配電變壓器雷害事故分析與防雷保護措施研究

李志博 劉文洵 舒凱

摘 ?要：文章通過對烏魯木齊城區(qū)重雷區(qū)配電網(wǎng)雷擊損壞的事故進行全面的調(diào)查和分析，造成配電變壓器雷害事故的主要原因為低壓側(cè)未安裝避雷器、配電線路防雷保護存在問題以及變壓器接地引下線接地方式存在問題。針對上述配電變壓器在防雷措施上存在的問題，提出了加強完善配電網(wǎng)避雷器保護、改善配電網(wǎng)桿塔和變壓器臺區(qū)的防雷接地以及加裝自動跟蹤補償消弧裝置的綜合防雷保護措施，為后期配電變壓器防雷保護提供參考。

關(guān)鍵詞：配電變壓器;雷害事故;綜合防雷措施

中圖分類號：TM421 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）24-0117-02

Abstract： Based on the investigation and analysis of the lightning damage accident of the distribution network in the heavy mined area of Urumqi City， the main causes of lightning accidents of distribution transformers are the lack of arresters installed on the low voltage side， the problems of lightning protection of distribution lines， and the problems of grounding mode of transformer grounding leads. Aiming at the problems existing in the lightning protection measures of the distribution transformer， this paper puts forward the comprehensive lightning protection measures of strengthening and perfecting the protection of lightning arresters in distribution network， improving the lightning protection and earthing of distribution network towers and transformer station areas， and installing the automatic tracking compensation arc suppression device， so as to provide reference for lightning protection of distribution transformer in the future.

Keywords： Distribution Transformer; lightning accident; comprehensive lightning protection measures

引言

目前，在烏魯木齊城區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)中，架空線路仍然占比60%左右，由于配網(wǎng)本身絕緣水平低以及環(huán)形的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在線路末端容易遭受雷擊，進而造成對關(guān)鍵設(shè)備配電變壓器的損壞，影響供電可靠性。通過對烏魯木齊城區(qū)電網(wǎng)防雷和變壓器的雷害事故進行了調(diào)查，全面的分析研究了城區(qū)重雷區(qū)配電變壓器在防雷保護上存在的問題和不足，提出了針對性的改進措施。

1 配電變壓器雷害事故分析

依據(jù)新疆電網(wǎng)雷電活動區(qū)域劃分，烏魯木齊城區(qū)電網(wǎng)屬于較強雷電活動區(qū)，每年平均被雷電擊壞的10kv配電變壓器10余臺。通過對烏魯木齊城區(qū)電網(wǎng)防雷措施以及配電變壓器的雷害事故原因進行了認真分析，造成配電變壓器雷害事故的主要原因為低壓側(cè)未安裝避雷器、配電線路防雷保護存在問題以及變壓器接地引下線接地方式存在問題。

1.1 線路終端配變雷害事故分析

通過對配電變壓器雷害事故統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)遭受雷擊損壞的配電變壓器基本上處于配電網(wǎng)絡(luò)線路末端，從以下幾個方面分析原因：一是線路末端大多處于山區(qū)，雷電活動強烈，配電線路易遭受感應(yīng)雷擊;二是考慮雷電侵入波的作用，配電變壓器屬于感性設(shè)備，由于電感的存在，對電流的變化起阻礙作用，不能發(fā)生突變現(xiàn)象，這時就會形成電壓全反射，入射波電壓和反射波電壓會形成疊加效應(yīng)，從而造成線路末端配電變壓器會遭受2倍的雷電過電壓，進而威脅到配電變壓器的雷電沖擊絕緣耐受，造成絕緣擊穿現(xiàn)象。

1.2 配電變壓器低壓側(cè)未采取避雷器防護措施

通過對配電變壓器雷害事故統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)針對配電變壓器所采取的防雷措施存在問題，即配電變壓器低壓側(cè)未采取安裝避雷器防護措施，容易使配電變壓器遭受雷害事故，從以下兩個方面進行原因分析：一是低壓側(cè)處于線路末端，大多分布在山區(qū)，雷電活動較為強烈，同時由于其絕緣水平相對較低，主要考慮感應(yīng)雷擊帶來的影響，當?shù)蛪簜?cè)遭受感應(yīng)雷擊，雷電流將通過低壓側(cè)繞組入地，這時會帶來兩方面影響，一方面低壓側(cè)絕緣水平相對較低，直接造成低壓側(cè)絕緣出現(xiàn)雷電沖擊擊穿現(xiàn)象;另一方面，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，會在高壓側(cè)感應(yīng)出雷電過電壓，造成對配電變壓器高壓側(cè)繞組絕緣的擊穿現(xiàn)象。二是當高壓側(cè)線路遭受雷擊，考慮雷電過電壓侵入波的作用，這時高壓側(cè)所安裝的避雷器勢必會動作，雷電流經(jīng)接地引下線入地，這時會產(chǎn)生一個地電位抬升，由于低壓側(cè)中性點屬于直接接地系統(tǒng)，將會直接對低壓側(cè)中性點的雷電沖擊絕緣造成影響，嚴重的情況導(dǎo)致配電變壓器低壓側(cè)中性點絕緣擊穿，造成對設(shè)備的損壞。

1.3 配電網(wǎng)絡(luò)線路的防雷保護措施問題

在配電網(wǎng)絡(luò)線路的防雷保護措施上，由于其絕緣水平相對較低，且架設(shè)高度相對較低，通?？紤]遭受感應(yīng)雷擊，因此，對于配電網(wǎng)絡(luò)而言，重點防雷措施主要針對感應(yīng)雷擊防護措施。目前，主要通過在配電變壓器的高壓側(cè)以及線路終端安裝避雷器進行防護。但是若線路中間側(cè)遭受感應(yīng)雷擊，由于通常不單獨設(shè)計進線段防雷保護，雷電侵入波的幅值和陡都都難以得到有效限制，雷電能量未得到有效釋放和衰減，這時雷電侵入波就會對站內(nèi)配電變壓器的高壓繞組絕緣造成威脅，影響配電網(wǎng)絡(luò)的供電可靠性。

1.4 配電變壓器接地引下線存在問題

通過對烏魯木齊配電變壓器雷害事故統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)配電變壓器接地引下線存在以下問題：一是，由于新疆處于沙石和鹽堿地區(qū)，土壤電阻率較高，存在接地電阻較大的問題，經(jīng)過現(xiàn)場實際測試，不滿足規(guī)程要求，對于容量小于100kva，其接地電阻應(yīng)小于10Ω，對于容量大于100kva，其接地電阻應(yīng)小于4Ω;二是，發(fā)現(xiàn)遭受雷害的老舊變壓器的接地方法存在問題，避雷器仍通過接地引線接地，當高壓側(cè)遭受雷擊，雷電流經(jīng)避雷器入地，造成接地裝置地電位抬升，這時作用到高壓繞組上的電壓就等于避雷器動作以后的殘壓再加上接地裝置抬升的電位，因此，增加了高壓繞組所承受的電位，易出現(xiàn)絕緣擊穿現(xiàn)象。同時十八項反措明確提出，針對配電變壓器應(yīng)采用避雷器、低壓中性點以及外殼的“三位一體”的接地方式。

2 采取改造措施

2.1 加強完善配電網(wǎng)避雷器保護措施

（1）加強避雷器的入網(wǎng)質(zhì)量檢測，嚴格質(zhì)量控制，避免出現(xiàn)不合格質(zhì)量產(chǎn)品掛網(wǎng)運行。

（2）針對配電網(wǎng)絡(luò)中的刀閘和柱上開關(guān)雷電防護措

施，采取加裝避雷器保護措施，避免過電壓造成開關(guān)和刀閘的損壞。

（3）針對雷電活動強烈地區(qū)以及雷擊事故頻發(fā)地區(qū)，

采取差異性、針對性的防雷措施，可以在線路上分段安裝避雷器進行防護，釋放雷電能量，降低雷電幅值和陡都，保護主設(shè)備免受雷擊損壞。

（4）針對配電變壓器的高低壓兩側(cè)均采取安裝合格的避雷器進行雷電防護措施，避免低壓側(cè)繞組以及高壓繞組遭受雷電過電壓損壞。

2.2 改善配電網(wǎng)線路桿塔和變壓器的防雷接地

（1）針對配電變壓器采用避雷器、低壓中性點以及外殼的“三位一體”的接地方式。

（2）針對接地電阻超標，采取降阻措施，通過增加敷設(shè)水平和垂直接地極以及采用降阻劑等綜合措施改善配電變壓器的接地電阻，降低雷電流入地時的地電位抬升。

（3）規(guī)范避雷器、低壓中性點以及外殼的“三位一體”的接地引下線的材料、截面尺寸以及長度等，嚴格按照GB50065-2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范》中相關(guān)要求實行。

2.3 加裝自動跟蹤補償消弧裝置

針對配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中電容電流大于10A的電網(wǎng)，采取安裝自動跟蹤補償消弧裝置進行容性電流補償措施，有利于熄滅電弧，很大程度上降低接地故障，同時當遭受雷擊時，會出現(xiàn)閃絡(luò)，造成雷擊電流后的工頻續(xù)流，電弧難以熄滅，而在安裝了自動跟蹤補償消弧裝置以后，采取自動跟蹤補償容性電流策略，為雷擊電流后的電弧熄滅提供有利條件，很大程度上提升供電可靠性。同時針對配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)加裝自動跟蹤補償消弧裝置后還能有效地防止弧光接地過電壓和鐵磁諧振過電壓，避免造成對配電變壓器的損壞。

3 結(jié)束語

配電變壓器的雷害事故通常都是由于在防雷上存在缺陷和漏洞所致，特別是在接地和低壓側(cè)的防雷保護方面存在問題較多。通過完善配電避雷器保護、改善配電網(wǎng)桿塔和變壓器臺區(qū)的防雷接地以及加裝自動跟蹤補償消弧裝置，可以大幅度提升配電變壓器的防雷保護水平，降低配電變壓器雷擊故障率，進而提升配電網(wǎng)的安全運行可靠性。

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