油田井場變壓器接地方式及接地參數對防雷效果的影響分析

于冰宇

（中國石化股份勝利油田分公司孤東采油廠，山東 東營　257237）

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油田井場變壓器接地方式及接地參數對防雷效果的影響分析

于冰宇

（中國石化股份勝利油田分公司孤東采油廠，山東 東營257237）

摘要井場變壓器是油田供電系統中的關鍵設備，因多數分布在野外，易遭受雷擊而損壞。本文先介紹了井場變壓器防雷的基本措施，然后重點分析了單獨接地和“三點共地”接地方式對防雷效果的影響，并依據理論計算闡述了接地引下線電感值和接地電阻值等參數對雷擊過電壓的影響，得到了井場變壓器應采用“三點共地”接地方式，縮短接地引下線以及杜絕“繞桿”現象的結論。最后，通過仿真證明了結論的正確性。

關鍵詞：井場電壓器；防雷；接地方式；仿真

井場變壓器是石油電力系統中的關鍵電力設備，遇到雷害天氣，極易遭到直擊雷或感應雷的襲擊，導致變壓器損壞，甚至大面積停電事故[1-3]，直接影響著油田的正常生產。就近安裝避雷器可有效接地能夠降低侵入雷電波的幅值和陡度[1]，因此成為井場變壓器防雷的基本保護措施。

為提高防雷效果，實際中主要采取如下措施：①選擇合適的避雷器類型與參數[4-5]；目前，在井場地區一般采用氧化鋅避雷器MOA，其伏安特性具有優良的非線性，動作快，殘壓低；②優化避雷器安裝位置，且盡量靠近井場變壓器裝設[4]；③加強避雷器管理與后期維護工作，確保其防雷性能；④做好井場變壓器的防雷接地工作，控制接地電阻值且確保接地線連接良好。但現場對于變壓器遭受雷擊的機理認識不足，有些采油廠對于變壓器接地方式以及接線參數的選擇不當。導致在雷暴季節，變壓器遭受雷擊損壞仍時有發生，雷擊事故依然高居不下。

本文從理論上分析了避雷器接地方式與接地參數對于防雷性能的影響，并通過仿真進行了結論驗證，以期對油田井場配電變壓器的避雷措施實施，起到一定的指導作用。

1　井場變壓器接地方式對防雷效果的影響

變壓器的防雷接地，主要有以下兩種方法：單獨接地方法和三點共地的接地方法[6-9]。前者如圖1所示；“三點共地”的接地方法是將3個點連接在一起，這3個點分別是低壓側中性點、變壓器外殼和引下線，接地方法如圖2所示。

圖1　單獨接地示意圖

圖2　“三點共地”的接地示意圖

當采用圖1所示的單獨接地方法時，避雷器的殘壓Uc約有十幾千伏到幾十千伏，即其沖擊下的等值電阻不過幾歐姆，但是接地電阻R≈10Ω。所以，當有雷電流流過時，在引下線電感和接地電阻上產生的壓降L+IR＞ Uc。單獨接地時，變壓器高壓繞c組與外殼之間所承受的電壓Ui=Uc+L+IR，這樣很容易使避雷器損壞。當采用圖2所示的“三點共地”接地方法時，變壓器的絕緣就會比較安全了。因為采用這種方式時，加在變壓器絕緣上的電壓Ui= Uc。這種方法明顯比單獨接地的方法要好，對絕緣的保護會增加不少，以免發生擊穿。

接地裝置的安裝和選擇要符合相關規程和技術規范，而且要可靠接地。標準規定：阻值R的選擇與井變容量S有關系，S＜100kVA時，R≤10Ω；S≥100kVA時，R＜4Ω。

考慮到油田井場多采用水泥桿，其內部有若干鋼筋作為支撐，引下線纏繞水泥桿之后，可視為帶鐵心的電感線圈；基于改進電感量解析計算方法[10]，得出引下線的電感量近似值為L≈1.7mH/m，雷電流

i對t的導數為：

則引下線上的壓降會有

避雷器上的殘壓與它和接地電阻上的電壓一起加在雷擊相導線上，會影響線路絕緣的可靠性。因此，應該盡量縮短引下線的長度，減小電感值。

為便于現場施工，接線地往往由廠內統一定制，與現場變壓器、避雷器等安裝高度未必匹配；故井場變壓器中性點、避雷器以及變壓器外殼接地線普遍存在過長，現場施工過程中出現的 “繞桿”現象，在一定程度上增大了接地引下線電感，尤其是在雷電流泄放過程中，會在瞬間出現極大的電感。上述諸多因素極為關鍵，其直接決定了各種措施的防雷效果。

2　仿真

變壓器及避雷器的整體仿真模型由圖3給出，6kV/0.38kV變壓器低壓側星接且中性點接地。分別對單獨接地方式和“三點共地”接地方式進行仿真，分析接地的方式、接地線繞桿、接地引下線的電感和接地電阻對過電壓的影響。

圖3　仿真模型圖

金屬氧化物避雷器模型及參數由圖4給出，仿真中的雷電流波形如圖5所示。

圖4　避雷器模型（金屬氧化物）

設置引下線電感L=0.1mH ，接地電阻R=4?。仿真開始時，在A相線路通入波形如圖5所示的雷電流，雷電流公式[4-11]為

圖5　雷電流波形

由此可知，雷電流幅值I =470kA ，波前T1=2.6μs ，波長T2=40μs 。單獨接地與“三點共地”接地方式下高壓繞組A相首端對外殼電壓波形如圖6、圖7所示。觀察波形圖可知，單獨接地方式下，高壓繞組A相首端對外殼電壓峰值高達27.5kV，而“三點共地”接地方式下高壓繞組A相首端對外殼電壓峰值僅為275V，因此井場變壓器采用“三點共地”接地方式可以有效抑制雷擊過電壓，防止高壓繞組對外殼發生絕緣擊穿。

圖6　單獨接地方式下高壓繞組A相首端對外殼電壓波形（L=0.1mH，R=4Ω）

圖7　“三點共地”接地方式下高壓繞組A相首端對外殼電壓波形（L=0.1mH，R=4Ω）

改變引下線電感值L和接地電阻值R，仿真開始時在A相線路通入雷電流，“三點共地”接地方式下高壓繞組A相首端對地電壓波形如圖8、圖9、圖10所示。觀察波形圖可知，高壓繞組A相首端對地電壓隨著L和R的增大而上升，當L=0.1mH，R=4Ω時，A相對地電壓高15.8kV。因此，應該盡量縮短井場變壓器中性點、避雷器以及變壓器外殼接地引下線，現場施工過程中杜絕“繞桿”現象。

圖8　“三點共地”接地方式下高壓繞組A相首端對地電壓波形（L=0.01mH，R=3Ω）

圖9　“三點共地”接地方式下高壓繞組A相首端對地電壓波形（L=0.01mH，R=4Ω）

圖10　“三點共地”接地方式下高壓繞組A相首端對地電壓波形（L=0.1mH，R=4Ω）

3　結論

1）井場變壓器防雷接地方式對防雷效果影響很大。單獨接地方式下，雷電流流過接地引下線和接地電阻時產生壓降，流過避雷器時產生殘壓，兩者疊加后一起作用在變壓器絕緣上；“三點共地”接地方式下，避雷器的接地線和變壓器的外殼連在一起后再接地，只有避雷器的殘壓作用在變壓器主絕緣上，可避免疊加的高壓損壞變壓器絕緣。

2）雷擊過電壓受接地參數的影響。隨著接地引下線電感值與接地電阻值的增大，雷擊過電壓也會上升，增加了變壓器和線路絕緣壓力。因此在施工工程中，要盡量縮短接地引下線長度，杜絕“繞桿”現象，并通過定期檢修接地裝置防止接地電阻增大。

參考文獻

[1] 歐洲華. 配電變壓器受雷擊分析與防雷措施[J]. 水利電力機械, 2007, 29(9): 50-54.

[2] 吳薛紅, 濮天偉, 廖德利. 防雷與接地技術[M]. 北京: 化學工業出版社, 2008.

[3] 馬福, 湯李佳, 彭厲. 配電變壓器防雷問題分析[J].電瓷避雷器, 2008(5): 34-37.

[4] 文元芳. 高電壓技術[M]. 武漢: 華中科技大學出版社, 2001.

[5] 李魯華. 高電壓技術[M]. 北京: 中國鐵道出版社, 2006.

[6] 程本國, 段建東, 艾文杰, 等. 關于配電變壓器防雷接地的探討[J]. 科技與企業, 2012(14): 165.

[7] 徐鵬, 李世元, 甘鵬, 等. 雷擊配電變壓器事故分析及防雷措施研究[J]. 電瓷避雷器, 2011(4): 57-62.

[8] 唐孝平. 論配電變壓器的防雷接地[J]. 通訊世界, 2014(6): 59-60.

[9] 田軍. 配電變壓器防雷保護措施分析[J]. 科技資訊, 2007(2): 24-25.

[10] 趙亮, 張建軍, 梁東. 干式帶氣隙鐵心電抗器電感計算方法[J]. 高壓電器, 2012, 48(6): 61-64.

[11] 張緯鈸, 何金良, 高玉明, 等. 過電壓防護及絕緣配合[M]. 北京: 清華大學出版社, 2002. .

于冰宇（1978-），男，工程師，在職碩士研究生，主要從事油田配電網運行、維護與管理工作。

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Effect of Grounding Mode and Parameters of Oil Field Transformer on Lighting Protection Performance

Yu Bingyu (Gudong Plant Sinopec Shengli Oil Filed, Dongying, Shandong257237)

Abstract Transformers are the key apparatus in the oil field power system. For most transformers are placed outdoors, the lighting accidents happen frequently. This paper introduces the lighting protection measures for the transformers in oil field and analyzes the grounding mode, including the arrester, transformer shell, the neutral point of low voltage side grounding independently and grounding together. And it focuses on the effect of grounding mode on the lighting protection performance. Meanwhile, it calculates the effect of the grounding wire reactance and grounding resistance theoretically. Then, it comes to the conclusion that it is propitious for improving the lighting protection performance by grounding together mode and reducing the grounding reactance and resistance. In the end, the simulating results prove the validity of the analysis conclusion.

Keywords：oil field transformers; lighting protection; grounding mode; simulation

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