农村配电网线路和设备的防雷接地保护研究

2010-09-04 07:56:50封崇益陈铸华
湖南电力 2010年2期
关键词:接地装置漏电中性点

封崇益,陈铸华

(湖南省电力公司中心培训部,湖南长沙 410131)

某乡镇某台区 1台 10kV/0.4 kV配电变压器高压侧的避雷器 (三相)B相发生爆炸,高压连接线皮烧焦可见。事发当天气象情况为小雨。该镇上某娱乐室 1名手握麦克风正在唱歌的男子突然被电击死亡 (法医鉴定结果证明)。事后分析由于高压侧避雷器爆炸冒火,变压器高压侧过电压经避雷器放电瞬间升高变压器低压侧接地端中性点电位,该高电压又经低压侧中性线进入低压用户线路的零线中,使原来低压用户的零线成为高压线。同时由于该娱乐室接地电阻值偏大,且室内各级漏电保护器都未安装,因此麦克风金属外壳绝缘被击穿后带高压,导致发生这起供电事故。

1 配电变压器防雷接地保护接线

1.1 配电变压器防雷接地保护接线方式

运行经验表明:配电网的雷害事故约占整个电力系统雷害事故的 70%~80%。而农村配电网更易遭受雷害,主要因为农网低压线路分布在田野、山间,无任何保护,容易遭受雷击,而城网低压线路却在高层建筑物的避雷带、避雷针等的保护之下,不容易遭受雷击的危害。

一般配电变压器防雷接线采取 3点共同接地,即将防雷接地 (高、低压避雷器)、保护接地 (外壳)和工作接地 (低压中性点)连接在同一个接地装置,接地电阻应满足三者之中的最小值,一般规定<10Ω,且要有垂直接地极,以利散流,如图1。低压工作接地一般应<4Ω,因而接地电阻主要取决于高压侧对地击穿时的保护接地,一般情况下配电变压器都是向 B类建筑物供电的,标准规定,只有当保护接地的接地电阻 R≤50/I时,高压侧防雷及保护接地才能与低压侧工作接地共用 1个接地装置,其中 I为高压系统的单相接地电流。

对不接地系统,I为系统的电容电流;对消弧线圈接地系统,I为故障点的残流。有些系统虽装有消弧线圈,但常常运行不正常而退出运行,目前不少 10kV系统 IC都在 40A左右,所以较大的高压系统中 R应取 1Ω。如果按上述计算结果 >4Ω,则由于低压工作接地要求≯4Ω。公式 R≤50/I中,即高压侧对外壳单相接地时,接地电流流过接地装置的压降不得超过 50V。

图 1 S9-10k VA型 10 kV配电变压器“三点一地”接线保护方式原理图

施工中配电变压器接地常将高压侧避雷器接地线以最短距离与变压器外壳接地线共同联接 1个点到接地装置,而低压侧中性线与低压侧避雷器接地线联接 1个点接到接地装置,这 2个接地装置在地下的环形接地网中再连接起来。如图 2所示。

图 2 施工中配电变压器常用接地方式原理图

这 2种方式中都是共同接地的,只是它们连接的次序不同,最终还是连在一起。采用图 1的接法会产生的问题就是低压线圈及中性线全部承受接地装置上的压降,特别是当中性点存在重复接地,接地电阻小于配电变压器接地电阻,且离配电变压器较近时,高压侧避雷器的放电冲击电流将较多流向重复接地,有时会将一般较细重复接地的引下线烧断。而图 2的接法就较为合理,主要是对高压线圈的防雷保护合理,对低压中性线的冲击也较小,因为部分雷电流已通过接地装置流入地中。

1.2 配电变压器低压侧宜采用接地型式

前述配电变压器低压侧中性点接地,并与高压侧避雷器接地共用一个接地装置,适应于大量采用的低压系统为 TT和 TN,如采用 IT制式,则中性点就不能接地。一般居民用户可用 TN-C-S系统,即低压从配电变压器引出的主干线可采取 TN-C系统 (四线制),到用户的支线采取 TN-S系统。

2 低压侧安装避雷器

配电变压器采取 3点联合接地方式,当雷电降落在低压侧线路产生的雷电过电压或操作过电压直接通过计量表箱加在低压侧绕组上,按 10 kV/0.4 kV=25倍变比感应到高压侧产生高电压为:U高=25倍 ×8 kV=200 kV。该感应电压远远超过变压器高压绕组的允许冲击电压 75k V,会击穿高压侧绕组,损坏变压器。同时,雷电冲击电压通过低压线路侵入用户,也会造成用户家用电器的损坏,甚至危及人身安全。因而必须采取措施,限制低压线圈承受的电压,即一般在低压侧也加 1组避雷器。当地电位升高时,通过避雷器放电,使低压线圈只承受低压避雷器的残压 (1.3 kV左右),这样高压中性点附近的过电压就被限制在可承受范围之内,防止逆变换损坏变压器,见图 3。

图 3 配电变压器逆变换情况

低压侧加装避雷器,因其往往采用高、低压架空线,容易受雷击,35 kV/0.4 kV直配变压器因其变比大,更应在低压侧加装 1组避雷器。加装低压避雷器后,原来的 3点共同接地就成了 4点共同接地,参见图 2。由上分析可知,在低压侧装设低压避雷器或击穿保险器是必要的,特别是在农村多雷地区更为重要。运行中的配电变压器有时遭到雷击后,变压器内匝间绝缘击穿只是局部放电,但还能勉强继续运行,过一段时间后故障扩大,被迫停止运行。这就是在雷雨时变压器绝缘局部被击穿,而在良好晴朗的天气中故障扩大后导致的事故,往往容易给人造成错觉,认为并非由于雷击损坏。

3 氧化锌避雷器爆炸原因

这起事故因配电变压器高压侧氧化锌避雷器(简称 MOA)爆炸烧坏引发,事发当时天气下小雨,环境较潮湿。从变电站现场运行的各方面调查分析表明,MOA事故原因 69%为制造质量问题,25%为运行不当,6%为选型不当而造成的。而内部受潮直接影响产品质量,是引起 MOA爆炸事故的主要原因。MOA受潮有 2个途径:(1)密封不良或漏气,使潮气或水分侵入;(2)装配环境不良或干燥处理不彻底,造成附着潮气的阀片和绝缘件装入瓷套内,使潮气被封在瓷套内,长此以往造成阀片和绝缘件受潮。

上述 2种途径受潮所产生的结果是相同的,从多起事故后避雷器残骸可以看出,阀片没有通流痕迹,阀片两端喷铝面没有发现大电流通过后的放电斑痕,而在瓷套内壁或阀片侧面却有明显的闪络痕迹,在金属附件上有锈斑或锌白,这便是 MOA受潮的证明。

4 重复接地的安全作用

为了防止变压器低压侧中性点电位瞬间升高对用户安全的影响,可以在靠近用户的地方加装辅助接地线 (重复接地)。根据 0.4 kV电网结构的实际情况,可以分别在 N处电线杆上,用导电性能好、力学性能好的导体将电网的零线直接接地,称之为重复接地。其接触电阻要求≯10Ω。重复接地可以降低零线的对地电压,缩短 0.4 kV电网单相接地故障时间,同时当 0.4k V电网遭受雷击时,雷电将通过多处重复接地点引入大地,从而保护设备和人身安全。

5 漏电保护装置的安装使用

发生事故的娱乐室配电线路接线图如图 4。

图 4 KTV室内配电线路接线图

该娱乐室为 TT系统接地方式,室内总开关箱接地电阻为 11.8Ω,相对标准值 10Ω偏大。同时,各电源插座未设置漏电保护装置和总开关箱电源进线端未装设避雷器,配电变压器低压侧中性点上产生的高电压可以经室内开关配电箱的零线进入各个受电设备,击穿绝缘后将正在手握麦克风唱歌的男子击倒造成电击死亡的严重事故。

一般而言,对 TT系统装设漏电保护装置时,要认真检查线路上重复接地设施。在漏电保护装置的负载侧不能设置重复接地,否则将造成漏电保护装置的误动和失效。在分级保护方案中尤应注意这一问题。因为重复接地对末端漏电保护装置来说为电源侧,但对前一级的漏电保护则为负载侧。另外TN-C-S系统安装漏电保护装置时,必须将相线和 N线一同穿过漏电保护装置的零序电流互感器,这就应选用 2极或 4极漏电保护装置。

6 结 论

配电变压器容易发生雷害事故,经检查和分析都是由于在防雷接地上存在缺陷和漏洞所致,特别是在接地和低压侧的防雷保护方面存在问题较多,低压配电系统设计技术规程对低压侧防雷接地保护要求并不严格,如果用户配电线路同时又存在问题,那么人身电击死亡事故就有可能重蹈覆辙。因此,要提高农网配电变压器的防雷保护水平就必须进行全面检查,对防雷接地方面所存在的缺陷进行整改,加强农村低压配电网用户安全用电的技术管理和指导,一定能够大幅度地降低雷害事故,提高农村配电网的安全运行水平。

〔1〕林福昌.高电压工程 〔M〕.北京:中国电力出版社,2006.

〔2〕李景禄.实用电力接地技术 〔M〕.北京:中国电力出版社,2002.

〔3〕张纬钹,何金良,高玉明.过电压防护及绝缘配合 〔M〕.北京:清华大学出版社,2002.

〔4〕低压配电设计规范 〔M〕.北京:清华大学出版社,2002.

〔5〕马淑华.农村配电变压器的防雷保护 〔J〕.农村电气化,2000(12):25-26.

猜你喜欢
接地装置漏电中性点
漏电保护器失效 连环责任人须赔偿
公民与法治(2020年1期)2020-05-30 12:27:34
一种防雷接地装置的便携式检测仪电路
电子制作(2019年7期)2019-04-25 13:16:56
一种用于配变低压侧漏电保护器跳闸的报警系统
行李厢灯漏电故障排除
汽车电器(2018年1期)2018-06-05 01:23:06
你了解漏电保护器和空气开关吗
中性点经接地变压器接地的400V电气系统接地故障的分析与处理
接触网接地装置机构设计
电气化铁道(2016年6期)2016-05-17 03:42:49
超高压同杆双回线中性点小电抗的精确计算方法
电力建设(2014年8期)2014-04-16 05:59:09
变电站中性点不接地系统零序PT的应用探讨
河南科技(2014年18期)2014-02-27 14:14:58
刍议110kV变压器中性点过电压保护的完善
河南科技(2014年16期)2014-02-27 14:13:16