浅析配电变压器接地与防雷

浅析配电变压器接地与防雷

摘要：配电变压器是一种重要的电力设备，对电力的正常运行起着关键作用。在配电电压器工作过程中极易受到雷击，从而造成线路故障。长期以来，设计部门以及电力主管部门对配电变压器雷击问题十分重视，从变压器接地改造等各方面入手，旨在提高变压器的安全稳定程度。鉴于此，本文对配电变压器接地以及防雷进行了研究和探讨，以期对相关从业人员有所帮助。

关键词：接地；变压器；电流；雷击 一、前言

雷电是大自然中一种自然现象，雷电形成于强对流天气条件下，云层的瞬间放电，平均每次约有3~4个脉冲，最多时出现数十个脉冲。主要分为三个阶段，第一阶段放电强度最大，时间比较短，速度很快，破坏力也最大。第二、第三阶段放电强度依次减少，时间也越来越长，破坏程度也减弱。整个雷击过程对人、畜、建筑以及设备破坏程度巨大，因此一直以来受到广泛重视。实践中，我们发现配电变压器的故障产生原因中相当大的比例是由于受到雷击引起的，很多地方配电器跳闸有将近一半的原因是由于雷击引起的，在一些雷区还远远超过这一比例。配电变压器遭受雷击后一是会造成变压器本身的损坏，造成一定经济损失，主要有维修费用和重置费用。二是造成大面积的停电，对人们生活以及企业正常运营造成难以估量的影响。随着我国配电网供电区域不断增多，供电线路越来越广，配电变压器防雷问题必将是今后研究的主要课题之一。

二、配电变压器雷击事故的产生机理分析

要研究配电变压器雷击事故的原因，就要对其事故产生的原理进行分析。从理论上讲，变压器受到雷击出现事故的原因主要有正变换过电压以及逆变换过电压两种形式，下面分别加以分析。

1、正变换过电压

所谓正变换过电压，就是当配电变压器低压侧线路遭受雷击时，会有雷电波由低压线路侵入，这时就会在变压器中产生电流，如图所示。产生的冲击电流会沿着接地装置进入大地，从而产生压降。导致变压器低压侧电位提高。与此同时，该冲击电流也会在变压器高压绕组上产生电动势，电动势的强弱与绕组上的匝数成正比关系，导致高压侧电位提高。整个过程是由低压线路进入，最终在高压侧产生电流，整个过程我们称之为正变换。正变换情况下，会出现层间绝缘被击穿的现象。

2、逆变换过电压

逆变换过电压与正变换过电压正好相反。变压器遭受雷击后，在高压侧侵入电流，电流进入大地，与接地电阻发生作用，产生压降。这个压降将作用到配电变压器低压侧绕组中性点上，使中性点电位升高。三相绕组中流过的冲击电流方向相同、大小相等，电压同时升高。如图所示。由于高压绕组受避雷器残压固定，且中性点不接地，因此冲击电流沿着低压绕组流通，在中性点幅值达到最大,导致中性点绝缘容易击穿。

三、配电变压器防雷接地方式

1、高压侧的单独接地方式

顾名思义就是仅在配电变压器的高压侧设置避雷器，避雷器直接与地网连接，采用避雷器单独接地这种简单传统的方式。如图所示，这种接地方式下，计算变压器过电压采用下列公式:过电压=避雷器的残压+雷电流经接地电阻产生的压降。这种接地方式弊端也是明显的，就是在运行过程中容易造成对配电变压器的损坏，因此这种接地模式冲击绝缘水平与避雷器的残压关系紧密，只能允许数值比较小的冲击电压与高压绕组发生作用，所以又诸多弊端。

2、高压侧的三位一体接地方式

避雷器防雷接地引下线采用“三位一体”的接地方法，即高压侧避雷器的接地引下线和变压器低压侧的中性点以及配电变压器金属外壳3点连接在一起接地（见下图）。当变压器遭受电击时，电流经过接地电阻产生压降。同时也会伴随有残压的产生，二者一起发生作用，就会在配电变压器绝缘上产生高电压。如果我们采用三位一体接地方式，变压器低压侧零线端接线至变压器的外壳，再接线至接地网和引出的零线和保护线。这样就在一定程度上减轻压降的作用，只有残压独自作用于变压器，对配电变压器起到了很好的保护作用。

3、双侧均装设避雷器的三点一地方式

按多年的运行经验，在配电变压器高压侧和低压侧都装有避雷器的三点一地界线方式将有利于配电变压器的保护。实践中，笔者发现当变压器遭受雷击出现损害时，经常伴有低压设备同时受损的现象发生，一般都是电灯、电动机等设备出现问题。这说明电压器低压一侧的线路遭受雷击出现过压也导致变压器的雷击损坏，因此除了在高压侧装有避雷器外，还应该在低压侧装有氧化锌避雷器，从而化解低压绕组受雷击产生的过电压，对高压绕组是一种有效的保护。见下图。

四、完善配电变压器防雷接地的措施

1、合理选用避雷器

避雷器的选用合理与否直接关乎到变压器避雷效果。作为设计人员要熟悉各种避雷器的性能、使用场所、运动条件等等，不同的避雷压器效果不同、性能差异也比较大，例如常见的氧化锌避雷器就具有反应速度快、产生残压比较低等优势，在一些容易遭受雷击的地区使用比较广泛。有的避雷器额定电压小于设备额定电压，这样在其工作时，经常会出现跳闸都现象。同样如果避雷器电压超过设备额定电压，将起不到很好的避雷效果。所以设计人员和施工人员在安装时，要做好调试和实验工作，以免出现事故。

2、在配电变压器进线处装设电抗器

有一些重雷区，频繁的雷击对变压器损害严重，这时我们可以再配电变压器进线处装设电抗器或在配电变压器铁芯上加装平衡绕组或在配电变压器内部安装金属氧化物避雷器。电抗器可以利用进线制作,用进线绕成直径10mm,19~21匝的电感线圈,阻止雷电流入侵,保护变压器。

3、避雷器应靠近配电变压器

我们在安装避雷器时，要注意避雷器与变压器之间的距离，最好在5M以内，连线较短也可以在一定程度上减轻电流产生的压降。同样，如果距离过远，将使避雷效果大打折扣。

4、定期校验避雷器

相关人员应按规程要求定期校试避雷器，进行避雷器预防性试验和维护，同时建立试验档案，对不合格的予以更换。

参考文献：

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