嚴少瑞

摘 要：簡要敘述接地變壓器的工作原理、運行特性，并詳細介紹接地變帶小電阻接地系統(tǒng)在鄭州機場二期10kV供電系統(tǒng)中的實際應(yīng)用情況，給出具體接地裝置配置和繼電保護設(shè)定，希望對類似工程實踐有所參考。

關(guān)鍵詞：接地變壓器;小電阻;接地;機場供電

中圖分類號：U264文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2019）11-0053-03

Abstract： The principle and operation characteristics of the ground transformer was described. The practical application of ground variable belt with small resistance in the 10kV power supply system of Zhengzhou Airport Phase II was introduced in detail. Configuration of grounding device and setting of relay protection were given.This paper can be used as a reference for similar engineering practice hopely.

Keywords： ground transformer;small resistance;grounding;airport power supply

中性點不接地系統(tǒng)具有明顯的供電可靠性（可帶故障運行2h），但隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大（電纜的大量使用），系統(tǒng)對地電容電流增大，一旦發(fā)生單相接地，極易產(chǎn)生弧光接地過電壓，對設(shè)備的絕緣及電網(wǎng)的安全運行造成嚴重威脅。一般地，當對地電容電流大于10A時，需要將中性點不接地方式改成中性點經(jīng)消弧線圈接地或經(jīng)小電阻接地[1]。

中性點經(jīng)消弧線圈接地的電流較小，無法實現(xiàn)繼電保護準確選線。在以電纜線路為主的供電系統(tǒng)中還存在以下問題：消弧線圈補償容量過大，投資成本高，易發(fā)生諧振過電壓。

中性點經(jīng)小電阻接地是將電網(wǎng)中性點經(jīng)一定阻值的電阻接入大地。小電阻接地系統(tǒng)可以實現(xiàn)如下功能：瀉放單相接地弧光過電壓的電磁能量，減少電弧重燃的可能性，有效抑制系統(tǒng)過電壓;利用大的接地故障電流，達到準確選線、快速切除故障的目的。

由于變壓器在35 kV及以下配網(wǎng)側(cè)多為三角形接線，因此需要使用接地變壓器實現(xiàn)人工接地。接地變的作用是人為創(chuàng)造一個接地中性點。

1 接地變原理和運行特性

接地變壓器采用Z型接線（曲折型接線），每相線圈分成兩組分別反向繞在該相磁柱上[1]。當發(fā)生接地故障時，對于流過繞組的正序電流和負序電流，在鐵芯柱上產(chǎn)生的磁勢是同一相兩繞組磁勢的向量和，且3個鐵芯柱上的合成磁勢是一組三相平衡量（大小相等，相位相差120°）;三相磁通在3個鐵芯柱上互相連通形成磁通路，磁通量大，因此呈現(xiàn)很大的正序阻抗和負序阻抗。而零序電流流過繞組時，同一鐵芯柱的上下兩半繞組內(nèi)的零序磁勢相互抵消（大小相等、方向相反），零序磁通只能通過外殼和周圍介質(zhì)形成閉合回路，磁阻大，零序磁通很小，導致零序阻抗值也很?。ㄒ话?0Ω左右）[1]。可見，正是接地變對零序電流呈現(xiàn)低阻抗，才使得零序接地保護能夠可靠動作。

接地變平時空載，短時過載，只在系統(tǒng)發(fā)生接地短路到零序保護動作切除故障線路的這段時間起作用。接地變運行如圖1所示，當發(fā)生C相單相接地故障時，C相的對地電流I經(jīng)大地流入中性點N，并被等分為3份流入接地變。因為流入接地變的三相電流相等，所以中性點位移不變，三相線電壓仍然保持對稱。

接地變壓器型號如圖2所示。接地變型號的選擇主要考慮2個參數(shù)[2]：長期熱穩(wěn)定和短時過流倍數(shù)（過流倍數(shù)=短時故障電流/額定電流）。

配置上，接地變可以與所用變分開，也可以與所用變合二為一（帶一個連續(xù)使用的二次低壓繞組作為變電站站用電源）。其中，與所用變分開配置可以使接地變的運行不受所用變的影響，保證接地系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

接地變壓器接入系統(tǒng)主要有2種方式[3]：接地變直接接在主變壓器低壓側(cè)出口，中間不設(shè)斷路器;接地變經(jīng)斷路器接到母線上，單獨占用一個間隔。前者雖經(jīng)濟但運行不靈活，后者投資多但供電可靠性高且運行靈活。

2 接地變壓器在鄭州機場二期10kV供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前，鄭州機場供電系統(tǒng)分為獨立運行的2部分：一期中性點不接地的10kV供電系統(tǒng);二期中性點經(jīng)接地變壓器接小電阻接地的10kV供電系統(tǒng)。機場內(nèi)部沒有架空線，供電線路全部采用電力電纜。一期供電系統(tǒng)規(guī)模小，接地電容電流不大，發(fā)生單相接地故障時出現(xiàn)弧光過電壓風險較小，中性點不接地充分保證了供電可靠性。隨著二期擴建工程的進行，供電系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大，電纜鋪設(shè)長度增加，電容電流隨之不斷增大。為了抑制接地弧光過電壓的損害，二期10kV供電系統(tǒng)開始采用小電阻接地系統(tǒng)。

二期供電系統(tǒng)圍繞機場自建的110kV航空變電站構(gòu)建。航空變電站110kV側(cè)有2路母線，采用GIS裝置;2臺（遠期3臺）容量50MVA的110kV/10kV油式主變;10kV側(cè)有4段出線，分別為航空I母、航空II母、航空III母和航空IV母;2臺三相干式接地變壓器（DKSC-400/10.5，繞組Z型連接）分別接在航空II母和航空IV母上。

航空變電站以及所帶各二級站均采用純電纜線路供電。供電系統(tǒng)內(nèi)電容電流很大，采用不接地或消弧線圈接地方式不能可靠實現(xiàn)滅弧功能。另外，純電纜線路出現(xiàn)瞬時性單相接地的可能性很小，不接地方式的帶故障運行2h優(yōu)勢不明顯，反而易造成故障擴大化?？梢姡唤拥胤绞降墓收线x線一直是領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)難點。

通過采用接地變壓器配以零序保護，在出現(xiàn)永久性單相接地故障時，可以快速準確切除故障線路，避免故障惡化，保證了設(shè)備和電網(wǎng)的安全。

另外，在供電可靠性上，航空變電站以及所帶各二級站的負荷都至少有2段母線供電，且中間通過母聯(lián)互為備用（采用備自投裝置），供電可靠性在前期設(shè)計上已經(jīng)得到較大保證。

基于以上分析，鄭州機場航空變電站采用小電阻接地系統(tǒng)具有很大優(yōu)勢。2015年投運的航空變電站在當時是全省唯一一個采用小電阻接地方式的變電站，具有首創(chuàng)性。目前，全省只有2座變電站采用該系統(tǒng)。2017年12月，四川省雙流機場派技術(shù)骨干到航空變交流學習小電阻接地系統(tǒng)。

鄭州機場航空變電站采用了2套小電阻接地成套裝置AY-ZZD-400/10.5。如圖3所示，每套含接地變DKSC-400/10.5（干式，容量400kVA，額定電壓10.5kV，額定電流21.99A，連接組別ZN）、電阻器AYNR-10/600-10.1/10（柵格狀片式，電阻10.1Ω）、智能中性點監(jiān)測裝置AL-DZK、電阻器智能監(jiān)控儀、電流互感器LZZBJ9-10Q 600/1A、單級隔離開關(guān)GN24-10D/1 250A以及電壓互感器CG11-12kV。

具體運行情況如下。

①110kV側(cè)：110kV I母、110kV II母分列運行;航空110斷開。②10kV側(cè)：1#主變帶航空I母和航空II母，2#主變帶航空III母和航空IV母，母聯(lián)航空230、航空140斷開。

保護配置上，對10kV出線，過流保護時跳相應(yīng)的10kV出線、接地變自身或2個10kV進線。

①零序I段跳相應(yīng)的2個10kV分段，如若1#燈光站1#進線電纜出現(xiàn)接地故障，跳1#燈光站1#進線開關(guān)和航空3開關(guān)。

②零序電流II段保護保護本身線路全長且保護延伸到下一級線路，可作為下一級線路的遠后備保護。零序II段跳接地變自身同時跳2個10kV進線。以1#燈光站為例，如果零序I段保護未動作，則零序電流II段保護啟動，跳開1#接地變和1011、1012。

③零序電流保護動作時閉鎖分段備自投即零序保護動作，則母聯(lián)航空230和航空140閉鎖，保持常開。

原則上，一個系統(tǒng)（通過分段或主變低壓開關(guān)并列的多段母線視為同一個系統(tǒng)）有且只能有一臺運行著的接地變，當接地變停止運行時，該系統(tǒng)內(nèi)主變低壓出線將跳開。每一臺接地變只對自身所在的系統(tǒng)提供零序保護，如1#接地變只對航空10kV I母、II母及其分路提供零序保護，當系統(tǒng)出現(xiàn)零序過流II段時跳開1011、1012開關(guān)，無法出口到1023/1024開關(guān)。相應(yīng)地，2#接地變只能跳開1023、1024開關(guān)，無法出口到1011/1012開關(guān)。

另外，以下2種情況在理論上也可以實現(xiàn)：①當10kV系統(tǒng)進行并倒操作時，允許2臺接地變在短時間內(nèi)并列運行;②特殊情況下，如1#主變檢修，2#主變帶全部負荷運行，期間2#接地變故障需要退出運行，此時可以將1#接地變加入運行，通過10kV分段開關(guān)為2#主變系統(tǒng)提供零序保護，但前提是1#接地變跳2#主變低壓主進開關(guān)的出口壓板要在投入位置。

在進行主變由運行轉(zhuǎn)檢修倒閘操作時，應(yīng)當在10kV母線停止運行后再將接地變停止運行。同理，在主變加入運行操作時，應(yīng)當將接地變加入運行后再將10kV母線加入運行。

3 結(jié)語

簡單敘述接地變壓器的原理、運行特性，詳細介紹接地變帶小電阻接地系統(tǒng)在鄭州機場二期10kV供電系統(tǒng)中的實際應(yīng)用情況。鄭州機場4年多的應(yīng)用實踐表明，接地變帶小電阻接地系統(tǒng)可有效抑制弧光接地過電壓，準確判斷并快速切除故障線路，運行效果良好。

參考文獻：

[1]賀春，劉力軍，謝頌果，等.Z型變在中性點經(jīng)小電阻接地電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].繼電器，2006（14）：15-19.

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[3]于立濤.35kV配電網(wǎng)中性點經(jīng)小電阻接地改造方案分析[J].繼電器，2004（16）：57-59.