農(nóng)村配電變壓器防雷措施的應(yīng)用

[摘要] 目前我國(guó)農(nóng)村地區(qū)共有配電變壓器約124萬臺(tái)，由于大多位于低洼荒野之地，容易遭受雷擊受到損壞，每年雷擊變壓器占變壓器損壞的50％以上，不僅造成國(guó)家財(cái)產(chǎn)的損失，而且給廣大人民群眾的生產(chǎn)生活帶來極大的不便。文章結(jié)合實(shí)際情況，分析雷擊變壓器的原因，提出配電變壓器防雷的措施，在實(shí)際應(yīng)用中收到良好效果。

[關(guān)鍵詞]配電變壓器；防雷措施

[作者簡(jiǎn)介]王海彬，廣東電網(wǎng)公司茂名高州供電局助理工程師，研究方向：10kV及以下配電網(wǎng)，廣東 高州，525200

[中圖分類號(hào)]TM727.1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1007-7723(2008)12-0149-0002

高州市農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積約3200平方公里，用電戶數(shù)130萬，目前共有2700多臺(tái)配電變壓器。由于高州為山區(qū)地形，土地遼闊，根據(jù)氣象臺(tái)的統(tǒng)計(jì)，全市年平均雷暴日數(shù)為90天，配電變壓器受雷擊損壞較為嚴(yán)重。這不僅給供電企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失，而且嚴(yán)重影響供電可靠性，給廣大人民群眾的生活生產(chǎn)帶來極大的不便。因此，為了防止雷電對(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)措施進(jìn)行分析，從而有選擇性地采取適當(dāng)?shù)姆览妆Ｗo(hù)措施，確保電力設(shè)施的安全可靠運(yùn)行。

一、雷擊變壓器的分析

雷電是指一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電的云層對(duì)大地之間迅猛放電的自然現(xiàn)象。這種迅猛的放電過程產(chǎn)生強(qiáng)烈的閃電并伴隨巨大的聲音。這就是我們常看到的閃電和雷鳴，自然界每年都有幾百萬次閃電，全球每年因雷擊造成人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失不計(jì)其數(shù)。最新統(tǒng)計(jì)資料表明，雷電造成的損失已經(jīng)上升到自然災(zāi)害的第三位。雷電電流平均約為20000A(甚至更大)，雷電電壓大約是10的lO次方伏(人體安全電壓為36伏)，一次雷電的時(shí)候大約為千分之一秒，平均一次雷電發(fā)出的功率達(dá)200億千瓦。 雷電破壞主要有三種基本形式：直擊雷、感應(yīng)雷和雷電波。每年5至9月都是雷擊的高發(fā)期，由此導(dǎo)致的變壓器損壞事故比例也是較大的。雷擊變壓器的繞組損壞是通過很高的電壓幅值，數(shù)十倍甚至數(shù)百倍的電壓，使繞組發(fā)生嚴(yán)重的損壞而變形。從燒壞的故障點(diǎn)可以明顯看出，痕跡較新，同時(shí)由于溫度過高，使油急劇膨脹，甚至噴出，油色呈黑色，有氣味。

雷擊損壞變壓器過去單純認(rèn)為是雷電波進(jìn)入高壓繞組引起，但理論分析和實(shí)際試驗(yàn)表明：配變雷害事故的主要原因是由于配電系統(tǒng)遭受雷害時(shí)的“正反變換”的過電壓引起的，而反變換過電壓損壞事故尤甚?，F(xiàn)就正反變換過電壓發(fā)展過程進(jìn)行分析，討論配變的防雷保護(hù)。

1 正變換過電壓。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)線路遭受雷擊時(shí)，雷擊電流侵入低壓繞組經(jīng)中性點(diǎn)接地裝置入地，接地電流Ijd在接地電阻Rjd上產(chǎn)生壓降。這個(gè)壓降使得低壓側(cè)中性點(diǎn)電位急劇升高。它疊加在低壓繞組出現(xiàn)過電壓，危及低壓繞組。同時(shí)，這個(gè)電壓通過高低壓繞組的電磁感應(yīng)按變比升高至高壓側(cè)，與高壓繞組的相電壓疊加，致使高壓繞組出現(xiàn)危險(xiǎn)的過電壓。這種由于低壓繞組遭受雷擊過電壓，通過電磁感應(yīng)變換到高壓側(cè)，引起高壓繞組過電壓的現(xiàn)象叫“正變換”過電壓。

2 反變換過電壓。當(dāng)高壓側(cè)線路遭受雷擊時(shí)。雷電流通過高壓側(cè)避雷器放電入地，接地電流Ijd在接地電阻Rjd上產(chǎn)生壓降。這個(gè)壓降作用在低壓側(cè)中性點(diǎn)上，而低壓側(cè)出線此時(shí)相當(dāng)于經(jīng)電阻接地，因此，電壓絕大部分加在低壓繞組上了。又經(jīng)電磁感應(yīng)，這個(gè)壓降以變比升高至高壓側(cè)，并疊加于高壓繞組的相電壓上，致使高壓繞組出現(xiàn)過電壓而導(dǎo)致?lián)舸┦鹿?。這種由于高壓側(cè)遭受雷擊，作用于低壓側(cè)，通過電磁感應(yīng)又變換到高壓側(cè)，引起高壓繞組過電壓的現(xiàn)象叫“反變換過電壓”。

3 變壓器不同接線對(duì)正反變換過電壓的影響。(1)Yzn11接線。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)線路落雷時(shí)，雷電流進(jìn)入低壓側(cè)的兩個(gè)“半繞組”中，大小相等、方向相反，在每個(gè)鐵心柱上的磁通正好互相抵消，因而也就不會(huì)在高壓繞組中產(chǎn)生正變換過電壓。在高壓側(cè)線路落雷時(shí)，實(shí)際上由于變壓器結(jié)構(gòu)和漏磁等原因引起磁路不對(duì)稱，因而磁通不可能完全抵消，正反變換過電壓仍然存在，但是較小，可認(rèn)為有較好的防雷作用。(2)Yyn0接線。這種接法的變壓器是我國(guó)的一種標(biāo)準(zhǔn)接線。它有很多優(yōu)點(diǎn)：1)正常時(shí)能保持各相電壓不變，同時(shí)能提供380／220V兩種不同的電壓以滿足用戶要求；2)發(fā)生單相接地短路時(shí)，可避免另兩相電壓的升高；3)可避免高壓竄入低壓側(cè)的危險(xiǎn)。因此，配電網(wǎng)中幾乎所有配變均采用此種接法。

二、配電變壓器防雷保護(hù)措施的應(yīng)用

1 在配電變壓器高壓側(cè)裝設(shè)避雷器。根據(jù)DLtT620－1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》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)，避雷器應(yīng)安裝在高壓熔斷器與變壓器間。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，以充分發(fā)揮避雷器限壓作用和防止逆閃絡(luò)。這也是部頒推薦的防雷措施。

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。用正反變換過電壓理論分析可得知產(chǎn)生正反變換過電壓是由于低壓繞組過電壓引起。因此，只要設(shè)法限制低壓繞組過電壓的幅值，正反變換過電壓就可得到限制。低壓側(cè)裝設(shè)避雷器就是用來限制低壓繞組過電壓的幅值，有了低壓避雷器，正反變換過電壓也就得到有效的抑制，從而也就可以保護(hù)高壓繞組。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(或稱三點(diǎn)共一體)。對(duì)100kVA及以上的變壓器其電阻值應(yīng)不大于4D，，對(duì)100kVA以下的變壓器其接地電阻應(yīng)不大于10。低壓側(cè)所裝避雷器與變壓器的電氣距離應(yīng)不超過5m，越近效果越好，一般可裝于變壓器低壓出線總開關(guān)或總保險(xiǎn)絲的外側(cè)，與變壓器共用接地裝置。這樣，即使避雷器內(nèi)部有問題造成接地短路，熔絲或連接引線也會(huì)熔斷將故障切除。

3 高、低壓側(cè)接地分開的保護(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電壓；而對(duì)正變換過電壓，計(jì)算表明，低壓側(cè)接地電阻從10降至2.5時(shí)，高壓側(cè)的正變換過電壓可降低約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。

4 若某些地點(diǎn)雷電活動(dòng)較劇烈，低壓線路較長(zhǎng)，雷擊變壓器事故較多時(shí)，除在變壓器低壓倒出口安裝一級(jí)低壓避雷器以外，尚可在低壓倒出線20～40m左右(一檔)的地方再加裝一組避雷器，或?qū)⒌蛪航^緣子鐵腳接地，以提高保護(hù)的可靠性。

5 只要避雷器與被保護(hù)設(shè)備的電氣距離不超過5m，裝于變壓器低壓倒出線的一組避雷器不但能夠保護(hù)變壓器，尚可以同時(shí)保護(hù)一路或幾路低壓出線的總電度表及其他電氣設(shè)備。若變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)不接地，為了防止中性點(diǎn)電位升高時(shí)威脅人身和設(shè)備安全，尚必須在中性點(diǎn)加裝一低壓擊穿保險(xiǎn)器接地。它主要有兩方面的作用：一是雷電波作用下，中性點(diǎn)出現(xiàn)危險(xiǎn)的正、逆變換過電壓時(shí)，保險(xiǎn)器擊穿，等于將中性點(diǎn)直接接地；二是當(dāng)運(yùn)行中變壓器絕緣擊穿，高壓竄入低壓系統(tǒng)時(shí)，保險(xiǎn)器即自動(dòng)放電，將低壓系統(tǒng)接地，保證低壓倒出用電安全。

6 避雷器接地引下線越短越好。因?yàn)榻拥鼐€越長(zhǎng)，其電感值越大，在不大的雷電波陡度di／dt=10kA/US時(shí)，接地線上的壓降將會(huì)達(dá)到一個(gè)較大的數(shù)值。它和避雷器殘壓疊加作用在配變絕緣上，會(huì)大大加劇破壞性。所以對(duì)于高壓側(cè)，避雷器應(yīng)裝于高壓跌落式熔斷器的下端。這樣不僅能減少接地引線的長(zhǎng)度，也給避雷器安裝預(yù)試帶來方便(取下跌落式熔斷器，做好安全措施即可進(jìn)行，不會(huì)影響高壓線路運(yùn)行)；其次，當(dāng)避雷器質(zhì)量不良，放電不能熄弧時(shí)，工頻續(xù)流使高壓跌落式熔斷器熔斷，熔管自動(dòng)跌落，可避免因此造成對(duì)高壓線路供電的影響，減少線路的跳閘率。

7 接地的作用主要是防止人身遭受電擊、設(shè)備和線路遭受損壞、預(yù)防火災(zāi)、防止雷擊、防止靜電損害和保障電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。近年來，國(guó)內(nèi)許多地區(qū)連續(xù)發(fā)生多起因接地網(wǎng)不滿足要求而引起的設(shè)備損壞事故。同時(shí)雷擊是導(dǎo)致電網(wǎng)事故的主要自然災(zāi)害之一，雷擊引發(fā)的電網(wǎng)事故占總事故的50％以上。因此，良好的接地裝置應(yīng)是防雷的重要技術(shù)措施。接地電阻實(shí)際是兩部分電阻之和，一部分是接地體金屬物的電阻，另一部分是整個(gè)大地的電阻也稱流散電阻。由于金屬接地體的電阻很小，因此接地電阻主要決定于流散電阻的大小。流散電阻主要由接地裝置的結(jié)構(gòu)和土壤電阻率決定，土壤的電阻率越低，流散電阻也就越低。一些地區(qū)土壤電阻率較大，致使接地電阻值超出規(guī)程要求。因此，要采取多項(xiàng)措施降低接地電阻，常用的方法有更換土壤、采取深井式垂直埋地極、利用接地電阻降阻劑、采取伸長(zhǎng)水平接地體等方法降低接地電阻。

配電變壓器的防雷措施多種多樣，各地配電變壓器運(yùn)行方式、安裝地點(diǎn)等實(shí)際情況又不盡相同。搞好農(nóng)村配變的防雷保護(hù)不僅有直接的經(jīng)濟(jì)效益，還有很大的社會(huì)效益。因此，合理地選擇防雷保護(hù)措施，因地制宜，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。