低壓側(cè)避雷器對(duì)于單雙地網(wǎng)變壓器反變換過(guò)電壓的影響

魯浩

摘 要：為抑制反變換過(guò)電壓，雙地網(wǎng)接地方式被提出。因此，對(duì)低壓側(cè)避雷器在單雙地網(wǎng)變壓器中抑制反變換過(guò)電壓的效果進(jìn)行研究顯得較為緊迫。在實(shí)際工程應(yīng)用前，先用電力系統(tǒng)仿真軟件進(jìn)行仿真計(jì)算，可以做到事半功倍的效果。

關(guān)鍵詞：反變換過(guò)電壓；雙地網(wǎng)接地方式；配電變壓器

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）22-0141-02

近年來(lái)配電網(wǎng)的安全供電越來(lái)越受到重視，而配電變壓器—這個(gè)可以被看作是配網(wǎng)的“核心”部件，經(jīng)常受到雷電過(guò)壓的危害，其中雷電引起的反變換過(guò)電壓對(duì)配電變壓器絕緣威脅最大[1-2]。反變換過(guò)電壓是指配變高壓側(cè)進(jìn)線被雷擊時(shí)，高壓側(cè)避雷器導(dǎo)通后將雷電流引入地，由于接地電阻的存在，這個(gè)電流將產(chǎn)生一定的壓降。這個(gè)壓降使低壓側(cè)中性點(diǎn)電位產(chǎn)生偏移，在不考慮負(fù)載的情況下，低壓側(cè)相當(dāng)于開(kāi)路，這樣低壓繞組承受了這個(gè)電壓差。又由于電磁感應(yīng)的存在，這個(gè)電壓差以近似變比被放大至高壓側(cè)線圈，致使高壓繞組出現(xiàn)過(guò)電壓而擊穿。這種由于高壓側(cè)遭受雷擊，作用于低壓側(cè)，通過(guò)電磁感應(yīng)又變換到高壓側(cè)，引起高壓繞組過(guò)電壓的現(xiàn)象叫反變換過(guò)電壓[3]。

1 配電變壓器的接線方式

1.1 配電變壓器的單地網(wǎng)接線方式

配電變壓器采用單地網(wǎng)接方式，即將配電變壓器的高壓側(cè)避雷器引下線、變壓器外殼和變壓器低側(cè)中性點(diǎn)連接在一起三點(diǎn)共同接地。這種方式接地的好處是高低壓繞組之間以及變壓器外殼和繞組之間的電位差小，但這種接地方式存在正反變換過(guò)電壓的問(wèn)題，如圖1所示。

1.2 配電變壓器的雙地網(wǎng)接線方式

雙地網(wǎng)接線方式是一種旨在利用土壤對(duì)沖擊電壓的衰減來(lái)消除正變換過(guò)電壓和逆變換過(guò)電壓的接地方式。在該方式中將配電變壓器的低壓零線、中性點(diǎn)、低壓側(cè)避雷器和變壓器外殼、臺(tái)架一同接于低壓地網(wǎng)，高壓側(cè)避雷器則接于高壓地網(wǎng)，如圖2所示。設(shè)計(jì)雙地網(wǎng)方法目的是降低正、反變換過(guò)電壓對(duì)變壓器繞組絕緣的危害。但在雙地網(wǎng)接地運(yùn)行方式中，雖然可以一定程度上降低正、反變換過(guò)電壓，但線路落雷時(shí)，仍會(huì)在高壓側(cè)接地電阻或低壓側(cè)接地電阻上產(chǎn)生較大的壓降，而且由于變壓器高低壓側(cè)沒(méi)有共同接地，將在高低壓繞組之間產(chǎn)生較大的電位差，從而危及高低壓繞組之間的絕緣。

2 計(jì)算模型的建立

ATP-EMTP是目前世界上應(yīng)用最廣泛的電磁暫態(tài)計(jì)算仿真程序。ATPDraw程序具有標(biāo)準(zhǔn)的Windows操作界面，是比Matlab仿真程度更高的電力系統(tǒng)仿真軟件，其元件庫(kù)更是包含了電力系統(tǒng)中的各種元件。只要點(diǎn)擊相應(yīng)的圖標(biāo)，設(shè)置所選元件的相關(guān)參數(shù)，就能生成對(duì)應(yīng)的模擬電路，電壓表和電流表隨意設(shè)置就可測(cè)量各點(diǎn)電位和各支路的電流。因此，ATPDraw程序已成為電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的有利工具[4]。正是由于以上所述的各種優(yōu)點(diǎn)，對(duì)單地網(wǎng)配電變壓器和雙地網(wǎng)配電變壓器及相關(guān)電力元器件在軟件中建立的仿真模型如圖3和圖4所示。

3 仿真結(jié)果

按照低壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)和防雷保護(hù)規(guī)程要求，以及廣東地處強(qiáng)雷區(qū)的特點(diǎn)，在易遭雷擊的架空低壓進(jìn)戶線用戶側(cè)安裝避雷器和絕緣子鐵腳接地，以保護(hù)與架空低壓線直連的計(jì)量電表及其它低壓用戶電器，并防止雷電波沿線侵入戶內(nèi)造成人身傷亡。事實(shí)上，低壓側(cè)安裝的避雷器對(duì)于抑制正反變換過(guò)電壓有很大的作用，而且低壓側(cè)避雷器在單雙地網(wǎng)的情況下對(duì)于抑制變壓器雷擊過(guò)電壓的作用有很大區(qū)別。

采用圖3和4所示的ATP模型，仿真在雷電流大小為10kA，低壓側(cè)有無(wú)避雷器時(shí)，模擬單雙地網(wǎng)變壓器的過(guò)電壓。

比較圖5和圖6可以看到，單地網(wǎng)高壓側(cè)侵入雷電流幅值為10kA，低壓側(cè)無(wú)避雷器時(shí)，高壓側(cè)中性點(diǎn)過(guò)電壓的最大值達(dá)到了449.88kV，振蕩衰減周期約為210，低壓側(cè)安裝避雷器后，高壓側(cè)中性點(diǎn)電壓的最大值降低到108.27kV，過(guò)電壓的幅值大大減小，其從峰值降到谷值時(shí)，出現(xiàn)了振蕩，這是由于低壓側(cè)避雷器動(dòng)作導(dǎo)致，之后振蕩衰減的周期也約為210。變壓器外殼電位升變化不大。高壓側(cè)中性點(diǎn)過(guò)電壓幅值之所以大大減小是由于低壓側(cè)避雷器動(dòng)作后抑制了流過(guò)低壓側(cè)繞組激磁電流的大小。所以，單地網(wǎng)高壓側(cè)入雷時(shí)，低壓側(cè)避雷器對(duì)于反變換過(guò)電壓起到了很大的抑制作用。

比較圖7和圖8可以看到，雙地網(wǎng)高壓側(cè)三相入雷，雷電流幅值為10kA時(shí)，低壓側(cè)有無(wú)避雷器變壓器的過(guò)電壓幅值變化很小，振蕩周期也基本不變，為210左右，不同的是有避雷器時(shí)高壓側(cè)中性點(diǎn)過(guò)電壓衰減的比低壓側(cè)沒(méi)有避雷器時(shí)快。這說(shuō)明，雙地網(wǎng)時(shí)低壓側(cè)避雷器對(duì)于反變換過(guò)電壓的抑制作用很小，這是由于雙地網(wǎng)將高低壓側(cè)隔離了，低壓側(cè)避雷器兩端的電壓很低，低壓側(cè)避雷器基本沒(méi)有動(dòng)作。變壓器外殼電位升變化不大。

同時(shí)比較圖6和8可以發(fā)現(xiàn)，若低壓側(cè)無(wú)避雷器，雙地網(wǎng)時(shí)變壓器的過(guò)電壓比單地網(wǎng)時(shí)小很多，從449.88kV降到了109.35kV，所以，低壓側(cè)無(wú)避雷器時(shí)，雙地網(wǎng)對(duì)于反變換過(guò)電壓有很強(qiáng)的抑制作用。但是，雙地網(wǎng)低壓側(cè)加避雷器后對(duì)反變換過(guò)電壓沒(méi)有進(jìn)一步的加強(qiáng)作用。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于配變高壓側(cè)入雷的過(guò)電壓，低壓側(cè)避雷器對(duì)于單地網(wǎng)配變反變換過(guò)電壓起重要的抑制作用。而對(duì)于雙地網(wǎng)配變，高低壓側(cè)地網(wǎng)的分離對(duì)于反變換過(guò)電壓起重要的抑制作用。雙地網(wǎng)低壓側(cè)加避雷器后對(duì)反變換過(guò)電壓沒(méi)有進(jìn)一步的加強(qiáng)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]張嘉祥.變壓器線圈波過(guò)程[M].北京：水利電力出版社，1982.

[2]張嘉祥，周賢士.配電變壓器正、反變換過(guò)電壓的研究[J].高電壓技術(shù)，1980，（02）：78-81.

[3]林福昌.高電壓工程[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[4]謝耀明.10kV配電變壓器雷擊故障原因分析及防雷改造措施[J].科技與創(chuàng)新，2016，（5）：150-151.endprint