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1、 摘 要 接地变压器是我国10千伏配电网中不可或缺的电力设备，它采取电阻接地或消弧线圈，每一年数千台接地变压器都会被在全国投放运作。由于接地变故障存在会发生失压，当前没有特殊的接地变压器保护理论和设备，论文对接地变压器进行了故障仿真分析和保护设计。 论文基于变压器的特殊连接方式，阐述了其特殊的结构原理；再分别对接地变压器常见的外部、内部故障进行了研究；在仿真软件中变压器故障仿真模型是被MATLAB平台的三个单相五绕组变压器模块搭建出的，接地变压器各类内部故障和外部引出线故障都能被仿真出来。还对接地变压器保护装置的缺陷，提出并提出设计差动保护方案来改进。仿真结果和理论分析结果差不多一样，验证了论
2、文中所提出的模型是正确,合理的。 仿真方式和保护方案对接地变压器的安全稳定运行非常有利， 变电站站用电和整个配电网的可靠性也会得到大大的提高，具有广阔的应用前景。关键词：接地变压器；故障仿真；差动保护ABSTRACT Grounding transformer of 10kV distribution network is an integral part of the electrical equipment, take it or arc suppression coil grounding resistors, each year thousands of grounding trans
3、former will be put in operation in the country. Due to the presence of a ground fault variable loss of pressure occurs, the current no special grounding transformer protection theory and equipment at home and abroad, the paper grounding transformer fault simulation and design protection.Paper based
4、on a special connection of the transformer, described its special structure principle; and then were grounding transformer common external, internal fault and magnetizing inrush current operating characteristics conducted in-depth research; in simulation software transformer fault simulation model i
5、s platform MATLAB the three single-phase five-winding transformer module to build out, all kinds of grounding transformer internal fault and external fault can be simulated lead out. Also defected ground transformer protection proposed and propose solutions to improve the design of the differential
6、protection. The simulation results are consistent with the theoretical analysis, the paper proves the proposed model is correct and reasonable.Ensure the safe and stable operation of the grounding transformer is grounded transformer emulation mode and protection programs thesis proposed research gro
7、unding transformer protective device has been progress, and reliability of the entire power substation distribution network will be greatly improved, It has broad application prospects.Key words:grounding transformer;fault simulation;differential protection 目 录1 绪论1 1.1 本课题的意义1 1.2 本课题国内外研究现状1 1.2.1
8、 接地变压器的研究现状2 1.2.2 接地变压器保护的研究现状3 1.3 本课题所做的工作42 接地变压器故障分析的理论基础5 2.1 接地变压器的数学模型5 2.1.1 接地变压器的接线形式5 2.1.2 接地变压器的工作原理7 2.1.3 接地变压器主要参数8 2.2 接地变压器的故障分析8 2.2.1 变压器可能发生的故障和异常运行方式8 2.2.2 接地变压器的内部故障分析9 2.3 接地变压器励磁涌流分析15 2.3.1 单项变压器的励磁涌流15 2.3.2 接地变压器的励磁涌流研究17 2.4 本章小结173 接地变压器的保护设计与改进18 3.1 接地变压器的保护装置和存在的问题
9、18 3.2 接地变压器保护装置的改进及差动保护设计19 3.2.1 接地变压器保护装置的改进19 3.2.2 差动保护设计19 3.3 接地变压器差动保护的接线方式及整定计算20 3.3 本章小结214 接地变压器仿真模型及仿真结果分析22 4.1 接地变压器外部故障仿真模型22 4.2 接地变压器内部故障模型23 4.4 接地变压器的故障仿真结果分析24 4.5 本章小结305 全文总结与展望31 参考文献32 致 谢34附 录35附录一 模型一35附录二 模型二36附录三 模型三371 绪论1.1 本课题的意义 随着我国经济的发展电网供电技术也在不断壮大，电力电缆供电已经被城市中35kV
10、及以下配电网采用，接地电流和弧光过电压不能得到抑制是因为中性点不接地系统中配电网电容电流增大到极限值发生接地故障，电弧不能自行熄灭，并可能导致单相接地故障，进一步造成接地故障的高压熔断器、短路等事故的发生。电力系统规程规定：如果接地电流大于额定值，会很容易发生间歇性电弧造成的谐振过电压，所以应当用消弧线圈给配电系统单相接地的电容电流补偿。接线被我国电力系统中的主变压器低压线圈即3万5000伏采用。由于主变压器中性点不引出，只有通过接地变压器的中性点，我国的接地变压器通常采用了接线方式，并在接地变压器上增加了第三绕组，并采用了更换变压器的方式，节省投资和变电所空间1。 如今，在我国十千伏配电网采
11、取消弧线圈或小电阻接地必须的电力设备是接地变压器，每年数千台接地变压器被重新投入全国运行。而每年发生的数十起接地变压器故障都是因自身故障、过电压等原因引发的2。因为接地变压器和一般配电变压器的结构是不同的，但与变电站1万伏母线直接连接，所以对技术指标的要求将更严格相比普通配电变压器。然而接地变压器的故障使得站用电失压，乃至全变电站的失压事故也会发生，此类事故我国已发生多起，其中，湖南省，在2006，220千伏学仕变电站发生“11.27”电力压力损失事件。为了降低由于接地变压器故障造成的事故发生率，确保电网的安全稳定运作及电力系统的供电可靠性就应装设保护装置，及时排除故障以免经济发生严重的损失。
12、基于上述理论，论文分析了接地变压器的工作原理和特殊连接，探讨了不同故障的接地变压器的故障特征，并在MATLAB中搭建了接地变压器仿真模型和故障仿真模型和建立了10kV的系统模型，通过大量的仿真实验，根据理论分析和故障仿真波形，设计了相应的变压器保护方案。 1.2 本课题国内外研究现状 长久以来，我国配电网广泛采用中性点不接地的运行方式，它在单相接地时允许带故障短暂运行，供电可靠性得到了很大的提高。但近年来，城市电网的扩张，越来越多的有线电视网点，使系统的容量急剧增加。单相接地后，通过故障点的电流大，电弧不易熄灭，容易产生铁磁谐振过电压和间歇性电弧接地，绝缘可能被摧毁。线路跳闸，事故扩大。想要把
13、单相接地故障的接地电容电流降低，就要在变压器的中性点安装补偿装置如消弧线圈等。因主变压器10千伏侧绕组是接线，消弧线圈不是接在中性点未引出上的，而是被接在专用接地变压器10kV绕组上的，而且中性点要引出。1.2.1 接地变压器的研究现状 消弧线圈接地可以补偿电容电流，即零序电流，要求零序阻抗小。符合要求的变压器结构形式主要有：YN/Yn，YN/d，Yn/开口三角形，Zn,Zn/Yn等形式。YN/Yn联结组的变压器，如果用作接地变，其容量的利用率为1/5，零序阻抗也会很大大；接地变是联结的变压器时，容量利用率为1/2；零序电流的输出能力最好的是Yn/开口三角形联结形式，但它的二次侧是开口三角形接
14、法不能提供给二次负载即站用电；容量利用率较高是Zn及Zn/Yn连结的变压器的特点，正序、负序阻抗大而零序阻抗小，为三相四线制的380伏负荷供电可以接二次线圈2。所以，Z型接线方式更适合接地变压器，能和消弧线圈很好的组合利用，在谐振接地系统中Z型接地变压器获得普及3。 Znyn11和Znyn2两种接线方式是接地变压器使用最多的联结组别，中性点引出，经消弧线圈接地。线圈的上部主绕组有抽头，下部为相移与移相效果绕组。直接连接到3万5000伏线路的主变压器，并直接连接到3万5000伏母线是接地变压器的接地4，如图1所示。220kV变电站经常采用3万5000伏小电阻接地系统，小电阻直接接在主变35kV线
15、路上，主变和接地变压器必须一一相应操作，两者不能分别停役检修因为是作为一个整体考虑的。（a）(b)图1 接地变压器常见接入方式1.2.2 接地变压器保护的研究现状 接地变压器的负载分为变压器的长期负载和消弧线圈的负载，在我国接地变压器一定要配有纵差动的保护装置5。国外的接地变压器配有保护是比较简单的，但目前国内外接地变压器保护和故障分析理论还不是很系统，接地变压器的技术监督规定不足，都是借鉴配电变压器的相关规定执行。在现场运行中，接地变压器的零序保护在十千伏小电阻接地系统中一般作为出线的后备保护，线路零序保护拒动它就会动作，对线路零序保护起到补充，它是在小电阻接地系统退出后动作，从而降低了接地电流。但在实际运行中的线路选择时，也没有出现线端异常，再接小电阻接地系统又成功重合6，在正常情况下，接地零序保护很小，但系统本身会有参数不对称的情况，一个很常见的情况是，电缆连接是通过对10kV配电网的绝缘参数的下降造成的，
