刍议配电变压器的防雷保护

来源：职称驿站所属分类：气象学论文发布时间：2012-10-05 10:02:30浏览：次

　　摘要：本文结合作者多年工作经验，针对配电变压器的防雷工作，进行了简要的分析与探讨；
　　关键词:配电；变压器；防雷；措施；
　　1．引言
　　随着我国的不断发展，在电力行业中配电变压器重要的设备，如果发生雷击损坏事故，就会造成停电，直接影响着工农业生产和人民生活。因此加强配电变压器的防雷保护工作，对我们安全供电和提高供电的可靠性有很重要的意义。本文就将分析变压器经常遭雷击的原因以及我们在防雷的过程中要采取的措施。
　　2配电变压器遭雷击损坏的原因分析
　　2．1正反变换过电压
　　2．1．1正变换过电压
　　当低压侧线路遭受雷击时，雷击电流侵入低压绕组经中性点接地装置入地，接地电流Iid在接地电阻R上产生压降。这个压降使得低压侧中性点电位急剧升高。它叠加在低压绕组出现过电压，危及低压绕组。同时．这个电压通过高低压绕组的电磁感应按变比升高至高压侧，与高压绕组的相电压叠加，致使高压绕组出现危险的过电压。这种由于低压绕组遭受雷击过电压，通过电磁感应变换到高压侧．引起高压绕组过电压的现象叫“正变换”过电压。
　　2．1．2反变换过电压
　　当高压侧线路遭受雷击时，雷电流通过高压侧避雷器放电入地，接地电流I在接地电阻R．上产生压降。这个压降作用在低压侧中性点上，而低压侧出线此时相当于经电阻接地，因此，电压绝大部分加在低压绕组上了。又经电磁感应，这个压降以变比升高至高压侧．并叠加于高压绕组的相电压上．致使高压绕组出现过电压而导致击穿事故。这种由于高压侧遭受雷击，作用于低压侧，通过电磁感应又变换到高压侧，引起高压绕组过电压的现象叫“反变换过电压”。
　　2．2避雷器接地电阻偏高
　　配电变压器的防雷装置能否起到良好的保护作用．接地装置的质量是至关重要的。我们发现有相当多的农村配电变压器接地装置不符合要求。因为在长期工作中，保护接地装置由于受空气或周围环境污染，以及其他外界影响会出现腐蚀、损伤、折断、脱落、各连接部位松动，致使接地体电阻增大，或雷电后由于受强大电流或某种原因影响，引起闪络放电致使接地线损伤、短路等。这些都会使保护接地装置电阻增加，保护过电压升高，对设备正常工作产生不利影响。更不要说有的接地体钢材埋深不够。接地电阻一般达10欧姆左右，与标准要求的小于等于4欧姆相差甚远由于避雷器接地电阻偏高，所以当雷电流流过接地电阻时，导致变压器外壳电位增高，当其超过一定数值时，就会引起变压器绝缘击穿损坏。
　　2．3避雷器损坏后未及时检出
　　由于坏避雷器未及时检出，造成配电变压器实际没有保护。因而当雷电波再次侵入时易导致配电变压器损坏。
　　2．4避雷器引下线截面不符合规定
　　若采用截面小于规定的铝绞线，雷击时接地引下线被烧断，使雷电流不能泄人大地。有的接地引下线连接不牢固，避雷器动作时将连接处烧坏，也不能起泄放雷电流的作用
　　2．5避雷器引下线过长
　　对农村单杆配电变压器来说，其避雷器接地端离变压器外壳和接地点一般有7m左右，7m长的引下线电感可达到11．7～16．7H。在某一陡度雷电流通过时，接地引下线的压降与避雷器的残压迭加在一起作用在变压器的绝缘上，有可能破坏变压器绝缘。雷击过电压比电气设备的本身额定电压高出许多倍，所以必须对配电变压器安装防雷保护装置。当过电压袭来时．防雷装置先放电，把雷电流引入地下，使变压器免受损坏。
　　2．6防雷保护接线方式的缺陷
　　详细评价见3配电变压器防雷保护接线方式评价3配电变压器防雷保护接线方式评价
　　3配电变压器防雷保护接线方式评价
　　3．1高压侧装设避雷器，采用避雷器单独接地方式
　　如图1所示，当雷击10kV侧时，避雷器对地放电，作用在变压器高压绕组上的过电压．是避雷器的残压UC与雷电流I经接地电阻R而产生的压降IR的叠加。避雷器的残压由避雷器的性能而定例如Y5WS一12／35型氧化锌避雷器的雷电冲击残压为35kV：雷电流流经接地电阻时的压降，以5kA和7n计算．则IR=35kV。残压加压降即为35+35=70kV，超出配变耐压试验标准(30～35kV)，所以此电压作用在高压绕组上，有可能击穿绝缘，所以这种接线方式不合理。
　　
　　3．2高压侧装设避雷器．采用三点共同接地方式
　　如图2，所谓三点共同接地，就是将避雷器的接地线、变压器低压侧中性点及变压器外壳连接在一起后接地。雷击10kV侧避雷器对地放电时．因三点成为一点接地，低压侧中性点及变压器外壳的电位相应提高，所以作用在高压绕组上的过电压，仅是避雷器的残压，与图1相比，高压绕组减少了压降IR的危害，使变压器得以保护。但是，这种接线方式也存在一定缺点，仍有击穿绕组的可能性。雷电流流经接地电阻R时产生的压降仍以35kV为例．作用在低压侧中性点上，而低压出线相当于经导线波阻接地，因此压降大部分加在低压绕组上，经电磁感应，在高压绕组上将按变压比出现高压．变压比以10：0.4=25计算，则高压绕组上的冲击电压将达35×25=875kV。由于高压绕组出线端的电压受避雷器限制．故此高电压沿高压绕组分布，在中性点上达最大值，可能将中性点附近绝缘击穿。同时，此高压沿高压绕组产生的纵向电压也很大，可能将高压绕组的层间或匝间绝缘击穿。另外，假如雷击低压侧时．因低压侧无避雷器，雷电可能击穿低压绝缘，同时作用在低压侧的雷电冲击波按变压比感应到高压侧，可能将高压绝缘击穿。因此，这种接线方式也不尽完善。
　　
　　3.3高压、低压侧均装避雷器，采用三点共同接地方式
　　如图3，这种接线方式，避免了图1和图2的缺点。因高压、低压侧均装设避雷器，并三点共同接地，所以不论雷击高压或低压侧，作用在变压器绕组上的过电压．都限至在避雷器的残压范围内，从而保护了变压器。因此．这种接线方式最为合理、完善，符合《架空配电线路设计技术规程》中的下述要求：“配电变压器的防雷装置应采用阀型避雷器⋯⋯其接地线应与变压器二次侧中性点以及金属外壳相连接”“多雷区，为防止反变换波或低压侧雷电波击穿配电变压器高压侧绝缘．宜在低压侧装设避雷器”
　　
　　4配电变压器防雷保护的改进
　　配电变压器遭受雷击时，虽然高压侧的避雷器正确动作，但常常仍免不了被损坏。由上面的分析可知，究其根本原因是在避雷器动作后配变本身产生正、逆变换过电压所致。因此如何限制产生正、逆变换过电压成为配电变压器防雷的关键。
　　4．1低压侧也要安装避雷器
　　雷电波从低压侧侵入配变时，由于没有避雷器的保护，雷电波直接侵入低压绕组，导致低压绕组中性点电位偏移．从而按电磁感应定律以变比的倍数升高到高压侧，使其电位高出额定值的十几倍，大大的威胁着配变的绝缘。由此可见，配电变压器低压侧没有装设避雷器保护是配电变压器产生正变换过电压．从而被雷击坏的主要原因。因此，为了有效的限制正变换过电压．可以在低压侧也安装避雷器。一旦雷击低压线路或低压线路有感应过电压时将起到保护作用，同时还能有效地限制低压线圈两端的过电压值，保护配电变压器高、低压线圈的绝缘，防雷效果十分显著。
　　4．2降低接地电阻及缩短接地引下线
　　由上面的分析可知，在当雷击配电变压器高压侧时，避雷器动作后，作用在避雷器上的电压由三部分组成．一部分是避雷器动作后的残压。这个值只与避雷器本身的特性有关．我们可以通过选择残压较小的避雷器来降低这个值；第二部分就是流过避雷器的雷电流在入地时。由于有接地电阻的存在，所以在接地电阻上就会出现与接地电阻大小成正比的电压；第三部分是由于接地引下线自身的电感带来的压降。因此，最后作用在高压侧的电压为三部分的叠加．按规程规定，配电变压器的接地电阻应满足下面的要求：
　　1)容量在100千伏安以下配变接地电阻值不应大于10欧；
　　2)容量在100千伏及以上配变接地电阻不应大于4欧。但是，由于配电变压器的接地装置往往受到安装地点的环境、土壤电阻率、锈蚀情况以及埋设中的人为因素的影响，其接地电阻往往严重超标。特别是在山区高土壤电阻率地区，接地电阻的值都在几十欧甚至上百欧，大大的超过了规程的要求范围。例如我们上面分析的江西某县遭雷击的配电变压器，其接地电阻都在50欧以上。其接地装置大都只是一根钢管打入地下作为垂直接地极．没有采用其他任何降阻措施，所以才造成接地电阻普遍偏高。为了有效的降低接地电阻．我们一般采用人工接地体，可以在有垂直接地极的基础上再铺设几根水平放射状接地极，且接地极之间应有可靠的连接，一般都用焊接．而不用细铁丝拧紧，此外焊接还不能有虚焊或假焊。另外．如果还可以充分利用自然接地体来降阻。在选择材料时．对垂直接地极可采用直径大于4mm的厚角钢．水平接地极可采用直径不小于6mm的圆钢。
　　其二就是由接地引下线自身电感产生的电压L．如果接地引下线太长，那么它自身的电感就较大，再加上雷电流的陡度极大。因此此部分的压降也就不能忽视了。我们知道，1m连接线的电感约为1txH，假设雷电流陡度为di／dt=10kA／IxS．连接线上的压降就达到了10kV。如果接地线过长，在其上面的压降就可达几十千伏，也严重威胁着配电变压器的绝缘。因此我们要尽量的缩短接地引下线。
　　4．2避雷器的选择应与线路额定电压相等
　　避雷器的额定电压应按线路上可能出现的容许最大工频过电压选择。避雷器额定电压高于设备额定电压．使设备受雷击时失去可靠保护；避雷器额定电压低于设备额定电压，在正常的过电压下避雷器频繁动作而引起线路接地跳闸。由此看来，避雷器额定电压的选择就显得相当的重要了。
　　4．4加强避雷设备的运行管理
　　运行中的避雷器应结合线路检修和清扫进行试验．对不合格和有缺陷的避雷器进行更换。FS阀型避雷器经过一段时间运行后．因避雷器自身老化其工频放电电压下降，绝缘电阻降低。当其工频放电电压降低到23kV，绝缘电阻低于2000MQ时必须更换．否则会造成线路频繁接地故障。在雷击发生时避雷器亦不能阻断工频续流，避雷器在内部过电压作用下放电爆炸，造成线路跳闸。定期测试接地装置的接地电阻。检查设备接地引下线．及时处理不合格的接地，使之处于良好的运行状态下。
　　5结束语
　　配电变压器雷害事故的原因主要是在防雷保护上存在缺陷比较常见的是在低压侧缺少必要的防雷保护措施，还有就是接地上存在比较严重的问题，接地电阻值普遍偏高以及接地引下线太长等。在配电变压器的防雷上，除了要选择合适全面的防雷保护措施外，重视和加强配电变压器的运行管理也是非常重要的。这样就能大大减小配变雷击事故，提高电网的安全运行水平，从而大大提高供电可靠性。