电力变压器的接地保护技术探究

郭俊敏

国网 福建省电力有限公司检修分公司 福建省 350001

摘要：变压器的接地保护是电力系统中尤其是配电网中普遍使用的电气设备。由于其直接接在电力系统的母线上所以它的安全运行直接关系电力系统供电和稳定运行，特别是带有二次线圈作为变电站站用电的变压器接地保护一旦因故障而损坏，造成的损失更大。因此必须针对变压器接地保护的故障和异常工作情况，根据其重要程度，装设动作可靠、性能良好的接地保护技术。

关键词：电力变压器；接地保护技术

引言

变压器的接地保护故障会直接对电力系统的供电可靠性以及电网的安全运行造成威胁，这将导致经济的严重损失。为了把因接地故障而导致的事故减少，需要对接地的保护原理和装置进行研究。而变压器接地保护的结构跟普通的变压器是不同的，电磁场的分布特征和故障特征都是不相同的。目前还没有变压器接地保护专门的理论和装置，基本都是采用配电变压器的交变电流保护来实现。

1.变压器接地故障概述

变压器作为电力系统的核心设备，主要是由初级线圈、次级线圈以及铁芯构成，变压器各部件一旦出现故障，轻则出现供电中断影响生产生活；重则将引起较大的事故，危机人们的生命财产安全。变压器常见的故障主要是过载过热，发生过载过热故障故障时，检修相对容易，正常情况减少负载即可恢复使用。铁芯作为变压器的重要组成部分，虽然相比于过载过热故障而言，其发生多点接地故障的频率较低，但是一旦铁芯出现多点接地故障，则不可能同过载过热等故障一样可恢复，而是一旦发生则为不可逆故障，需要进行停电检修处理。随着变压器的广泛使用，对变压器的要求越来越严格，因此特别需要完善对铁芯故障的检测以及维修工作。

变压器正常运行工作时，要求铁芯只允许有且仅有一点接地，但是由于人为施工失误、油箱中进入大量可导电的杂物、铁芯绝缘部分受潮以及铁芯碰到夹件等原因均有可能导致铁芯不仅只有一点接地，而是出现多点接地的情况。如果铁芯多点接地，则将破坏变压器的固体绝缘，并且降低油的绝缘强度。多个接地点之间产生闭合回路，铁芯中出现涡流，铁损增加，将导致铁芯甚至变压器过热、夹件碳化、铁芯烧毁以及接地线烧坏等不同程度的故障问题，进而严重威胁变压器甚至是整个电网的安全运行。铁芯正常运行工作时，接地电流的大小在0mA~100mA之间，当电流值≥100mA时，铁芯便已经发生多点接地故障，工作人员就必须对故障进行处理。

综上所述，及时对铁芯多点接地故障进行检测与维修是一项十分必要的工作，如果能够及时发现铁芯多点接地故障，不仅可以延长变压器的使用寿命，而且可以在很大程度上降低事故发生率，进而保证人们的生命财产安全。对铁芯故障检测，传统方式是人工定期进行巡检，其最大的缺陷就是：由于是定期巡检而不是实时监测，故障发现不够及时，在一定程度上仍然有发生事故的风险，而且浪费人力物力。随着电子技术领域的飞速发展，设计出对铁芯接地电流进行实时监测的装置，及时发现铁芯发生故障的趋以及出现故障时立刻报警，将会弥补人工定期检查的不足，在很大程度上降低变压器铁芯的故障发生率。

2.变压器的接地保护配置

系统中的接地变压器，其保护设计必须遵循下列的原则：

（1）当电力系统发生故障时，接地变压器作为接地保护的一部分，必须能够配合断路器使其能够可靠的动作；所以，因为接地变压器发生故障而切断接地变压器时，绝不能使系统处于不接地或不完全接地的状态。

（2）当接地变压器发生故障，而其主保护设备没有可靠动作时，其后备保护要能够可靠，正确的动作。

3.电力变压器的接地测量保护技术

3.1霍尔感应原理交变电流

霍尔电流传感器作为一种典型的传感器，目前主要被应用于逆变装置、电网监控系统以及需要隔离检测电流电压等各个领域。应用霍尔原理来测量铁芯接地电流具体过程如下：被测电流In流过导体产生磁场，此时通过霍尔元件输出信号控制的补偿电流Im流过次级线圈产生磁场进行补偿，当两侧磁场达到平衡时，其补偿电流Im即可精准反映原边电流In值。此方法需要专门设计的霍尔传感元件，设计本监测装置时，交变电流测量采样仅作为一小部分，在满足采样精度的基础上，应尽量选取普遍性高的测量方法，因此对于使用霍尔传感器进行测量的方法不适用于本装置。

3.2罗氏线圈交变电流

罗氏线圈是一种常用的交流电流传感器，直接套在被测物体上进行测量，常见的有柔性和硬性两种。利用罗氏线圈进行测量的一般是较宽频率范围的交变电流，罗氏线圈瞬时反应能力较强，因此被广泛地应用在传统的电流测量装置之中。

罗氏线圈测量具体过程如下：导体中流过的交流电流会在导体周围产生一个交替变化的磁场，从而在线圈中感应出一个电压信号，根据电磁感应定律及安培环路定理，罗氏线圈输出感应电动势与一次电流变化率成正比。采用微分的逆运算—积分可以将输出还原为与输入一次电流成正比的电压信号，通过测量该信号，可以更加直接的反映一次电流。罗氏线圈相对于普通电流互感器的好处是：没有铁心，因此不存在铁心饱和现象，可以直接测量很大的电流，但是因为其没有铁心，罗氏线圈感应出的电压信号相对于测量来说非常微弱，而且非常容易受到外部环境杂散磁场的影响，因此对绕制工艺的要求是很高的。

罗氏线圈测量的电流范围可从数安培至数百千安，通常用于测量高频电流或大电流，虽然测量环境具有较大的电磁干扰，配套使用一款优先选用数字量输出的积分器即可。对于变压器铁芯引线内部大小为毫安级别的交变电流测量，运用该方法所达到的测量精度较低，导致后续数字信号的处理无法进行，因此罗氏线圈测量交变电流的方法不被考虑使用在本装置的信号采样部分。

3.3电流互感器交变电流

电流互感器由铁芯和绕组构成，在发电、变电、输电、配电和用电的线路中电流大小相差悬殊，为便于测量、保护和控制需要转换成比较统一的电流，另外线路上的电压一般都比较高，如果直接测量是非常危险的，因此电流互感器就起到电流变换和电气隔离的作用。电流互感器同变压器工作原理相似，都是利用电磁感应原理进行交流电的测量。利用霍尔感应原理间接测量电流必须专门设计相适应的霍尔传感元件，过程繁琐而且成本较高，不具有使用的普遍性：罗氏线圈法比较适用于测量较大的交变电流，不常用于接地电流等毫安级电流的测量场合。综上所述，如果使用互感器测量的精度能够达到理想要求，则该方法更加大众化。

结语

随着电力系统的高速发展，变压器越来越被广泛的应用，各行各业用电变动较大，在很大程度上增加了变压器的故障发生率，因此对变压器各部分运行情况进行接地监测保护工作已经越来越受到社会重视，以此来保证社会生活有序进行。

参考文献

[1]袁涌，李凌.10 kV小电阻接地系统接地变压器零序电流保护误动分析.华东电 力，2003(6)：31一32

[2]王丽芳.35 kV系统接地变压器不同接入方式的保护分析.供用电，2008, 25 (3)：58一61

[3]韩挺，胡德飞.Znyn曲折接线接地变压器的原理及试验方法.水利电力机械,2004(12)：37一40

[4]钱之银，马仁明，朱子述等.35 kV系统接地变压器的过电压分析.华东电力2000(4)：52一54

[5]洪宝棣.接地变压器在电力网中的应用.内蒙古农业大学学报，2005,26(4)：143一145

[6]田伟，刘更，原宇光等.基于站域保护的变压器中性点地刀智能切换技术研究[J].电力系统保护与控制，2016，44（21）：170-175.