電變壓器防雷保護措施分析及應(yīng)用

我國共有2400個縣級農(nóng)村電網(wǎng)及280個城市電網(wǎng)，配電變壓器數(shù)量達數(shù)百萬臺，加之我國土地遼闊，且雷暴日偏多，如南方某些地區(qū)年雷暴日高達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)帶來極大的經(jīng)濟損失，而且嚴(yán)重影響供電可靠性。為此，為了防止雷電波對配電變壓器的侵害，保證配電變壓器安全運行，有必要對配電變壓器防雷保護措施逐一分析，從而有選擇性的采取適當(dāng)?shù)姆览妆Ｗo措施。

一、配電變壓器防雷保護措施

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)備過電壓保護設(shè)計技術(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，避雷器的接地線和變壓器低壓側(cè)的中性點以及變壓器的金屬外殼三點應(yīng)連接在一起接地。這也是部頒DL/T620－1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》推薦的防雷措施。

然而，大量研究和運行經(jīng)驗均表明，僅在高壓側(cè)采用避雷器保護時，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5%左右，個別100雷暴日的雷電活動特殊強烈地區(qū)，年損壞率高達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、逆變換過電壓造成的。正、逆變換過電壓產(chǎn)生的機理如下：

（1）逆變換過電壓。即當(dāng)3～10kV側(cè)侵入雷電波，引起避雷器動作時，在接地電阻上流過大量的沖擊電流，產(chǎn)生壓降，這個壓降作用在低壓繞組的中性點上，使中性點電位升高，當(dāng)?shù)蛪壕€路比較長時，低壓線路相當(dāng)于波阻抗接地。因此，在中性點電位作用下，低壓繞組流過較大的沖擊電流，三相繞組中流過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。三相脈沖電勢方向相同、大小相等。由于高壓繞組接成星形，且中性點不接地，因此在高壓繞組中，雖有脈沖電勢，但無沖擊電流。沖擊電流只在低壓繞組中流通，高壓繞組中沒有對應(yīng)的沖擊電流來平衡。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。由于高壓繞組出線端電位受避雷器殘壓固定，這個感應(yīng)電勢就沿著繞組分布，在中性點幅值最大。因此，中性點絕緣容易擊穿。同時，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。這種過電壓首先是由高壓進波引起的，再由低壓電磁感應(yīng)至高壓繞組，通常稱之為逆變換。

（2）正變換過電壓。所謂正變換過電壓，即當(dāng)雷電波由低壓線路侵入時，配電變壓器低壓繞組就有沖擊電流通過，這個沖擊電流同樣按匝數(shù)比在高壓繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，使高壓側(cè)中性點電位大大提高，它們層間和匝間的梯度電壓也相應(yīng)增加。這種由于低壓進波在高壓側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)過電壓的過程，稱為正變換。試驗表明，當(dāng)?shù)蛪哼M波為10kV，接地電阻為5Ω時，高壓繞組上的層間梯度電壓有的超過配電變壓器的層間絕緣全波沖擊強度一倍以上，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)中性點及變壓器金屬外殼四點連接在一起接地（或稱三點共一體）。

運行經(jīng)驗和試驗研究表明，對絕緣良好的配電變壓器，僅在高壓側(cè)裝設(shè)避雷器時，仍有發(fā)生由于正、逆變換過電壓造成的雷害事故。這是因為高壓側(cè)裝設(shè)的避雷器對于正變換或逆變換過電壓都是無能為力的。正、逆變換過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。低壓側(cè)加裝避雷器可以將正、逆變換過電壓限制在一定范圍之內(nèi)。

3、高、低壓側(cè)接地分開的保護方式。這種保護方式的接線為高壓側(cè)避雷器單獨接地，低壓側(cè)不裝避雷器，低壓側(cè)中性點及變壓器金屬外殼連接在一起，并與高壓側(cè)接地分開接地。

研究表明，這種保護方式利用大地對雷電波的衰減作用可基本上消除逆變換過電壓，而對正變換過電壓，計算表明，低壓側(cè)接地電阻從10Ω降至2.5Ω時，高壓側(cè)的正變換過電壓可降低約40%。若對低壓側(cè)接地體進行適當(dāng)?shù)奶幚恚涂梢韵儞Q過電壓。

該保護方式簡單、經(jīng)濟，但對低壓側(cè)接地電阻要求較高，有一定的推廣價值。

配電變壓器防雷保護措施多種多樣，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電壓；在配電變壓器內(nèi)部安裝金屬氧化物避雷器等等。

二、配電變壓器防雷保護措施應(yīng)用

通過以上分析，可以看出，各種防雷保護措施各有其特點，各地應(yīng)根據(jù)雷暴日雷電活動強度來合理選擇適當(dāng)?shù)姆览妆Ｗo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)，單獨采用某一種防雷保護措施往往不能奏效，宜采用綜合防雷保護措施，即高壓側(cè)裝設(shè)避雷器單獨接地，低壓側(cè)避雷器、低壓側(cè)中性點及變壓器金屬外殼連接在一起的分開接地。

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。

三、結(jié)論

配電變壓器的防雷措施多種多樣，各地配電變壓器的運行管理，定能收到提高配電變壓器防雷保護的效果。