10kV配電變壓器防雷保護措施技術分析

摘要：文章首先介紹了雷擊對于10kV配電網變壓器造成的危害，進而分析了目前10kV配電變壓器防雷保護中存在的問題，最后針對防雷保護中存在的問題提出了相應的解決措施。

關鍵詞：10kV；配電變壓器；防雷；避雷器；接地電阻

中圖分類號：TM862?；?；?；?；文獻標識碼：A?；?；?；?；文章編號：1009-2374（2014）18-0134-02

1雷擊對10kV配電變壓器造成的危害

相比于110kV及以上電壓等級的主網而言，10kV配電網耐受雷擊的能力要弱得多，一旦遭受雷擊，10kV配電網更容易受到沖擊，也更容易出現故障和事故。一般來說，雷擊造成10kV配電變壓器損壞有以下兩種作用機理：

1.1雷電沖擊波直接作用于10kV配電變壓器

當雷電沖擊波侵入到10kV配電變壓器中，避雷器將動作，雷電流將經由接地電阻泄入大地，造成變壓器繞組中性點的電壓快速攀升。若雷電流是從10kV配變低壓側侵入，由于配變繞組中性點的電壓較高，將在低壓繞組上生成一個沖擊電流，該電流將在配變的高壓側感應出一個很高的感應電動勢，導致中性點的絕緣被擊穿，同時還會擊穿繞組匝間及層間的絕緣；若雷電流是從10kV配變高壓側侵入，同理，在極短時間內高壓側繞組的中性點電壓將快速攀升，進而引起低壓側繞組中性點電壓也快速升高，并在低壓繞組中生成一個過電壓，從而對低壓繞組的匝間和層間絕緣造成威脅。

1.2雷電流侵入到10kV配電變壓器線圈

運行實踐表明，當雷電流沿10kV配電線路傳播到10kV配電變壓器的線圈中時，雷電流作用于線圈的瞬間線圈中的電流是不會突變的，此時可以將電路看作短路，因此該時刻流入10kV配變的電流相當于侵入雷電流以及反射電流的疊加值，其幅值近似于初始值的兩倍，從而對10kV配變造成破壞。

210kV配電變壓器防雷中存在的問題

2.110kV配變高壓側配電線路絕緣水平過高

在很多地區，為了提高10kV配電線路的絕緣水平，降低配電線路的雷擊跳閘率，就采用更高絕緣水平的絕緣子，或增加配電線路絕緣子的數量。例如，某條10kV配電線路的絕緣子型號為X-70型，其單片閃絡電壓為100kV，為了提高絕緣水平，該線路采用2片絕緣子串聯的方式，使其絕緣耐壓水平升至200kV。但配電線路上10kV配變的主絕緣耐壓水平僅為75kV，遠遠低于配電線路的絕緣耐壓水平。這就導致當配電線路遭受雷擊時，由于其絕緣水平較高，不會發生閃絡，雷電流沿配電線路傳播至10kV配變時，10kV配變的絕緣水平較低，而遭到雷電流的破壞。

2.210kV配變低壓側防雷保護欠缺

若10kV配電變壓器低壓側防雷保護欠缺，當雷電流從低壓側侵入10kV配變時，會對配變的低壓側繞組造成威脅。此外，沖擊電流還會在高壓繞組上感應出一個感應電動勢，進而威脅到高壓繞組匝間和層間絕緣。

2.310kV配電變壓器接地電阻不滿足規范要求

以廣東省某地區過去一年發生雷擊事故的5臺10kV配電變壓器為例，測量配變的接地電阻，測量結果見表1所示。

表110kV配電變壓器接地電阻測量結果表

序號 10kV配變容量/kVA 接地電阻值/Ω 是否超標

#1配變 400 12 是

#2配變 315 13 是

#3配變 250 9 是

#4配變 100 11 是

#5配變 80 16 是

國家相關規范中對于10kV配變的接地電阻有明確規定：配變容量≤100kVA，接地電阻應小于10Ω；配變容量>100kVA，接地電阻應小于4Ω。而發生雷擊事故的5臺10kV配變接地電阻均已嚴重超標，其中#2配變的超標最為嚴重，接地電阻值為13Ω，已經超過規范所要求的2倍。接地電阻越高，當遭受雷擊時配變所經受的電壓就越高，一旦超過其絕緣耐壓極限值75kV，就會導致配電絕緣被擊穿。

2.4接地引下線問題

接地引下線的長度不滿足設計要求，長度過短，無法達到要求的泄流效果，使得每根引下線經受很大的電流，造成“反擊”二次事故。

接地引下線的結構不穩定，部分接地引下線未用卡子固定，而是直接插入土壤中。當遭受雷擊時，極高的雷擊沖擊電流會導致未牢靠固定的接地引下線從土壤中揚起，造成事故和人身傷害。

接地引下線由于未進行合理的防腐處理，在長期運行之后受腐蝕情況嚴重，不僅無法達到設計使用壽命的要求，同時對于其導流和泄流功能也造成了直接影響。

2.5避雷器安裝地點不合理

10kV配變低壓側未安裝避雷器進行保護，從而產生正、逆變換過電壓，造成配變的絕緣被擊穿。

電力用戶的進線側未安裝防雷保護裝置，當電力用戶內部發生短路故障時，特別是某些高壓電力用戶，其故障會越級到上一級10kV配變，從而導致配變故障，嚴重時會擴大為大面積的10kV配網停電事故。

310kV配電變壓器防雷保護措施

3.1對雷電流的幅值進行限制

當雷擊發生時，對雷電流的幅值進行限制，能夠有效降低10kV配變受雷擊損壞的概率。運行實踐表明，加裝避雷器能夠有效保護電力設備免于遭受雷擊損壞。在實際工程中，若僅在10kV配變前安裝一組避雷器，對于雷電流幅值的限制比較有限，雷電流幅值依然會超過配變絕緣耐壓水平。因此，可以考慮在10kV配變前第2、第3基桿塔各安裝一組避雷器，并將其與配變前的避雷器配合動作，就能將雷電流的幅值降低要75kV以下，不會對10kV配變的絕緣造成威脅。但值得注意的是，安裝過多避雷器會增加配網運行檢修和維護的工作量和投入成本，同時也會提高10kV配電線路的故障率。因此，可以考慮利用放電間隙等過電壓保護裝置來代替避雷器安裝于配變前第2、第3桿塔上，同時與配變前的避雷器配合動作，以達到很好的雷電流幅值限制效果。

3.210kV配變低壓側采取防雷保護措施

為了防止雷電沖擊波從10kV配變低壓側侵入到配變中，對配變低壓側絕緣造成威脅，有必要在配變低壓側安裝1組避雷器來對雷電波的幅值進行限制。

3.3降低10kV配電變壓器的接地電阻值

多年的運行實踐證明，降低10kV配電變壓器接地裝置的接地電阻值是一項極為有效的防雷保護手段。首先，10kV配變接地裝置的接地形式可以采用四邊放射形接地，其頂端則采用垂直接地極，垂直接地極可以在巖縫或土層厚的地方打入；其次，在垂直接地極和水平放射線的結合部位可以采用接地模塊來有效增大其與土壤之間的接觸面積，更加有利于雷電流的散流；第三，若土壤的電阻率較高，則可以采用在土壤中加入降阻劑的方式來改善土壤條件，以有效降低接地電阻。

3.4科學合理地設置接地引下線

對于避雷器和10kV配變外殼之間的接地引下線要盡可能地縮短，否則在接地引下線上的感應電壓降就比較大，當該電壓降與避雷器殘壓進行疊加，并作用于配變的繞組，將對配變的主絕緣造成嚴重威脅。此外，要固定好接地引下線，保證接地引下線的結構穩固，同時還要對接地極和接地引下線做好防腐處理，以增強接地極與接地引下線的抗腐蝕能力，確保其使命年限和泄流

效果。

4結語

10kV配電變壓器遭受雷擊發生事故絕大多數情況都是由于自身在防雷保護中存在問題和隱患所導致的，特別是在接地電阻和低壓側防雷保護措施缺失方面存在較多不足。因此，要提高10kV配電變壓器的防雷保護水平，就必須進行全面排查，一一發掘存在的問題和隱患，并有針對性地采取相應的解決措施，排除存在問題和潛在隱患，保證10kV配電變壓器遭受雷擊事故不斷減少，確保10kV配電網的運行安全。

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作者簡介：黃衛東（1971—），男，廣東珠海人，廣東電網公司珠海供電局工程師，研究方向：電力系統及其自動化