接地变压器容量计算的方法

文章分析了接地变压器的基本原理，并介绍了一种比较合理的接地变压器容量计算方法，给出了计算实例。

在我国的电力系统中，35kV、10kV电网通常都会采用中性点不接地方式运行。改革开放以来，城市建设迅速发展，相应的城市电网改造任务也随之加大，其变化的最大特点是城网电缆线路剧增，电网的对地电容电流也迅速上升。当系统发生单相接地时，接地相的接地电流是非故障相对地电容电流之和。当接地电流超过10A时，每次电流过零点都会产生的一个暂时性熄弧过程和伴随其后的再度击穿绝缘都会引起电网中的电磁能量的剧烈震荡，使非故障相，系统中性点乃至故障相产生电弧接地过电压，这种过电压可高达4倍或更高。它将严重威胁电网设备的绝缘，危及电网的安全运行。

分析与比较接线方式

要抑制弧光接地过电压，就必须改电网中性点不接地系统为中性点经电阻接地或经消弧线圈接地。

一般电网变电所的主变压器都使用Yd接法或YNynd联结法，特别是10kV配网系统都无中性点引出。接地变压器的功能是为中性点不接地系统，引出一个中性点。接地变压器的特性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，接地变压器绕组对正序、负序都呈现高阻抗，而对零序电流则呈低阻抗，这一零序电流经过接地变压器中性点电阻或消弧线圈起到减小电网的接地电流和抑制过电压的发生。为此，该接地变压器的结构就必须采用曲折形的绕组联结法，并在中性线处引出中性点套管，以加装消弧线圈或接地电阻。其联结图如图1所示。

图1 曲折形绕组联结图

从图1中可以看出，接地变压器是由6个绕组所组成，且每一铁心柱上有2个绕组，反极性串联成曲折形的星形绕组。即A1绕组的末端与B2绕组的末端相连，同样，B1绕组末端与C2绕组末端，C1绕组末端与A2绕组末端相连，然后A2、B2、C2的首端相连则形成曲折变压器的中性点O。

图2 各绕组间的相量关系

图2表示各绕组间的相量关系。从图2当中我们可以看出，如果绕组A、B、C间的电压为10 500V，则其相电压符合星形绕组联结法应为 =6 070V。每一绕组的电 压就不应为6 070/2，因为每相绕组中的两个绕组的夹角是120°，故每个绕组的电压应是3 505V。

如果图1所示的曲折形联结的变压器通过三相平衡负荷，那么它流通的电流仅是励磁电流，因而它显示出高阻抗作用。而当出现相对中性点的电流时，该绕组会出现极小的阻抗，因为每一铁心柱上的两个绕组反极性串联，它们在每一铁心柱上产生的磁通相互抵消，所以系统发生单相接地故障时，变压器对地能产生故障电流。

图3为曲折形联结的变压器接到系统中的接线图。假设系统A相对地发生故障，其接地电流Ijd通过曲折变的接地阻抗Z，进入曲折变的中性点O。由于该变三绕组通过的电流是流过相等的低阻抗通路，故三相绕组流过的I0都相等，也即Ijd=3I0。由于电源为不接地系统，B相和C相的电流I0流进三相D联结的电源侧，再由A相电源侧2I0流出，经过系统的X点，与A相的I0汇合到X点，X点流出的3I0与故障接地成一闭合回路。

从上面的分析中我们可以得到下面的几个结论：

（1）曲折形联结的变压器对三相平衡负荷呈高阻抗作用，对单相接地故障呈低阻抗作用。

（2）系统发生单相接地故障时，接地变压器的中性点电位由零电位升到。接地变压器的中性点与大地相连的阻抗（电阻线电抗）会产生一接地电流Ijd=U0/Z。

（3）系统发生单相接地故障电流流过接地变压器后，在中性点以相同电流流过变压器各相绕组，亦即Ijd=3I0。

（4）由于接地变压器的介入，系统成为一个有效的接地系统，发生单相接地后，非故障相保持相对相的水平，非故障相不会产生危及设备的过电压。

用于消弧线圈的接地变压器和用于电阻接地变压器，应根据电网发生单相接地运行2h这一要求来确定，即允许连续工作2h，后者的工作时间仅以10s来考虑，因而在接地变压器设计上应区别对待，以使接地变压器的设计在安全的基础上，尽量做到用料合理和经济，降低造价。

下面介绍一种较为合理的接地变压器容量计算方法。

计算接地变压器容量时我们首先需要进行换算。我们根据以IEEE—C62.92.3为标准所做出的过载系数中的规定，换算变压器的短时容量为持续额定容量，其换算详见图4。

图4 换算表

下面我们用一个实例来看一下接地变压器的计算方法。

【例】已知一接地变压器中性点接有一台10Ω、600A接地电阻，求接地变压器的短时容量和额定容量。

对10Ω、600A接地电阻，通过接地变压器中性点的短路电流按要求为600A，流过接地变压器各相绕组短路电流则为600/3=200A。

那么该接地变压器的短时容量应为：

在小电阻接地系统中，接地电阻和接地变压器允许短时运行时间一般以10s来计算，查表可知，10s的变压器过载倍数为10.5。所以换算到持续运行（即长时间运行）的变压器的额定容量为：

也就是说，按照正常电力变压器容量设计的接地变压器，346kVA或350kVA变压器可用于10Ω、600A接地电阻的变压器上。同理，230kVA变压器可用于16Ω、400A接地电阻的接地变压器上。