接地变压器（Grounding Transformer）是一种用于电力系统中为中性点不接地或经消弧线圈接地的系统提供人为中性点的设备，其核心作用是为系统提供零序电流的返回路径，保证系统的正常运行。以下从分类与工作原理两方面详细解析：

一、接地变压器的分类

接地变压器的分类主要依据其结构形式、用途及接线方式，常见分类如下：

1. 按结构形式分类

Z型接地变压器（曲折形接线变压器）

结构特点：由多组曲折形（Z形）绕组构成，通常为三相五柱式或三相三柱式铁芯结构。每相绕组分为两部分（正向与反向串联），通过特殊接线方式使零序阻抗极小，而正序/负序阻抗较大。

特点：零序阻抗可设计得非常低（通常为1%-5%），能有效提供零序电流通道；正序/负序阻抗较高，对系统正常运行影响小。

应用场景：广泛应用于中性点不接地或经消弧线圈接地的系统（如10kV、35kV配电网），是当前主流的接地变压器类型。

普通三相变压器（或单相变压器组合）

结构特点：采用常规的三相变压器（如Yyn接线）或由三台单相变压器组合而成，通过特定接线方式（如二次侧中性点引出）实现中性点接地功能。

特点：零序阻抗相对较高（通常为10%-20%），需通过消弧线圈等设备进一步调节；结构简单，但性能不如Z型变压器。

应用场景：早期或特定场合使用，现代配电网中逐渐被Z型变压器替代。

2. 按用途分类

消弧线圈接地系统用接地变压器

功能：为消弧线圈提供中性点连接点，用于补偿单相接地故障时的电容电流，减少弧光过电压。

特点：需与消弧线圈配合使用，零序阻抗设计需满足消弧线圈的接入要求（通常要求零序阻抗≤消弧线圈阻抗的10%）。

直接接地系统用接地变压器

功能：在中性点不接地系统中人为制造中性点，直接接地（或经小电阻接地），用于限制单相接地故障电流或提供保护信号。

特点：零序阻抗需根据系统需求设计（如小电阻接地时需匹配电阻值）。

3. 按接线方式分类

YNyn接线（二次侧中性点引出）

由普通三相变压器（如YNyn接线）的二次侧中性点引出，作为系统接地点。

特点：零序阻抗较高，需配合消弧线圈或电阻使用。

Z型接线（曲折形接线）

采用Z形绕组结构，直接提供低零序阻抗的中性点。

特点：零序性能优异，无需额外设备即可满足消弧线圈或电阻接地需求。

二、接地变压器的工作原理

接地变压器的核心功能是为中性点不接地系统提供零序电流的返回路径，其工作原理基于电磁感应与零序阻抗特性：

1. 正常运行时的工作状态

在三相平衡系统中，三相电流矢量和为零，接地变压器单传递正序/负序功率，零序电流几乎为零。此时接地变压器主要作为普通变压器运行，承担系统负荷的电压变换与功率传输。

2. 单相接地故障时的工作状态

当系统发生单相接地故障（如A相接地）时：

故障电流路径：故障相（A相）通过接地点与大地形成回路，非故障相（B、C相）对地电压升高至线电压（√3倍相电压）。此时系统需通过中性点接地路径形成零序电流回路，以平衡故障电流。

零序电流的产生：由于三相电压不对称，产生零序电压（大小为相电压，相位相同）。零序电压作用于接地变压器的零序阻抗，在接地变压器绕组中感应出零序电流。该电流通过接地变压器的中性点流向接地点，形成闭合回路。

Z型变压器的优势：Z型变压器的曲折形绕组设计使零序磁通在铁芯中形成闭合路径（各相零序磁通相互抵消，不通过铁芯外部），因此零序阻抗极小（接近绕组电阻），能有效提供大容量的零序电流通道；而普通变压器的零序磁通需通过铁芯外部（空气或油箱），磁阻大，零序阻抗较高。

3. 与消弧线圈/电阻的配合

消弧线圈接地系统：接地变压器的中性点连接消弧线圈，利用消弧线圈的电感电流补偿接地故障时的电容电流，减少弧光过电压。此时接地变压器需提供低零序阻抗，确保消弧线圈能有效接入系统。

电阻接地系统：接地变压器的中性点连接小电阻，通过限制接地故障电流（通常为10A-100A）快速切除故障，避免弧光过电压。此时接地变压器需匹配电阻值，确保零序阻抗与电阻形成合理的分压关系。

三、关键参数与设计要点

零序阻抗：Z型变压器的零序阻抗通常设计为1%-5%，普通变压器为10%-20%。

容量：需同时满足系统负荷需求（正序容量）与接地故障时的零序容量（通常为零序容量≥正序容量的1.5倍）。

绝缘设计：中性点侧需承受系统相电压（中性点不接地时）或故障电压（接地故障时），绝缘等级需高于普通变压器。

总结

接地变压器通过特殊的结构设计（如Z型绕组）或接线方式，为中性点不接地系统提供低阻抗的中性点连接路径，在单相接地故障时形成零序电流回路，保证系统的正常运行。其核心价值在于降低零序阻抗、提高故障电流补偿能力，是配电网中性点接地系统的关键设备。