接地变压器在没有中性点的电力系统中，比如三角洲网络中，创造了一个中性点。它允许安全的故障电流流动，提高电压稳定性，并帮助保护继电器正常工作。本文详细讲解了其类型、接地方式、尺寸、设计、安装、优点等，内容清晰详尽。
接地变压器概述
接地变压器，也称为接地变压器，是一种用于电力系统中与接地连接的装置。一些电气系统，如带有三角连接的系统，没有直接通向地面的路径。这会成为问题，因为当出现故障时，很难检测故障或保持电压稳定。接地变压器通过制造中性点来帮助实现。这个中性点在故障时为电流提供安全流向接地的路径。它也有助于在负载不均时保持系统平衡。变压器在确保系统安全正常运行中起着基本作用。它还帮助防护设备快速发现并阻止问题，从而防止损坏并保持系统顺畅运行。
接地变压器绕组类型
之字形缠绕
之字形绕组将每相分为两半，方向相反连接以抵消相电流。这种设置能形成稳定的中性点，有助于抑制谐波，并且不会改变电压水平。它最适合需要有效接地且不需电压变换的系统。用于变电站和可再生能源系统。
三角-怀伊配置
在这种配置中，初级连接为三角形，次级连接为接地的三角线。它为没有中性系统的系统提供了一种简单的中性方式。该设计成本效益高，支持适度故障电流水平。它被用于农村或小规模的电力网络。
怀-怀构型
这里，初级和次级绕组均为星形连接，接地则在次中性线处接地。这种方法仅适用于已有中性线时。它最适合作为系统维护或备份时的辅助或临时接地选择。
接地变压器系统接地模式
稳固接地
实心接地直接将接地变压器的中性线连接到接地线。这种设置允许在线对地故障期间流出高故障电流。它支持快速的故障检测和清除。这种方法在需要速度的低阻抗系统中很常见，但可能导致设备应力增加。
电阻接地
电阻接地是在中性线和地线之间放置一个电阻。它将故障电流限制在更安全的水平，减少设备损坏并降低电弧闪光风险。该方法适用于优先考虑受控故障能量以保障安全和稳定性的系统。
电抗接地
电抗接地使用中性线和地线之间的电感。它控制故障峰值电流，并帮助管理瞬态过压。虽然较少见，但它被应用于需要受控阻抗和更平滑故障响应的系统中。
接地变压器尺寸与额定值
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| 连续kVA评级 | 额定为正常负载，通常在接地负载中非常低或可忽略不计。 |
| 短时间kVA评级 | 定义变压器在短时间内（通常为10秒）承载高接地故障电流的能力。 |
| 零序列阻抗 | 设置阻抗以控制接地故障电流大小，并确保与保护设备的协调。 |
| 中性接地电阻 | 安装后，该电阻限制故障电流，减少系统元件的热和机械应力。 |
接地变压器设计与性能
• 零序阻抗被精确设置，以控制接地故障电流并确保继电器协调的正确。
• 三重谐波抑制固有于之字形绕组中，可以抵消三次谐波电流并提升波形质量。
• 铁芯饱和裕度必须足够高，以应对不平衡故障且不过热或磁性失真。
• 绝缘等级应匹配全相位与地电压水平，以确保故障时的介电安全。
• 热限额定为短时故障，通常在全零序列电流下为5至10秒。
• 短路机械强度必须足以承受突发浪涌，因此需要坚固的绕组支撑、支撑和夹持系统。
接地变压器系统中的保护与协调
保护设置
CT要么安装在中性线上，要么置于接地变压器的次级绕组内。这些装置在故障条件下监测接地回路电流（I₀）。
使用的继电器类型
• 50G - 瞬时接地故障继电器，检测到接地电流突然激增时立即跳闸。
• 51N - 逆时间地故障继电器，根据故障电流的大小和持续时间响应。
接力协调指南
• 拾音器设置：继电器必须设置在预期的零序列电流范围内跳闸，通常介于100 A到400 A之间，具体取决于系统尺寸和接地阻抗。
• 时间延迟设置：经过仔细调整，确保继电器与上行或下行设备协调工作，避免误跳并保持系统选择性。
接地变压器的安装考虑
分配
接地变压器应安装在系统电气中心附近。这种定位有助于均匀分布接地故障电流，并在故障发生时保持电压不平衡最小。
冷却类型
为了获得更高功率额定，油浸接地变压器因其散热效果更佳而更受青睐。干式机型适合室内或空间有限、油类使用受限的环境。
接地连接
变压器的中性线必须与变电站主接地网牢固接地。这确保了低电阻的回流路径，并在整个系统中保持一致的接地潜力。
抗震与振动稳定性
在易震或高震动环境下，变压器必须用合适的安装硬件进行固定。这可以防止移动、错位或机械故障。
安全标识
应安装清晰的标签和警示标志，以标示接地端子和高压区域。这有助于防止意外接触，并支持例行检查的安全。
监测与测试
定期监测至关重要。使用红外热成像仪检查是否过热和接地连续性测试仪，以确认中性线与接地线的连接在时间内保持完整。
接地变压器的应用
变电站
接地变压器广泛应用于变电站，以提供稳定的中性点以实现接地。它们帮助管理三角形连接或非接地系统的接地故障，提升整体故障检测和保护协调。
可再生能源系统
在风电场和太阳能发电厂中，接地变压器确保逆变器和集电系统的正确接地。它们允许有效的故障电流路径，并在负载不平衡或故障条件下保持电压稳定。
工业厂房
重工业设施通常运行隔离或三角系统，接地变压器提供参考接地。这有助于减少接地故障引起的停机时间，并保护敏感的电气设备免受电压浪涌的影响。
采矿作业
偏远采矿场地使用接地变压器安全管理无接地配电系统的故障电流。它们还支持设备接地和危险环境中电气安全标准的合规。
海上平台
海上油气平台利用接地变压器稳定浮动电力系统。它们在紧凑的海洋防护箱中形成一个中性点，用于故障保护。
备份与应急系统
在备用发电机和备用电力系统中，接地变压器在源头是三角态配置的地方提供接地。即使与主电网隔离，也能实现接地故障保护。
使用接地变压器的优势
中立点的创建
接地变压器为缺乏中性线的系统提供稳定的中性线，如三角形连接或无接地配置。这有助于正确的接地和故障检测。
接地故障保护
它们允许接地故障通过特定路径返回，使保护继电器能够快速探测和隔离故障。这提高了系统的安全性和可靠性。
电压稳定
在负载不平衡或故障情况下，接地变压器有助于稳定线对地电压，减轻设备压力并最小化电压波动。
谐波抑制
之字形接地变压器可以抵消零序电流，有助于减少三重谐波，并在敏感环境中提升电力质量。
设备保护
通过限制过电压和安全引导故障电流，接地变压器有助于保护电缆、开关设备和连接负载免受损坏。
接地变压器故障及故障排除技巧
| 问题 | 可能原因 | 推荐行动 |
|---|---|---|
| 变压器过热 | 故障持续时间超过设计限制 | 检查故障保护时序和变压器额定值 |
| 继电器无法检测故障 | CT极性反向或继电器设置错误 | 检查CT线路并调整继电器配置 |
| 中性线无电流 | 中性线与接地线松动或断裂 | 检查接地路径、端子和接地耳 |
| 嗡嗡声或振动 | 磁通不平衡 | 重新检查相位绕组连接是否正确 |
| 谐波加热 | 非锯齿绕组中的三重谐波 | 安装谐波滤波器或使用锯齿形设计 |
接地变压器与其他接地方法
| 方法 | 优点 | 局限性 |
|---|---|---|
| 接地变压器 | 形成中性点，实现接地故障保护，抑制谐波（锯齿型） | 更高的安装成本和空间需求 |
| 中性接地电阻（NGR） | 将故障电流限制在安全水平，降低电弧闪光能量 | 需要主变压器提供的物理中性线 |
| 电抗接地 | 控制瞬态峰值电流，增加阻抗以降低故障严重性 | 体积庞大的设置，定位接地故障的精度较低 |
| 无基系统 | 低成本、简单的设置，无需中性点 | 接地故障未被检测，存在瞬态过压风险 |
结论
接地变压器有助于管理接地故障，减少电压不平衡，并保护没有内置中性线系统的设备。通过正确的绕组设计、接地方式和继电器设置，它们确保稳定和安全的运行。它们在许多电力网络中都不可或缺，包括变电站、可再生能源和工业系统。
常见问题解答 [常见问题解答]
接地变压器能在负载下连续运行吗？
不。它不是为持续负载设计的。它只在故障时带电，正常运行时大部分时间保持无负载状态。
如果接地变压器太小怎么办？
它可能过热、无法正确限制故障电流，或在接地故障时导致继电器故障。
它是否用于高压输电系统？
很少。接地变压器主要用于中压系统。高压网络则使用其他接地方法，比如电抗器。
场地条件会影响接地变压器的设计吗？
是的。高度、湿度和地震风险会影响冷却、保温和安装要求。
接地变压器可以被远程监控吗？
是的。现代设备支持温度、中性电流和接地连续性的传感器，这些传感器连接到SCADA或物联网系统。
你能并联接地变压器吗？
不。由于循环电流和协调问题，除非设计得当，否则避免并联。