农村配电系统台架式变压器雷电安全防护策略

何薇 刘彦章 赵奇

【摘 要】加强对农村电力系统特别是农村配电系统台架式变压器的雷电防护力度。配电变压器雷害事故主要是由雷电形成的正/反变换过电压引起的，配电变压器遭受雷击损坏时，伴有低压设备同时被击坏的現象。台架式变压器防雷策略包含直击雷防护设计、台架式变压器高、低压侧SPD等设计。因地制宜，合理地选择防雷保护措施，并重视和加强配电变压器的运行管理，定能收到提高配电变压器防雷保护的效果。

【关键词】台架式变压器；雷电安全防护； 高、低压侧SPD设计

随着中国经济的高度发展，人民的生活质量日益提高，越来越多的电子设备进入寻常百姓家。与此同时出现了对电力的特别依赖。农村对雷电防护的意识薄弱，致使电力系统遭受雷击的可能性增大。因此加强对农村电力系统的雷电防护力度，农村配电系统台架式变压器的雷电防护首当其冲。

一、雷电破坏变压器途径

目前大多数配电变压器采用 Yyn0 接线。 这种接法的变压器是我国的一种标准接线。它有很多优点： 正常时能保持各相电压不变，同时能提供 380 /220 伏两种不同的电压以满足用户要求， 发生单相接地短路时， 可避免另外两相电压的升高，高压窜入低压的危险。但是， 必须做好它的防雷保护， 尤其是雨季更应该注意其防雷措施， 避免配电变压器受到雷电的袭击。

雷电破坏主要有四种基本形式：直击雷、感应雷、雷电波和地电位反击。事实上在所有的雷击事故中，破坏最严重的直击雷发生的几率并不大；配电变压器雷害事故主要是由雷电形成的正/反变换过电压引起的。正/反变换过电压占到整个雷击事故的86.1%。配电变压器遭受雷击损坏时，伴有低压设备（ 如电度表、电动机、电灯等） 同时被击坏的现象。这说明配电变压器雷击损坏和在低压线路上出现的雷电过电压有联系。配电变压器是高压电网与用户相连的最末级变电设施。其数量多， 分布广， 防雷措施相对薄弱， 雷击时， 由正、反变换过电压引起的雷击事故对配电变压器的绝缘仍构成威胁。

下面介绍一般台架式变压器防雷策略。

二、直击雷防护设计

1、接闪器设计

台架式变压器若处于架空电力线路下方，雷电发生时电力线路相当于架空接闪线，可防止变压器直接遭受直接雷，不需另外装设接闪器。

若台架式变压器上方无配电线路时，为防止变压器遭受直接雷，可在电线杆上装设接闪短杆。因变压器面积较小，一般接闪短杆低于1m，可采用12mm的圆钢作为接闪器。将电线杆内钢筋与接闪短杆焊接在一起固定，若电线杆内无钢筋可通过水泥基座固定。

2、引下线设计

可利用电线杆内的钢筋作为引下线。若电线杆内无钢筋需增设人工引下线。引线线采用12mm的圆钢，制作支持卡固定于电线杆上，在地面上1.7m至地面下0.3m的一段穿pvc管保护。引下线上端与接闪短杆或铁横担焊接在一起，下端与接地装置焊接在一起，焊接处保持良好电气连接。

3、 接地设计

因不同地方土壤电阻率不一样，根据实际在电线杆附近敷设接地网。垂直接体可采用10mm长为2.5的铸铜棒，每隔5m敷设一根，埋深需超过0.5m，并用水平接地体将其连接起来，水平接地体可采用50mm2铜绞线。对于100kv以下的变压 器，冲击接地电阻不应大于10欧姆，每台接地点应不少于三处。变压器金属外壳、SPD接地端、铁横担等接地需共用同一接地体。

三、台架式变压器高、低压侧SPD等设计方法

1、 高压侧SPD设计

在台架式变压器高压侧安装三只阀型SPD，为减小引线长度，SPD紧靠变压器安装，其接地引线直接接到变压器外壳，通过外壳接地共同接地。其型号的选择根据高压侧的线路电压进行选择。SPD进线选择6mm2铜导线，接地线选择10mm2铜导线。SPD进线及接地引线尽可能的短，以减小SPD有效电压保护水平，其安装工艺需满足检测要求。

2、 低压侧SPD设计

低压侧安装I级试验的SPD，其每一保护模式的冲击电流值根据：

I—雷电流，取200kA；

n—地下和架空引入的外来金属管道和线路的总数；

m—每一线路内导体芯线的总根数；

当无法计算时取大于或等于12.5KA，电压保护水平取大于或等于2.5KV。为减小引线长度，SPD紧靠变压器安装，其接地引线直接接到变压器外壳，通过外壳接地共同接地。其型号的选择根据高压侧的线路电压进行选择。SPD进线选择6mm2铜导线，接地线选择10mm2铜导线。SPD进线及接地引线尽可能的短，以减小SPD有效电压保护水平，其安装工艺需满足检测要求。

3、 其它保护方式设计

台架式配电变压器还可采取高、低压侧接地分开的保护方式，这种保护方式的接线为高压侧SPD单独接地，低压侧不装SPD，低压侧中性点及变压器金属外壳连接在一起，并与高压侧接地分开接地。

这种保护方式利用大地对雷电波的衰减作用可基本上消除反变换过电压，而对正变换过电压，研究表明，若对低压侧接地体进行适当的处理，就可以消除正变换过电压。

该保护方式简单、经济，但对低压侧接地电阻要求较高。配电变压器防雷保护措施多种多样，除以上列举的以外，还有在配电变压器铁心上加装平衡绕组抑制正反变换过电压；在配电变压器内部安装金属氧化物SPD等等。

四、不同雷区的防雷保护措施

通过以上分析，各种防雷保护措施各有其特点，各地应根据雷暴日雷电活动强度来合理选择适当的防雷保护措施。

（1）在少雷区，配电变压器年损坏率较低，可只采用配电变压器高压侧装设SPD的方式。

（2）在中雷区，推荐采用配电变压器高、低压侧均装设SPD的方式。

（3）在多雷区，单独采用某一种防雷保护措施往往不能奏效，宜采用综合防雷保护措施，即高压侧装设SPD单独接地，低压侧SPD、低压侧中性点及变压器金属外壳连接在一起的分开接地。

（4）在强雷区，特别是配电变压器年损坏率较高的地区，采用综合防雷保护措施仍未收到较好的防雷效果后，应根据技术经济比较，在配电变压器铁心上加装平衡绕组（即采用新型防雷SPD），或在配电变压器内部安装金属氧化物SPD。

五、总结

SPD要按规范要求定期进行绝缘电阻、工频放电电压试验，对不符合和有缺陷的SPD进行更换。对接闪器、引下线、接地装置要定期巡视检修。雷雨季节前要清扫瓷体，紧固接头，损坏部位立即更换。

台架式配电变压器雷电防护是一项复杂的工程，台架式配电变压器的防雷措施多种多样，各地配电变压器安装地点和实际情况又不尽相同。因地制宜，合理地选择防雷保护措施，并重视和加强配电变压器的运行管理，定能收到提高配电变压器防雷保护的效果。

参考文献：

[1] 杨仲江.防雷工程检测与验收[M].北京：气象出版社，2005.

[2] 中华人民共和国建设部. 建筑物防雷设计规范GB50057-2000 .中国建筑工业出版社.

[3] 苏邦礼.雷电与避雷工程[M].中山大学出版社， 1996.