电力变压器的接地保护技术探究

引言

随着社会用电需求的不断增长,变压器单相负载数量越来越多,变压器的能量支撑比率也在增大,导致三相负载不均衡,出现中线N有随机电流流过的现象,且在变压器承受的负载超过变压器支撑极限时,将出现三次谐波在中线N中大量累积的情况,一旦有外部设施或工作人员触碰到这段高电流量的线路,就会造成触电或火灾等严重后果。笔者通过分析对比多种提高变压器安全性能的方法发现,将中线N和PE线结合在一起不但不能保障变压器安全,构成的TN-s系统还将扩大整个变压系统触电范围,引发更大的安全事故:而将TN-s系统与地线三线相连的办法虽然考虑到了在TN-s系统中PE线的触电问题,但三线相连并不能解决变压器负载触电的问题,反而给整个设备运转带来更大的负担,破坏设备原本的正常运行。因此,需要进一步对整个电力变压器系统进行分析,在当前接地保护技术基础上,探究更安全有效的变压器接地保护技术。

1电力变压器接地保护技术应用条件

在我国现阶段应用的配电系统中,大部分低压配电系统都将中性点接地作为主要的接地保护方式,而在中性点接地方式中,电力变压器、低压绕组和避雷器等设备都通过同一个接地装置完成设备的接地保护操作。根据我国规定的不同型号电力变压器的接地电阻常规参数表,可以获取电力变压器标准接地电阻值,其中应用最多的10kV额定电力变电器在400A时有最大允许电阻150,对于接地电气设备而言是一个非常容易越过的接地电阻值[1]。为了电力系统的顺利运转,尽可能不阻碍线路的正常通电,电力变压器在前期出现问题时不会终止电流供应,因而这些故障很难及时排除,进而演化成更大的安全隐患。根据大量电力变压器故障数据分析结果来看,当电力变压器长期存在接地故障或负载电阻值不匹配等安全问题时,设备发生安全事故或停止运行的概率最大。

当前广泛使用的电力变压器大多以电气自动化技术为核心技术制造,虽然电气自动化技术的应用提高了电力变压器的使用效率,但电力变压器在制造时需要注意的许多问题是电气自动化技术暂时无法解决的,如变压器直流和交流接地保护、防雷和防静电接地保护等需要和线路设计结合的问题。此外,电力变压器的接地保护技术在应用时还需要考虑接地线路的规划、接地保护地区的土壤条件、接地保护使用的材料和规格等问题。结合传统的电力接地保护技术应用实例,总结出以下几点要注意的电力变压器接地保护技术应用条件:

（1）根据变压器电阻值选择合适的接地土壤环境。由于不

同地区的土壤酸碱性和土壤电解质含量存在差异,而变压器接地装置电阻值对变压器正常运行影响很大,所以在选择变压器接地装置时要优先选择土壤电阻较小的地区。

（2）选择适当的接地线路掩埋深度。在进行接地保护装置的线路掩埋时,接地极敷设深度过大会增加施工难度,且深埋不利于定期维修检查工作的开展,会产生更多接地线路安全隐患。但掩埋深度也不宜过浅,太接近地表则加大了接地线被破坏的风险,接地线被破坏容易导致漏电、起火等事故发生。按照经验,接地线掩埋深度控制在0.6～0.8m比较适宜。

（3）优先采用人工干预和自然接地方式。在实际接地装置安装工作中,一般为了保险起见,会采用人工干预方式进行接地线的接地,主要表现为人工焊接。在接地时尽量使用自然接地方式,可以有效节省材料,缩短施工周期。

2电力变压器接地保护技术探析

2.1直流接地

考虑到在电力变压器中存在大量电流电压控制线路,可以通过给设备增加智能监控系统,实时监测变压器内部电流变化情况[2]。在电阻柜维持正常运行时,通过智能监控系统获取中性点不平衡电流的积累情况,并对电阻柜内部温度进行实时监控、反馈。此外,还可以记录单相接地故障发生时的电流变化情况和接地动作发生的频率,通过第一时间掌握智能监控系统返回的故障信息,工作人员可以及时对故障采取修复措施,确保将故障损失控制在最小范围内。在采取直流接地保护技术时,除使用智能监控系统外,还应在选择线路材料时注意导线截面外铜线的绝缘性能,导线一端需要连接稳定可靠的基准电压,另一端确保设备接地,绝不能与中线相连。2.2交流接地

在电气电力调度系统中,利用专业的设施设备或采取一些非间接手段进行接地保护操作称为电力系统的交流工作接地,如使电阻和地表直接接触等方式。交流工作接地是通过将铜导线作为接地中线,借助电力变压器的中性点实现。在进行电力系统配电操作时,要保持完成辅助电位工作的终端始终在盒子内部,且不与任何其他外界接地设备接触,其中包括极易接触到的PE线。此外,当系统处于比较高压的状态时,需要使用中性接地法降低接地时单相弧产生的电压,保护接地继电器[3]。使用中性接地法时不会有零序电压误差产生,使变压器的三相电压稳定保持在一个均衡状态,在实际应用中可以使用单相电源进行短时间供能。

2.3防雷接地

在大部分智能电力变压器内部有很多电子设备,这些电子设备通过各种复杂线路连接在一起,共同实现电压转换、电压控制及电流疏导等功能。现阶段所采用的智能电力变压器内部结构仍然较为复杂,由于接地线路的电阻值一直保持在比较低的状态,设备很容易受到外界电流干扰,尤其是雷雨天气产生的闪电,很容易使设备遭受雷击而起火。因此,在电力变压器制造时,必须考虑雷击的影响,给电力变压器增加防雷保护措施。防雷接地保护技术通过加快变压器接收闪电导入地下的速度,防止变压器由于瞬时强电流的影响出现损坏。

2.4防静电接地

在电力变压器中由于设备内部线路复杂,线路与线路之间容易发生电路耦合现象,干扰设备正常运转,对设备造成不同严重程度的损伤。此外,还有电容和电感交互影响和高压电、高频辐射以及静电干扰等对设备有损害的内部、外部环境影响。因此,为降低变压器损害率,提高变压器使用寿命,需要加强电磁兼容技术和抗干扰技术在变压器接地保护中的应用。可以通过将变压器外壳与PE线相接以及在屏蔽接地的同时防止线路两端暴露在外界环境中等操作屏蔽设备,防止外界电子干扰设备正常运转。由于静电干扰的产生条件比其他干扰条件更简单,且越是干净的室内环境,越容易由于工作人员的走动和设备之间的摩擦引起静电的发生,因此,在设计变电器室内环境线路时,要采取更加稳定的线路连接、固定方式,增大室内静电干扰产生难度,提高设备静电屏蔽能力。

3结语

在大型电力系统中会使用大量变压器,因此,选用高质量的变压器是保证整个电力系统稳定运行的前提。根据不同实际情况,应该选择使用不同的变压器接地保护技术,通过合理、规范使用接地保护技术,才能有效提升变压器设备的各项性能,促进电力行业发展。