配電網(wǎng)過電壓保護技術(shù)分析及防范措施

郭勝豐+陳瑤

摘 要：結(jié)合實際，針對配電網(wǎng)過電壓保護技術(shù)及防范措施進行了論述。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；過電壓保護；防范

1 通過對配電網(wǎng)過電壓基本情況的調(diào)查分析，存在如下面問題：

a、配電變壓器雷擊損壞率高（不少地區(qū)為1%）。

b、架空配電線路雷擊斷線事故頻繁，有的地區(qū)年雷擊斷線事故達數(shù)十次。

c、低壓網(wǎng)絡(luò)遭受雷擊多，造成人身傷亡和電能表擊壞等事故。

d、電壓互感器勵磁特性不良和鐵磁諧振，導(dǎo)致保險絲熔斷甚至電壓互感器燒損。

2 配電變壓器的過電壓保護

目前，我國3-10kV配電變壓器多為Y，yno接線。變壓器高壓側(cè)的避雷器接地線與變壓器金屬外殼、低壓側(cè)的中時性點均按有關(guān)規(guī)程采用三點連在一起的接地方式。當高壓側(cè)落雷三相同時進波時，通過避雷器的雷電流會在接地電阻上產(chǎn)生很大的壓降，該壓降有可能使低壓低側(cè)線圈絕緣擊穿；同時，通過電磁感應(yīng)將在變壓器高壓繞組上按其變比感應(yīng)出很高的電壓，并在高壓側(cè)中性點上達到最大值，最終使中性點的絕緣擊穿。這種反變換過電壓還可能將高壓繞組的層間或匝間絕緣擊穿。

另一種情況是配電變壓器低壓側(cè)線路落雪，作用于低壓側(cè)的沖擊波按變比感應(yīng)到變壓器高壓側(cè)。這一電壓的幅值也能使高壓側(cè)的絕緣擊穿，這就是正變換引起的過電壓。

若在配電變壓器低壓側(cè)加裝避雷器有效地抑制低壓繞組可能出現(xiàn)的各種過電壓，使高壓繞組得到保護。

我國電力系統(tǒng)現(xiàn)還有少量Y，zo結(jié)線的配電變壓器，雷擊事故就少見。因此種變壓器低壓側(cè)每一相繞組由兩個相等的“半套 繞組”分別繞在兩個鐵心柱上，反串而成的。這種結(jié)線方式的配電變壓器，當高壓側(cè)落雷或低壓側(cè)三相進波時，在半套繞組中流過的沖擊電流大小相等，方向相反對，加之這種繞組的沖擊零序阻抗很小，在每個鐵心上磁通幾乎等于零。因此，在高壓繞組中基本上沒有正逆變換所引起的過電壓。

運行實踐表明，有配電變壓器低壓側(cè)加裝FS-0.5和FS-0.38低壓避雷器或低壓氧化鋅避雷器，能使雷擊損壞事故下降，這種措施效果較明顯。表1為截止2014年牡丹江地區(qū)雷擊損壞配變的情況。

為了減少配電變壓器雷擊損壞事故，根據(jù)具體情況，可考慮采用下列技術(shù)措施：

a、對雷電強烈地區(qū)以及向農(nóng)村供電的配電變壓器，或新建的配電網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)盡量推廣Y，zo結(jié)線配電變壓器。

b、Y，yno結(jié)線配電變壓器除在高壓側(cè)采用閥型避雷器保護外，低壓側(cè)要用低壓避雷器保護。

c、對多雷地區(qū)為農(nóng)業(yè)供電的配電變壓器高壓側(cè)可采用殘壓低的避雷器保護。

3 配電線路斷線

在配電網(wǎng)中，由過電壓引起的斷線事故十分頻繁，其主要原因分析如下。

3.1 配電線路絕緣水平低

由于絕緣子配置不當，在雷擊時往往造成絕緣子閃絡(luò)或擊碎，進而擴大成為斷線事故。為了減少這種事故，應(yīng)按“交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合”規(guī)定：“3～10kV鋼筋混凝土桿配電線路，宜采用瓷橫擔或其他絕緣材料的橫擔；如果用鐵橫擔，宜采用高一電壓等級的絕緣子……”。

近年來，北京地區(qū)對配電線路上各種組合方式的絕緣子全面進行了沖擊試驗，其結(jié)果見表2。根據(jù)沖擊試驗結(jié)果可以正確選擇各種絕緣子組合。

3.2 配電網(wǎng)沒有配置適當?shù)南【€圈

當絕緣子擊穿造成單相接地故障時，一般都是電弧性接地，如果電容電流較大，又無消弧線圈進行補償，故障點的電弧將難以熄滅，可能燒斷導(dǎo)線或擴大為大間故障。

3.3 配電線路出線開關(guān)跳閘時間設(shè)定不當

隨著電力網(wǎng)容量不斷增大，系統(tǒng)短路電流增加。如果開關(guān)跳閘時間很短，發(fā)生斷線的可能性就少。配電線路過流保護整定時間短，再配合重合曾裝置的正確動作，發(fā)生斷線事故的機會就可大為減少。

3.4 導(dǎo)線截面積過小

通常，根據(jù)實際運行經(jīng)驗，鋁導(dǎo)線截面積在于5mm2及以下時，發(fā)生斷線事故約占90%。因此，在配電線路設(shè)計中選擇最小線號時適當考慮此點。

4 低壓線路落雷

4.1 進戶線落雷情況分析

在我國，低壓架空線路和進戶線下遭受雷擊的情況比較普遍。雷擊進戶線造成人身傷亡事故多數(shù)發(fā)生在多雷地區(qū)，進線在沒有遮蔽的情況下，其瓷瓶腳下接地是十分危險的。

對配電線路的事故情況分析可知：a.雷擊進戶線對人體放電而造成死亡的距離多數(shù)在1.5m以內(nèi)，占全部事故的90%以上；b.人對進戶線距離超過2m以上一般都會發(fā)生人身傷亡事故，比較安全。

4.2 低壓配電過電壓保護措施

4.2.1 在低壓線路進入建筑物前50m處安裝第一組低壓避雷器，并可靠接地，在建筑物內(nèi)再裝一組低壓避雷器。這種保護方式一般只對特別重要的低壓用戶才考慮采用。

4.2.2 在低壓線進入建筑物前的電桿上支持導(dǎo)線的絕緣子鐵腳接地。當?shù)蛪壕€路遭受雷擊時，既能起放電間隙的作用，又能降低侵入建筑物內(nèi)的雷電電壓幅，以防危及人身安全和各種低壓電氣設(shè)備。通常，接地電阻值不超過30Ω。

4.2.3 電能表防雷擊。對處于多雷地區(qū)或易擊地段直接與架空線路相連接的電能表應(yīng)加裝間隙保護，間隙距離一般采用1.5-2mm；也可采用通訊設(shè)備上的500V真空放電器，或采用小型低壓避雷器保護電能表。

5 配電網(wǎng)鐵磁諧振

諧振過電壓嚴重影響電網(wǎng)安全運行。它持續(xù)時間長，一般可達十分之幾秒以上，甚至長期存在。當發(fā)生諧振過電壓時，相電壓與電壓互感器的電流過額定多倍。

為解決互感器諧振問題，對分頻揩振過電壓采取以下技術(shù)措施：a、中性點經(jīng)消弧圈接地。b、選用勵磁特性好，在最高線電壓下鐵心磁通不易飽和的電壓互感器。c、采用分頻繼電器，當發(fā)生諧振時能自動將電壓互感器二次側(cè)開口三角接入電阻。d、采用零序電壓互感器方案。該方案由4臺PT組成，其中3臺電壓互感一次側(cè)接成星形，中性點通過1臺零序電壓互感器接地，主電壓互感器二次輔助線圈發(fā)成閉口三角形，以防止諧振。e、在PT一次側(cè)中性點上串以10～20KΩ電阻后再接地。