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隨著(zhù)城市建設發(fā)展的需要和供電負荷的增加,許多地方正在城區建設110/10kV終端變電所,一次側采用電壓110kV進(jìn)線(xiàn),隨著(zhù)城網(wǎng)改造中桿線(xiàn)下地,城區10kV出線(xiàn)絕大多數為架空電纜出線(xiàn),10kV配電網(wǎng)絡(luò )中單相接地電容電流將急劇增加。
根據國家原電力工業(yè)部《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護和絕緣配合》規定,3—66KV系統的單相接地故障電容電流超過(guò)10A時(shí),應采用消弧線(xiàn)圈接地方式。一般的110/10kV變電所,其變壓器低壓側為△接線(xiàn),系統低壓側無(wú)中性點(diǎn)引出,因此,在變電所設計中要考慮10kV接地變的設置。
對于三角形接線(xiàn)的配電系統,要造成系統的中性點(diǎn),必須接入接地變壓器。接地變壓器有二種:Z型接地變壓器(ZN、ZN,yn)和星形/三角形接線(xiàn)變壓器(YN,d)?,F在,多用Z型接地變壓器,其中性點(diǎn)可接入消弧線(xiàn)圈。
Z型接地變壓器,在結構上與普通三相芯式電力變壓器相同,只是每相鐵芯上的繞組分為上、下相等匝數的兩部分,接成曲折形連接。接線(xiàn)方式不同,又分為ZN,yn1和ZN,yn11兩種形式。
Z型接地變壓器同一柱上兩半部分繞組中的零序電流方向是相反的,因此零序電抗很小,對零序電流不產(chǎn)生扼流效應。當Z型接地變壓器中性點(diǎn)接入消弧線(xiàn)圈時(shí),可使消弧線(xiàn)圈補償電流自由地流過(guò),因此Z型變壓器廣為采用作接地變壓器。
Z型接地變壓器,還可裝有低壓繞組,接成星形中性點(diǎn)接地(yn)等方式,作為所用變壓器使用。
Z型接地變壓器有油浸式和干式絕緣兩種,其中樹(shù)脂澆注式是干式絕緣的一種。
適用范圍:適用于容量為220千伏安及以下,電壓為35千伏及以下的油浸式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(wú)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為△型接線(xiàn)或Y型接線(xiàn)中性點(diǎn)未引出時(shí),用于引出中性點(diǎn)以連接消弧線(xiàn)圈。
接地變壓器采用Z型接線(xiàn)(或者稱(chēng)曲折型接線(xiàn)),即每一相線(xiàn)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话阈∮?0Ω),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(xiàn)圈容量一般不應超過(guò)變壓器容量的20%,由此可見(jiàn),Z型接線(xiàn)的變壓器作為接地變壓器是一種比較好的選擇。
一般系統不平衡電壓較大時(shí),Z型變壓器的三相繞組做成平衡式,就可以滿(mǎn)足測量需要。當系統不平衡電壓較小時(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(mǎn)足測量需要。
接地變壓器除可帶消弧線(xiàn)圈外,也可帶二次負載,代替站用變。在帶二次負載時(shí),接地變壓器的一次容量應為消弧線(xiàn)圈容量與二次負載容量之和。
接地變專(zhuān)為消弧線(xiàn)圈所設,一般消弧線(xiàn)圈裝設在小電流接地系統的變壓器三角形側,用來(lái)補償電網(wǎng)單相接地時(shí)的接地電容電流。但變壓器的三角形側沒(méi)有中性點(diǎn),接地變就是為安裝消弧線(xiàn)圈提供人為中性點(diǎn)的。
我國電力系統中,的6kV、10kV、35kV電網(wǎng)中一般都采用中性點(diǎn)不接地的運行方式。電網(wǎng)中主變壓器配電電壓側一般為三角形接法,沒(méi)有可供接地電阻的中性點(diǎn)。
當中性點(diǎn)不接地系統發(fā)生單相接地故障時(shí),線(xiàn)電壓三角形仍然保持對稱(chēng),對用戶(hù)繼續工作影響不大,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。由于該運行方式簡(jiǎn)單、投資少,所以在我國電網(wǎng)初期階段一直采用這種運行方式,并起到了很好的作用。
但是隨著(zhù)電力事業(yè)日益的壯大和發(fā)展,這中簡(jiǎn)單的方式已不在滿(mǎn)足現在的需求,現在城市電網(wǎng)中電纜電路的增多,電容電流越來(lái)越大(超過(guò)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(guò)電壓,其幅值可達4U(U為正常相電壓峰值)或者更高,持續時(shí)間長(cháng),會(huì )對電氣設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、由于持續電弧造成空氣的離解,撥壞了周?chē)諝獾慕^緣,容易發(fā)生相間短路;
3、產(chǎn)生鐵磁諧振過(guò)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;
這些后果將嚴重威脅電網(wǎng)設備的絕緣,危及電網(wǎng)的安全運行。為了防止上述事故的發(fā)生,為系統提供足夠的零序電流和零序電壓,使接地保護可靠動(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(jiǎn)稱(chēng)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?。ㄒ话阋笮∮?歐)。
另外接地變有電磁特性,對正序負序電流呈高阻抗,繞組中只流過(guò)很小的勵磁電流。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(guò)相等的零序電流呈現低阻抗,零序電流在繞組上的壓降很小。
也既當系統發(fā)生接地故障時(shí),在繞組中將流過(guò)正序、負序和零序電流。該繞組對正序和負序電流呈現高阻抗,而對零序電流來(lái)說(shuō),由于在同一相的兩繞組反極性串聯(lián),其感應電動(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,而不需帶負載。所以很多接地變就是屬于無(wú)二次的。接地變在電網(wǎng)正常運行時(shí),接地變相當于空載狀態(tài)。
但是,當電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),只在短時(shí)間內通過(guò)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判斷并短時(shí)切除故障線(xiàn)路,接地變只在接地故障至故障線(xiàn)路零序保護動(dòng)作切除故障線(xiàn)路這段時(shí)間內起作用,其中性點(diǎn)接地電阻和接地變才會(huì )通過(guò)IR= (U為系統相電壓,R1為中性點(diǎn)接地電阻,R2為接地故障賄賂附加電阻)的零序電路。根據上述分析,接地變的運行特點(diǎn)是;長(cháng)是空載,短時(shí)過(guò)載。
總之,接地變是人為的制造一個(gè)中性點(diǎn),用來(lái)連接接地電阻。當系統發(fā)生接地故障時(shí),對正序負序電流呈高阻抗,對零序電流呈低阻抗性使接地保護可靠動(dòng)作。
接地變壓器的作用是在系統為△型接線(xiàn)或Y型接線(xiàn)中性點(diǎn)無(wú)法引出時(shí),引出中性點(diǎn)用于加接消弧線(xiàn)圈,該變壓器采用Z型接線(xiàn)(或稱(chēng)曲折型接線(xiàn)),與普通變壓器的區別是每相線(xiàn)圈分別繞在兩個(gè)磁柱上,這樣連接的好處是零序磁通可沿磁柱流通,而普通變壓器的零序磁通是沿著(zhù)漏磁磁路流通,所以Z型接地變壓器的零序阻抗很?。?0Ω左右),而普通變壓器要大得多。
因此規程規定,用普通變壓器帶消弧線(xiàn)圈時(shí),其容量不得超過(guò)變壓器容量的20%,而Z型變壓器則可帶90% ~100%容量的消弧線(xiàn)圈,接地變除可帶消弧圈外,也可帶二次負載,可代替所用變,從而節省投資費用。
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