接地方式對配變電壓器防雷效果的影響分析

【摘 要】在配電變壓器的諸多事故中，雷擊損壞占了30%以上，且有逐年增加的趨勢。本文從接地方式出發(fā)，分析了不同的接地方式和接地電阻對配變電壓器防雷效果的影響。并且簡單介紹不同的地區(qū)適合的接地方式。

【關(guān)鍵詞】電壓器；接地；防雷；影響

目前配電變壓器防雷接地主要有兩種方式，第一種是高低壓側(cè)均裝有避雷器且按規(guī)定進(jìn)行四點(diǎn)接地（高低壓避雷器、變壓器外殼、變壓器中性點(diǎn)），簡稱OP方式接地，第二種方式是將高壓側(cè)避雷器單獨(dú)接地，低壓側(cè)避雷器、外殼、中性點(diǎn)一起接地，這種接地方式簡稱NP方式。下面主要分析這兩種接地方式對配變變壓器防雷效果的影響。

1 OP接地方式的分析

1.1 OP接地方式

OP接地，是傳統(tǒng)的防雷接地方式，在這種傳統(tǒng)的防雷接地方式下，當(dāng)雷電波襲擊時，使高壓側(cè)避雷器動作，雷電流通過接地電阻在接地電阻上產(chǎn)生一個高頻振蕩的沖擊電壓，這個電壓同時加在配電變壓器低壓繞阻和低壓線路上，由于低壓線路的阻抗僅為400-500Ω，故該電壓大部分加在低壓繞阻上，通過變壓器鐵芯的電磁藕合，在高壓繞阻上會產(chǎn)生200-35OkV的過電壓，損壞高壓繞阻。此外，由于該過電壓是從高壓繞阻中性點(diǎn)向繞阻首端傳遞，高壓避雷器不能保護(hù)位于在它前面的繞阻，造成高壓繞阻的損壞。OP保護(hù)方式，其耐雷水平低，當(dāng)接地電阻為10Ω，流過避雷器的電流大于500A時，變壓器的高壓繞阻絕緣會被擊穿。

1.2 OP傳統(tǒng)方式改進(jìn)型

為避免正變換和逆變換過電壓的影響，電力系統(tǒng)后來廣泛推行在低壓測也設(shè)避雷針，如圖1所示，限制低壓繞組可能出現(xiàn)的過電壓，從而保護(hù)的高壓繞組，有一定的保護(hù)效果。

圖1 OP改進(jìn)型接地

圖2 常用型接法

這種接法，也是三點(diǎn)共一體，就是將防雷接地（高、低壓避雷器）、保護(hù)接地（外殼）和工作接地（低壓中性點(diǎn)）連接在同一個接地裝置，其接地電阻應(yīng)滿足三者之中的最小值，其中防雷接地一般規(guī)定小于10Ω，但要有垂直接地極，以利散流。低壓工作接地一般應(yīng)小于4Ω。

然而，由于高壓線路比低壓遭受累計的概率要高很多，高壓線路遭受雷擊后，按此接地方式，低壓繞組，低壓避雷器接地端及中性點(diǎn)全部承受接地裝置上的壓降（雷擊電流2KA時，壓降約為8--20KV），從而在低壓電網(wǎng)上產(chǎn)生過電壓，此時由于低壓避雷器接地斷電位被抬高，低壓避雷器不會動作，因此不能限制產(chǎn)生逆變過電壓，因為將對變壓器有損害，同時，加在低電壓上的此過電壓將直接危及在低電壓網(wǎng)上的客戶的低電壓電器設(shè)備的安全。

當(dāng)然，這種改進(jìn)型防雷接法不止一種，現(xiàn)在比較通用的是新的一種，如圖2所示。

圖2的接法，對高壓線圈的防雷保護(hù)合理，對低壓中性線的沖擊也較小，因為部分雷電流已通過接地裝置流入地中對高壓線圈的防雷保護(hù)合理，對低壓中性線的沖擊也較小，因為部分雷電流已通過接地裝置流入地中。因此是施工中常用的接地方式。

2 NP接地方式的分析

為進(jìn)一步限制雷電波對設(shè)備等帶來的侵害，且經(jīng)過理論分析、計算，如果改變接地方式，將高壓側(cè)避雷器單獨(dú)接地，低壓側(cè)避雷器、外殼、中性點(diǎn)一起接地，可有效防止配變因雷擊而造成損害。這就是新型NP接地防雷方式。

2.1 消除逆變換電壓

NP保護(hù)方式利用大地對雷電波的衰減作用可基本消除逆變換過電壓。

由于接地體2的存在將使地中的電場分布發(fā)生畸變，接地體2處的電位比上式求出的計算值降低至為20%左右，故逆變換過電壓不能對變壓器造成損壞。由于將高低壓系統(tǒng)隔離，高壓側(cè)的雷電波無法通過接地體人侵至低壓繞阻及低壓網(wǎng)絡(luò)，不會產(chǎn)生逆變過電壓。

2.2 減小正變換電壓

當(dāng)雷電波到達(dá)變壓器時，變壓器初、次級繞阻都會在外加電壓作用下，通過變壓器的次級繞阻的沖擊電流按變比感應(yīng)出電動勢，而使高壓繞阻的中性點(diǎn)電壓升高。但由于初、次繞阻接避雷器接地，次級繞阻通過壓敏電阻接地保證兩接地電阻在一定的范圍之內(nèi)（大于4Ω），則基本可以減小40%的正變換電壓。

在這種接地保護(hù)方式下，高壓測受雷擊后無法將壓降傳遞至低壓測，高壓雷電波絕大部分入地衰減，僅有少部分的雷電波通過大地傳遞至低壓網(wǎng)上和變壓器中性點(diǎn)，因而低壓測電位升高較小，相應(yīng)產(chǎn)生的逆變過電壓也非常低，對正變換過電壓，低壓避雷針能有效抑制。

但是，這種接地保護(hù)方式下，高壓線圈與外殼間承受的電壓除避雷器殘壓外，還增加了接地引下線的電感、電阻上的壓降，這個壓降在雷電波的沖擊下是不可忽視的，其防雷保護(hù)效果將會減弱。特別是在高壓線路比低壓線路遭受雷擊情況多得多的農(nóng)村電網(wǎng)中，此種接法需待改善。

3 接地電阻的大小對防雷效果的影響

接地電阻對防雷效果的影響很大，如果變壓器的容量大于100VA，則接地電阻要求小于4Ω。如果接地電阻大于4Ω，泄放電流（3000A；波頭為l的斜角波）在接地電阻上產(chǎn)生一個很高的電壓。這個電壓會感應(yīng)在低壓繞阻和低壓側(cè)的電器上，造成變壓器及低壓電器的損壞。對于有些在高電阻率的土壤地帶，為能降低接地電阻，通常采用如下措施：（1）是延伸水平接地體，擴(kuò)大接地網(wǎng)面積；（2）是在接地坑內(nèi)填充長效化學(xué)降阻劑。通過以上措施保證接地體電阻小于等于4Ω。

4 配變電壓器防雷保護(hù)措施應(yīng)用

通過分析接地方式對配變電壓器的防雷影響效果，可以看出都有自己的特點(diǎn)，各地區(qū)應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)氐睦纂娀顒訌?qiáng)度合理地選擇適當(dāng)?shù)姆览妆Ｗo(hù)措施。

4.1 在平原等少雷區(qū)，配變電壓器年損壞率較低，可才用配電變壓器高壓測裝避雷器的方式

4.2 在一般的雷電地區(qū)，可采用配電變壓器高、低側(cè)均裝設(shè)避雷器的方式，即改進(jìn)型的OP接法

4.3 在多雷區(qū)，單獨(dú)一種防雷措施往往不能奏效，宜采取綜合防雷保護(hù)措施，即所謂的新型NP接法

4.4 在重雷區(qū)，特別是配電變壓器年損壞率較高的地區(qū)，采用綜合防雷保護(hù)措施仍未收到較好的防雷效果后，應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，在配電變壓器鐵心上加裝平衡繞組（即采用新型防雷避雷器），或在配電變壓器內(nèi)部安裝金屬氧化物避雷器

5 結(jié)束語

通過以上的分析，對變壓器的這兩種接地式，我們可以得出這樣的結(jié)論：（1）在低壓測裝避雷器比沒裝避雷器的防雷擊效果好；（2）采用NP的接地方式，比采用OP方式，更加可以減少雷擊對配變變壓器造成的損壞。不過，由于配電變壓器的防雷接地方式多種，各地配電變壓器安裝地點(diǎn)實(shí)際情況又不盡相同。所以應(yīng)因地制宜，合理地選擇防雷接地保護(hù)，并重視和加強(qiáng)配電變壓器的運(yùn)行管理，定能收到提高配電變壓器防雷保護(hù)的效果。

[責(zé)任編輯：曹明明]