10 kV配电变压器防雷措施

李大志　伊兴海

摘要：当前，10 kV配电线路绝缘保护配置较低，雷电过电压对其影响较严重。介绍雷电对10 kV配电变压器的危害及产生原因，探讨10kV配电变压器防雷的有效措施，为配电网的雷电防护工作提供参考。

关键词：10 kV配电变压器；防雷；危害；避雷装置；接地电阻

中图分类号：TM727 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）09-0060-02

随着城乡配电网供电面积的日益扩大，10 kV配电线路的分布越来越广泛。然而，当前绝缘保护配置较低，导致雷电过电压对10kV配电线路影响较严重。一旦线路上出现雷电过电压，会经线路直接侵入设置在线路杆塔上的10.0 kV/0.4 kV配电变压器中，在变压器内部产生很高的电压。配电变压器作为电能转换的电力设备，在电力系统中起着重要作用，一旦因雷电过电压损坏，将直接导致用户断电。配电变压器的安全可靠运行是影响配电系统供电质量的重要因素，通过加强设置防护措施和优化配置防护措施，提高配电变压器耐受雷电作用的能力，已成为配电网雷电防护工作中需要迫切解决的问题。

1 雷电对10 KV配电变压器的危害

雷击主要有3种形式：一是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，叫做“直击雷”。二是带电云层由于静电感应作用，使地面某一范围带上异种电荷。当直击雷发生以后，云层带电迅速消失，而地面某些范围由于散流电阻大而出现局部高电压，或者由于直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以致发生闪击的现象，叫做“二次雷”或称“感应雷”。三是“球形雷”。

雷电放电过程中出现电磁效应、热效应以及机械效应。1） 雷电的电磁效应。雷云对地放电时，在雷击点主放电的过程中，位于雷击点附近的导线上将产生感应过电压。过电压幅值一般可达几十万伏，它会使电器设备绝缘发生闪烁和击穿，甚至引起火灾和爆炸，烧毁配电变压器，造成人员伤亡。2） 雷电的热效应。雷电流通过导体时会产生很大的热量，在实际运行中观察到的避雷线断股现象，与雷电流的热效应有关。3） 雷电的机械效应。雷云对地放电时，强大的雷电流机械效应表现为击毁杆塔和变压器等。

为防止雷电带来的危害，应对配电变压器采取必要的防雷保护措施。

2 10 kV配电变压器因雷击烧毁的原因

2.1 避雷装置不完善

避雷装置不完善主要体现在配电变压器低压侧没有装设低压避雷器。低压线路分布广，无任何保护，容易遭受雷击。

当雷电落在低压侧线路上时，雷电感应过电压直接通过计量箱加在10 kV配电变压器低压绕组上，按时高压绕组25倍变比，感应到高压侧产生高电压200 kV。这个感应电压大大超过了10 kV配电变压器高压绕组的允许冲击电压（75 kV），将击穿高压侧绕组，烧毁变压器。

2.2 10 kV配电变压器接地电阻值过高

造成10 kV配电变压器接地电阻值过高的主要原因是接地装置的材料不符合要求。接地体埋设不规范、接地体埋深不够、安装工艺马虎、接地体与接地线头虚连、大地过于干燥、土壤电阻值过大等，均有可能造成接地电阻值过高。

设计安装变压器时，对接地线的作用重要性认识不足，中性线截面选择过小。安装避雷器时接点连接不牢固、外力的破坏、接地线被盗等原因，都有可能导致接地线断线，造成接电地阻值过高。另外，年久失修也有可能导致接地电阻值超过规定值。

3 10 kV配电变压器防雷措施

配电变压器存在雷击损坏隐患，现有的防护措施并不能完全保护变压器。针对变压器低压绕组首端对外壳外壳绝缘及高压绕组中性点对外壳绝缘这两绝缘弱点，及接地电阻阻值影响过电压的问题，可采取加装避雷器、加装电感线圈、降低接地电阻等措施防护。

3.1 加装避雷器

避雷器在安装得宜情况下，可以通过包钳制电位保护安装处的绝缘。针对这种防护措施和变压器两处绝缘薄的弱点，有3种避雷器设置方案：在低压侧加装避雷器；在高压绕组中性点加装避雷器；在低压侧及高压绕组中性点均加装避雷器。

在低压侧加装避雷器，无论线路上出现雷电感应过电压还量直接落雷，低压绕组首端对处壳电压均在绝缘水平范围内，而高压绕组中性点绝缘仍有击穿可能。

在高压绕组中性点加装避雷器，可以很好的保护高压绕组中性点这一绝缘薄弱点，但对低压绕组却起不到保护作用。无论线路遭受直击雷过电压还是雷电感应过电压，在该种保护方式下，低压绕组首端对处外壳绝缘均会被击穿。

低压侧及高压绕组中性点均加装避雷器，可以很好的限制该处过电压，无论沿线路高压侧或低压侧侵入直击雷过电压或雷电感应过电压，低压绕组首端对外壳与高压绕组中性点对外壳所承受的过电压都在相应的冲击耐受电压范围内，变压器不会因雷击而被绝缘击穿，是首推方案。

3.2 加装电感线圈

在高压侧避雷器前加装电感线圈，可以通过降低渡过避雷器上电流的大小和减小电流的陡度，起到保护作用。加装电感线圈对保护雷电感应过电压的效果好，基本可以保证变压器不受雷电感应过电压侵入；但当雷电流达到40 kA时，变压器内部高压绕组中性点对外壳电压与低压绕组首端对外壳电压，仍高于各自的绝缘冲击耐受电压。

3.3 降低接地电阻

当过电压侵入高压侧线路时，接地电阻对变压器内部的电压影响较大。根据计算结果可知，在接地电阻为1 Ω和10 Ω两种情况下，过电压数值相差约10倍，因此可以通过进一步降低接地电阻的取值来限制变压器上的过电压。但考虑到将接地电阻从4～10 Ω降低至1 Ω，所投入的经济成本较高，在某些高土壤电阻率的地区很难实现，因此，除选择尽可能降低接地电阻值的措施外，应配合使用使用其它防护措施。

4 结语

可采用加装避雷器、加装电感线圈、降低接地电阻3种防护措施保护配电变压器。

1） 在低压绕组侧加装避雷器，可保护低压绝缘不被击穿，高压绕组中性点对外壳相比低压绕组无避雷保护时降低，但如果雷电流超过40 kA，高压绕组中性点绝缘仍会击穿；在高压绕组中性点加装避雷器，可保护高压绕组中性点绝缘不被击穿，但对低压绕组与外壳间的过电压幅值无限制作用，低压绕组首端对外壳过电压会超出绝缘耐受水平。

2） 在高压侧避雷器前加装电感线圈，当直击雷电流幅值较高时，变压器内部绝缘仍会被击穿，在雷电感应过电压下，基本可以避免变压器内部因雷击出现绝缘击穿。

3） 变压器接地电阻越小，变压器内部的过电压越小，因此在规程规定的电阻取值在4 Ω或10 Ω内，尽可能降低接地电阻值。但仅靠降低变压器接地电阻，很难使变压器内部的过电压降到允许值以内，应配合使用其它防护措施。

参考文献

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