- 配電變壓器防雷保護(hù)措施
- 配電變壓器防雷保護(hù)措施的應(yīng)用
- 在配電變壓器高壓側(cè)裝設(shè)避雷器
- 在配電變壓器低壓側(cè)加裝普通閥型避雷器或金屬氧化物避雷器
- 高、低壓側(cè)接地分開(kāi)的保護(hù)方式
1 前言
我國(guó)共有2400個(gè)縣級(jí)農(nóng)村電網(wǎng)及280個(gè)城市電網(wǎng)，配電變壓器數(shù)量達(dá)數(shù)百萬(wàn)臺(tái)，加之我國(guó)土地遼闊，且雷暴日偏多，如南方某些地區(qū)年雷暴日高達(dá)100～130日，配電變壓器受雷電波侵害較為嚴(yán)重，這不僅給供電企業(yè)帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)損失，而且嚴(yán)重影響供電可靠性。為此，為了防止雷電波對(duì)配電變壓器的侵害，保證配電變壓器安全運(yùn)行，有必要對(duì)配電變壓器防雷保護(hù)措施逐一分析，從而有選擇性的采取適當(dāng)?shù)姆览妆Ｗo(hù)措施。
2 配電變壓器防雷保護(hù)措施
（1）在配電變壓器高壓側(cè)裝設(shè)避雷器。根據(jù)SDJ7－79《電力設(shè)備過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：配電變壓器的高壓側(cè)一般應(yīng)采用避雷器保護(hù)，避雷器的接地線和變壓器低壓側(cè)的中性點(diǎn)以及變壓器的金屬外殼三點(diǎn)應(yīng)連接在一起接地。這也是部頒DL/T620－1997《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》推薦的防雷措施。
然而，大量研究和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)均表明，僅在高壓側(cè)采用避雷器保護(hù)時(shí)，在雷電波作用下仍有損壞現(xiàn)象。一般地區(qū)年損壞率為1%，在多雷區(qū)可達(dá)5%左右，個(gè)別100雷暴日的雷電活動(dòng)特殊強(qiáng)烈地區(qū)，年損壞率高達(dá)50%左右。究其主要原因，乃是雷電波侵入配電變壓器高壓側(cè)繞組所引起的正、逆變換過(guò)電壓造成的。正、逆變換過(guò)電壓產(chǎn)生的機(jī)理如下：
①逆變換過(guò)電壓。即當(dāng)3～10kV側(cè)侵入雷電波，引起避雷器動(dòng)作時(shí)，在接地電阻上流過(guò)大量的沖擊電流，產(chǎn)生壓降，這個(gè)壓降作用在低壓繞組的中性點(diǎn)上，使中性點(diǎn)電位升高，當(dāng)?shù)蛪壕€路比較長(zhǎng)時(shí)，低壓線路相當(dāng)于波阻抗接地。因此，在中性點(diǎn)電位作用下，低壓繞組流過(guò)較大的沖擊電流，三相繞組中流過(guò)的沖擊電流方向相同、大小相等，它們產(chǎn)生的磁通在高壓繞組中按變壓器匝數(shù)比感應(yīng)出數(shù)值極高的脈沖電勢(shì)。三相脈沖電勢(shì)方向相同、大小相等。由于高壓繞組接成星形，且中性點(diǎn)不接地，因此在高壓繞組中，雖有脈沖電勢(shì)，但無(wú)沖擊電流。沖擊電流只在低壓繞組中流通，高壓繞組中沒(méi)有對(duì)應(yīng)的沖擊電流來(lái)平衡。因此，低壓繞組中的沖擊電流全部成為激磁電流，產(chǎn)生很大的零序磁通，使高壓側(cè)感應(yīng)很高的電勢(shì)。由于高壓繞組出線端電位受避雷器殘壓固定，這個(gè)感應(yīng)電勢(shì)就沿著繞組分布，在中性點(diǎn)幅值最大。因此，中性點(diǎn)絕緣容易擊穿。同時(shí)，層間和匝間的電位梯度也相應(yīng)增大，可能在其他部位發(fā)生層間和匝間絕緣擊穿。這種過(guò)電壓首先是由高壓進(jìn)波引起的，再由低壓電磁感應(yīng)至高壓繞組，通常稱(chēng)之為逆變換。
②正變換過(guò)電壓。所謂正變換過(guò)電壓，即當(dāng)雷電波由低壓線路侵入時(shí)，配電變壓器低壓繞組就有沖擊電流通過(guò)，這個(gè)沖擊電流同樣按匝數(shù)比在高壓繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使高壓側(cè)中性點(diǎn)電位大大提高，它們層間和匝間的梯度電壓也相應(yīng)增加。這種由于低壓進(jìn)波在高壓側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓的過(guò)程，稱(chēng)為正變換。試驗(yàn)表明，當(dāng)?shù)蛪哼M(jìn)波為10kV，接地電阻為5Ω時(shí)，高壓繞組上的層間梯度電壓有的超過(guò)配電變壓器的層間絕緣全波沖擊強(qiáng)度一倍以上，這種情況，變壓器層間絕緣肯定要擊穿。
（2）在配電變壓器低壓側(cè)加裝普通閥型避雷器或金屬氧化物避雷器。這種保護(hù)方式的接線為：變壓器高、低避雷器的接地線、低壓側(cè)中性點(diǎn)及變壓器金屬外殼四點(diǎn)連接在一起接地（或稱(chēng)三點(diǎn)共一體）。
運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)研究表明，對(duì)絕緣良好的配電變壓器，僅在高壓側(cè)裝設(shè)避雷器時(shí)，仍有發(fā)生由于正、逆變換過(guò)電壓造成的雷害事故。這是因?yàn)楦邏簜?cè)裝設(shè)的避雷器對(duì)于正變換或逆變換過(guò)電壓都是無(wú)能為力的。正、逆變換過(guò)電壓作用下的層間梯度，與變壓器的匝數(shù)成正比，與繞組的分布有關(guān)，繞組的首端、中部和末端均有可能破壞，但以末端較危險(xiǎn)。低壓側(cè)加裝避雷器可以將正、逆變換過(guò)電壓限制在一定范圍之內(nèi)。
（3）高、低壓側(cè)接地分開(kāi)的保護(hù)方式。這種保護(hù)方式的接線為高壓側(cè)避雷器單獨(dú)接地，低壓側(cè)不裝避雷器，低壓側(cè)中性點(diǎn)及變壓器金屬外殼連接在一起，并與高壓側(cè)接地分開(kāi)接地。
研究表明，這種保護(hù)方式利用大地對(duì)雷電波的衰減作用可基本上消除逆變換過(guò)電壓，而對(duì)正變換過(guò)電壓，計(jì)算表明，低壓側(cè)接地電阻從10Ω降至2.5Ω時(shí)，高壓側(cè)的正變換過(guò)電壓可降低約40%。若對(duì)低壓側(cè)接地體進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，就可以消除正變換過(guò)電壓。
該保護(hù)方式簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，但對(duì)低壓側(cè)接地電阻要求較高，有一定的推廣價(jià)值。
配電變壓器防雷保護(hù)措施多種多樣，除以上列舉的以外，還有在配電變壓器鐵心上加裝平衡繞組抑制正逆變換過(guò)電壓；在配電變壓器內(nèi)部安裝金屬氧化物避雷器等等。
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3 配電變壓器防雷保護(hù)措施應(yīng)用
通過(guò)以上分析，可以看出，各種防雷保護(hù)措施各有其特點(diǎn)，各地應(yīng)根據(jù)雷暴日雷電活動(dòng)強(qiáng)度來(lái)合理選擇適當(dāng)?shù)姆览妆Ｗo(hù)措施。
（1）在平原等少雷區(qū)，配電變壓器年損壞率較低，可只采用配電變壓器高壓側(cè)裝設(shè)避雷器的方式。
（2）在一般雷電日地區(qū)，推薦采用配電變壓器高、低壓側(cè)均裝設(shè)避雷器的方式。
（3）在多雷區(qū)，單獨(dú)采用某一種防雷保護(hù)措施往往不能奏效，宜采用綜合防雷保護(hù)措施，即高壓側(cè)裝設(shè)避雷器單獨(dú)接地，低壓側(cè)避雷器、低壓側(cè)中性點(diǎn)及變壓器金屬外殼連接在一起的分開(kāi)接地。
（4）在重雷區(qū)，特別是配電變壓器年損壞率較高的地區(qū)，采用綜合防雷保護(hù)措施仍未收到較好的防雷效果后，應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，在配電變壓器鐵心上加裝平衡繞組（即采用新型防雷避雷器），或在配電變壓器內(nèi)部安裝金屬氧化物避雷器。
4 結(jié)論
配電變壓器的防雷措施多種多樣，各地配電變壓器安裝地點(diǎn)實(shí)際情況又不盡相同。因地制宜，合理地選擇防雷保護(hù)措施，并重視和加強(qiáng)配電變壓器的運(yùn)行管理，定能收到提高配電變壓器防雷保護(hù)的效果。
