10 kV配電變壓器防雷措施

李大志　伊興海

摘要：當前，10 kV配電線路絕緣保護配置較低，雷電過電壓對其影響較嚴重。介紹雷電對10 kV配電變壓器的危害及產生原因，探討10kV配電變壓器防雷的有效措施，為配電網的雷電防護工作提供參考。

關鍵詞：10 kV配電變壓器；防雷；危害；避雷裝置；接地電阻

中圖分類號：TM727 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）09-0060-02

隨著城鄉配電網供電面積的日益擴大，10 kV配電線路的分布越來越廣泛。然而，當前絕緣保護配置較低，導致雷電過電壓對10kV配電線路影響較嚴重。一旦線路上出現雷電過電壓，會經線路直接侵入設置在線路桿塔上的10.0 kV/0.4 kV配電變壓器中，在變壓器內部產生很高的電壓。配電變壓器作為電能轉換的電力設備，在電力系統中起著重要作用，一旦因雷電過電壓損壞，將直接導致用戶斷電。配電變壓器的安全可靠運行是影響配電系統供電質量的重要因素，通過加強設置防護措施和優化配置防護措施，提高配電變壓器耐受雷電作用的能力，已成為配電網雷電防護工作中需要迫切解決的問題。

1 雷電對10 KV配電變壓器的危害

雷擊主要有3種形式：一是帶電的云層與大地上某一點之間發生迅猛的放電現象，叫做“直擊雷”。二是帶電云層由于靜電感應作用，使地面某一范圍帶上異種電荷。當直擊雷發生以后，云層帶電迅速消失，而地面某些范圍由于散流電阻大而出現局部高電壓，或者由于直擊雷放電過程中，強大的脈沖電流對周圍的導線或金屬物產生電磁感應發生高電壓以致發生閃擊的現象，叫做“二次雷”或稱“感應雷”。三是“球形雷”。

雷電放電過程中出現電磁效應、熱效應以及機械效應。1） 雷電的電磁效應。雷云對地放電時，在雷擊點主放電的過程中，位于雷擊點附近的導線上將產生感應過電壓。過電壓幅值一般可達幾十萬伏，它會使電器設備絕緣發生閃爍和擊穿，甚至引起火災和爆炸，燒毀配電變壓器，造成人員傷亡。2） 雷電的熱效應。雷電流通過導體時會產生很大的熱量，在實際運行中觀察到的避雷線斷股現象，與雷電流的熱效應有關。3） 雷電的機械效應。雷云對地放電時，強大的雷電流機械效應表現為擊毀桿塔和變壓器等。

為防止雷電帶來的危害，應對配電變壓器采取必要的防雷保護措施。

2 10 kV配電變壓器因雷擊燒毀的原因

2.1 避雷裝置不完善

避雷裝置不完善主要體現在配電變壓器低壓側沒有裝設低壓避雷器。低壓線路分布廣，無任何保護，容易遭受雷擊。

當雷電落在低壓側線路上時，雷電感應過電壓直接通過計量箱加在10 kV配電變壓器低壓繞組上，按時高壓繞組25倍變比，感應到高壓側產生高電壓200 kV。這個感應電壓大大超過了10 kV配電變壓器高壓繞組的允許沖擊電壓（75 kV），將擊穿高壓側繞組，燒毀變壓器。

2.2 10 kV配電變壓器接地電阻值過高

造成10 kV配電變壓器接地電阻值過高的主要原因是接地裝置的材料不符合要求。接地體埋設不規范、接地體埋深不夠、安裝工藝馬虎、接地體與接地線頭虛連、大地過于干燥、土壤電阻值過大等，均有可能造成接地電阻值過高。

設計安裝變壓器時，對接地線的作用重要性認識不足，中性線截面選擇過小。安裝避雷器時接點連接不牢固、外力的破壞、接地線被盜等原因，都有可能導致接地線斷線，造成接電地阻值過高。另外，年久失修也有可能導致接地電阻值超過規定值。

3 10 kV配電變壓器防雷措施

配電變壓器存在雷擊損壞隱患，現有的防護措施并不能完全保護變壓器。針對變壓器低壓繞組首端對外殼外殼絕緣及高壓繞組中性點對外殼絕緣這兩絕緣弱點，及接地電阻阻值影響過電壓的問題，可采取加裝避雷器、加裝電感線圈、降低接地電阻等措施防護。

3.1 加裝避雷器

避雷器在安裝得宜情況下，可以通過包鉗制電位保護安裝處的絕緣。針對這種防護措施和變壓器兩處絕緣薄的弱點，有3種避雷器設置方案：在低壓側加裝避雷器；在高壓繞組中性點加裝避雷器；在低壓側及高壓繞組中性點均加裝避雷器。

在低壓側加裝避雷器，無論線路上出現雷電感應過電壓還量直接落雷，低壓繞組首端對處殼電壓均在絕緣水平范圍內，而高壓繞組中性點絕緣仍有擊穿可能。

在高壓繞組中性點加裝避雷器，可以很好的保護高壓繞組中性點這一絕緣薄弱點，但對低壓繞組卻起不到保護作用。無論線路遭受直擊雷過電壓還是雷電感應過電壓，在該種保護方式下，低壓繞組首端對處外殼絕緣均會被擊穿。

低壓側及高壓繞組中性點均加裝避雷器，可以很好的限制該處過電壓，無論沿線路高壓側或低壓側侵入直擊雷過電壓或雷電感應過電壓，低壓繞組首端對外殼與高壓繞組中性點對外殼所承受的過電壓都在相應的沖擊耐受電壓范圍內，變壓器不會因雷擊而被絕緣擊穿，是首推方案。

3.2 加裝電感線圈

在高壓側避雷器前加裝電感線圈，可以通過降低渡過避雷器上電流的大小和減小電流的陡度，起到保護作用。加裝電感線圈對保護雷電感應過電壓的效果好，基本可以保證變壓器不受雷電感應過電壓侵入；但當雷電流達到40 kA時，變壓器內部高壓繞組中性點對外殼電壓與低壓繞組首端對外殼電壓，仍高于各自的絕緣沖擊耐受電壓。

3.3 降低接地電阻

當過電壓侵入高壓側線路時，接地電阻對變壓器內部的電壓影響較大。根據計算結果可知，在接地電阻為1 Ω和10 Ω兩種情況下，過電壓數值相差約10倍，因此可以通過進一步降低接地電阻的取值來限制變壓器上的過電壓。但考慮到將接地電阻從4～10 Ω降低至1 Ω，所投入的經濟成本較高，在某些高土壤電阻率的地區很難實現，因此，除選擇盡可能降低接地電阻值的措施外，應配合使用使用其它防護措施。

4 結語

可采用加裝避雷器、加裝電感線圈、降低接地電阻3種防護措施保護配電變壓器。

1） 在低壓繞組側加裝避雷器，可保護低壓絕緣不被擊穿，高壓繞組中性點對外殼相比低壓繞組無避雷保護時降低，但如果雷電流超過40 kA，高壓繞組中性點絕緣仍會擊穿；在高壓繞組中性點加裝避雷器，可保護高壓繞組中性點絕緣不被擊穿，但對低壓繞組與外殼間的過電壓幅值無限制作用，低壓繞組首端對外殼過電壓會超出絕緣耐受水平。

2） 在高壓側避雷器前加裝電感線圈，當直擊雷電流幅值較高時，變壓器內部絕緣仍會被擊穿，在雷電感應過電壓下，基本可以避免變壓器內部因雷擊出現絕緣擊穿。

3） 變壓器接地電阻越小，變壓器內部的過電壓越小，因此在規程規定的電阻取值在4 Ω或10 Ω內，盡可能降低接地電阻值。但僅靠降低變壓器接地電阻，很難使變壓器內部的過電壓降到允許值以內，應配合使用其它防護措施。

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