接地变压器的保护

一．接地变的保护分析

1.接地变的电源开关

接地变作为一种特殊的变压器，也需要考虑保护，一般而言接地变的电源来源有几下几种方式： A．专用断路器

B．负荷开关＋熔断器 C．和线路合用断路器

一般而言，我们推荐使用专用断路器进行保护，主要基于以下原因，

A.使用负荷开关保护需要带有缺相保护，可靠性不高，而且一旦缺相运行，中性点会产生0.5Ue电压，导致过电压 B．备件的配备和熔断器的更换比较麻烦

C．对于合用断路器时，保护需要兼考虑线路和接地变，难以完全兼顾 2.常规接地变的负荷

对于接地变和普通变压器不同，普通变压器一般容量为100/100，100/100/100，100/100/50，100/50/100等几种，而接地变的容量有以下几种

A．带所用变额定容量比为100/（5，8，10，15，20，30）等多种，一次二次容

量相差较大。二次短路时一次电流可能较小；一次电流和变比、一次二次容量比，二次阻抗电压，二次短路方式等多种因数相关 B．部分接地变没有二次容量

C．每台接地变后面都有中性点带有消弧线圈（中性点接电阻方式另外考虑） 3．接地变的保护范围

接地变的保护主要考虑二次短路、高压中性点对地短路、接地变进线短路，接地变本体内部故障（主要是匝间短路）；同时需要躲开接地变的励磁涌流（包括系统过电压产生的暂态过程产生的励磁涌流） A.对于保护二次短路

a.主要考虑到二次侧单相接地短路，两相短路，三相短路

z 对于低压侧三相短路，假设低压侧短路电流为Id，高压侧三相短路电

流为Id/k

z 低压侧对于低压侧两相短路，假设低压侧短路电流为Id，高压侧三相

短路电流为

z 低压侧对于低压侧单相短路，假设低压侧短路电流为Id，高压侧三相

短路电流为

b．保护范围主要是接地变出口到下一级电源开关进线侧，一般二次出线较粗而

且线路不长，对于线路阻抗可以忽略不计；部分用户在二次出口配有空气开关或者熔丝

c．对于部分一次二次容量相差较大，而且二次阻抗电压较高的接地变，可能二次短路时，一次侧电流很小，小于接地变的额定电流，无法进行有效保护；这时可以使用低压侧中性点电流或者出口电流进行保护。

B．高压中性点对地短路，这个回路主要是接地变的零序阻抗

C．接地变进线侧单相、两相短路、三相短路一般电流很大，断路器正常速断都

是可以准确动作的

D．接地变本体内部匝间短路：这个比较难以计算，和短路点、短路匝数等有关，

随着制造技术和工艺的进步概率比较低；由于难以计算一般不考虑，有时只

是局部发热；可以通过瓦斯、温度计等辅助手段报警

E．接地变本体的励磁涌流和系统过电压导致的设备过励磁，主要考虑速断不会

误动作、过流动作可以避开，这个需要进行校验

4．保护种类

一般6-66kV的断路器主要有速断保护、过流保护、高压侧零序过流保护、自动重合闸保护、过负荷保护、零序保护、低压侧零序过电流保护等

接地变的保护原则：我们可以参考变压器的保护规定

A． 对于400-800的变压器，高压侧装设断路器时，应装设电流速断保护作为

变压器的主保护，以过流保护作为后备保护，但是当过流保护的时间小于或者等于0.5S时，也可以不装设速断保护

B． 6300kVA及以下变压器，可装设三相过流，两相速断的定时限保护

C． 高压为10kV及以下，低压侧中性点直接接地的变压器，对于低压侧单相

接地短路，利用高压侧过电流保护动作于跳闸时，应符合以下：当操作电源为直流时，保护装置采用两相三继电器式，当操作电源为交流时，保护采用三相式。当高压侧的过电流保护（兼作低压侧单相接地保护）或利用低压侧的三相电流保护不能满足灵敏度要求时，应装设变压器低压侧中性线上的零序保护

D． 变压器的温度升高，可作用于信号报警

E． 《GB 50062-92 电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定

F．

我们一般对于接地变主要采用速断保护、过流保护；为何不用其他保护 A．自动重合闸保护主要是我们对于出线保护，我们这里是保护变压器，变压

器一旦故障不需要进行自动重合闸保护

B．过负荷保护：主要是指带有大负荷进行启动时用的，我们接地变一般没有

大负荷启动

C．零序保护：接地变本身就是零序回路，系统一旦有故障，接地变流过的就

是零序电流，所以一般不用零序保护

D．高压侧零序过流保护：一般我们不使用

E.低压侧零序过电流保护：可以考虑作为后备保护，主要考虑到二次容量较

小时，一次不能保护的备用手段

F．时间配合：一般速断可以取0-0.2S，过流取0.8-1S左右即可

二．接地变系统等效原理图分析和标幺值

1．系统分析，我们在这里使用一个典型的系统进行举例和分析，假设是35kV系统，主

变容量为50MVA，电压为110/37，阻抗电压为14%；

接地变为DKSC-1700/37-200/0.4，阻抗电压为4.77%，一次额定电流为26.5A，二次额定电流为288A

我们取系统的SB=100MVA，UB=37kV，系统图和等值电路图如图一、二所示

2.对于接地变我们先计算有名值

阻抗电压： U2k%=

S2eX2e3I2eX2e

×100=2×100 U2eU2e

U22e

阻抗有名值： X2e= U2k% ×

S2e

阻抗标幺值：

U22eSBUX2e

×2= U2k% ×(X2e*== U2k% ×

XBS2eUBU

2eB

)

2

SB

× S2e

对于变压器而言Z=R+jX≈ jX

3.对于消弧线圈和零序阻抗而言：Zo=Ro+jXo≈ jXo

SBXO

接地变零序阻抗标幺值： XO*== XO ×2

XBUB

对于电缆出线而言一般6-10kV的电缆电抗值为0.08欧姆/kM，35kV为0.12欧姆/km，基本

可以忽略不计，

对于母排而言，80*10和100*10的为0.13-0.19欧姆/kM，也可以忽略不计

SB

4．对于系统主变而言： XT*= U1k% ×

S1e

三．电流速断保护

A．电流速断保护只能作为变压器高压侧故障(电源侧绕组、电流侧套管、引出线路)的保护，不能作为低压侧短路的保护；但是需要考虑高压侧中性点直接短路的保护。电流速断保护的起动电流按躲开励磁涌流；即 a.首先考虑保护躲开二次三相短路 Kk:可靠系数，（取DL电磁式取1.3，GL感应取1.5） Kjx:接线系数，取1(接在相电流取1、相电流差取√3) \"(3)

Id2.max ：为变压器低压侧三相短路时，流过高压侧的超瞬变电流

b。对于高压侧中性点直接短路，我们认为可以属于应该保护的范围

Idzj ≤ Io（Kjx/ Kk） （2） Io =Ue/（√3× Z ）=(Ue/√3)/（Zo+Zg）

（Zo:接地变的每相零序阻抗,Zg系统每相的阻抗）

Idzj≤ (Ue/√3)/（Zo+Zg）（Kjx/ Kk）

关于接线系数Kjx：（大部分为AC相接CT） 对于两不完全星形接法、三相星形接法为1

两相电流差时：可能为√3（正常运行或三相短路），AB、BC短路为1，AC相

短路为2

注意：对于二次三相短路的动作电流大于高压侧中性点直接短路的动作电流

时，我们考虑直接按照二次侧三相短路动作电流进行整定（这种情况

Idzj≥（Kjx/ Kk）*Id2.max （1）

\"(3)

在一次二次容量相差不大时可能遇到）

c。假设我们考虑躲开中性点高压侧直接短路时，定值应该做如下设计，这时考虑

动作电流取二次短路动作电流和中性点短路动作电流中较大值，不过可能该值较大

Idzj ≥ Io（Kk / Kjx）

Io =Ue/（√3× Z ）=(Ue/√3)/（Zo+Zg） Idzj≥ (Ue/√3)/（Zo+Zg）（Kk / Kjx）

B．电流速断保护电流的起动电流还应躲开变压器空载合闸的励磁涌流。当接地变压器空载投入、带消弧线圈投入、外部故障切除后电压恢复、系统的过度过程或状态改变时，可能出现数值很大的励磁涌流。励磁涌流一般为3－5倍，最大可达额定电流的6-8倍，同时电流中含有很大的非周期分量和高次谐波分量，其波形几乎全部偏在时间轴的一边。励磁涌流在变压器合闸后开始瞬间衰减很快，对中小型变压器，经过0.5-1秒后其值已不大于0.25-0.5Ie（Ie为额定电流）。

Idz,e=(6-8)Ie,b=8×Ie,b （Ie,b为一次额定电流）

\"(2)

I(2)

C．灵敏度校验：Km＝Kmxdd1.min≥2

IdZ

其中Kmxd：为相对灵敏度系数

\"(2)

Id1.min：为最小运行方式下变压器高压侧三相次暂态电流 D．其他

z 由于接地变有时一次二次容量相差较大，按照上述公式1计算数据较小,可能

连励磁涌流都躲不过，我们可以直接取值为公式2数据 z 当接地变没有低压侧时，我们没有必要计算公式1

三．变压器的过流保护

为了反应变压器外部短路引起的过电流，并作为变压器主保护的后备变压器应装过流保护。过流保护的动作电流应躲开变压器的最大负荷电流。同时应该兼顾所用变二次短路的保护

A．保护定值

Idz,j=Kk*Kjx*Kgh*Ie,b/（Kf*Ki) 过流保护 Kk:可靠系数，取1.3 Kjx:接线系数，取1

Kgh:过负荷系数，没有二次负荷可以取1 Kf:继电器返回系数，取0.85 Ie,b:变压器一次电流 Ki:变比

B．时间整定，应和主开关的动作时间配合，比主保护时间短，时间及差为△t，一般取0.5-1S。

\"(3)

I(2)d2.min

C.灵敏度校验：Km＝Kmxd≥1.5

IdZ

其中Kmxd：为相对灵敏度系数

\"(3)

Id2.min：为最小运行方式下变压器低压侧三相稳态电流 当接地变不带所用变时我们不必检验灵敏度

D．根据经验：

z 过流一般定值为1.5-2倍，只要灵敏度可以达到要求我们一般取2倍额定电流， 时间为0.8-1S，时间取为0.5S接地时容易误跳闸

z 对于过流整定灵敏度通不过的接地变，我们建议可以用低压侧中性点来保护高 压开关，公式相同

Idz,j=Kk*Kjx*Kgh*Ie,b/（Kf*Ki)

Kk取1.2、 Kgh取2-3

四．举例分析一（35kV系统）

我们在这里使用一个典型的系统进行举例和分析，假设是35kV系统，主变容量

为50MVA，电压为110/37，阻抗电压为14%；

接地变为对于DKSC-1700/37-200/0.4，阻抗电压为4.77%,Zo=50.05欧姆/相，一次额定电流为26.5A，二次额定电流为288A 我们取系统的SB=100MVA，UB=37kV，

1. 接地变阻抗标幺值：

U22eSBX2eU

X2e*== U2k% ××2= U2k% ×(

XBS2eUBU

=0.0477×(0.4/0.4) 2×(100/0.2)=23.85

2eB

)

2

SB

× S2e

2. 对于消弧线圈和零序阻抗而言：Zo=Ro+jXo≈ jXo=50.05欧姆

SBXO

= XO ×2=50.05*100/(37) 2=3.66 接地变零序阻抗标幺值：XO*=XBUB

3. 对于系统主变而言：

SB

XT*= U1k% ×=0.14*100/50=0.28

S1e

4. 高压侧中性点点短路

取Uj=37kV Ij=

Sj100

3Uj＝3 ×37＝1.56kA

X

母线侧短路电流＝Ij/X*＝1.56/0.28=5.57kA d1点短路总阻抗为

*＝3.66+0.28=3.94

稳态短路电流 I∞＝Ij/X*=1.56/3.94＝0.396KA 5. 所用变低压侧短路 取Uj=0.4kV Ij=

Sj100

＝＝144kA 3Uj3 ×0.4

d1点短路总阻抗为 X*＝23.85+0.28=24.13

稳态短路电流 I∞＝Ij/X*=144/24.13＝5.97kA

由于这是二次电流，折算到一次侧I＝5.97/(37/0.4)=0.064kA

6. 速断定值 按照上述公式

\"(3)

Idzj≥（Kjx/ Kk）*Id2.max＝(1.5/1)×0.064kA=96A Idzj ≤ Io（Kjx/ Kk）＝0.396KA/1.5=264A 励磁涌流校验 ＝8×26.5A＝212A 合格 我们这里取速断定值为250A I\"(2)

(2)1.min灵敏度校验：Km＝Kmxdd＝5.57kA/0.25＝22≥2 合格

IdZ

假设考虑动作电流躲开高压侧直接接地，则响应定值整定如下

\"(3)

Idzj≥（Kjx/ Kk）*Id2.max＝(1.5/1)×0.064kA=96A Idzj ≥ Io（Kk / Kjx）＝0.396*1.5=594A 励磁涌流校验 ＝8×26.5A＝212A 合格

我们这里取速断定值为600AI \"(2)

(2)d1.min

灵敏度校验：Km＝Kmxd＝5.57kA/0.6＝9.28≥2 合格

IdZ

7. 过流定值

\"(3) Idz,j=Kk*Kjx*Kgh*Ie,b/（Kf*Ki)＝40.5A（1.53倍） Id(2)2.min

灵敏度校验：Km＝Kmxd＝64/40.5=1.57≥1.5

IdZ 过流定值勉强通过

五．举例说明二（10kV）

1．系统主变为SZ9-63MVA 变比为110/10.5，Ud=17%

接地变为DKSC-700/10-200/0.4，Ie=27.7A/288.7A，Ud=3.44%，Xo=4.63欧姆/相 我们取SB=100MVA，SB=10.5

2．标幺值计算

A． 接地变阻抗标幺值 X2e*＝0.0344*100/0.2=17.2

B． 接地变零序阻抗标幺值：XO*＝4.63*100/(10.5*10.5)=4.2 C． 主变 ：XT*=0.17*100/63=0.27 3．计算

A． 基准电流

Ij=100/(1.732*10.5)＝5.5kA 母线侧短路电流＝Ij/X*＝5.5/0.27=20.37kA

B． 中性点接地时

X

*＝4.2+0.27=4.47

稳态短路电流 I∞＝Ij/X*=5.5/4.47＝1.23KA

C． 低压侧短路 X*＝0.27＋17.2=17.47

一次侧稳态短路电流＝5.5/17.47=0.315kA

4．速断定值

Idzj≥（Kjx/ Kk）*Id2.max＝(1.5/1)×0.314kA=472A Idzj ≤ Io（Kjx/ Kk）＝1.23KA/1.5=820A 励磁涌流校验 ＝8×27.7A＝222A 合格 我们这里取速断定值为500A I\"(2)

(2)d1.min

灵敏度校验：Km＝Kmxd＝20.37kA/0.5＝40≥2 合格

IdZ

假设考虑动作电流躲开高压侧直接接地，则响应定值整定如下

\"(3)

Idzj≥（Kjx/ Kk）*Id2.max＝(1.5/1) 0.314kA=472A Idzj ≥ Io（Kk / Kjx）＝0.82*1.5=1.23A 励磁涌流校验 ＝8×27.7A＝222A 合格

\"(2) 我们这里取速断定值为1.3kIA

(2)1.min

灵敏度校验：Km＝Kmxdd＝5.57kA/1.3＝4.28≥2 合格

IdZ

5．过流定值

\"(34)2.4A（1.53倍） Idz,j=Kk*Kjx*Kgh*Ie,b/（Kf*KiI)＝

(2)2.min

灵敏度校验：Km＝Kmxdd＝472/40.5=11.1≥1.5

IdZ 过流定值可以通过，由于裕度较大，我们可以考虑取定值为2倍

\"(3)