電力變壓器的接地保護(hù)技術(shù)探究

摘

要：從電力變壓器接地保護(hù)技術(shù)應(yīng)用條件入手，對(duì)電力變壓器接地保護(hù)技術(shù)進(jìn)行了深入研究，以期推動(dòng)電力變壓器接地保護(hù)技術(shù)升級(jí)。關(guān)鍵詞：電力變壓器；接地保護(hù)技術(shù)；應(yīng)用條件；直流接地

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引言

隨著社會(huì)用電需求的不斷增長(zhǎng)，變壓器單相負(fù)載數(shù)量越來(lái)越多，變壓器的能量支撐比率也在增大，導(dǎo)致三相負(fù)載不均衡，出現(xiàn)中線N有隨機(jī)電流流過(guò)的現(xiàn)象，且在變壓器承受的負(fù)載超過(guò)變壓器支撐極限時(shí)，將出現(xiàn)三次諧波在中線N中大量累積的情況，一旦有外部設(shè)施或工作人員觸碰到這段高電流量的線路，就會(huì)造成觸電或火災(zāi)等嚴(yán)重后果。筆者通過(guò)分析對(duì)比多種提高變壓器安全性能的方法發(fā)現(xiàn)，將中線N和PE線結(jié)合在一起不但不能保障變壓器安全，構(gòu)成的TN-S系統(tǒng)還將擴(kuò)大整個(gè)變壓系統(tǒng)觸電范圍，引發(fā)更大的安全事故；而將TN-S系統(tǒng)與地線三線相連的辦法雖然考慮到了在TN-S系統(tǒng)中PE線的觸電問(wèn)題，但三線相連并不能解決變壓器負(fù)載觸電的問(wèn)題，反而給整個(gè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)更大的負(fù)擔(dān)，破壞設(shè)備原本的正常運(yùn)行。因此，需要進(jìn)一步對(duì)整個(gè)電力變壓器系統(tǒng)進(jìn)行分析，在當(dāng)前接地保護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)上，探究更安全有效的變壓器接地保護(hù)技術(shù)。

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電力變壓器接地保護(hù)技術(shù)應(yīng)用條件在我國(guó)現(xiàn)階段應(yīng)用的配電系統(tǒng)中，大部分低壓配電系統(tǒng)都將中性點(diǎn)接地作為主要的接地保護(hù)方式，而在中性點(diǎn)接地方式中，電力變壓器、低壓繞組和避雷器等設(shè)備都通過(guò)同一個(gè)接地裝置完成設(shè)備的接地保護(hù)操作。根據(jù)我國(guó)規(guī)定的不同型號(hào)電力變壓器的接地電阻常規(guī)參數(shù)表，可以獲取電力變壓器標(biāo)準(zhǔn)接地電阻值，其中應(yīng)用最多的10kV額定電力變電器在400A時(shí)有最大允許電阻15Ω，對(duì)于接地電氣設(shè)備而言是一個(gè)非常容易越過(guò)的接地電阻值。為了電力系統(tǒng)的順利運(yùn)轉(zhuǎn)，盡可能不阻礙線路的正常通電，電力變壓器在前期出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)不會(huì)終止電流供應(yīng)，因而這些故障很難及時(shí)排除，進(jìn)而演化成更大的安全隱患。根據(jù)大量電力變壓器故障數(shù)據(jù)分析結(jié)果來(lái)看，當(dāng)電力變壓器長(zhǎng)期存在接地故障或負(fù)載電阻值不匹配等安全問(wèn)題時(shí)，設(shè)備發(fā)生安全事故或停止運(yùn)行的概率最大。當(dāng)前廣泛使用的電力變壓器大多以電氣自動(dòng)化技術(shù)為核心技術(shù)制造，雖然電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用提高了電力變壓器的使用效率，但電力變壓器在制造時(shí)需要注意的許多問(wèn)題是電氣自動(dòng)化技術(shù)暫時(shí)無(wú)法解決的，如變壓器直流和交流接地保護(hù)、防雷和防靜電接地保護(hù)等需要和線路設(shè)計(jì)結(jié)合的問(wèn)題。此外，電力變壓器的接地保護(hù)技術(shù)在應(yīng)用時(shí)還需要考慮接地線路的規(guī)劃、接地保護(hù)地區(qū)的土壤條件、接地保護(hù)使用的材料和規(guī)格等問(wèn)題。結(jié)合傳統(tǒng)的電力接地保護(hù)技術(shù)應(yīng)用實(shí)例，總結(jié)出以下幾點(diǎn)要注意的電力變壓器接地保護(hù)技術(shù)應(yīng)用條件：（1）根據(jù)變壓器電阻值選擇合適的接地土壤環(huán)境。由于不同地區(qū)的土壤酸堿性和土壤電解質(zhì)含量存在差異，而變壓器接地裝置電阻值對(duì)變壓器正常運(yùn)行影響很大，所以在選擇變壓器接地裝置時(shí)要優(yōu)先選擇土壤電阻較小的地區(qū)。（2）選擇適當(dāng)?shù)慕拥鼐€路掩埋深度。在進(jìn)行接地保護(hù)裝置的線路掩埋時(shí)，接地極敷設(shè)深度過(guò)大會(huì)增加施工難度，且深埋不利于定期維修檢查工作的開展，會(huì)產(chǎn)生更多接地線路安全隱患。但掩埋深度也不宜過(guò)淺，太接近地表則加大了接地線被破壞的風(fēng)險(xiǎn)，接地線被破壞容易導(dǎo)致漏電、起火等事故發(fā)生。按照經(jīng)驗(yàn)，接地線掩埋深度控制在0.6～0.8

m比較適宜。（3）優(yōu)先采用人工干預(yù)和自然接地方式。在實(shí)際接地裝置安裝工作中，一般為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，會(huì)采用人工干預(yù)方式進(jìn)行接地線的接地，主要表現(xiàn)為人工焊接。在接地時(shí)盡量使用自然接地方式，可以有效節(jié)省材料，縮短施工周期。

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電力變壓器接地保護(hù)技術(shù)探析2.1

直流接地考慮到在電力變壓器中存在大量電流電壓控制線路，可以通過(guò)給設(shè)備增加智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器內(nèi)部電流變化情況。在電阻柜維持正常運(yùn)行時(shí)，通過(guò)智能監(jiān)控系統(tǒng)獲取中性點(diǎn)不平衡電流的積累情況，并對(duì)電阻柜內(nèi)部溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、反饋。此外，還可以記錄單相接地故障發(fā)生時(shí)的電流變化情況和接地動(dòng)作發(fā)生的頻率，通過(guò)第一時(shí)間掌握智能監(jiān)控系統(tǒng)返回的故障信息，工作人員可以及時(shí)對(duì)故障采取修復(fù)措施，確保將故障損失控制在最小范圍內(nèi)。在采取直流接地保護(hù)技術(shù)時(shí)，除使用智能監(jiān)控系統(tǒng)外，還應(yīng)在選擇線路材料時(shí)注意導(dǎo)線截面外銅線的絕緣性能，導(dǎo)線一端需要連接穩(wěn)定可靠的基準(zhǔn)電壓，另一端確保設(shè)備接地，絕不能與中線相連。2.2

交流接地在電氣電力調(diào)度系統(tǒng)中，利用專業(yè)的設(shè)施設(shè)備或采取一些非間接手段進(jìn)行接地保護(hù)操作稱為電力系統(tǒng)的交流工作接地，如使電阻和地表直接接觸等方式。交流工作接地是通過(guò)將銅導(dǎo)線作為接地中線，借助電力變壓器的中性點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行電力系統(tǒng)配電操作時(shí)，要保持完成輔助電位工作的終端始終在盒子內(nèi)部，且不與任何其他外界接地設(shè)備接觸，其中包括極易接觸到的PE線。此外，當(dāng)系統(tǒng)處于比較高壓的狀態(tài)時(shí)，需要使用中性接地法降低接地時(shí)單相弧產(chǎn)生的電壓，保護(hù)接地繼電器。使用中性接地法時(shí)不會(huì)有零序電壓誤差產(chǎn)生，使變壓器的三相電壓穩(wěn)定保持在一個(gè)均衡狀態(tài)，在實(shí)際應(yīng)用中可以使用單相電源進(jìn)行短時(shí)間供能。2.3

防雷接地在大部分智能電力變壓器內(nèi)部有很多電子設(shè)備，這些電子設(shè)備通過(guò)各種復(fù)雜線路連接在一起，共同實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換、電壓控制及電流疏導(dǎo)等功能?，F(xiàn)階段所采用的智能電力變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍然較為復(fù)雜，由于接地線路的電阻值一直保持在比較低的狀態(tài)，設(shè)備很容易受到外界電流干擾，尤其是雷雨天氣產(chǎn)生的閃電，很容易使設(shè)備遭受雷擊而起火。因此，在電力變壓器制造時(shí)，必須考慮雷擊的影響，給電力變壓器增加防雷保護(hù)措施。防雷接地保護(hù)技術(shù)通過(guò)加快變壓器接收閃電導(dǎo)入地下的速度，防止變壓器由于瞬時(shí)強(qiáng)電流的影響出現(xiàn)損壞。2.4

防靜電接地在電力變壓器中由于設(shè)備內(nèi)部線路復(fù)雜，線路與線路之間容易發(fā)生電路耦合現(xiàn)象，干擾設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)設(shè)備造成不同嚴(yán)重程度的損傷。此外，還有電容和電感交互影響和高壓電、高頻輻射以及靜電干擾等對(duì)設(shè)備有損害的內(nèi)部、外部環(huán)境影響。因此，為降低變壓器損害率，提高變壓器使用壽命，需要加強(qiáng)電磁兼容技術(shù)和抗干擾技術(shù)在變壓器接地保護(hù)中的應(yīng)用?？梢酝ㄟ^(guò)將變壓器外殼與PE線相接以及在屏蔽接地的同時(shí)防止線路兩端暴露在外界環(huán)境中等操作屏蔽設(shè)備，防止外界電子干擾設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由于靜電干擾的產(chǎn)生條件比其他干擾條件更簡(jiǎn)單，且越是干凈的室內(nèi)環(huán)境，越容易由于工作人員的走動(dòng)和設(shè)備之間的摩擦引起靜電的發(fā)生，因此，在設(shè)計(jì)變電器室內(nèi)環(huán)境線路時(shí)，要采取更加穩(wěn)定的線路連接、固定方式，增大室內(nèi)靜電干擾