10 kV配電變壓器防雷措施

李大志　伊興海

摘要：當(dāng)前，10 kV配電線路絕緣保護(hù)配置較低，雷電過(guò)電壓對(duì)其影響較嚴(yán)重。介紹雷電對(duì)10 kV配電變壓器的危害及產(chǎn)生原因，探討10kV配電變壓器防雷的有效措施，為配電網(wǎng)的雷電防護(hù)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：10 kV配電變壓器；防雷；危害；避雷裝置；接地電阻

中圖分類號(hào)：TM727 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2014）09-0060-02

隨著城鄉(xiāng)配電網(wǎng)供電面積的日益擴(kuò)大，10 kV配電線路的分布越來(lái)越廣泛。然而，當(dāng)前絕緣保護(hù)配置較低，導(dǎo)致雷電過(guò)電壓對(duì)10kV配電線路影響較嚴(yán)重。一旦線路上出現(xiàn)雷電過(guò)電壓，會(huì)經(jīng)線路直接侵入設(shè)置在線路桿塔上的10.0 kV/0.4 kV配電變壓器中，在變壓器內(nèi)部產(chǎn)生很高的電壓。配電變壓器作為電能轉(zhuǎn)換的電力設(shè)備，在電力系統(tǒng)中起著重要作用，一旦因雷電過(guò)電壓損壞，將直接導(dǎo)致用戶斷電。配電變壓器的安全可靠運(yùn)行是影響配電系統(tǒng)供電質(zhì)量的重要因素，通過(guò)加強(qiáng)設(shè)置防護(hù)措施和優(yōu)化配置防護(hù)措施，提高配電變壓器耐受雷電作用的能力，已成為配電網(wǎng)雷電防護(hù)工作中需要迫切解決的問(wèn)題。

1 雷電對(duì)10 KV配電變壓器的危害

雷擊主要有3種形式：一是帶電的云層與大地上某一點(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象，叫做“直擊雷”。二是帶電云層由于靜電感應(yīng)作用，使地面某一范圍帶上異種電荷。當(dāng)直擊雷發(fā)生以后，云層帶電迅速消失，而地面某些范圍由于散流電阻大而出現(xiàn)局部高電壓，或者由于直擊雷放電過(guò)程中，強(qiáng)大的脈沖電流對(duì)周圍的導(dǎo)線或金屬物產(chǎn)生電磁感應(yīng)發(fā)生高電壓以致發(fā)生閃擊的現(xiàn)象，叫做“二次雷”或稱“感應(yīng)雷”。三是“球形雷”。

雷電放電過(guò)程中出現(xiàn)電磁效應(yīng)、熱效應(yīng)以及機(jī)械效應(yīng)。1） 雷電的電磁效應(yīng)。雷云對(duì)地放電時(shí)，在雷擊點(diǎn)主放電的過(guò)程中，位于雷擊點(diǎn)附近的導(dǎo)線上將產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓。過(guò)電壓幅值一般可達(dá)幾十萬(wàn)伏，它會(huì)使電器設(shè)備絕緣發(fā)生閃爍和擊穿，甚至引起火災(zāi)和爆炸，燒毀配電變壓器，造成人員傷亡。2） 雷電的熱效應(yīng)。雷電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，在實(shí)際運(yùn)行中觀察到的避雷線斷股現(xiàn)象，與雷電流的熱效應(yīng)有關(guān)。3） 雷電的機(jī)械效應(yīng)。雷云對(duì)地放電時(shí)，強(qiáng)大的雷電流機(jī)械效應(yīng)表現(xiàn)為擊毀桿塔和變壓器等。

為防止雷電帶來(lái)的危害，應(yīng)對(duì)配電變壓器采取必要的防雷保護(hù)措施。

2 10 kV配電變壓器因雷擊燒毀的原因

2.1 避雷裝置不完善

避雷裝置不完善主要體現(xiàn)在配電變壓器低壓側(cè)沒(méi)有裝設(shè)低壓避雷器。低壓線路分布廣，無(wú)任何保護(hù)，容易遭受雷擊。

當(dāng)雷電落在低壓側(cè)線路上時(shí)，雷電感應(yīng)過(guò)電壓直接通過(guò)計(jì)量箱加在10 kV配電變壓器低壓繞組上，按時(shí)高壓繞組25倍變比，感應(yīng)到高壓側(cè)產(chǎn)生高電壓200 kV。這個(gè)感應(yīng)電壓大大超過(guò)了10 kV配電變壓器高壓繞組的允許沖擊電壓（75 kV），將擊穿高壓側(cè)繞組，燒毀變壓器。

2.2 10 kV配電變壓器接地電阻值過(guò)高

造成10 kV配電變壓器接地電阻值過(guò)高的主要原因是接地裝置的材料不符合要求。接地體埋設(shè)不規(guī)范、接地體埋深不夠、安裝工藝馬虎、接地體與接地線頭虛連、大地過(guò)于干燥、土壤電阻值過(guò)大等，均有可能造成接地電阻值過(guò)高。

設(shè)計(jì)安裝變壓器時(shí)，對(duì)接地線的作用重要性認(rèn)識(shí)不足，中性線截面選擇過(guò)小。安裝避雷器時(shí)接點(diǎn)連接不牢固、外力的破壞、接地線被盜等原因，都有可能導(dǎo)致接地線斷線，造成接電地阻值過(guò)高。另外，年久失修也有可能導(dǎo)致接地電阻值超過(guò)規(guī)定值。

3 10 kV配電變壓器防雷措施

配電變壓器存在雷擊損壞隱患，現(xiàn)有的防護(hù)措施并不能完全保護(hù)變壓器。針對(duì)變壓器低壓繞組首端對(duì)外殼外殼絕緣及高壓繞組中性點(diǎn)對(duì)外殼絕緣這兩絕緣弱點(diǎn)，及接地電阻阻值影響過(guò)電壓的問(wèn)題，可采取加裝避雷器、加裝電感線圈、降低接地電阻等措施防護(hù)。

3.1 加裝避雷器

避雷器在安裝得宜情況下，可以通過(guò)包鉗制電位保護(hù)安裝處的絕緣。針對(duì)這種防護(hù)措施和變壓器兩處絕緣薄的弱點(diǎn)，有3種避雷器設(shè)置方案：在低壓側(cè)加裝避雷器；在高壓繞組中性點(diǎn)加裝避雷器；在低壓側(cè)及高壓繞組中性點(diǎn)均加裝避雷器。

在低壓側(cè)加裝避雷器，無(wú)論線路上出現(xiàn)雷電感應(yīng)過(guò)電壓還量直接落雷，低壓繞組首端對(duì)處殼電壓均在絕緣水平范圍內(nèi)，而高壓繞組中性點(diǎn)絕緣仍有擊穿可能。

在高壓繞組中性點(diǎn)加裝避雷器，可以很好的保護(hù)高壓繞組中性點(diǎn)這一絕緣薄弱點(diǎn)，但對(duì)低壓繞組卻起不到保護(hù)作用。無(wú)論線路遭受直擊雷過(guò)電壓還是雷電感應(yīng)過(guò)電壓，在該種保護(hù)方式下，低壓繞組首端對(duì)處外殼絕緣均會(huì)被擊穿。

低壓側(cè)及高壓繞組中性點(diǎn)均加裝避雷器，可以很好的限制該處過(guò)電壓，無(wú)論沿線路高壓側(cè)或低壓側(cè)侵入直擊雷過(guò)電壓或雷電感應(yīng)過(guò)電壓，低壓繞組首端對(duì)外殼與高壓繞組中性點(diǎn)對(duì)外殼所承受的過(guò)電壓都在相應(yīng)的沖擊耐受電壓范圍內(nèi)，變壓器不會(huì)因雷擊而被絕緣擊穿，是首推方案。

3.2 加裝電感線圈

在高壓側(cè)避雷器前加裝電感線圈，可以通過(guò)降低渡過(guò)避雷器上電流的大小和減小電流的陡度，起到保護(hù)作用。加裝電感線圈對(duì)保護(hù)雷電感應(yīng)過(guò)電壓的效果好，基本可以保證變壓器不受雷電感應(yīng)過(guò)電壓侵入；但當(dāng)雷電流達(dá)到40 kA時(shí)，變壓器內(nèi)部高壓繞組中性點(diǎn)對(duì)外殼電壓與低壓繞組首端對(duì)外殼電壓，仍高于各自的絕緣沖擊耐受電壓。

3.3 降低接地電阻

當(dāng)過(guò)電壓侵入高壓側(cè)線路時(shí)，接地電阻對(duì)變壓器內(nèi)部的電壓影響較大。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，在接地電阻為1 Ω和10 Ω兩種情況下，過(guò)電壓數(shù)值相差約10倍，因此可以通過(guò)進(jìn)一步降低接地電阻的取值來(lái)限制變壓器上的過(guò)電壓。但考慮到將接地電阻從4～10 Ω降低至1 Ω，所投入的經(jīng)濟(jì)成本較高，在某些高土壤電阻率的地區(qū)很難實(shí)現(xiàn)，因此，除選擇盡可能降低接地電阻值的措施外，應(yīng)配合使用使用其它防護(hù)措施。

4 結(jié)語(yǔ)

可采用加裝避雷器、加裝電感線圈、降低接地電阻3種防護(hù)措施保護(hù)配電變壓器。

1） 在低壓繞組側(cè)加裝避雷器，可保護(hù)低壓絕緣不被擊穿，高壓繞組中性點(diǎn)對(duì)外殼相比低壓繞組無(wú)避雷保護(hù)時(shí)降低，但如果雷電流超過(guò)40 kA，高壓繞組中性點(diǎn)絕緣仍會(huì)擊穿；在高壓繞組中性點(diǎn)加裝避雷器，可保護(hù)高壓繞組中性點(diǎn)絕緣不被擊穿，但對(duì)低壓繞組與外殼間的過(guò)電壓幅值無(wú)限制作用，低壓繞組首端對(duì)外殼過(guò)電壓會(huì)超出絕緣耐受水平。

2） 在高壓側(cè)避雷器前加裝電感線圈，當(dāng)直擊雷電流幅值較高時(shí)，變壓器內(nèi)部絕緣仍會(huì)被擊穿，在雷電感應(yīng)過(guò)電壓下，基本可以避免變壓器內(nèi)部因雷擊出現(xiàn)絕緣擊穿。

3） 變壓器接地電阻越小，變壓器內(nèi)部的過(guò)電壓越小，因此在規(guī)程規(guī)定的電阻取值在4 Ω或10 Ω內(nèi)，盡可能降低接地電阻值。但僅靠降低變壓器接地電阻，很難使變壓器內(nèi)部的過(guò)電壓降到允許值以內(nèi)，應(yīng)配合使用其它防護(hù)措施。

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