10kV配电变压器防雷保护措施技术分析

摘要：文章首先介绍了雷击对于10kV配电网变压器造成的危害，进而分析了目前10kV配电变压器防雷保护中存在的问题，最后针对防雷保护中存在的问题提出了相应的解决措施。

关键词：10kV；配电变压器；防雷；避雷器；接地电阻

中图分类号：TM862 ； ； ； ；文献标识码：A ； ； ； ；文章编号：1009-2374（2014）18-0134-02

1雷击对10kV配电变压器造成的危害

相比于110kV及以上电压等级的主网而言，10kV配电网耐受雷击的能力要弱得多，一旦遭受雷击，10kV配电网更容易受到冲击，也更容易出现故障和事故。一般来说，雷击造成10kV配电变压器损坏有以下两种作用机理：

1.1雷电冲击波直接作用于10kV配电变压器

当雷电冲击波侵入到10kV配电变压器中，避雷器将动作，雷电流将经由接地电阻泄入大地，造成变压器绕组中性点的电压快速攀升。若雷电流是从10kV配变低压侧侵入，由于配变绕组中性点的电压较高，将在低压绕组上生成一个冲击电流，该电流将在配变的高压侧感应出一个很高的感应电动势，导致中性点的绝缘被击穿，同时还会击穿绕组匝间及层间的绝缘；若雷电流是从10kV配变高压侧侵入，同理，在极短时间内高压侧绕组的中性点电压将快速攀升，进而引起低压侧绕组中性点电压也快速升高，并在低压绕组中生成一个过电压，从而对低压绕组的匝间和层间绝缘造成威胁。

1.2雷电流侵入到10kV配电变压器线圈

运行实践表明，当雷电流沿10kV配电线路传播到10kV配电变压器的线圈中时，雷电流作用于线圈的瞬间线圈中的电流是不会突变的，此时可以将电路看作短路，因此该时刻流入10kV配变的电流相当于侵入雷电流以及反射电流的叠加值，其幅值近似于初始值的两倍，从而对10kV配变造成破坏。

210kV配电变压器防雷中存在的问题

2.110kV配变高压侧配电线路绝缘水平过高

在很多地区，为了提高10kV配电线路的绝缘水平，降低配电线路的雷击跳闸率，就采用更高绝缘水平的绝缘子，或增加配电线路绝缘子的数量。例如，某条10kV配电线路的绝缘子型号为X-70型，其单片闪络电压为100kV，为了提高绝缘水平，该线路采用2片绝缘子串联的方式，使其绝缘耐压水平升至200kV。但配电线路上10kV配变的主绝缘耐压水平仅为75kV，远远低于配电线路的绝缘耐压水平。这就导致当配电线路遭受雷击时，由于其绝缘水平较高，不会发生闪络，雷电流沿配电线路传播至10kV配变时，10kV配变的绝缘水平较低，而遭到雷电流的破坏。

2.210kV配变低压侧防雷保护欠缺

若10kV配电变压器低压侧防雷保护欠缺，当雷电流从低压侧侵入10kV配变时，会对配变的低压侧绕组造成威胁。此外，冲击电流还会在高压绕组上感应出一个感应电动势，进而威胁到高压绕组匝间和层间绝缘。

2.310kV配电变压器接地电阻不满足规范要求

以广东省某地区过去一年发生雷击事故的5台10kV配电变压器为例，测量配变的接地电阻，测量结果见表1所示。

表110kV配电变压器接地电阻测量结果表

序号 10kV配变容量/kVA 接地电阻值/Ω 是否超标

#1配变 400 12 是

#2配变 315 13 是

#3配变 250 9 是

#4配变 100 11 是

#5配变 80 16 是

国家相关规范中对于10kV配变的接地电阻有明确规定：配变容量≤100kVA，接地电阻应小于10Ω；配变容量>100kVA，接地电阻应小于4Ω。而发生雷击事故的5台10kV配变接地电阻均已严重超标，其中#2配变的超标最为严重，接地电阻值为13Ω，已经超过规范所要求的2倍。接地电阻越高，当遭受雷击时配变所经受的电压就越高，一旦超过其绝缘耐压极限值75kV，就会导致配电绝缘被击穿。

2.4接地引下线问题

接地引下线的长度不满足设计要求，长度过短，无法达到要求的泄流效果，使得每根引下线经受很大的电流，造成“反击”二次事故。

接地引下线的结构不稳定，部分接地引下线未用卡子固定，而是直接插入土壤中。当遭受雷击时，极高的雷击冲击电流会导致未牢靠固定的接地引下线从土壤中扬起，造成事故和人身伤害。

接地引下线由于未进行合理的防腐处理，在长期运行之后受腐蚀情况严重，不仅无法达到设计使用寿命的要求，同时对于其导流和泄流功能也造成了直接影响。

2.5避雷器安装地点不合理

10kV配变低压侧未安装避雷器进行保护，从而产生正、逆变换过电压，造成配变的绝缘被击穿。

电力用户的进线侧未安装防雷保护装置，当电力用户内部发生短路故障时，特别是某些高压电力用户，其故障会越级到上一级10kV配变，从而导致配变故障，严重时会扩大为大面积的10kV配网停电事故。

310kV配电变压器防雷保护措施

3.1对雷电流的幅值进行限制

当雷击发生时，对雷电流的幅值进行限制，能够有效降低10kV配变受雷击损坏的概率。运行实践表明，加装避雷器能够有效保护电力设备免于遭受雷击损坏。在实际工程中，若仅在10kV配变前安装一组避雷器，对于雷电流幅值的限制比较有限，雷电流幅值依然会超过配变绝缘耐压水平。因此，可以考虑在10kV配变前第2、第3基杆塔各安装一组避雷器，并将其与配变前的避雷器配合动作，就能将雷电流的幅值降低要75kV以下，不会对10kV配变的绝缘造成威胁。但值得注意的是，安装过多避雷器会增加配网运行检修和维护的工作量和投入成本，同时也会提高10kV配电线路的故障率。因此，可以考虑利用放电间隙等过电压保护装置来代替避雷器安装于配变前第2、第3杆塔上，同时与配变前的避雷器配合动作，以达到很好的雷电流幅值限制效果。

3.210kV配变低压侧采取防雷保护措施

为了防止雷电冲击波从10kV配变低压侧侵入到配变中，对配变低压侧绝缘造成威胁，有必要在配变低压侧安装1组避雷器来对雷电波的幅值进行限制。

3.3降低10kV配电变压器的接地电阻值

多年的运行实践证明，降低10kV配电变压器接地装置的接地电阻值是一项极为有效的防雷保护手段。首先，10kV配变接地装置的接地形式可以采用四边放射形接地，其顶端则采用垂直接地极，垂直接地极可以在岩缝或土层厚的地方打入；其次，在垂直接地极和水平放射线的结合部位可以采用接地模块来有效增大其与土壤之间的接触面积，更加有利于雷电流的散流；第三，若土壤的电阻率较高，则可以采用在土壤中加入降阻剂的方式来改善土壤条件，以有效降低接地电阻。

3.4科学合理地设置接地引下线

对于避雷器和10kV配变外壳之间的接地引下线要尽可能地缩短，否则在接地引下线上的感应电压降就比较大，当该电压降与避雷器残压进行叠加，并作用于配变的绕组，将对配变的主绝缘造成严重威胁。此外，要固定好接地引下线，保证接地引下线的结构稳固，同时还要对接地极和接地引下线做好防腐处理，以增强接地极与接地引下线的抗腐蚀能力，确保其使命年限和泄流

效果。

4结语

10kV配电变压器遭受雷击发生事故绝大多数情况都是由于自身在防雷保护中存在问题和隐患所导致的，特别是在接地电阻和低压侧防雷保护措施缺失方面存在较多不足。因此，要提高10kV配电变压器的防雷保护水平，就必须进行全面排查，一一发掘存在的问题和隐患，并有针对性地采取相应的解决措施，排除存在问题和潜在隐患，保证10kV配电变压器遭受雷击事故不断减少，确保10kV配电网的运行安全。

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作者简介：黄卫东（1971—），男，广东珠海人，广东电网公司珠海供电局工程师，研究方向：电力系统及其自动化