低壓側避雷器對于單雙地網變壓器反變換過電壓的影響

魯浩

摘 要：為抑制反變換過電壓，雙地網接地方式被提出。因此，對低壓側避雷器在單雙地網變壓器中抑制反變換過電壓的效果進行研究顯得較為緊迫。在實際工程應用前，先用電力系統仿真軟件進行仿真計算，可以做到事半功倍的效果。

關鍵詞：反變換過電壓；雙地網接地方式；配電變壓器

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）22-0141-02

近年來配電網的安全供電越來越受到重視，而配電變壓器—這個可以被看作是配網的“核心”部件，經常受到雷電過壓的危害，其中雷電引起的反變換過電壓對配電變壓器絕緣威脅最大[1-2]。反變換過電壓是指配變高壓側進線被雷擊時，高壓側避雷器導通后將雷電流引入地，由于接地電阻的存在，這個電流將產生一定的壓降。這個壓降使低壓側中性點電位產生偏移，在不考慮負載的情況下，低壓側相當于開路，這樣低壓繞組承受了這個電壓差。又由于電磁感應的存在，這個電壓差以近似變比被放大至高壓側線圈，致使高壓繞組出現過電壓而擊穿。這種由于高壓側遭受雷擊，作用于低壓側，通過電磁感應又變換到高壓側，引起高壓繞組過電壓的現象叫反變換過電壓[3]。

1 配電變壓器的接線方式

1.1 配電變壓器的單地網接線方式

配電變壓器采用單地網接方式，即將配電變壓器的高壓側避雷器引下線、變壓器外殼和變壓器低側中性點連接在一起三點共同接地。這種方式接地的好處是高低壓繞組之間以及變壓器外殼和繞組之間的電位差小，但這種接地方式存在正反變換過電壓的問題，如圖1所示。

1.2 配電變壓器的雙地網接線方式

雙地網接線方式是一種旨在利用土壤對沖擊電壓的衰減來消除正變換過電壓和逆變換過電壓的接地方式。在該方式中將配電變壓器的低壓零線、中性點、低壓側避雷器和變壓器外殼、臺架一同接于低壓地網，高壓側避雷器則接于高壓地網，如圖2所示。設計雙地網方法目的是降低正、反變換過電壓對變壓器繞組絕緣的危害。但在雙地網接地運行方式中，雖然可以一定程度上降低正、反變換過電壓，但線路落雷時，仍會在高壓側接地電阻或低壓側接地電阻上產生較大的壓降，而且由于變壓器高低壓側沒有共同接地，將在高低壓繞組之間產生較大的電位差，從而危及高低壓繞組之間的絕緣。

2 計算模型的建立

ATP-EMTP是目前世界上應用最廣泛的電磁暫態計算仿真程序。ATPDraw程序具有標準的Windows操作界面，是比Matlab仿真程度更高的電力系統仿真軟件，其元件庫更是包含了電力系統中的各種元件。只要點擊相應的圖標，設置所選元件的相關參數，就能生成對應的模擬電路，電壓表和電流表隨意設置就可測量各點電位和各支路的電流。因此，ATPDraw程序已成為電力系統暫態分析的有利工具[4]。正是由于以上所述的各種優點，對單地網配電變壓器和雙地網配電變壓器及相關電力元器件在軟件中建立的仿真模型如圖3和圖4所示。

3 仿真結果

按照低壓系統設計和防雷保護規程要求，以及廣東地處強雷區的特點，在易遭雷擊的架空低壓進戶線用戶側安裝避雷器和絕緣子鐵腳接地，以保護與架空低壓線直連的計量電表及其它低壓用戶電器，并防止雷電波沿線侵入戶內造成人身傷亡。事實上，低壓側安裝的避雷器對于抑制正反變換過電壓有很大的作用，而且低壓側避雷器在單雙地網的情況下對于抑制變壓器雷擊過電壓的作用有很大區別。

采用圖3和4所示的ATP模型，仿真在雷電流大小為10kA，低壓側有無避雷器時，模擬單雙地網變壓器的過電壓。

比較圖5和圖6可以看到，單地網高壓側侵入雷電流幅值為10kA，低壓側無避雷器時，高壓側中性點過電壓的最大值達到了449.88kV，振蕩衰減周期約為210，低壓側安裝避雷器后，高壓側中性點電壓的最大值降低到108.27kV，過電壓的幅值大大減小，其從峰值降到谷值時，出現了振蕩，這是由于低壓側避雷器動作導致，之后振蕩衰減的周期也約為210。變壓器外殼電位升變化不大。高壓側中性點過電壓幅值之所以大大減小是由于低壓側避雷器動作后抑制了流過低壓側繞組激磁電流的大小。所以，單地網高壓側入雷時，低壓側避雷器對于反變換過電壓起到了很大的抑制作用。

比較圖7和圖8可以看到，雙地網高壓側三相入雷，雷電流幅值為10kA時，低壓側有無避雷器變壓器的過電壓幅值變化很小，振蕩周期也基本不變，為210左右，不同的是有避雷器時高壓側中性點過電壓衰減的比低壓側沒有避雷器時快。這說明，雙地網時低壓側避雷器對于反變換過電壓的抑制作用很小，這是由于雙地網將高低壓側隔離了，低壓側避雷器兩端的電壓很低，低壓側避雷器基本沒有動作。變壓器外殼電位升變化不大。

同時比較圖6和8可以發現，若低壓側無避雷器，雙地網時變壓器的過電壓比單地網時小很多，從449.88kV降到了109.35kV，所以，低壓側無避雷器時，雙地網對于反變換過電壓有很強的抑制作用。但是，雙地網低壓側加避雷器后對反變換過電壓沒有進一步的加強作用。

4 結語

對于配變高壓側入雷的過電壓，低壓側避雷器對于單地網配變反變換過電壓起重要的抑制作用。而對于雙地網配變，高低壓側地網的分離對于反變換過電壓起重要的抑制作用。雙地網低壓側加避雷器后對反變換過電壓沒有進一步的加強作用。

參考文獻

[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，1980，（02）：78-81.

[3]林福昌.高電壓工程[M].北京：中國電力出版社，2006.

[4]謝耀明.10kV配電變壓器雷擊故障原因分析及防雷改造措施[J].科技與創新，2016，（5）：150-151.endprint