摘要：由于雷擊過電壓、正逆變換過電壓等因素，配電變壓器的雷擊損壞率一直很高，低壓設(shè)備因雷擊損壞的情況嚴(yán)重。文章通過對(duì)雷電損壞設(shè)備的機(jī)理分析以及對(duì)多種接地防雷方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，對(duì)配電變壓器如何鋪設(shè)防雷電接地、保護(hù)接地、工作接地等各種裝置以及其安裝要求進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：配電變壓器；防雷保護(hù)；過電壓；接地裝置；雷擊過電壓；正逆變換過電壓；雷擊損壞率 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM862 文章編號(hào)：1009-2374（2015）36-0075-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.036

1 概述

目前，我國配電變壓器損壞率達(dá)到了1%，在雷電比較多的地區(qū)，配電變壓器損壞率達(dá)到了5%左右，損壞率最高的地區(qū)主要是雷電比較頻繁的地區(qū)，可達(dá)到10%～15%。在我國，損壞率最高的主要是低電壓配電網(wǎng)的損壞，低電壓電網(wǎng)的損壞直接影響了人們的生產(chǎn)和生活。在人們的生產(chǎn)生活中，家用電器、辦公設(shè)備、通訊設(shè)備及計(jì)量儀表的損壞率是最高的。雷擊損壞的主要原因是正、逆變換過電壓。傳統(tǒng)的方式是，保護(hù)高側(cè)和低側(cè)避雷器的安裝以消除這兩個(gè)過壓，但良好的絕緣配電變壓器雷擊損壞仍可能發(fā)生在操作中。

2 哪些雷會(huì)破壞配電變壓器

2.1 直擊雷

雷雨云與空氣中的對(duì)地電壓上升的電荷數(shù)十億伏。當(dāng)雷雨云到的電場強(qiáng)度的地面突起到達(dá)空氣的擊穿強(qiáng)度放電現(xiàn)象被稱為直接雷擊。經(jīng)驗(yàn)證明：任何設(shè)施或設(shè)備遭到直擊雷攻擊，很少能免遭損壞。

2.2 感應(yīng)雷

由靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)產(chǎn)生的雷都叫做感應(yīng)雷。

2.2.1 靜電感應(yīng)，是雷云在接近地球表面時(shí)，被突起的建筑物的頂部感應(yīng)產(chǎn)生大量的異性電荷，一旦電性相反的雷云在空中相遇放電后，建筑物頂部聚集的感應(yīng)電荷就會(huì)放出，形成高速傳播的雷電波。

2.2.2 電磁感應(yīng)，空間中的電流發(fā)生雷擊是會(huì)迅速變化的，變化的電流會(huì)產(chǎn)生磁場，即電磁感應(yīng)，這會(huì)讓附近的金屬物體產(chǎn)生很大的感應(yīng)電壓。靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)產(chǎn)生的雷都能擊穿配電變壓器上的絕緣設(shè)備。

2.3 雷電入侵波

2.3.1 正變換過電壓。當(dāng)雷擊產(chǎn)生的電波沿著低壓線路傳到配電變壓器時(shí)，沖擊電流會(huì)通過低壓繞組，這個(gè)沖擊電流會(huì)在高壓繞組上產(chǎn)生基于匝數(shù)比的感應(yīng)電動(dòng)勢，使高壓側(cè)的電壓增大，同時(shí)變壓器內(nèi)部的電壓也相應(yīng)變大，低壓側(cè)電流沖擊波導(dǎo)致高壓側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電壓的過程就叫做正變換，電壓稱為正變換過電壓。

2.3.2 反變換過電壓。與正變換過電壓相反的就是反變換過電壓，在雷電進(jìn)入高壓側(cè)的線路后，會(huì)引起避雷針的反應(yīng)，此時(shí)沖擊電流就會(huì)通過接地電阻，并且產(chǎn)生壓降，當(dāng)壓降傳遞到低壓繞組的中性點(diǎn)上后中性點(diǎn)的電位相應(yīng)提高，在長距離的低壓線路中，相當(dāng)于波阻抗接地。所以通過沖擊電流在中性點(diǎn)電位的作用下通過低壓繞組時(shí)會(huì)很大。三相繞組中的沖擊電壓也是根據(jù)磁場變化配電變壓器高壓側(cè)的匝數(shù)比產(chǎn)生的，這個(gè)電壓很大，繞組中通過的電流大小一致、方向一樣。三相電路中的繞組采用星形連接，中性點(diǎn)是不接地的，所以在三相電路的高壓側(cè)無沖擊電流卻有脈沖電壓。而低壓繞組中是有電流的，對(duì)應(yīng)的是高壓繞組的無電流，所以低壓繞組會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁電流，由沖擊電流產(chǎn)生，高壓側(cè)會(huì)有很高的感應(yīng)電動(dòng)勢。避雷針的殘壓會(huì)固定住高壓繞組的出線側(cè)電壓，繞組中這個(gè)電勢會(huì)均勻分布，在中性點(diǎn)到達(dá)最大值，容易將中性點(diǎn)的絕緣設(shè)備擊穿。反變換中高壓沖擊波引起的電壓通過低壓側(cè)的電磁感應(yīng)傳到高壓側(cè)。

3 配電變壓器防雷原理

3.1 防止直擊雷的雷擊

將雷擊電流引導(dǎo)走是防直擊雷的最好方法，所以避雷針得到了廣泛的采用，另外通過將配電變壓器安裝在室內(nèi)也能防止直擊雷。

3.2 防止感應(yīng)雷和雷電入侵波的電擊

最高電壓能達(dá)到數(shù)十萬伏的感應(yīng)雷和雷電入侵波，電壓在通過正變換過或者反變換過后很容易就會(huì)將變電器中性點(diǎn)的絕緣設(shè)備擊穿，導(dǎo)致危險(xiǎn)的后果。只有減少絕緣線上的電壓和防止換過電壓，才能有效地保護(hù)配電變壓器免遭雷擊。

3.3 普遍使用的保護(hù)接地方式

3.3.1 雙側(cè)裝避雷針單接地法。傳統(tǒng)的接線方法，所有的接地點(diǎn)連在一起并且接地，而高低壓側(cè)的避雷針接地點(diǎn)、低壓側(cè)的中性點(diǎn)、變壓器的接地部分都連接在一起的。

優(yōu)勢：接線操作難度小，避雷器在被擊穿后只有殘壓能夠傳到變壓器的主絕緣上。

劣勢：換過電壓依然存在，不能消除，特別是當(dāng)雷擊電流過大時(shí)，接地電阻上的電壓會(huì)傳到電壓繞組上，逆變電壓可能會(huì)將高壓側(cè)的絕緣設(shè)備擊穿。設(shè)備在避雷器被擊穿時(shí)，會(huì)被從接地電阻傳回來的高電壓燒毀。

3.3.2 雙接地網(wǎng)雙側(cè)裝設(shè)避雷器方式。因?yàn)榈厍螂妶隹梢詼p弱雷電波，所以可以通過接地消除變換過電壓，通過將避雷器的高壓側(cè)接地點(diǎn)與避雷器的低壓接地點(diǎn)各自接地來實(shí)現(xiàn)避雷的效果。

優(yōu)勢：雷擊過程中產(chǎn)生的變換過電壓能夠被消除。接地點(diǎn)和低壓處的零線不會(huì)再有高壓側(cè)的雷擊電波傳過來。

劣勢：對(duì)分布有嚴(yán)格要求的兩個(gè)獨(dú)立接地網(wǎng)都要制作。在遭遇雷電擊中后，避雷器上的殘壓和接地電阻的壓降都會(huì)作用在配電變壓器的主絕緣上，避雷器的殘壓沒有接地電阻的電壓大，所以變壓器受到的雷擊沖擊更大，變壓器的絕緣設(shè)備老化速度也就大大加快了。

3.3.3 單側(cè)接入地網(wǎng)Yzn配變法。高低壓避雷器，Yzn接線變壓器和接地網(wǎng)共同構(gòu)成這種陪變法。

優(yōu)勢：通過改變了低壓側(cè)繞組的接線方法，兩個(gè)相反的磁場會(huì)出現(xiàn)在接地電阻的鐵芯上，所以電壓不會(huì)傳遞到高壓側(cè)，也就不會(huì)出現(xiàn)變換過電壓。另外，因?yàn)楦叩蛪罕芾灼鞯慕拥鼐€都跟變壓器的外表面相接觸，即使避雷器被毀，也只有避雷器的殘壓可以影響到變壓器的主絕緣線，使變壓器可以安全地工作。

劣勢：通過這種方法保護(hù)變壓器要在低壓側(cè)使用更多的成本，在避雷器被損壞后，低壓側(cè)會(huì)有高電壓從接地電阻上竄過來，導(dǎo)致設(shè)備被損毀。

4 配電變壓器防雷手段

4.1 進(jìn)行全面的高壓瞬態(tài)等電位連接

在接地這個(gè)處理上，將避雷器、變壓器外表面、中性線和其他導(dǎo)體部件連在一起后共同接地，然后將3個(gè)高壓避雷器裝在變壓器高壓側(cè)，低壓側(cè)同樣處理，這樣就實(shí)現(xiàn)了全面的等電位連接。在經(jīng)過此方法保護(hù)下，在被雷電擊中后，設(shè)備整體始終保持在同樣的水平上，因?yàn)殡妷合嗤?，所以沒有電流流動(dòng)，雷電就不會(huì)破壞設(shè)備。生活中通過高壓瞬態(tài)等電位連接保護(hù)的配電變壓設(shè)備被雷電擊中后，因接線是不同的，所以避雷器電壓存在區(qū)別，另外連接導(dǎo)體的電阻是不可以忽略的，所以這里所說的等電位連接并不是真的完全相等，不過此時(shí)的電位差已經(jīng)不會(huì)對(duì)變壓器造成威脅了。在常用的防雷方法中，做到高壓等電位連接來防雷是最好的方法，安全簡單有效。

4.2 高壓架空線路的防雷方法

保護(hù)變壓器高壓架空線免遭雷擊的常用方法：在高壓架上安裝避雷針或架空轉(zhuǎn)埋地15m以上接入變壓器均可使侵入變壓器高壓側(cè)的雷電波強(qiáng)度大大降低。

4.3 低壓架空線防雷措施

低壓架空線一般架設(shè)在10kV高壓線下，不易受到直接雷擊，但是單獨(dú)在野外架設(shè)的低壓線也易被雷電擊中?，F(xiàn)在四線平行架設(shè)得到了單獨(dú)架設(shè)的低壓架空線的普遍采用，都沒有安裝避雷針。為了保護(hù)低壓架空線，多采用以下方法：把電線桿頂端的中性線起避雷針的作用接地，可以防止低壓線被雷電擊中，變壓器可以安全工作。

4.4 配備優(yōu)質(zhì)接地線

通常來說避雷器越短的接地下線越好。當(dāng)接地線的長度較大時(shí)，即使雷電波的陡度比較小，也會(huì)導(dǎo)致接地線上的壓降達(dá)到一個(gè)很大的值，這個(gè)壓降會(huì)和避雷器的殘壓一起形成巨大的壓降，配變變壓器上的絕緣設(shè)備就容易被損壞。所以要在熔斷器的下端裝一個(gè)避雷器來保護(hù)設(shè)備，同時(shí)接地引線也會(huì)變短許多，當(dāng)然避雷器的安裝工作也就變得更簡單了。如果避雷器不能正常工作導(dǎo)致熔管會(huì)從變電器上移除下來，高壓線路的供電不會(huì)因此而受到破壞，整個(gè)電力系統(tǒng)也不會(huì)頻繁出現(xiàn)故障，有利于終端設(shè)備的穩(wěn)定工作。

4.5 將四點(diǎn)共同接地的防雷方法

《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》中寫到：“3～10kV配電系統(tǒng)中的配電變壓器應(yīng)裝設(shè)避雷器保護(hù)。避雷器應(yīng)盡量靠近變壓器裝設(shè)，其接地線應(yīng)與變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)以及金屬外殼等連在一起接地?！睂⒈芾灼餮b在變電器低壓側(cè)的保護(hù)方法特點(diǎn)如下：避雷器可以保護(hù)低壓側(cè)的同時(shí)也保護(hù)高壓側(cè)，兩側(cè)的避雷器，繞組的中性點(diǎn)和變壓器的外表面四點(diǎn)同時(shí)接地稱為四點(diǎn)共同接地?？紤]了下面兩點(diǎn)后決定采用這種接地方法：

在接線的過程中，將兩側(cè)的接地線還有低壓繞組的中性點(diǎn)接在一起，整個(gè)設(shè)備內(nèi)部就處于相同的電壓下，避雷器的雷電流和接地電阻上的壓降就沒有了，變壓器的繞組就可以安全工作。在以上幾點(diǎn)共同連接后，只有避雷器上的殘壓會(huì)影響到絕緣設(shè)備，而設(shè)備的內(nèi)部絕緣裝置也不會(huì)受到各種壓降的影響。在變壓器的外表面和避雷器都被接入大地后，變壓器上所收到的電壓僅為避雷器的殘壓，接地電阻的壓降會(huì)使變壓器的外表面電壓加大，此時(shí)低壓繞組就會(huì)出現(xiàn)逆閃絡(luò)這一現(xiàn)象，通過將變壓器的低壓繞組上的中性點(diǎn)與變壓器外表面相連接，從而處于相同的電位，可以避免這一現(xiàn)象。

5 結(jié)語

作為一個(gè)系統(tǒng)的工程，配電變壓器的防雷在對(duì)雷電流、波阻抗、分布電流等有了更深的了解以后，各種新的處理方法出現(xiàn)，要根據(jù)各處的客觀條件，做出科學(xué)正確的判斷，選擇一個(gè)合適的方法來保護(hù)配電變電器。配電變壓器的防雷措施對(duì)減少事故跳閘率、提高供電可靠性具有重要的意義。

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作者簡介：冼浩欣（1983-），男，廣東中山人，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局工程師，工程碩士，研究方向：電力系統(tǒng)運(yùn)行分析與規(guī)劃。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）