雷電流幅值對(duì)單雙地網(wǎng)變壓器正變換過電壓的影響

魯浩

摘要：闡述了配電變壓器的接地方式及正變換過電壓，用暫態(tài)分析軟件ATP-EMTP對(duì)不同雷電流幅值對(duì)兩種接地方式的正變換過電壓進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，并針對(duì)性的提出了解決對(duì)策。

關(guān)鍵詞：雷電流幅值；雙地網(wǎng)接地方式；配電變壓器

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速增長，用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求越來越高。配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中最靠近用戶的一級(jí)，是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行對(duì)提高用戶的供電質(zhì)量有著重大的意義，而對(duì)于10kV配電線路及設(shè)備，總跳閘事故中雷擊跳閘事故占70%～80%，特別是在多雷、地形復(fù)雜且土壤電阻率偏高的區(qū)域。而雷電流通常可達(dá)數(shù)十至數(shù)百千安，釋放的能量和破壞力巨大，這些對(duì)電網(wǎng)的供電穩(wěn)定和平穩(wěn)運(yùn)行存在嚴(yán)重地威脅。

1 配電變壓器的接線方式及正變換過電壓

1.1 配電變壓器的接線方式

配電變壓器接線方式分為兩種，分別是單地網(wǎng)接地方式和雙地網(wǎng)接線方式。單地網(wǎng)接地方式采用高壓避雷器引下線、變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)、變壓器外殼三點(diǎn)連接在一起共同接地。雙地網(wǎng)接線方式將配電變壓器的低壓零線、中性點(diǎn)、低壓側(cè)避雷器和變壓器外殼、臺(tái)架一同接于低壓地網(wǎng)，高壓側(cè)避雷器則接于高壓地網(wǎng)。雙地網(wǎng)接線方式的提出，目的是在利用土壤對(duì)沖擊電壓的衰減來消除正變換過電壓和反變換過電壓的接地方式。

1.2 正變換過電壓

雷電波沿著低壓線路侵入配電變壓器的低壓線圈時(shí)，由于低壓線圈的中性點(diǎn)接地，將產(chǎn)生很大的貫通電流，這個(gè)電流按匝數(shù)比通過電磁感應(yīng)在高壓線圈上產(chǎn)生很高的過電壓。高壓線圈上的電壓在其中性點(diǎn)達(dá)到最大值，使高壓側(cè)中性點(diǎn)對(duì)外殼和層間、匝間梯度電壓大大提高。由于高壓側(cè)的絕緣裕度通常較小，導(dǎo)致高壓線圈容易被擊穿。這種由于低壓進(jìn)波在高壓側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)過電壓的過程通常稱其為正變換過電壓[1-2]。

2 計(jì)算模型的建立

在電力系統(tǒng)中，對(duì)于多導(dǎo)線輸電路，不同導(dǎo)線之間存在電磁耦合 ，而變壓器各個(gè)繞組以及匝之間都存在電磁耦合。在計(jì)算線路和變壓器的 雷電過壓和操作過電壓時(shí)，需要計(jì)算其快速暫態(tài)過程，對(duì)于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的 網(wǎng)絡(luò)和元件，其暫態(tài)計(jì)算過程所需的人工計(jì)算量很大，對(duì)于一些復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)甚至不可實(shí)現(xiàn)。直到Dommel等人研發(fā)并完善了電磁暫態(tài)計(jì)算程序（EMTP），并將其推廣到市場(chǎng)，現(xiàn)在EMTP計(jì)算軟件已經(jīng)成為國際上普遍采用的數(shù)值計(jì)算方法。因此，ATPDraw 程序已成為電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的有利工具。之所以選擇ATP程序，是因?yàn)锳TP程序中的模型滿足配電變壓器雷擊特性所需要的模型并且很容易建立一些特殊元件，且其計(jì)算精度足夠滿足工程實(shí)際的要求。正是由于以上所述的各種優(yōu)點(diǎn)，對(duì)單地網(wǎng)配電變壓器和雙地網(wǎng)配電變壓器及相關(guān)電力元器件在軟件中建立的仿真模型如圖1和圖2所示。

3 仿真結(jié)果

采用圖1和圖2所示的ATP模型，雷電流從低壓側(cè)三相侵入，改變侵入雷電流的幅值研究其對(duì)變壓器正變換過電壓的影響，仿真結(jié)果繪于圖3中。

從圖3可以看到，雙地網(wǎng)變壓器的外殼電位比單地網(wǎng)高，這是由于雙地網(wǎng)將高低壓地網(wǎng)分離后，低壓側(cè)地網(wǎng)沖擊接地電阻增大，外殼電位升也增大。變壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)的電位和低壓側(cè)線圈兩端電壓有關(guān)（即激磁電流大小），也和高壓側(cè)避雷器動(dòng)作情況有關(guān)。單雙地網(wǎng)低壓側(cè)避雷器都動(dòng)作并起到鉗制低壓線圈兩端電壓的作用，所以單雙地網(wǎng)這部分導(dǎo)致的高壓側(cè)中性點(diǎn)過電壓相似。對(duì)于單地網(wǎng)，由于高低壓側(cè)地網(wǎng)沒有分離，因此高壓側(cè)避雷器動(dòng)作，將外殼的高電位升傳遞到了高壓側(cè)首端，而雙地網(wǎng)高壓側(cè)避雷器高壓側(cè)避雷器基本沒有動(dòng)作，這部分過電壓基本不影響高壓側(cè)中性點(diǎn)電壓。因此這導(dǎo)致單地網(wǎng)高壓側(cè)中性點(diǎn)過電壓在雷電流幅值較大時(shí)高于雙地網(wǎng)。

綜合上述分析可以看出雙地網(wǎng)高壓側(cè)中性點(diǎn)與外殼電位差大于單地網(wǎng)，這是由于雙地網(wǎng)低壓側(cè)沖擊接地電阻大于單地網(wǎng)。

4 結(jié)語

（1）雙地網(wǎng)不僅對(duì)正變換過電壓沒有抑制作用，還加劇了正變換過電壓。

（2）限制侵入雷電流幅值是減少配電變壓器損壞的有效方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]張嘉祥.變壓器線圈波過程[M].北京：水利電力出版社，1982.

[2]張嘉祥，周賢士.配電變壓器正、反變換過電壓的研究[J].高電壓技術(shù)，1980（02）：78-81.