配電變壓器受雷擊分析與防雷措施研究

摘要：隨著國(guó)網(wǎng)公司建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)理念的提出，如何有效提高配電變壓器的防雷性能顯得越來(lái)越重要。文章分析了雷擊的形成過(guò)程以及雷擊損害配電變壓器的種類與特點(diǎn)，指出了配電變壓器遭受雷害事故的原因，探討了配電變壓器接線方式與受雷害的關(guān)系，最后結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)提出了幾種促使配電變壓器有效防雷的措施。

關(guān)鍵詞：配電變壓器；雷擊事故；防雷措施；智能電網(wǎng)；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM862 文章編號(hào)：1009-2374（2016）12-0116-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.054

隨著我國(guó)城鄉(xiāng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，配電網(wǎng)的供電面積越來(lái)越大，所需的配電變壓器也日益增多。而這些配電變壓器都極易受到雷電的損壞，一旦配電變壓器被雷電損壞后，必然會(huì)造成大面積的停電現(xiàn)象，直接影響到人們?nèi)粘５膶W(xué)習(xí)、生產(chǎn)與生活。為了有效防止雷擊侵害配電變壓器，我們就必須弄清楚雷擊的種類、特點(diǎn)以及侵害機(jī)理。

1 雷擊及對(duì)配電網(wǎng)的損害

1.1 雷擊的形成

雷擊是一種瞬間脈沖放電，其形成主要是在強(qiáng)對(duì)流條件下，發(fā)生位置主要在云層與云層之間以及云層與大地之間。雷擊放電的一個(gè)主要特點(diǎn)就是重復(fù)放電，每次的脈沖個(gè)數(shù)平均在3～4個(gè)之間，其組成主要有預(yù)放電、主放電以及余輝放電。在發(fā)生主放電的過(guò)程中，會(huì)有很大的雷電流產(chǎn)生，導(dǎo)致配電變壓器發(fā)生損壞的根源就是這種雷電流。

1.2 雷擊的特點(diǎn)與種類

（1）瞬間放電，雷擊整個(gè)放電的完成通常都在6?s以內(nèi)；（2）雷擊現(xiàn)象具有很大的沖擊電流，其電流可達(dá)幾萬(wàn)安培甚至幾十萬(wàn)安培；（3）其產(chǎn)生的電壓具有很高峰值，感應(yīng)電壓甚至可達(dá)億伏左右；（4）雷擊產(chǎn)生的電流具有很大的變化梯度，雷電流有極強(qiáng)的破壞力。

2 配電變壓器雷害事故的原因

雷擊對(duì)配電變壓器的損害主要是通過(guò)“正、逆變換”的過(guò)電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而在這兩種變換中損害最大的是逆變換過(guò)電壓。造成配電變壓器雷害事故的原因主要有六個(gè)方面：（1）安裝配電變壓器時(shí)，沒(méi)有科學(xué)、合理地選擇安裝位置；（2）沒(méi)有對(duì)避雷器做交接試驗(yàn)便進(jìn)行安裝，當(dāng)避雷器出現(xiàn)故障后檢出的不及時(shí)；（3）沒(méi)有按照相關(guān)規(guī)程來(lái)設(shè)計(jì)避雷器的接地引下線截面。當(dāng)出現(xiàn)雷擊現(xiàn)象后極易造成燒斷接地引下線，導(dǎo)致雷電流無(wú)法順利向大地泄入；（4）配電變壓器避雷設(shè)備裝設(shè)的不足，如在部分農(nóng)村避雷器僅裝置在變壓器的高壓側(cè)，低壓側(cè)則不裝設(shè)；（5）缺乏完善的防雷接地裝置，如部分避雷器存在過(guò)長(zhǎng)的引下線；（6）接地級(jí)存在過(guò)大的接地電阻值。具體接地電阻阻值可按表1選取：

3 配電變壓器接線方式與受雷害的關(guān)系

3.1 避雷器只裝設(shè)在高壓側(cè)的接地方式

避雷器只裝設(shè)在配電變壓器高壓側(cè)的防雷保護(hù)可分為兩種：（1）對(duì)避雷器進(jìn)行單獨(dú)接地，這種接地方式可能損壞配電變壓器的絕緣，存在很大的缺陷；（2）3點(diǎn)同時(shí)接地，這種方式具有既簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，適合應(yīng)用在一些雷少的地區(qū)，如平原地區(qū)等，其具體分別如圖1與圖2所示：

3.2 雙側(cè)都有避雷器裝設(shè)的三點(diǎn)一地方式

人們?cè)陂L(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)雷擊破壞了配電變壓器的同時(shí)也會(huì)對(duì)一些電度表、電動(dòng)機(jī)等一些低壓設(shè)備形成破壞，由此可以推斷低壓線路上產(chǎn)生的雷擊過(guò)電壓與配電變壓器遭受的雷擊損壞也有一定關(guān)系，所以我們可通過(guò)把氧化鋅避雷器裝設(shè)在低壓側(cè)的方式來(lái)防止過(guò)電壓在低壓側(cè)的出現(xiàn)，進(jìn)而更完善地對(duì)高壓側(cè)進(jìn)行保護(hù)。其具體示意圖如圖3所示：

3.3 變壓器高壓側(cè)串聯(lián)電抗器

通過(guò)電抗器的串聯(lián)，一方面可以使變壓器繞組上出現(xiàn)的雷電波陡度降低，對(duì)繞組的電位分布進(jìn)行改善；另一方面還可以產(chǎn)生一種正反射波作用于雷電波上，把雷電壓幅度提高，使避雷器動(dòng)作加快，這樣可以把雷電波損害變壓器的力度降到最低。其具體接線圖如圖4所示：

4 提高配電變壓器防雷可靠性的措施

配電變壓器進(jìn)行防雷保護(hù)的基本理念是：在變壓器側(cè)裝設(shè)避雷器與接地，以實(shí)現(xiàn)雷電波陡度與幅值的降低。在提高變壓器防雷可靠性的工作中，我們也應(yīng)以這一工作為中心開展，具體措施大致可分為下列五個(gè)

方面：

4.1 定期試驗(yàn)與維護(hù)避雷器的性能

在檢修與清掃配電線路時(shí)，要注重試驗(yàn)避雷器的性能，每次試驗(yàn)完成后要建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)檔案，對(duì)避雷器的工作情況仔細(xì)認(rèn)真分析，以便在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并排除隱患，要及時(shí)更換那些存在缺陷的、不合格的避雷器，要把避雷器的在線監(jiān)測(cè)工作做好，若發(fā)現(xiàn)避雷器泄露的電流出現(xiàn)變多，這就預(yù)示著避雷器可能要出現(xiàn)故障。此外要把避雷器的防污清掃工作做好，要確保接地引下線的可靠穩(wěn)定接地，不要用螺栓或接地網(wǎng)來(lái)充當(dāng)避雷器的接地引下線，因?yàn)檫@樣很容易使電網(wǎng)的接地出現(xiàn)短路現(xiàn)象。

4.2 合理選用避雷器

避雷器的保護(hù)性能會(huì)影響到配電變壓器上出現(xiàn)的過(guò)電壓情況，氧化鋅避雷器與其它避雷器相比，不但反應(yīng)靈敏、殘壓小，而且非線性效果好，建議在雷電多發(fā)地區(qū)應(yīng)使用氧化鋅避雷器防雷。由于當(dāng)前避雷器出現(xiàn)了很多種，并且不同種類之間具有很大的性能差異，這就需要相關(guān)設(shè)計(jì)以及施工人員對(duì)常用變壓器的種類、電壓等級(jí)以及適合使用的場(chǎng)所要比較熟悉，選用的避雷器要與線路的額定電壓相符，在裝設(shè)避雷器前要做好避雷器的各項(xiàng)耐壓、泄露試驗(yàn)以及測(cè)定好變壓器的絕緣，要使用各項(xiàng)指標(biāo)都合格的變壓器，此外，對(duì)于一些使用年限以及達(dá)到變壓器額定使用年限的變壓器，要及時(shí)進(jìn)行

更換。

4.3 在配電變壓器進(jìn)線處加裝電抗器

對(duì)于一些雷電多發(fā)地區(qū)，配電變壓器的損壞率通常都較高，對(duì)于這些地區(qū)建議通過(guò)在配電變壓器進(jìn)線處加裝電抗器的方式進(jìn)行防雷，其具體接線如圖4所示，或采用裝設(shè)平衡繞組的方式進(jìn)行防雷，這樣可以有效防止各種雷電流的侵入，更好地保護(hù)變壓器。

4.4 在裝設(shè)避雷器時(shí)應(yīng)盡量靠近配電變壓器

在裝設(shè)各種避雷器時(shí)，一方面要盡可能地離配電變壓器近些，另一方面要把各種連接線的長(zhǎng)度盡量縮短，這樣可以使連接線上雷電電流的壓降減小，在雷擊侵入波陡度一定的情況下，避雷器距離變壓器越遠(yuǎn)，這樣就會(huì)有越多的殘壓出現(xiàn)在變壓器上，若裝設(shè)的避雷器距離變壓器特別遠(yuǎn)，那么避雷器的保護(hù)作用也將失效。

4.5 要確保避雷器接地線可靠連接

若避雷器接地線不能很好地接觸于接地裝置，這樣在雷擊現(xiàn)象出現(xiàn)后，避雷器的保護(hù)作用也就無(wú)從談起，我們?cè)趯?shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，很多配電變壓的雷擊損壞都是由于這一現(xiàn)象引起的。對(duì)于這種現(xiàn)象我們不但要經(jīng)常測(cè)量避雷器的接地電阻，而且要定期拆開各個(gè)接點(diǎn)，測(cè)試接地情況，要確保各個(gè)接點(diǎn)的接地電阻值都要符合規(guī)程要求，這樣避雷器才能對(duì)配電變壓器起到相關(guān)保護(hù)

作用。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，造成配電變壓器雷擊損壞的主要根源是雷電的正、逆變換過(guò)程，限制侵入配電變壓器的雷電流幅值，可以有效降低雷電對(duì)配電變壓器的損壞。對(duì)于配電變壓器的防雷來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)綜合課題，有多種措施都可以保護(hù)配電變壓器，在實(shí)際選擇時(shí)我們要全面考慮各項(xiàng)保護(hù)措施的綜合性價(jià)比，并且要不斷總結(jié)變壓器防雷實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，這樣才能全面提升變壓器的防雷保護(hù)能力，更好地保障我國(guó)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

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作者簡(jiǎn)介：周開峰（1982-），男，河北衡水人，供職于國(guó)網(wǎng)河北省電力公司保定供電分公司，工程碩士，研究方向：變電檢修管理、配網(wǎng)工程管理。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）