电力系统保护与控制 第 49 卷 第 12 期 2021 年6 月 16 日 Power System Protection and Control Vol.49 No.12 June 16, 2021 DOI: 10.19783/j.cnki.pspc.201028 系统单相接地故障下接地变压器的运行特性分析 陈 蕾 1，咸日常 1，郑春旭 2，高鸿鹏 1，范慧芳 1，张冰倩 1 (1.山东理工大学电气与电子工程学院，山东 淄博 255000；2.国网山东省电力公司淄博供电公司，山东 淄博 255000) 摘要：变电站中的接地变压器不仅为中压不接地系统提供中性点，同时兼做站用变为变电站正常运行提供电源保 障，确保接地变压器可靠运行对电力系统的安全稳定至关重要。针对变电站配出线路单相接地故障发生频率高、 对接地变压器运行状态及其监测影响较大的问题，分析了单相接地故障对接地变压器运行特性的影响因素。结合 配电网实际参数在 PSCAD 软件中建立仿真模型，通过对比单相接地故障时配电网中零序电流的仿真值与电容电 流的计算值大小，验证了模型的正确性。在此基础上仿真分析了系统单相接地故障下接地变压器的运行特性。结 果表明：系统发生单相接地故障时，接地变压器一次侧电流增大、相位相同，但不会影响其安全稳定运行。在系 统单相接地故障燃弧和稳定接地阶段，故障初相角、过渡电阻以及失谐度大小会影响接地变压器一次侧电压、电 流幅值。同时，在稳定接地阶段，故障初相角大小会影响其一次侧电压、电流处于稳态的时间。在熄弧阶段时， 仅失谐度大小会影响其一次侧电压、电流的振荡恢复过程。 关键词：接地故障；接地变压器；运行特性；PSCAD；分析 Analysis of the operational characteristics of a grounding transformer when there is a single-phase grounding fault of the system CHEN Lei1, XIAN Richang1, ZHENG Chunxu2, GAO Hongpeng1, FAN Huifang1, ZHANG Bingqian1 (1. School of Electrical and Electronic Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255000, China; 2. Zibo Power Supply Company, State Grid Shandong Electric Power Company, Zibo 255000, China) Abstract: The grounding transformer in a substation not only provides a neutral point for the medium-voltage ungrounded system, but also serves as a station for normal operation of the substation. Thus ensuring the reliable operation of the grounding transformer is essential to the safety and stability of the power system. There is a problem of the high frequency of single-phase grounding faults in the distribution lines of substations and the greater impact on the operational status and monitoring of grounding transformers. This paper analyzes the influencing factors of single-phase grounding faults on the operational characteristics of grounding transformers. A simulation model is established in the PSCAD software combined with the actual parameters of the distribution network. The correctness of the model is verified by comparing the simulated value of the zero sequence current with the calculated value of the capacitive current during a single-phase ground fault. The operating characteristics of the grounding transformer under the single-phase grounding fault are simulated and analyzed. The results show that when a single-phase grounding fault occurs, the primary side current of the grounding transformer increases and the phase is the same, but it cannot affect its safe and stable operation. During the arcing and stable grounding stages of a single-phase grounding fault, the initial phase angle of the fault, the transition resistance and the degree of detuning affect the primary voltage and current amplitude of the grounding transformer. In the stable grounding phase, the initial phase angle of the fault affects the time when the primary voltage and current are in a steady state; in the arc extinguishing phase, only the degree of detuning will affect the oscillation recovery process of the primary voltage and current. This work is supported by the National “Thirteen Five-Year” Key Research & Development Program of China (No. 2016YFB0901303). Key words: ground fault; grounding transformer; operation characteristics; PSCAD; analysis 0 引言 在我国 110 kV 及以上变电站中，主变压器低压 基金项目：国家“十三五”重点研发计划资助(2016YFB0901303) 侧一般采用三角形接线方式，无中性点引出[1-3]。当 系统对地电容电流较小时，单相接地故障产生的电 弧可自行熄灭，不至于产生危及绝缘的过电压[4-5]。 但随着电缆线路比重的增加，配电网发生单相接地 故障时的对地电容电流越来越大，故障电弧不能自 陈 蕾，等 系统单相接地故障下接地变压器的运行特性分析 行熄灭，导致传统的中性点不接地运行方式已不能 满足配电网安全运行要求[6-10]。 目前，国内主要利用接地变压器为中压不接地 系统提供经消弧线圈或接地电阻接地的中性点，同 时兼具站用变功能，为变电站设备正常运行提供电 源[11-12]。因此，确保接地变压器可靠运行对变电站 及电力系统的安全稳定具有重要意义，对接地变压 器运行状态进行在线监测势在必行。然而，配电网 故障会干扰接地变压器运行状态在线监测的准确 性。据统计，单相接地故障占配电网故障的 80%[13-17]。因此，有必要研究系统单相接地故障对 接地变压器运行特性的影响。 目前，国内外学者的研究主要集中在系统单相 接地故障等效电路的建立和暂态过程分析方面，并 未考虑系统单相接地故障对接地变压器运行特性的 影响。针对传统单相接地故障等值电路存在消弧线 圈位置不准确的缺点[18]，文献[19]提出一种新的系 统单相接地故障等值分析电路；文献[20]针对谐振 接地系统发生单相接地故障，对不同接地电阻下故 障电气量的暂态特性进行了分析。可知，目前研究 均未考虑系统单相接地故障对接地变压器运行特性 的影响，不利于接地变压器运行状态在线监测的实 现。因此，本文分析系统单相接地故障对接地变压 器运行特性的影响具有十分重要的意义。 本文结合单相接地故障等值分析电路分析了单 相接地故障对接地变压器运行特性的影响因素；基 于配电网实际参数在 PSCAD 软件中建立仿真模型， 并对比单相接地故障时配电网中零序电流仿真值与 电容电流计算值的大小，验证模型的正确性；在此 基础上，仿真分析了故障初相角、过渡电阻以及失 谐度对接地变压器运行特性的影响。 1 系统单相接地故障对接地变压器运行特 性影响因素的分析 接地变压器的负载包括低压侧负载和中性点处 所接消弧线圈[21]，本文主要分析系统单相接地故障 对接地变压器运行特性的影响，故假设接地变压器 低压侧负载保持不变。当系统发生单相接地故障时， 消弧线圈投入运行，其运行特性与系统单相接地故 障发展过程有关。因此，可通过分析消弧线圈运行 特性的影响因素进而分析接地变压器运行特性的影 响因素。 系统单相接地故障可分为燃弧-稳定接地-熄弧 三个阶段[22]，以下基于系统单相接地故障等值分析 - 57 - 电路研究了单相接地故障不同阶段对消弧线圈运行 特性的影响因素，从而判断接地变压器运行特性的 影响因素，系统单相接地故障等值分析电路如图 1 所示[23-24]。 图 1 系统单相接地故障等值分析电路 Fi