赵世杰 兰文光 钟 磊 徐 天

（国网上海市电力公司检修公司，上海201204）

1 接地变压器的作用

中性点不接地的系统发生单相接地故障时，各相间的电压大小和相位仍然不变，三相系统的平衡没有遭到破坏，故障点流过的故障电流大小是该系统原来相对地电容电流的3 倍，对于35kV 系统，若该电流不大于10A，系统仍可以运行一段时间，这便是中性点不接地系统的优点。但是随着电网的不断发展，特别是对于城市电网中电缆线路的增多，电网的对地电容亦将随之增大，接地故障的电流越来越大（超过10A），此时接地点将产生间歇性电弧，引起过电压，从而使非故障相对地电压极大增加。在电弧接地过电压的作用下，可能导致绝缘损坏，造成两点或多点的接地短路，使事故扩大。[1]

为了防止上述事故的发生，目前普遍采用的方法有两种：（1）在中性点装设消弧线圈，其目的是利用消弧线圈的感性电流补偿接地故障时的容性电流，使接地故障电流减小，以致自动熄弧，保证继续供电；（2）装设接地保护，并为系统提供足够的零序电流和零序电压，使接地保护可靠动作切除接地线路。

实现以上两种功能，都需要系统提供一个可以接地的中性点。然而，对于大多数输电变压器，为了平衡由于变压器铁芯非线性产生的三次谐波磁通，一般将变压器低压绕组连接成三角形。比如220kV 电力变压器主要采用Y/Y／D 联结的三绕组变压器或Y／D 联结的双绕组变压器，低压侧均采用三角形接线，无法引出接地点。为解决上述矛盾，必须在低压母线侧或者是变压器低压侧接入接地变压器作为人工接地点。

图1 接地变压器结构

2 接地变压器运行原理

接地变压器是一种曲折联结的变压器，曲折联结又叫Z 联结，是把各相绕组分成两半，把一相的上半绕组与另一相的下半绕组反串起来，组成一相，把A1、B1、C1引出，把A2、B2、C2联在一起作为中性点引出。接地变的结构及各相半绕组的电动势正方向如图1 所示。[2]

以A 相铁芯柱为例，参照电机学[2]对变压器运行原理的分析，其在正常运行时的等效电路图如图2 所示。

图2 接地变正常运行时的等效电路

其中Z1为各绕组的漏电抗，Zm 为励磁阻抗。于是

由于三相结构完全对称，于是

由图1 接地变压器的结构可得：

在一个三相对称的元器件中，例如线路、变压器等，如果流过三相正序电流，则在元器件上的三相压降也是正序的，这一规律对于零序电流或负序电流同样适用。[3]由于接地变压器是三相对称元件，因此可以用对称分量法分析其运行原理。

于是接地变压器的正序阻抗

于是接地变压器的零序阻抗

需要特别强调的是，当接地变中流过正序或负序电流时，其产生的磁通在三相铁芯柱中互为通路，磁通的路径是铁芯，因此励磁阻抗Zm很大，在数值上是漏电抗Z1几十倍。当接地变中流过零序电流时，其在各铁芯柱的上、下半绕组中产生的磁动势相互抵消，因此铁芯中不存在零序磁通，励磁阻抗的大小对于接地变的运行没有影响。

根据上文的分析，可以得出如下结论：接地变压器的正序和负序阻抗非常大，相当于开路；其零序阻抗非常小，相当于短路。因此对于中性点直接接地或经小电阻接地的系统，当正常运行或发生相间短路时，接地变压器只流过很小的励磁电流；当系统发生接地短路时，其流过非常大的故障电流。

3 单相接地故障时的电流分布

下面以图3 所示的系统为例，分析接地变压器中性点经小电阻接地的系统发生单相接地短路时的故障电流分布情况。

图3 系统示意图

设主变压器的正序阻抗、负序阻抗分别为ZT1、ZT2；

每公里输电线路的正序阻抗、负序阻抗分别为Zl1、Zl2，Lk为故障点到主变压器的线路长度；

由前文的论述可知，接地变的正负序阻抗为励磁阻抗，可认为其为无穷大，零序阻抗很小，设为Zt0，当发生单相接地故障时，忽略负荷电流和对地电容电流，系统的等效序网图如下图4所示。

图4 单相接地故障时的等效序网图

变压器和线路属于静止元件，它们的正序阻抗与负序阻抗相等，因此当系统发生单相接地故障时，故障点的电流为：

当短路发生在图3 中的k1点时，接地变母线侧电流互感器TA1流过的三相电流分别为：

当短路发生在图3 中的k2点时，接地变绕组侧电流互感器TA1流过的三相电流分别为：

接地变中性点电流互感器TA4流过的电流为：I˙N=3I˙0。

4 接地变压器保护原理

4.1 非电量保护

接地变压器非电气量保护包括瓦斯保护和温度保护，和变压器非电量保护相同，主要用于反应绕组内部多相短路、匝间短路和铁芯过热等。

4.2 电气量保护

接地变压器电气量保护包括电流速断和过电流保护、中性点零序过流保护。

电流速断和过电流保护主要用于切除保护区内的相间故障和单相接地故障，电流互感器二次绕组联接成三角形，一方面可以消除区外接地故障产生的零序电流对保护的干扰，防止区外故障时过电流保护误动作，另一方面可以增加区内故障时流入过流继电器的电流，使保护在保证选择性的前提下灵敏可靠的切除故障。

中性点零序过流保护的二次电流取自接地变压器中性点流变。由上文第3 部分对于k1、k2点的接地故障的分析可知，接地变压器区内或区外发生接地故障，中性点流变都会流过故障电流，因此中性点零序过流保护是全系统接地故障的总后备保护，其动作电流小动作时间长。

输电变电站35kV 母线主要为单母分段或双母分段配置，一段母线配置一台主变和一台接地变，正常运行时各段母线分裂运行。如果接地变压器被切除，系统将变成非接地系统，如果此时发生单相接地故障，将会严重威胁系统绝缘和设备安全，因此接地变压器保护动作后，除了要求切除接地变，还应联切与之相连的主变。

5 结论

接地变压器作为电力系统中人为引出的接地点，对系统的安全稳定运行意义重大。只有准确掌握其运行原理，并根据其原理配置保护功能，才能在发生事故时正确处理,更好地为电力系统的安全运行服务。