變電站變壓器的防雷保護

楊宏韜

[摘要]變電站作為重要的電力基礎設施，如果遭到損壞，會對廣大的工農業生產造成極大的影響。對于變電站來講，防雷保護是其平時安全防護的重點。文本這里將按照變壓器的防雷機理，以及多種變壓器的具體防護措施展開論述。

[關鍵詞]變電站維護；變壓器防雷；雷電

[中圖分類號]TM411+.4 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0390-02

[引言]

自然災害中閃電的沖擊電流極大，放電時間短，感應電壓也達到一個極高值，對于各種人員、設施的傷害威脅亟待。其中變電站變壓器事故有三成是雷擊事故，并有逐年上升的趨勢。確保變壓器安全運行必須提高變壓器的防雷可靠性。

[正文]

一、變壓器概述

（一）基本概念

變壓器（Transformer）是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，主要構件是初級線圈、次級線圈和鐵心（磁芯）。

（二）變壓器的組成

變壓器組成部件包括器身（鐵芯、繞組、絕緣、引線）、變壓器油、油箱和冷卻裝置、調壓裝置、保護裝置（吸濕器、安全氣道、氣體繼電器、儲油柜及測溫裝置等）和出線套管。

1、鐵芯

鐵芯是變壓器中主要的磁路部分。通常由含硅量較高，厚度分別為0.35 mm＼0.3mm＼0.27 mm，由表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成。

鐵芯分為鐵芯柱和橫片兩部分，鐵芯柱套有繞組；橫片是閉合磁路之用。

鐵芯結構的基本形式有心式和殼式兩種。

2、繞組

繞組是變壓器的電路部分，它是用雙絲包絕緣扁線或漆包圓線繞成。

（三）變壓器的工作原理

變壓器是變換交流電壓、交變電流和阻抗的器件，當初級線圈中通有交流電流時，鐵芯（或磁芯）中便產生交流磁通，使次級線圈中感應出電壓（或電流）。變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。

（四）變壓器的技術參數表示

對不同類型的變壓器都有相應的技術要求，可用相應的技術參數表示。如電源變壓器的主要技術參數有：額定功率、額定電壓和電壓比、額定頻率、工作溫度等級、溫升、電壓調整率、絕緣性能和防潮性能，對于一般低頻變壓器的主要技述參數是：變壓比、頻率特性、非線性失真、磁屏蔽、靜電屏蔽、效率等。

（五）變壓器的分類

由于篇幅有限，所以本文只就按繞組形式分：

1）雙繞組變壓器：用于連接電力系統的兩個電壓等級。

2）三繞組變壓器：一般用于電力系統區域變電站中，連接三個電壓等級。

3）自耦變電器：用于連接不同電壓的電力系統。也可做為普通的升壓或降后變壓器用。

由于對于后兩種變壓器在變電站應有較為廣泛，在文章的以下本分將著重介紹三繞組變壓器、自耦變電器等方式，并對其防雷保護詳細加以介紹。

二、三繞組變壓器保護

（一）基本概念

三繞組變壓器的每相有3個繞組，當1個繞組接到交流電源后，另外2個繞組就感應出不同的電勢，這種變壓器用于需要2種不同電壓等級的負載。發電廠和變電所通常出現3種不同等級的電壓，所以三繞組變壓器在電力系統中應用比較廣泛。每相的高中低壓繞組均套于同一鐵心柱上。為了絕緣使用合理，通常把高壓繞組放在最外層，中壓和低壓繞組放在內層。

（二）日常防護措施

1、當高壓側的變壓器繞組之間的靜電感應和電磁感應受到雷電侵入時，將出現在低壓側的過電壓。

2、雙繞組變壓器在正常操作中，高壓側和低側的斷路器通常封閉的兩側需要避雷器保護。因此，在一側波產生的過電壓在另一側的傳感器不會造成損壞，從而保護繞組的絕緣。

3、三繞組變壓器在正常操作中，可能會出現只有高、中壓繞組和低壓繞組開路。在這種情況下，當雷電侵入較小的電容的時候，由于在打開狀態下的低壓側，高壓或中壓側可能是在低壓繞組感應過電壓的靜電分量達到非常高的值危，低壓繞組絕緣受到波及，所以要著重解決。

4、低壓繞組三相電位的靜電感應電壓增加的同時，只要任意一相繞組的出口處安裝避雷器來保護的三相繞組即可。但是，如果低電壓側的變壓器金屬護套有較長電纜，增加其對地電容是足以限制的靜電感應過電壓的避雷器，它可以不再安裝。三繞組變壓器開路的壓力側可能正在運行，但在更高的絕緣水平，所以在高壓繞組比以外提供的沒有安裝限制靜電感應過電壓避雷器的特定的變化。分裂繞組變壓器和三繞組變壓器是類似的操作，也可能有一個分支繞組開路，所以它應該在每個分支繞組出口處安裝防雷設施。

三、自耦變壓器保護

（一）基本定義

自耦的耦是電磁耦合的意思，普通的變壓器是通過原副邊線圈電磁耦合來傳遞能量，原副邊沒有直接的電的聯系，自耦變壓器原副邊有直接的電的聯系，它的低壓線圈就是高壓線圈的一部分。

（二）防雷措施

1、高壓和中壓繞組的自耦變壓器的低壓繞組，以及三角形連接的自耦變壓器，可以減少系統的零序阻抗和改善電壓波形。同樣應安裝低壓繞組限制靜電感應電壓的避雷器。

2、由于自耦變壓器波過程，有其自身的特點，所以它的保護模式和其他變壓器也有所區別。

3、當侵入波振幅U0全自動繞線當高壓端A的電位分布在穩態及最高潛在的包絡線與中性點接地的時候，啟動單繞組。A。的最大開路電壓，在端子上的壓力的高壓側電壓U0/K倍（k為高壓側和壓力側的轉化率），這可能是在打開狀態下在應安裝在防雷保護基團，所以在中壓側壓力側殼體的殼體和斷路器之間要設置避雷器。

4、在自耦變壓器防雷保護也應注意以下條件：高壓側與電源插座相連，相當于A。點通過線路波阻抗接地。繞組沖擊波阻抗波阻抗遠遠大于線，當高壓側的雷電波加大，一個點相當于在地上，AA'繞組過電壓的應用可能使其損壞。類似地，當高壓側與插座連接時，波的壓力側。AA'纏繞較短（即高，中壓力的變化情況的危險性比越小）。因此，當變壓器的比例小于已有四分之一之間的時候，高壓的A側和中壓側A'應該是安裝一組避雷器，避雷器的電弧電壓應大于高壓或中壓邊AA'頻率最高電壓對地短路。

四、保護變壓器的中性點

（一）基本概念

三相電力變壓器的一次側（初級）或二次側（次級）的三相繞組作星形聯結時三相繞組接入（或接出）電源，末端并聯成一點，這個點就是中性點，在三相四線供電線路中，中性點應接地，又稱為零線。

（二）防護措施

對于110kV及以上的中性點接地的系統，需要使用繼電器進行保護，它可能是運行的變壓器接地的中性點的—部分。如果變壓器中性點的絕緣線電壓設計（如110kV變壓器中性點35KV絕緣類，220kV變壓器中性點110kVN絕緣），安裝在中性點需要設置避雷器保護。如果成一個單一的變壓器中性點的絕緣變壓器中性點線電壓設計，變電站單線運行，還需要安裝避雷器。這是因為當雷電波高達2倍的進線端電壓的中性點電壓的三相變壓器。中性避雷器電壓應低于變壓器中性點沖擊耐受電壓，電弧電壓應大于穩態值的網格相的中性點電位上升，避免避雷器爆炸，在中性點直接接地網接地的中性點電位增加穩態值的最大工作線電壓的中性點變壓器保護消光電壓等于四成的最大工作線電壓的三成五，相位避雷器。三萬五千伏特及以下中性點接地或直接變壓器中性點接地系統，一般不需要安裝保護裝置。

五、配電變壓器的保護

（一）基本概念

配電變壓器指配電系統中根據電磁感應定律變換交流電壓和電流而傳輸交流電能的一種靜止電器。通常裝在電桿上或配電所中，一般能將電壓從6～10千伏降至400伏左右輸入用戶。

（二）防護措施

應配備氧化鋅避雷器保護，避雷器保護配電變壓器高壓側應盡可能靠近安裝。在金屬外殼和變壓器低壓側中性點的接地線與變壓器連接在一起，以一個共同地面接地線接地。應盡量減少接地線的長度。變壓器主絕緣主避雷器的殘余電壓的作用，不包括接地電阻上的電壓、電位上升，由于這個共同點避雷器動作可能危及安全的低電壓用戶的缺點，所以防雷措施必不可少。

結束語

總而言之，變電站中變壓器的防雷保護是非常重要的，這關系到國民經濟的有序進行。因此需要我們在以后的工作中繼續總結經驗、教訓，更好的維護好變壓器的安全，造福大眾。

參考文獻

[1]宋劍白，配電變壓器防雷措施的探討[J]煤炭技術，2007，（06）

[2]劉明成，配電變壓器及配電線路設備防雷電襲擊的保護措施[J]黑龍江科技信息，2008，（06）

[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，（05）

[4]趙遠生，配電變壓器及配電線路設備防雷保護綜述[J]，科技咨詢導報，2007，（14）

[5]傅新凱，談如何防止配電變壓器及線路設備遭受雷電襲擊[J]，中國新技術新產品，2009，（08）