電力變壓器的接地保護技術(shù)探究

引言

隨著社會用電需求的不斷增長,變壓器單相負(fù)載數(shù)量越來越多,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有隨機電流流過的現(xiàn)象,且在變壓器承受的負(fù)載超過變壓器支撐極限時,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,就會造成觸電或火災(zāi)等嚴(yán)重后果。筆者通過分析對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)還將擴大整個變壓系統(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線的觸電問題,但三線相連并不能解決變壓器負(fù)載觸電的問題,反而給整個設(shè)備運轉(zhuǎn)帶來更大的負(fù)擔(dān),破壞設(shè)備原本的正常運行。因此,需要進一步對整個電力變壓器系統(tǒng)進行分析,在當(dāng)前接地保護技術(shù)基礎(chǔ)上,探究更安全有效的變壓器接地保護技術(shù)。

1電力變壓器接地保護技術(shù)應(yīng)用條件

在我國現(xiàn)階段應(yīng)用的配電系統(tǒng)中,大部分低壓配電系統(tǒng)都將中性點接地作為主要的接地保護方式,而在中性點接地方式中,電力變壓器、低壓繞組和避雷器等設(shè)備都通過同一個接地裝置完成設(shè)備的接地保護操作。根據(jù)我國規(guī)定的不同型號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時有最大允許電阻150,對于接地電氣設(shè)備而言是一個非常容易越過的接地電阻值[1]。為了電力系統(tǒng)的順利運轉(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)問題時不會終止電流供應(yīng),因而這些故障很難及時排除,進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)果來看,當(dāng)電力變壓器長期存在接地故障或負(fù)載電阻值不匹配等安全問題時,設(shè)備發(fā)生安全事故或停止運行的概率最大。

當(dāng)前廣泛使用的電力變壓器大多以電氣自動化技術(shù)為核心技術(shù)制造,雖然電氣自動化技術(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需要注意的許多問題是電氣自動化技術(shù)暫時無法解決的,如變壓器直流和交流接地保護、防雷和防靜電接地保護等需要和線路設(shè)計結(jié)合的問題。此外,電力變壓器的接地保護技術(shù)在應(yīng)用時還需要考慮接地線路的規(guī)劃、接地保護地區(qū)的土壤條件、接地保護使用的材料和規(guī)格等問題。結(jié)合傳統(tǒng)的電力接地保護技術(shù)應(yīng)用實例,總結(jié)出以下幾點要注意的電力變壓器接地保護技術(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變壓器正常運行影響很大,所以在選擇變壓器接地裝置時要優(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。在進行接地保護裝置的線路掩埋時,接地極敷設(shè)深度過大會增加施工難度,且深埋不利于定期維修檢查工作的開展,會產(chǎn)生更多接地線路安全隱患。但掩埋深度也不宜過淺,太接近地表則加大了接地線被破壞的風(fēng)險,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,接地線掩埋深度控制在0.6～0.8m比較適宜。

（3）優(yōu)先采用人工干預(yù)和自然接地方式。在實際接地裝置安裝工作中,一般為了保險起見,會采用人工干預(yù)方式進行接地線的接地,主要表現(xiàn)為人工焊接。在接地時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。

2電力變壓器接地保護技術(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,可以通過給設(shè)備增加智能監(jiān)控系統(tǒng),實時監(jiān)測變壓器內(nèi)部電流變化情況[2]。在電阻柜維持正常運行時,通過智能監(jiān)控系統(tǒng)獲取中性點不平衡電流的積累情況,并對電阻柜內(nèi)部溫度進行實時監(jiān)控、反饋。此外,還可以記錄單相接地故障發(fā)生時的電流變化情況和接地動作發(fā)生的頻率,通過第一時間掌握智能監(jiān)控系統(tǒng)返回的故障信息,工作人員可以及時對故障采取修復(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技術(shù)時,除使用智能監(jiān)控系統(tǒng)外,還應(yīng)在選擇線路材料時注意導(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行接地保護操作稱為電力系統(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將銅導(dǎo)線作為接地中線,借助電力變壓器的中性點實現(xiàn)。在進行電力系統(tǒng)配電操作時,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,需要使用中性接地法降低接地時單相弧產(chǎn)生的電壓,保護接地繼電器[3]。使用中性接地法時不會有零序電壓誤差產(chǎn)生,使變壓器的三相電壓穩(wěn)定保持在一個均衡狀態(tài),在實際應(yīng)用中可以使用單相電源進行短時間供能。

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)備通過各種復(fù)雜線路連接在一起,共同實現(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,必須考慮雷擊的影響,給電力變壓器增加防雷保護措施。防雷接地保護技術(shù)通過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強電流的影響出現(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)備正常運轉(zhuǎn),對設(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,需要加強電磁兼容技術(shù)和抗干擾技術(shù)在變壓器接地保護中的應(yīng)用?？梢酝ㄟ^將變壓器外殼與PE線相接以及在屏蔽接地的同時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)備正常運轉(zhuǎn)。由于靜電干擾的產(chǎn)生條件比其他干擾條件更簡單,且越是干凈的室內(nèi)環(huán)境,越容易由于工作人員的走動和設(shè)備之間的摩擦引起靜電的發(fā)生,因此,在設(shè)計變電器室內(nèi)環(huán)境線路時,要采取更加穩(wěn)定的線路連接、固定方式,增大室內(nèi)靜電干擾產(chǎn)生難度,提高設(shè)備靜電屏蔽能力。

3結(jié)語

在大型電力系統(tǒng)中會使用大量變壓器,因此,選用高質(zhì)量的變壓器是保證整個電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的前提。根據(jù)不同實際情況,應(yīng)該選擇使用不同的變壓器接地保護技術(shù),通過合理、規(guī)范使用接地保護技術(shù),才能有效提升變壓器設(shè)備的各項性能,促進電力行業(yè)發(fā)展。