王義忠

摘 要：變壓器在電力系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，地鐵35 kV環(huán)網(wǎng)接地變壓器成為地鐵運(yùn)行系統(tǒng)重要保障。文章圍繞地鐵35 kV環(huán)網(wǎng)接地變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理、常見(jiàn)故障分析及保護(hù)設(shè)計(jì)等方面展開(kāi)論述，希望對(duì)以后地鐵35 kV環(huán)網(wǎng)接地變壓器運(yùn)行管理方面提供一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：地鐵35 kV環(huán)網(wǎng)；接地變壓器；故障分析；防護(hù)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM246 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）02-0088-01

地鐵環(huán)網(wǎng)接地變壓器在整個(gè)地鐵系統(tǒng)運(yùn)行中起到至關(guān)重要作用，在設(shè)計(jì)中要科學(xué)分析、統(tǒng)籌考慮，結(jié)合具體實(shí)際進(jìn)行電器故障分析與處理，提升變壓器的穩(wěn)定性，保障整體線路的正常運(yùn)行。

1 地鐵35 kV環(huán)網(wǎng)接地變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理

地鐵35 kV環(huán)網(wǎng)接地變壓器是一項(xiàng)人為在連接系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的中性點(diǎn)轉(zhuǎn)接技術(shù)，它是在中間點(diǎn)另加設(shè)接地電阻接地設(shè)備，一旦發(fā)生線路單相接地短路故障時(shí)，能夠重新構(gòu)成新的通路，產(chǎn)生零序電流，將故障問(wèn)題控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，從而對(duì)變壓器起到保護(hù)作用。近時(shí)期常用的接地變壓器多數(shù)為“Z”字型結(jié)構(gòu)模式，有人稱(chēng)這種結(jié)構(gòu)模式為“千鳥(niǎo)接法”的接線方法，這種Z型結(jié)構(gòu)的接地變壓器在結(jié)構(gòu)上與普通三相芯式變壓器相比，有許多相同的之處，只是在每相鐵芯上的繞組方式上有所差異，但這結(jié)構(gòu)所發(fā)揮的效能是普通變壓器達(dá)不到的，它從上、下兩面進(jìn)行相等匝數(shù)曲折形連接。在接線的方式采用ZN、YN兩種形式， 采用油浸式和干式絕緣兩種進(jìn)行，Z型接地變壓器零序阻抗低，而空載阻抗高，安全性能更高、動(dòng)力效果相對(duì)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，由于現(xiàn)在地鐵接地變壓器多以干式絕緣變壓器為主，以下圍繞干式絕緣變壓器為主題展開(kāi)論述與分析。

2 地鐵35 kV環(huán)網(wǎng)接地變壓器的常見(jiàn)故障分析

地鐵35 kV環(huán)網(wǎng)接地變壓器在電路整體設(shè)計(jì)及運(yùn)行中，出現(xiàn)的故障一般分為內(nèi)部故障與外部故障兩類(lèi)。外部故障是環(huán)網(wǎng)接地變壓器中最常出現(xiàn)的故障，多數(shù)是指在接地變壓器的外部及連接的線路接口及線體等處出現(xiàn)問(wèn)題，可能會(huì)出現(xiàn)單相接地或短時(shí)間的短路現(xiàn)象。干式絕緣變壓器的內(nèi)部故障多數(shù)是指在變壓器的內(nèi)部鐵芯及，以及線圈繞組部位中間出現(xiàn)的線路損壞等發(fā)生故障問(wèn)題，多數(shù)分為“初始”故障和電氣故障兩大類(lèi)。

2.1 “初始”故障分析

接地變壓器“初始”故障是變壓器的內(nèi)部常見(jiàn)問(wèn)題，是在電路運(yùn)行初期發(fā)生的問(wèn)題，最初可能不會(huì)產(chǎn)生一些大的電器損傷，也可能在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)有明顯的外在表現(xiàn)，但長(zhǎng)時(shí)間會(huì)造成大的故障問(wèn)題發(fā)生，這種初始的小故障也要引起我們高度重視。

首先要弄清造成初始化故障的原因，通過(guò)實(shí)踐表明，以下幾種因素是造成初始化故障的主要因素：

①內(nèi)部分接開(kāi)關(guān)產(chǎn)生問(wèn)題，并聯(lián)的變壓器或內(nèi)部中的并聯(lián)元件在運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)負(fù)荷分配不合理，往往會(huì)產(chǎn)生環(huán)流，造成變壓器線組產(chǎn)生熱過(guò)多損傷元件，從而造成故障。

②變壓器內(nèi)部的導(dǎo)體中的鐵芯或線圈及連接不良等問(wèn)題，從而造成在變壓器內(nèi)部產(chǎn)生間歇性電弧，對(duì)變壓器內(nèi)容的部分元件造成損傷，出現(xiàn)初始化故障。

③變壓器內(nèi)部的冷卻介質(zhì)不足或降溫效果不良，造成內(nèi)部熱量越積越多，使內(nèi)部的溫度升高，時(shí)間久了容易造成部分線體或元件損壞，從而出現(xiàn)故障。

實(shí)際表明，初始化故障可以從最初一些現(xiàn)象呈現(xiàn)，并及時(shí)得到有效處理，由于短路而引發(fā)中性點(diǎn)過(guò)電流及過(guò)電壓，冷卻故障出現(xiàn)變壓器溫度升高等。

2.2 電氣故障分析

接地變壓器在內(nèi)部出現(xiàn)故障，造成線路不能正常供電，主要有以下幾種原因造成的：首先是由于中性點(diǎn)位置直接接地、側(cè)單相線路接地造成短路引起內(nèi)部電路故障；其次是高壓線組或低壓繞組相互間影響造成的短路現(xiàn)象；再次是由于高壓繞組或低壓繞組匝間引發(fā)的短路現(xiàn)象。如果是由于以上三種原因造成的電氣故障，可以利用專(zhuān)業(yè)儀器對(duì)變壓器的不平衡電流和電壓進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)分析、與相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)，從而找到故障的真正問(wèn)題所在，有針對(duì)性進(jìn)行解決處理。

2.3 仿真平臺(tái)模型構(gòu)建分析

在環(huán)網(wǎng)接地變壓器出現(xiàn)問(wèn)題后，可以通過(guò)進(jìn)行仿真平臺(tái)模型構(gòu)建來(lái)有效分析、處理，從而更好發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)采取有效措施進(jìn)行解決。

通過(guò)利用現(xiàn)代高科技仿真軟件MATLAB等的圖像處理優(yōu)勢(shì)，結(jié)合具體實(shí)際，在平臺(tái)中建立一個(gè)由幾個(gè)單相多繞組的故障模型變壓器，同時(shí)建立一個(gè)10 kV的不接地諧振系統(tǒng)，圍繞故障常出現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行仿真分析驗(yàn)證，通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)的分析、處理及比對(duì)，更準(zhǔn)確的找到故障所在，從而有針對(duì)性進(jìn)行制訂解決方案，確保電路高效得到解決。

3 地鐵35 kV環(huán)網(wǎng)接地變壓器的保護(hù)設(shè)計(jì)

造成地鐵35 kV環(huán)網(wǎng)接地變壓器的故障因素有許多，有配件質(zhì)量、技術(shù)難題等客觀因素，也有許多人為方面的因素，在對(duì)變壓器防護(hù)設(shè)計(jì)及運(yùn)營(yíng)中要加強(qiáng)保護(hù)設(shè)計(jì)，也能降低故障發(fā)生率，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.1 增強(qiáng)變壓器保護(hù)配置

在變壓器的配置方面加強(qiáng)保護(hù)措施，可以有效加強(qiáng)對(duì)變壓器的保護(hù)，將損失度降低到最低化。同時(shí)國(guó)家在質(zhì)量安全生產(chǎn)相關(guān)規(guī)定中也明確指出，當(dāng)變電裝置的總?cè)萘砍^(guò)有著規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要配置相關(guān)的繼電器等系列的保護(hù)措施，確保變壓器的正常運(yùn)行。

首先采用自斷式防護(hù)措施。一般有熔斷式及切斷式，這種措施相對(duì)便宜、操作方法簡(jiǎn)單、防護(hù)效果好，在配電變壓器容量不超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的電量時(shí)，采用自斷式熔斷設(shè)備作為防護(hù)措施，可以很好的進(jìn)行高壓側(cè)短路的保護(hù)以及低壓側(cè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)，實(shí)踐證明效果比較理想。其次負(fù)荷開(kāi)關(guān)與自斷式保護(hù)器組合。這種二者結(jié)合防護(hù)可以在短時(shí)間內(nèi)斷開(kāi)瞬間產(chǎn)生的高壓電流，優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)單相、兩相、三相短路進(jìn)行維護(hù)，當(dāng)短路故障中任意一處都能起到保護(hù)作用，從而能在最短時(shí)間內(nèi)觸發(fā)負(fù)荷開(kāi)關(guān)，及時(shí)將故障問(wèn)題隔斷。再次采用斷路器與繼電器組合，它具有開(kāi)斷容量大、分?jǐn)啻螖?shù)多且功效明顯，組合使用可以加強(qiáng)對(duì)電變壓器短路保護(hù)能力。

3.2 優(yōu)化零序保護(hù)方案

在對(duì)變壓器的防護(hù)設(shè)計(jì)中，優(yōu)化零序保護(hù)不失是一種比較理想的措施，主要從以下幾個(gè)方面展開(kāi)：

①外部故障的異步劃分。當(dāng)發(fā)生外部的接地故障時(shí)變壓器的中性點(diǎn)電流會(huì)發(fā)生增加，隨著發(fā)展會(huì)出現(xiàn)比較大的差電流，可以根據(jù)中性點(diǎn)電流與差電流的變化進(jìn)行判定，如果中性點(diǎn)電流增加同時(shí)差電流變就，可以判定出現(xiàn)了外部接地故障，如果二者同時(shí)出現(xiàn)，可以判定不是外部外故障。

②分布判定。電流變壓器發(fā)生外部及內(nèi)部故障時(shí)，電流的呈現(xiàn)不同的分布狀態(tài)，通過(guò)專(zhuān)業(yè)儀器檢測(cè)出數(shù)據(jù)分析計(jì)算比對(duì)可以判定區(qū)外與區(qū)內(nèi)的故障。還可以進(jìn)行二次諧波閉鎖判定。通過(guò)對(duì)變壓器中的中性點(diǎn)電流的二次諧波的含量不同，進(jìn)行對(duì)中性點(diǎn)側(cè)的飽和程度，采用零序防護(hù)措施在特定的時(shí)間段內(nèi)使用閉鎖判定，可以有效的防止中性點(diǎn)飽和程度造成的誤動(dòng)現(xiàn)象，可以有效進(jìn)行故障的分析與處理。

3.3 規(guī)范操作技術(shù)流程

環(huán)網(wǎng)接地變壓器的防護(hù)一方面要靠硬件方面質(zhì)量的保障，還要加強(qiáng)技術(shù)方面人為因素，在變壓器的各配件的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、安裝參數(shù)以及在外部具體安裝過(guò)程等方面要嚴(yán)格遵循操作流程，確保各項(xiàng)安全指標(biāo)參數(shù)均符合國(guó)家的相關(guān)質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)，以保證電力整體系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié) 語(yǔ)

地鐵35 kV環(huán)網(wǎng)接地變壓器的穩(wěn)定性，關(guān)系到整個(gè)地鐵系統(tǒng)的安全運(yùn)行，也事關(guān)人們生活、生產(chǎn)的和諧有序。我們要在具體實(shí)踐加大研究力度，不斷總結(jié)出故障分析與防護(hù)的更成熟的經(jīng)驗(yàn)與做法，不斷推動(dòng)地鐵電力系統(tǒng)的更好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃建瑩.配電系統(tǒng)用接地變壓器的論證[J].廣東輸電與變電技術(shù)，2008，=（1）.

[2] 劉榕.成都地鐵1號(hào)線主所接地變壓器原理及運(yùn)行分析[J].大科技，2014，（16）.