㄐ∮?0A）時(shí)，一些瞬時(shí)性接地故障能夠自行消失，這對提高供電可靠性，減少停電事故是非常有效的。

但是隨著電力事業(yè)日益的壯大和發(fā)展，這中簡單的方式已不在滿足現(xiàn)在的需求，現(xiàn)在城市電網(wǎng)中電纜電路的增多，電容電流越來越大（超過10A），此時(shí)接地電弧不能可靠熄滅，就會(huì)產(chǎn)生以下后果：

1）單相接地電弧發(fā)生間歇性的熄滅與重燃，會(huì)產(chǎn)生弧光接地過電壓，其幅值可達(dá)4U（U為正常相電壓峰值）或者更高，持續(xù)時(shí)間長，會(huì)對電氣設(shè)備的絕緣造成極大的危害，在絕緣薄弱處形成擊穿；造成重大損失。

2）由于持續(xù)電弧造成空氣的離解，破壞了周圍空氣的絕緣，容易發(fā)生相間短路；

3）產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓，容易燒壞電壓互感器并引起避雷器的損壞甚至可能使避雷器爆炸；這些后果將嚴(yán)重威脅電網(wǎng)設(shè)備的絕緣，危及電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

為了防止上述事故的發(fā)生，為系統(tǒng)提供足夠的零序電流和零序電壓，使接地保護(hù)可靠動(dòng)作，需人為建立一個(gè)中性點(diǎn)，以便在中性點(diǎn)接入接地電阻。為了解決這樣的辦法.接地變壓器（簡稱接地變）就在這樣的情況下產(chǎn)生了。接地變就是人為制造了一個(gè)中性點(diǎn)接地電阻，它的接地電阻一般很小（一般要求小于5歐）。

另外接地變有電磁特性，對正序、負(fù)序電流呈高阻抗，繞組中只流過很小的勵(lì)磁電流。由于每個(gè)鐵心柱上兩段繞組繞向相反，同心柱上兩繞組流過相等的零序電流呈現(xiàn)低阻抗，零序電流在繞組上的壓降很小。也既當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，在繞組中將流過正序、負(fù)序和零序電流。

該繞組對正序和負(fù)序電流呈現(xiàn)高阻抗，而對零序電流來說，由于在同一相的兩繞組反極性串聯(lián)，其感應(yīng)電動(dòng)勢大小相等，方向相反，正好相互抵消，因此呈低阻抗。接地變的工作狀態(tài)，由于很多接地變只提供中性點(diǎn)接地小電阻，而不需帶負(fù)載。所以很多接地變就是屬于無二次的。接地變在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，接地變相當(dāng)于空載狀態(tài)。但是，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，只在短時(shí)間內(nèi)通過故障電流，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，高靈敏度的零序保護(hù)判斷并短時(shí)切除故障線路，接地變只在接地故障至故障線路零序保護(hù)動(dòng)作切除故障線路這段時(shí)間內(nèi)起作用，其中性點(diǎn)接地電阻和接地變才會(huì)通過IR= （U為系統(tǒng)相電壓，R1為中性點(diǎn)接地電阻，R2為接地故障回路附加電阻）的零序電路。根據(jù)上述分析，接地變的運(yùn)行特點(diǎn)是；長時(shí)空載，短時(shí)過載。

總之，接地變是人為的制造一個(gè)中性點(diǎn)，用來連接接地電阻。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，對正序負(fù)序電流呈高阻抗，對零序電流呈低阻抗性使接地保護(hù)可靠動(dòng)作。

變電站內(nèi)現(xiàn)在一般采用的接地變壓器有兩個(gè)用途，1.供給變電站使用的低壓交流電源，2.在10kV側(cè)形成人為的中性點(diǎn)，同消弧線圈相結(jié)合，用于10kV發(fā)生接地時(shí)補(bǔ)償接地電容電流，消除接地點(diǎn)電弧，其原理如下：

三相電網(wǎng)各相導(dǎo)線之間及各相對地之間，沿導(dǎo)線全長都分布有電容。當(dāng)電網(wǎng)中性點(diǎn)不是死接地時(shí)，單相接地相的對地電容為零，另外兩相的對地電壓升高到 倍。相電壓升高并未超過安全電壓設(shè)計(jì)的絕緣強(qiáng)度，但是會(huì)導(dǎo)致其對地電容的增加。單相接地時(shí)電容電流為正常運(yùn)行時(shí)一相對地電容電流的3倍。當(dāng)該電容電流較大時(shí)，較易引起間歇電弧，對電網(wǎng)的電感和電容的震蕩回路產(chǎn)生過電壓，其值可達(dá)2.5到3倍的相電壓。電網(wǎng)電壓越高，由其引起的過電壓危險(xiǎn)越大。因此只有60KV以下的供電系統(tǒng)的中性點(diǎn)才可不接地，因?yàn)樗鼈兊膯蜗嘟拥仉娙蓦娏鞑淮蟆７駝t，應(yīng)通過接地變壓器將中性點(diǎn)經(jīng)阻抗接地。

當(dāng)變電站主變壓器一側(cè)（如10KV側(cè)）為三角形或星形接線，當(dāng)單相對地電容電流較大時(shí)，由于沒有中性點(diǎn)可接地，則需要采用一臺(tái)接地變壓器使電網(wǎng)形成人為的中性點(diǎn)，以便經(jīng)消弧線圈接地，使電網(wǎng)形成人為中性點(diǎn)，這就是接地變壓器的作用。在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)接地變壓器承受電網(wǎng)的對稱電壓，僅流過很小的勵(lì)磁電流，處于空載運(yùn)行狀態(tài)，其中性點(diǎn)對地電位差為零（忽略消弧線圈的中性點(diǎn)位移電壓），此時(shí)消弧線圈沒有電流流過。假設(shè)Ｃ相對地短路時(shí)，三相不對稱分解出來的零序電壓，匯合后流經(jīng)消弧線圈入地。其作用與消弧線圈一樣，即它所產(chǎn)生的感性電流補(bǔ)償了接地電容電流，消除了接地點(diǎn)的電弧。

近年來,某地區(qū)電網(wǎng)中多次發(fā)生110kV變電站接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)事故，嚴(yán)重影響了該地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行,為了找出問題的所在,分析了引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)的原因，并采取相應(yīng)的措施，阻止類似事故的再次發(fā)生，并為其他地區(qū)電網(wǎng)提供借鑒。

目前110kV變電站10kV饋線越來越多地采用電纜出線，以致10 kV系統(tǒng)單相對地電容電流大幅度增加。為抑制單相接地時(shí)產(chǎn)生的過電壓幅值，110kV變電站10kV電網(wǎng)系統(tǒng)開始加裝接地變壓器，構(gòu)成低阻接地接線方式，形成一條零序電流的通道，以便當(dāng)10 kV系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)，根據(jù)接地點(diǎn)所在位置，由相應(yīng)零序保護(hù)有選擇性動(dòng)作將接地故障隔離，以防電弧重燃引發(fā)過電壓，保證電網(wǎng)設(shè)備安全供電。

某地區(qū)電網(wǎng)，于2008年開始將110kV變電站10kV電網(wǎng)系統(tǒng)改造為低阻接地接線方式，加裝了接地變壓器和接地變壓器保護(hù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了10 kV系統(tǒng)任意饋線發(fā)生接地故障時(shí)，能快速切除故障，減少了對電網(wǎng)的影響。然而，近段時(shí)間，該地區(qū)電網(wǎng)有五個(gè)110kV變電站先后發(fā)生了多次接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)事故,造成變電站停電，嚴(yán)重影響了該地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行, 因此，為了阻止類似事故的再次發(fā)生，維護(hù)地區(qū)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，找出原因，采取措施是非常必要的。

1、接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)原因分析：

10kV饋線發(fā)生接地短路故障時(shí)，安裝在110kV變電站的故障線路零序保護(hù)首先啟動(dòng)，切除故障線路，當(dāng)不能正確切除時(shí)，由接地變壓器的零序保護(hù)越級切除母聯(lián)開關(guān)和主變壓器兩側(cè)開關(guān)，從而隔離故障對系統(tǒng)的影響。所以防止接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)，10kV饋線保護(hù)及開關(guān)的動(dòng)作正確性是保證電網(wǎng)安全至關(guān)重要的，從該地區(qū)電網(wǎng)五個(gè)110kV變電站發(fā)生的接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)事故統(tǒng)計(jì)分析,引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)的主要原因也是10kV饋線不能正確切除接地故障所引起的。

10kV饋線零序保護(hù)的構(gòu)成原理：饋線零序CT采樣→饋線保護(hù)啟動(dòng)→開關(guān)動(dòng)作跳閘，從10kV饋線零序保護(hù)的構(gòu)成原理可以看出，零序CT、饋線保護(hù)、開關(guān)是保護(hù)正確動(dòng)作的關(guān)鍵元件，下面就從這幾個(gè)方面分析引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)的原因：

①零序CT誤差引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)。當(dāng)10KV饋線發(fā)生接地短路故障時(shí)，故障線路零序CT檢測到故障電流，對應(yīng)的饋線零序保護(hù)首先啟動(dòng)切除故障線路，同時(shí)接地變壓器的零序CT也檢測到故障電流，保護(hù)啟動(dòng)，為了遵循選擇性的原則，實(shí)現(xiàn)10kV饋線保護(hù)優(yōu)先動(dòng)作，10kV饋線零序保護(hù)電流和時(shí)間整定值要比接地變壓器保護(hù)小。根據(jù)現(xiàn)行變電站運(yùn)行數(shù)據(jù)可知，接地變：一次電流75A、1.5s切10kV分段、1.8s閉鎖10kV自投、2.0s切變低、2.5s切兩側(cè)；10kV饋線：一次電流60A、1.0s切開關(guān)。

但由于各種原因，CT難免有誤差，如果接地變壓器的零序CT-10％的 誤差，饋線的零序CT +10％的誤差，兩者的實(shí)際電流動(dòng)作值為67.5A和66A，幾乎相等，只依靠時(shí)間選擇，當(dāng)發(fā)生10KV饋線接地時(shí)，就很容易造成接地變零序過流越級動(dòng)作。

②電纜屏蔽層接地線不正確，引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)。110kV變電站10kV饋線都采用帶屏蔽層的電纜，且電纜屏蔽層在兩端同時(shí)接地，這是一種有效的電磁抗干擾措施，10KV饋線零序CT都是用穿心式，零序CT穿過電纜安裝于開關(guān)柜電纜出線處，利用電磁感應(yīng)原理，接地短路故障時(shí)產(chǎn)生的不平衡電流，在零序CT上感應(yīng)到電流從而使保護(hù)裝置動(dòng)作，然而，電纜屏蔽層兩端接地后，流過電纜屏蔽層的感應(yīng)電流也將會(huì)在零序CT上感應(yīng)到電流，如果不采取措施，將影響到饋線零序保護(hù)不能正確動(dòng)作，從而引起接地變壓器保護(hù)越級動(dòng)作。

③10kV饋線保護(hù)拒動(dòng)，引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)。目前電網(wǎng)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用微機(jī)型保護(hù)裝置，保護(hù)性能大大提高，但保護(hù)裝置生產(chǎn)廠商和型號也比較多，產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)參差不一，散熱能力差也是其一大弊端，裝置故障時(shí)有發(fā)生，從110kV變電站保護(hù)設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)表明，10KV饋線保護(hù)裝置的電源插件、采樣插件、CPU插件和跳閘出口插件最容易出現(xiàn)故障。所以一旦它們出現(xiàn)故障又未即時(shí)處理，保護(hù)有可能拒動(dòng)，造成接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)。

④10KV饋線開關(guān)拒動(dòng)，引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)。近年來，由于使用時(shí)限長、操作次數(shù)多或是本身的質(zhì)量問題，發(fā)生在10kV開關(guān)柜上的故障越來越多，其中開關(guān)控制回路的故障尤其突出，特別是一些欠發(fā)達(dá)的山區(qū)，由于還有部分舊式開關(guān)柜（GG-1A型）仍在運(yùn)行和發(fā)生接地故障機(jī)率較多。如果在開關(guān)柜故障期間出現(xiàn)饋線接地故障，即使零序保護(hù)正確啟動(dòng)，由于開關(guān)拒動(dòng)也會(huì)造成接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)，從事故調(diào)查分析，饋線接地故障零序保護(hù)動(dòng)作，命令跳開饋線開關(guān)，同時(shí)跳閘線圈燒壞，開關(guān)不能動(dòng)作，是開關(guān)拒動(dòng)的主要原因。

⑤10kV兩條饋線高阻接地或較嚴(yán)重10kV饋線單相高阻接地，引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)。當(dāng)兩條10KV饋線同相高阻接地時(shí)，兩條10kV饋線保護(hù)只達(dá)到告警值，零序保護(hù)不動(dòng)作，但有可能達(dá)到接地變壓器保護(hù)動(dòng)作值，引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)，例如一饋線單相高阻接地，零序電流達(dá)到40A，饋線零序保護(hù)不動(dòng)作（動(dòng)作值為60A）；接著另一饋線也同一相高阻接地，零序電流達(dá)到50A，零序電流未達(dá)到60A，饋線零序保護(hù)也不動(dòng)作；但電流疊加達(dá)到90A，超過接地變壓器保護(hù)動(dòng)作值（動(dòng)作值為75A），將造成接地變壓器保護(hù)零序過流越級動(dòng)作。目前110kV變電站10kV饋線越來越多地采用全電纜出線，以致10kV系統(tǒng)對地電容電流大幅度增加（個(gè)別站高達(dá)12～15A），即使不是發(fā)生10kV兩條饋線高阻接地，而是發(fā)生較嚴(yán)重10KV饋線單相高阻接地（零序電流達(dá)到58A），再與正常運(yùn)行電容電流疊加后也很接近接地變壓器保護(hù)動(dòng)作值（動(dòng)作值為75A），若此時(shí)有系統(tǒng)振蕩發(fā)生，就會(huì)很容易造成接地變壓器保護(hù)零序過流越級動(dòng)作。

2、防止接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)的解決措施：

通過以上分析，采取相應(yīng)的措施如下：

①防止零序CT誤差引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)的措施。選用質(zhì)量過關(guān)的零序CT；安裝調(diào)試前應(yīng)嚴(yán)格校驗(yàn)零序CT的性能特性，誤差在5％的堅(jiān)決棄用；10kV饋線零序保護(hù)動(dòng)作電流整定值和接地變壓器零序保護(hù)動(dòng)作電流整定值均應(yīng)按一次值整定，保護(hù)校驗(yàn)時(shí)，應(yīng)從零序CT一次升流檢驗(yàn)其正確性。

②防止電纜屏蔽層接地線不正確引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)的措施。

第一，電纜屏蔽層接地線必須由上向下穿過零序CT，并與電纜支架絕緣，在穿過零序CT前不應(yīng)有碰地現(xiàn)象。電纜屏蔽層接地線頭、尾留出部分金屬導(dǎo)體，用于一次升流，其余部分用絕緣材料可靠包扎。當(dāng)電纜屏蔽層接地線引出點(diǎn)低于零序CT時(shí)，電纜屏蔽層接地線不能穿過零序CT。盡量避免電纜屏蔽層接地線引出點(diǎn)位于零序電流互感器的中間位置。第二，加強(qiáng)專業(yè)技能培訓(xùn)，使各相關(guān)班組人員清楚零序CT安裝方法。特別是繼電保護(hù)專業(yè)和電纜專業(yè)的人員，必須要掌握零序CT安裝方法和電纜屏蔽層接地線安裝方法，并嚴(yán)格執(zhí)行。第三，加強(qiáng)驗(yàn)收管理，繼保、運(yùn)行、電纜等專業(yè)班組共同把好零序CT安裝接線關(guān)。

③防止饋線保護(hù)拒動(dòng)引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)的措施。選用質(zhì)量可靠，運(yùn)行成熟、故障率少的保護(hù)裝置；對運(yùn)行年限長和經(jīng)常故障的保護(hù)裝置，要計(jì)劃更換；加強(qiáng)保護(hù)裝置的運(yùn)行維護(hù)，發(fā)現(xiàn)故障馬上處理；安裝空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)，改善保護(hù)裝置運(yùn)行環(huán)境，防止元件長期在高溫條件下運(yùn)行。

④防止饋線開關(guān)拒動(dòng)引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)的措施。選用質(zhì)量可靠，運(yùn)行成熟、故障率少的開關(guān)設(shè)備；對運(yùn)行年限長的開關(guān)設(shè)備和經(jīng)常故障的開關(guān)設(shè)備，要計(jì)劃更換逐步淘汰舊式開關(guān)柜，更換成電動(dòng)儲(chǔ)能型或彈簧儲(chǔ)能型的密封式開關(guān)柜；加強(qiáng)開關(guān)控制回路的維護(hù)，發(fā)現(xiàn)故障馬上處理；對于跳閘線圈經(jīng)常燒壞的問題，應(yīng)采用性能優(yōu)良的線圈。作為開關(guān)的配套設(shè)備，開關(guān)柜的合理選用是解決線圈問題的關(guān)鍵。

⑤防止饋線高阻接地引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)的措施。當(dāng)10KV饋線高阻接地引起零序保護(hù)發(fā)接地告警信號時(shí)，應(yīng)馬上組織巡視故障線路，排除接地饋線的故障。同時(shí)，加強(qiáng)對10KV饋線線路改造，盡量減少線路供電半徑，合理調(diào)節(jié)各相負(fù)荷平均分布，以此減少正常運(yùn)行的電容電流。

4結(jié)語

隨著越來越多的地區(qū)電網(wǎng)開始加裝接地變壓器及相關(guān)保護(hù)設(shè)備，達(dá)到了改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的目的，然而，陸續(xù)發(fā)生的接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)事故，提醒我們不要忽視其不利的影響，在此，本文分析了引起接地變壓器保護(hù)誤動(dòng)的主要原因，并提出了相應(yīng)的一些措施，為已加裝接地變壓器或計(jì)劃加裝接地變壓器的地區(qū)電網(wǎng)提供指引。

Z型接地變壓器

對于35KV、66KV配電網(wǎng)，變壓器繞組通常采用Y接法，有中性點(diǎn)引出，就不需要使用接地變壓器。對于6KV、10KV配電網(wǎng)，變壓器繞組通常采用△接 法，無中性點(diǎn)引出，這就需要用接地變壓器引出中性點(diǎn)。接地變壓器的作用就是在系統(tǒng)為△型接線或Y型接線中性點(diǎn)未引出時(shí)，用于引出中性點(diǎn)以連接消弧線圈。

接地變壓器采用Z型接線（或者稱曲折型接線），即每一相線圈分別繞在兩個(gè)磁柱上，兩相繞組產(chǎn)生的零序磁通相互抵消，因而Z型接地變壓器的零序阻抗很?。ㄒ?般小于10Ω），空載損耗低，變壓器容量可以利用90%以上。而普通變壓器零序阻抗要大很多，消弧線圈容量一般不應(yīng)超過變壓器容量的20%，由此可見，Z 型接線的變壓器作為接地變壓器是一種比較好的選擇。

一般系統(tǒng)不平衡電壓較大時(shí)，Z型變壓器的三相繞組做成平衡式，就可以滿足測量需要。當(dāng)系統(tǒng)不平衡電壓較小時(shí)（例如全電纜網(wǎng)絡(luò)），Z型變壓器的中性點(diǎn)要做出30V～70V的不平衡電壓以滿足測量需要。

接地變壓器除可帶消弧線圈外，也可帶二次負(fù)載，代替站用變。在帶二次負(fù)載時(shí)，接地變壓器的一次容量應(yīng)為消弧線圈容量與二次負(fù)載容量之和。

接地變的最大功能就是傳遞接地補(bǔ)償電流。

Z型接地變壓器的接線圖見圖1及圖2，共有兩種接線方式，分別是ZNyn11和ZNyn1，其降低零序阻抗的原理是：在接地變壓器三相鐵芯的每一相都有兩個(gè)匝數(shù)相同的繞組，分別接不同的相電壓。當(dāng)接地變壓器線端加入三相正、負(fù)序電壓時(shí)，接地變壓器每一鐵芯柱上產(chǎn)生的磁勢是兩相繞組磁勢的向量和。三個(gè)鐵芯柱上的合成磁勢相差120°，是一組三相平衡量。三相磁通可在三個(gè)鐵芯柱上互相形成磁通路，磁阻小、磁通量大、感應(yīng)電勢大，呈現(xiàn)很大的勵(lì)磁阻抗。當(dāng)接地變壓器三相線端加入零序電壓時(shí)，在每個(gè)鐵芯柱上的兩個(gè)繞組產(chǎn)生的磁勢大小相等，方向相反，合成的磁勢為零，三相鐵芯柱上沒有零序磁通。零序磁通只能通過外殼和周圍介質(zhì)形成閉合回路，磁阻很大，零序磁通很小，所以零序阻抗也很小。