試論配電變壓器的防雷接地

謝楊永　李國興

摘要：配電變壓器是使用比較廣泛并且非常重要的電力設(shè)備，很容易遭受雷擊而出現(xiàn)故障，一旦損壞就會造成停電，嚴(yán)重影響企業(yè)的正常生產(chǎn)和人民的生活。因此要實現(xiàn)安全供電，就必須加強配電變壓器的防雷接地保護。

關(guān)鍵詞：配電變壓器；防雷；接地

雷電是一種自然現(xiàn)象，隨意性很大，對電力系統(tǒng)中的配網(wǎng)危害，有時感覺防不勝防。其實根據(jù)雷電活動規(guī)律，配網(wǎng)防雷還是有一定方式，一般根據(jù)電壓等級、負(fù)荷性質(zhì)、系統(tǒng)運行方式、原有運行經(jīng)驗、雷電活動強弱、地形地貌的特點和土壤電阻率的高低等條件，通過經(jīng)濟技術(shù)比較確定。

1 雷擊損壞配電變壓器原因概述

雷擊損壞配電變壓器主要原因集中在正、逆變換過電壓，因此一般是通過在高、低壓側(cè)均裝設(shè)避雷器來消除這兩種過電壓實現(xiàn)對配電變壓器的保護，但在運行中發(fā)現(xiàn)絕緣良好的配電變壓器仍會發(fā)生雷擊損壞，可能是避雷器接地電阻偏高或者避雷器損壞了但是未能及時發(fā)現(xiàn)，都會引起配電變壓器遭受雷擊的損壞。

1.1正變換過電壓

所謂正變換過電壓， 就是當(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SQ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。

1.2逆變換過電壓

即當(dāng)3-10 kV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，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、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，可能在其它部位發(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。

1.3其他原因引起的損壞

在實際運行過程中，配電變壓器原的絕緣很好，但是還會出現(xiàn)雷擊損壞現(xiàn)象，那就是防雷裝置的本身問題引起的。一些配電變壓器由于長期工作或接地體鋼材埋深不夠，保護接地裝置受空氣和周圍環(huán)境污染嚴(yán)重，從而出現(xiàn)損傷、折斷、脫落等現(xiàn)象，使接地體電阻增大；另外，雷電后受強大電流或其它原因影響導(dǎo)致接地線損傷、短路等。以上現(xiàn)象都會增加保護接地裝置電阻，當(dāng)雷電流流過接地電阻時使變壓器外殼電位增高，增高到一定值時會引起變壓器絕緣擊穿損壞，影響設(shè)備的正常工作。

2 配電變壓器的防雷接地保護措施

目前，配電變壓器防雷保護工作除了應(yīng)確保避雷器的連接線應(yīng)盡可能短，接地裝置符合要求等基本措施外，主要有以下幾方面的研究與應(yīng)用：

2.1配電變壓器低壓側(cè)加裝避雷器

高壓側(cè)避雷器應(yīng)裝設(shè)在跌落保險下方。理由是：①可以減少避雷器引下線長度，使避雷器離變壓器更近，保護效果更好；②當(dāng)避雷器質(zhì)量不良，放電后不能熄弧時，工頻續(xù)流使保險絲熔斷，保險管自行跌落與系統(tǒng)分離，從而縮小了事故停電范圍；③便于避雷器的更換試驗，只要將變壓器高壓側(cè)跌落保險拉開即可自行換裝。

如果低壓側(cè)裝有避雷器，當(dāng)高壓側(cè)避雷器放電，接地裝置上電位升高到一定值時，則低壓側(cè)避雷器就會放電，使低壓側(cè)繞組出線端電位與其中性點及外殼的電位差減小，就能消除或減小“反變換”電勢。對于Y，Yn接線的配電變壓器，特別是低壓出線較長，易受雷擊或線路絕緣水平較高(例如采用木桿、石桿、木擔(dān)、瓷擔(dān)或高壓瓷瓶的低壓線路)的配電變壓器，低壓側(cè)更有必要采取保護措施，且將低壓絕緣子鐵腳接地以提高保護的可靠性。

2.2架空線路絕緣子鐵腳接地問題

低壓架空線路的絕緣子鐵腳宜接地，其接地電阻不已超過3OΩ。土壤電阻率在2001Ω．M

以下的鐵橫擔(dān)鋼筋混泥土桿線路，由于連續(xù)多桿自然接地的作用，可不另設(shè)接地裝置。屋內(nèi)有電力設(shè)備接地裝置的建筑物，可在人口處將絕緣子鐵腳與該接地裝置相連，就不必另設(shè)接地裝置。人員密集的公共場所，如劇院和娛樂場、教室等的接戶線，以及由木桿或木橫擔(dān)引下的接戶線，其絕緣子鐵腳應(yīng)裝設(shè)專用的接地裝置。而鋼筋混泥土電桿的自然接地電阻不超過3OΩ的除外。年平均雷暴日不超過3O天的地區(qū)、低壓線被建筑物等屏蔽的地區(qū)以及接戶線距低壓線路地點不超過50m的地方，接戶線絕緣子鐵腳可不接地。

2.3“三位一體”的接地方式

即避雷器的接地線和低壓繞組的中性點及變壓器金屬外殼連結(jié)在一起。其目的是避免雷電流流過接地裝置時產(chǎn)生的壓降與避雷器殘壓疊加起來作用在變壓器繞組絕緣上導(dǎo)致絕緣損壞。若避雷器獨立接地，則繞組上的對地電壓為（UC+UR）,其中，為沖擊電流。由于變壓器沖擊絕緣水平是和避雷器的殘壓UC配合的，也即只允許UC作用于繞組上。所以這種接線方式可能使變壓器絕緣損壞若變壓器低壓繞組的中性點不與避雷器接地端和變壓器外殼相連結(jié)。這時繞組上的對地電壓即圭絕緣的電壓就是避雷器殘壓，但是，接地電阻上壓降將使外殼(對地)電位抬高到IRch 可能造成對低壓繞組絕緣的損壞。

在選擇接地電阻RE時按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：配變?nèi)萘俊?00kV·A，RE≤4n；配變?nèi)萘?100kV·A，R ≤l0Ω。若配變?nèi)c共地， 應(yīng)取三者中最小值，一般防雷接地的接地電阻<10Ω，工作接地的接地電阻<4Ω，保護接地的接地電阻<50／I(I為高壓系統(tǒng)單相接地電流)主要取決于保護接地的接地電阻值。10kV系統(tǒng)中電容電流差別很大，有的不足10A，有的高達(dá)上百A，配變?nèi)c共地時，要根據(jù)高壓系統(tǒng)確定RE，不能簡單規(guī)定4Ω或10Ω，一般大容量高壓系統(tǒng)中RE應(yīng)取1Ω。低壓工作接地單獨另設(shè)時，100kV·A以下配變的低壓側(cè)工作風(fēng)，可放寬至10Ω。

2.4在配電變壓器高壓側(cè)加裝電抗線圈

在配電變壓器高壓側(cè)加裝電抗線圈有兩個作用：其一是抬高它前面的閥式避雷器沖擊電壓，使避雷器容易放電，從而保護變壓器。其二是降低波前陡度，減小作用于變壓器匝間和層間的沖擊電壓梯度，保護配電變壓器的縱絕緣。實踐中，往往采取綜合防雷保護措施，為配電變壓器的保護設(shè)置多道防線，即是將上述的有關(guān)保護措施加以組合，從多方面來限制侵入配電變壓器的雷電波，使配電變壓器免遭雷害，達(dá)到安全運行的目的。

3 結(jié)語

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實際情況又不盡相同。因地

制宜，合理地選擇防雷保護措施，加強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。配變防雷接地是一項復(fù)雜的電氣工程，嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)規(guī)定，認(rèn)真設(shè)計施工，及時試驗，驗收合格后方可投入使用。使用過程中還要經(jīng)常檢查，測試參數(shù)，確保防雷和接地裝置長期安全、穩(wěn)定運行，保護人身和設(shè)備安全。

參考文獻

[1] SD J8-79. 電氣設(shè)備接地設(shè)計規(guī)程[S].

[2] GB 50169-92. 電氣設(shè)備安裝工程接地裝置施工驗收規(guī)范[S].

[3]李景祿，張亞賓.配電網(wǎng)中性點接地方式探討[J].中國防雷.2005，(2):23-25.