接地变压器的作用
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2023年3月17日发(作者：陶瓷人才)浅谈10kV系统接地变作用及继电保护整定杨钊
摘要：近年来，刚察地区电网多次发生10kV系统母线PT爆炸事故，严重影响
了当地电网稳定的运行，为了解决此问题，通过分析找出了母线PT爆炸的原因，
并采取了相应的措施即在10kV系统加装接地变及消弧线圈来解决此问题。
关键词：10kV系统；接地变作用；保护配置整定
前言
海北10kV系统为中性点不接地运行方式，刚察地区10kV供电线路较长，负
荷较轻，线路对地电容电流较大，当线路发生单相接地故障时，接地电容电流超
过10A时，交流电弧不能自动熄灭，将引起电网中的电磁能量剧烈振荡，使故障
相、系统中性点乃至非故障相产生电弧接地过电压，这种过电压可高达3-5倍相
电压或更高，且持续时间可能很长，它将严重威胁电气设备的绝缘，危及电网安
全运行。为了抑制单相接地弧光过电压的发生，根据《DL/T620-19975交流电气
装置的过电压保护和绝缘配合》一书中的规定：3-10kV不直接接地系统当单相接
地故障电容电流超过10A时，应采用消弧线圈接地方式运行。目前采取的主要方
法是通过给10kV系统加装接地后引出中性点再加装消弧线圈来抑制电容电流。
1接地变的原理及作用
10kV电网通常接在降压变压器的三角形绕组侧，无中性线引出，为补偿10kV
系统对地电容电流，普遍采用的方案是接入一台特殊结构的接地变压器，从而造
出中性点。接地变压器的铁芯结构与普通的三相电力变压器相同，其绕组接线不
同于普通变压器的绕组接线方式。它的功能是为中性点不接地系统制造出一个可
引出外接的中性点，并且能够给零序电流提供有效的通路[1]。它的特点是在电网
正常运行时有很高的励磁阻抗，绕组中只流过较小的励磁电流或因中性点电压偏
移引起的持续电流（此值一般较小）。当系统发生单相接地故障时，接地变压器
绕组则对正序和负序电流都呈高阻抗，而对零序电流则呈低阻抗特性。因为每一
铁芯上的两个绕组反极性串联，它们在每一个铁芯柱上产生的磁通相互抵消，这
一零序电流经过接地变压器中性点消弧线圈起到减小电网的接地电容电流和抑制
过电压的发生。为此该接地变压器的绕组结构就设计成曲折形（Z形）的绕组连
接法，并在中性点处通过套管引出中性线，为加装消弧线圈使用。接地变压器的
接线形式和原理介绍如下：从图一可见，接地变压器由6个绕组组成，然后反极
性串联成曲线形的星型绕组。即A1绕组的末端B2绕组的末端相连，B1绕组的
末端与其C2绕组的末端相连，C1绕组的末端与A2绕组的末端相连，然后A2、
B2、C2首段相连则形成接地变压器的中性点O。即可与消弧线圈连接。线联结图
如下：
图1曲折形绕组联结图
2继电保护基本概念
2.1继电保护的概念
在研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况时，需要探讨应对事故的自
动化措施。由于这些措施主要用带有触点或辅助触点的继电器来保护电力系统及
其元件，例如线路、发电机、变压器和母线等，使之免遭损害，所以称其为继电
保护[2]。
2.2继电保护的任务
当电力系统发生故障或异常工况时，在最短时间和最小区域内，自动将故障
设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况，以避免设备的损坏和
对相邻地区供电的影响，以便尽快恢复供电[3]。
2.3继电保护的基本要求
继电保护和自动装置的设计应以合理的运行方式和可能的故障类型为依据，
并满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性四项基本要求。（1）可靠性可靠性是
指保护应该动作时应动作，不该动作时不动作。为保证可靠性，宜选用可实现的
最简单的保护方式，应采用由可靠的元件和尽可能简单的回路构成的性能良好的
装置，并应具备必要的检测、闭锁等措施。（2）选择性选择性是指首先由故障
设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时
才允许由相邻设备、线路的保护等切除故障。因此为保证选择性，对相邻设备和
线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件，其灵敏系数及动作时
间在一般情况下应相互配合。（3）灵敏性灵敏性是指在设备或线路的被保护范
围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数。灵敏系数应根据不利
的正常运行方式和不利的故障类型计算，但可不考虑可能性很小的情况。（4）
速动性速动性是指保护装置应能尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，
减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电
源或备用设备自动投入的效果等。
310kV系统接地变的继电保护整定措施
1）接地变压器高压侧过电流保护存在保护死区的原因，是由于常规的过电流
保护接线方式采用三相电流互感器二次侧接成星形接线，保护装置取高压侧的相
电流，该相电流中包含外部单相接地时的零序电流和二次绕组的负荷电流，数值
过大。如果将三相电流互感器二次侧绕组接成三角形接线，此时由于保护装置取
的是高压侧的线电流，其中只含有二次绕组的负荷电流而不含外部单相接地时的
零序电流（零序电流只能在三角形接线的绕组内部流通），过电流保护只需躲开
接地变压器低压侧额定电流，其保护定值可以大大降低，也提高了灵敏度。2）
接地变压器温度保护是采用温度传感器测量绕组或绝缘的温度，同时外接一个温
度控制器用于输出报警和跳闸信号。因接地变压器是分相布置的，因此应在每相
配置一个温度传感器，该传感器嵌装在低压绕组的上部（低压绕组布置在接地变
压器的内层，正常运行时内层绕组的上部温度最高）。3）由于消弧线圈接地系
统允许带单相接地故障运行，因此接地变压器不需要配置零序电流保护和零序电
压保护，此外采用三角形接线的过电流保护对于低压侧故障有足够的灵敏度，因
此也不需要配置低压侧零序过电流保护。但由于三角形接线的过电流保护不能反
映零序电流，也就不能切除中性点引出线直接接地故障，所以星形接线的过电流
保护应当保留。按照上述分析，接地变压器应当配置以下保护装置：①电流速断
保护（取高压侧相电流）；②过电流一段保护（取高压侧相电流）；③过电流
二段保护（取高压侧线电流）；④温度保护。其中，如果过电流一段保护有足够
的灵敏度则可以不设过电流二段保护。4）温度保护。温度保护定值分跳闸与报
警两种。跳闸定值的整定原则为比接地变压器绝缘系统的温度等级低5℃以保证
绝缘不损坏；报警定值的整定原则为比接地变压器绕组热点温度额定值低15℃，
这是因为接地变压器绕组的最高温升与平均温升的差值目前尚缺乏资料（油浸式
产品的差值为13℃），考虑到匝间故障点与温度测量点不会一致，把裕度放大一
些，将产品差值确定为15℃。GB/T17211—1998《电力变压器负载导则》中常用
的3种绝缘等级的接地变压器。
总结
当变电站主变压器一侧（如10kV侧）为三角形或星形接线，当10kV系统单
相对地电容电流较大时，由于没有中性点可接地，则需要采用一台接地变压器使
电网形成人为的中性点，以便连接消弧线圈，使电网形成人为中性点，这就是接
地变压器的作用。任何一次设备都不允许在无保护下运行，通过为接地变的配置
合理的继电保护，根据接地变接线形式配置了电流速断、过电流、中性点零序保
护，为接地变压器安全可靠运行提供了保障，从而提高了10kV系统供电可靠性。
参考文献：
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[2]于海涛.关于电力变压器继电保护设计的探析[J].科技创新与应用，2017，
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[3]王长春，赵文刚，吕忠华，李宁，陈国龙.线路变压器组继电保护优化配置
[J].东北电力技术，2017，38（08）：19-20+40.