10kV配電變壓器防雷保護(hù)措施技術(shù)分析

摘要：文章首先介紹了雷擊對(duì)于10kV配電網(wǎng)變壓器造成的危害，進(jìn)而分析了目前10kV配電變壓器防雷保護(hù)中存在的問題，最后針對(duì)防雷保護(hù)中存在的問題提出了相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞：10kV；配電變壓器；防雷；避雷器；接地電阻

中圖分類號(hào)：TM862?；?；?；?；文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?；?；?；?；文章編號(hào)：1009-2374（2014）18-0134-02

1雷擊對(duì)10kV配電變壓器造成的危害

相比于110kV及以上電壓等級(jí)的主網(wǎng)而言，10kV配電網(wǎng)耐受雷擊的能力要弱得多，一旦遭受雷擊，10kV配電網(wǎng)更容易受到?jīng)_擊，也更容易出現(xiàn)故障和事故。一般來說，雷擊造成10kV配電變壓器損壞有以下兩種作用機(jī)理：

1.1雷電沖擊波直接作用于10kV配電變壓器

當(dāng)雷電沖擊波侵入到10kV配電變壓器中，避雷器將動(dòng)作，雷電流將經(jīng)由接地電阻泄入大地，造成變壓器繞組中性點(diǎn)的電壓快速攀升。若雷電流是從10kV配變低壓側(cè)侵入，由于配變繞組中性點(diǎn)的電壓較高，將在低壓繞組上生成一個(gè)沖擊電流，該電流將在配變的高壓側(cè)感應(yīng)出一個(gè)很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)致中性點(diǎn)的絕緣被擊穿，同時(shí)還會(huì)擊穿繞組匝間及層間的絕緣；若雷電流是從10kV配變高壓側(cè)侵入，同理，在極短時(shí)間內(nèi)高壓側(cè)繞組的中性點(diǎn)電壓將快速攀升，進(jìn)而引起低壓側(cè)繞組中性點(diǎn)電壓也快速升高，并在低壓繞組中生成一個(gè)過電壓，從而對(duì)低壓繞組的匝間和層間絕緣造成威脅。

1.2雷電流侵入到10kV配電變壓器線圈

運(yùn)行實(shí)踐表明，當(dāng)雷電流沿10kV配電線路傳播到10kV配電變壓器的線圈中時(shí)，雷電流作用于線圈的瞬間線圈中的電流是不會(huì)突變的，此時(shí)可以將電路看作短路，因此該時(shí)刻流入10kV配變的電流相當(dāng)于侵入雷電流以及反射電流的疊加值，其幅值近似于初始值的兩倍，從而對(duì)10kV配變?cè)斐善茐摹?/p>

210kV配電變壓器防雷中存在的問題

2.110kV配變高壓側(cè)配電線路絕緣水平過高

在很多地區(qū)，為了提高10kV配電線路的絕緣水平，降低配電線路的雷擊跳閘率，就采用更高絕緣水平的絕緣子，或增加配電線路絕緣子的數(shù)量。例如，某條10kV配電線路的絕緣子型號(hào)為X-70型，其單片閃絡(luò)電壓為100kV，為了提高絕緣水平，該線路采用2片絕緣子串聯(lián)的方式，使其絕緣耐壓水平升至200kV。但配電線路上10kV配變的主絕緣耐壓水平僅為75kV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于配電線路的絕緣耐壓水平。這就導(dǎo)致當(dāng)配電線路遭受雷擊時(shí)，由于其絕緣水平較高，不會(huì)發(fā)生閃絡(luò)，雷電流沿配電線路傳播至10kV配變時(shí)，10kV配變的絕緣水平較低，而遭到雷電流的破壞。

2.210kV配變低壓側(cè)防雷保護(hù)欠缺

若10kV配電變壓器低壓側(cè)防雷保護(hù)欠缺，當(dāng)雷電流從低壓側(cè)侵入10kV配變時(shí)，會(huì)對(duì)配變的低壓側(cè)繞組造成威脅。此外，沖擊電流還會(huì)在高壓繞組上感應(yīng)出一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而威脅到高壓繞組匝間和層間絕緣。

2.310kV配電變壓器接地電阻不滿足規(guī)范要求

以廣東省某地區(qū)過去一年發(fā)生雷擊事故的5臺(tái)10kV配電變壓器為例，測(cè)量配變的接地電阻，測(cè)量結(jié)果見表1所示。

表110kV配電變壓器接地電阻測(cè)量結(jié)果表

序號(hào) 10kV配變?nèi)萘?kVA 接地電阻值/Ω 是否超標(biāo)

#1配變 400 12 是

#2配變 315 13 是

#3配變 250 9 是

#4配變 100 11 是

#5配變 80 16 是

國(guó)家相關(guān)規(guī)范中對(duì)于10kV配變的接地電阻有明確規(guī)定：配變?nèi)萘俊?00kVA，接地電阻應(yīng)小于10Ω；配變?nèi)萘?100kVA，接地電阻應(yīng)小于4Ω。而發(fā)生雷擊事故的5臺(tái)10kV配變接地電阻均已嚴(yán)重超標(biāo)，其中#2配變的超標(biāo)最為嚴(yán)重，接地電阻值為13Ω，已經(jīng)超過規(guī)范所要求的2倍。接地電阻越高，當(dāng)遭受雷擊時(shí)配變所經(jīng)受的電壓就越高，一旦超過其絕緣耐壓極限值75kV，就會(huì)導(dǎo)致配電絕緣被擊穿。

2.4接地引下線問題

接地引下線的長(zhǎng)度不滿足設(shè)計(jì)要求，長(zhǎng)度過短，無(wú)法達(dá)到要求的泄流效果，使得每根引下線經(jīng)受很大的電流，造成“反擊”二次事故。

接地引下線的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，部分接地引下線未用卡子固定，而是直接插入土壤中。當(dāng)遭受雷擊時(shí)，極高的雷擊沖擊電流會(huì)導(dǎo)致未牢靠固定的接地引下線從土壤中揚(yáng)起，造成事故和人身傷害。

接地引下線由于未進(jìn)行合理的防腐處理，在長(zhǎng)期運(yùn)行之后受腐蝕情況嚴(yán)重，不僅無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命的要求，同時(shí)對(duì)于其導(dǎo)流和泄流功能也造成了直接影響。

2.5避雷器安裝地點(diǎn)不合理

10kV配變低壓側(cè)未安裝避雷器進(jìn)行保護(hù)，從而產(chǎn)生正、逆變換過電壓，造成配變的絕緣被擊穿。

電力用戶的進(jìn)線側(cè)未安裝防雷保護(hù)裝置，當(dāng)電力用戶內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，特別是某些高壓電力用戶，其故障會(huì)越級(jí)到上一級(jí)10kV配變，從而導(dǎo)致配變故障，嚴(yán)重時(shí)會(huì)擴(kuò)大為大面積的10kV配網(wǎng)停電事故。

310kV配電變壓器防雷保護(hù)措施

3.1對(duì)雷電流的幅值進(jìn)行限制

當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，對(duì)雷電流的幅值進(jìn)行限制，能夠有效降低10kV配變受雷擊損壞的概率。運(yùn)行實(shí)踐表明，加裝避雷器能夠有效保護(hù)電力設(shè)備免于遭受雷擊損壞。在實(shí)際工程中，若僅在10kV配變前安裝一組避雷器，對(duì)于雷電流幅值的限制比較有限，雷電流幅值依然會(huì)超過配變絕緣耐壓水平。因此，可以考慮在10kV配變前第2、第3基桿塔各安裝一組避雷器，并將其與配變前的避雷器配合動(dòng)作，就能將雷電流的幅值降低要75kV以下，不會(huì)對(duì)10kV配變的絕緣造成威脅。但值得注意的是，安裝過多避雷器會(huì)增加配網(wǎng)運(yùn)行檢修和維護(hù)的工作量和投入成本，同時(shí)也會(huì)提高10kV配電線路的故障率。因此，可以考慮利用放電間隙等過電壓保護(hù)裝置來代替避雷器安裝于配變前第2、第3桿塔上，同時(shí)與配變前的避雷器配合動(dòng)作，以達(dá)到很好的雷電流幅值限制效果。

3.210kV配變低壓側(cè)采取防雷保護(hù)措施

為了防止雷電沖擊波從10kV配變低壓側(cè)侵入到配變中，對(duì)配變低壓側(cè)絕緣造成威脅，有必要在配變低壓側(cè)安裝1組避雷器來對(duì)雷電波的幅值進(jìn)行限制。

3.3降低10kV配電變壓器的接地電阻值

多年的運(yùn)行實(shí)踐證明，降低10kV配電變壓器接地裝置的接地電阻值是一項(xiàng)極為有效的防雷保護(hù)手段。首先，10kV配變接地裝置的接地形式可以采用四邊放射形接地，其頂端則采用垂直接地極，垂直接地極可以在巖縫或土層厚的地方打入；其次，在垂直接地極和水平放射線的結(jié)合部位可以采用接地模塊來有效增大其與土壤之間的接觸面積，更加有利于雷電流的散流；第三，若土壤的電阻率較高，則可以采用在土壤中加入降阻劑的方式來改善土壤條件，以有效降低接地電阻。

3.4科學(xué)合理地設(shè)置接地引下線

對(duì)于避雷器和10kV配變外殼之間的接地引下線要盡可能地縮短，否則在接地引下線上的感應(yīng)電壓降就比較大，當(dāng)該電壓降與避雷器殘壓進(jìn)行疊加，并作用于配變的繞組，將對(duì)配變的主絕緣造成嚴(yán)重威脅。此外，要固定好接地引下線，保證接地引下線的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，同時(shí)還要對(duì)接地極和接地引下線做好防腐處理，以增強(qiáng)接地極與接地引下線的抗腐蝕能力，確保其使命年限和泄流

效果。

4結(jié)語(yǔ)

10kV配電變壓器遭受雷擊發(fā)生事故絕大多數(shù)情況都是由于自身在防雷保護(hù)中存在問題和隱患所導(dǎo)致的，特別是在接地電阻和低壓側(cè)防雷保護(hù)措施缺失方面存在較多不足。因此，要提高10kV配電變壓器的防雷保護(hù)水平，就必須進(jìn)行全面排查，一一發(fā)掘存在的問題和隱患，并有針對(duì)性地采取相應(yīng)的解決措施，排除存在問題和潛在隱患，保證10kV配電變壓器遭受雷擊事故不斷減少，確保10kV配電網(wǎng)的運(yùn)行安全。

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作者簡(jiǎn)介：黃衛(wèi)東（1971—），男，廣東珠海人，廣東電網(wǎng)公司珠海供電局工程師，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化