摘要：由于雷擊過電壓、正逆變換過電壓等因素，配電變壓器的雷擊損壞率一直很高，低壓設(shè)備因雷擊損壞的情況嚴重。文章通過對雷電損壞設(shè)備的機理分析以及對多種接地防雷方式的優(yōu)缺點進行比較，對配電變壓器如何鋪設(shè)防雷電接地、保護接地、工作接地等各種裝置以及其安裝要求進行了探究。

關(guān)鍵詞：配電變壓器；防雷保護；過電壓；接地裝置；雷擊過電壓；正逆變換過電壓；雷擊損壞率 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM862 文章編號：1009-2374（2015）36-0075-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.036

1 概述

目前，我國配電變壓器損壞率達到了1%，在雷電比較多的地區(qū)，配電變壓器損壞率達到了5%左右，損壞率最高的地區(qū)主要是雷電比較頻繁的地區(qū)，可達到10%～15%。在我國，損壞率最高的主要是低電壓配電網(wǎng)的損壞，低電壓電網(wǎng)的損壞直接影響了人們的生產(chǎn)和生活。在人們的生產(chǎn)生活中，家用電器、辦公設(shè)備、通訊設(shè)備及計量儀表的損壞率是最高的。雷擊損壞的主要原因是正、逆變換過電壓。傳統(tǒng)的方式是，保護高側(cè)和低側(cè)避雷器的安裝以消除這兩個過壓，但良好的絕緣配電變壓器雷擊損壞仍可能發(fā)生在操作中。

2 哪些雷會破壞配電變壓器

2.1 直擊雷

雷雨云與空氣中的對地電壓上升的電荷數(shù)十億伏。當雷雨云到的電場強度的地面突起到達空氣的擊穿強度放電現(xiàn)象被稱為直接雷擊。經(jīng)驗證明：任何設(shè)施或設(shè)備遭到直擊雷攻擊，很少能免遭損壞。

2.2 感應(yīng)雷

由靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)產(chǎn)生的雷都叫做感應(yīng)雷。

2.2.1 靜電感應(yīng)，是雷云在接近地球表面時，被突起的建筑物的頂部感應(yīng)產(chǎn)生大量的異性電荷，一旦電性相反的雷云在空中相遇放電后，建筑物頂部聚集的感應(yīng)電荷就會放出，形成高速傳播的雷電波。

2.2.2 電磁感應(yīng)，空間中的電流發(fā)生雷擊是會迅速變化的，變化的電流會產(chǎn)生磁場，即電磁感應(yīng)，這會讓附近的金屬物體產(chǎn)生很大的感應(yīng)電壓。靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)產(chǎn)生的雷都能擊穿配電變壓器上的絕緣設(shè)備。

2.3 雷電入侵波

2.3.1 正變換過電壓。當雷擊產(chǎn)生的電波沿著低壓線路傳到配電變壓器時，沖擊電流會通過低壓繞組，這個沖擊電流會在高壓繞組上產(chǎn)生基于匝數(shù)比的感應(yīng)電動勢，使高壓側(cè)的電壓增大，同時變壓器內(nèi)部的電壓也相應(yīng)變大，低壓側(cè)電流沖擊波導(dǎo)致高壓側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電壓的過程就叫做正變換，電壓稱為正變換過電壓。

2.3.2 反變換過電壓。與正變換過電壓相反的就是反變換過電壓，在雷電進入高壓側(cè)的線路后，會引起避雷針的反應(yīng)，此時沖擊電流就會通過接地電阻，并且產(chǎn)生壓降，當壓降傳遞到低壓繞組的中性點上后中性點的電位相應(yīng)提高，在長距離的低壓線路中，相當于波阻抗接地。所以通過沖擊電流在中性點電位的作用下通過低壓繞組時會很大。三相繞組中的沖擊電壓也是根據(jù)磁場變化配電變壓器高壓側(cè)的匝數(shù)比產(chǎn)生的，這個電壓很大，繞組中通過的電流大小一致、方向一樣。三相電路中的繞組采用星形連接，中性點是不接地的，所以在三相電路的高壓側(cè)無沖擊電流卻有脈沖電壓。而低壓繞組中是有電流的，對應(yīng)的是高壓繞組的無電流，所以低壓繞組會產(chǎn)生勵磁電流，由沖擊電流產(chǎn)生，高壓側(cè)會有很高的感應(yīng)電動勢。避雷針的殘壓會固定住高壓繞組的出線側(cè)電壓，繞組中這個電勢會均勻分布，在中性點到達最大值，容易將中性點的絕緣設(shè)備擊穿。反變換中高壓沖擊波引起的電壓通過低壓側(cè)的電磁感應(yīng)傳到高壓側(cè)。

3 配電變壓器防雷原理

3.1 防止直擊雷的雷擊

將雷擊電流引導(dǎo)走是防直擊雷的最好方法，所以避雷針得到了廣泛的采用，另外通過將配電變壓器安裝在室內(nèi)也能防止直擊雷。

3.2 防止感應(yīng)雷和雷電入侵波的電擊

最高電壓能達到數(shù)十萬伏的感應(yīng)雷和雷電入侵波，電壓在通過正變換過或者反變換過后很容易就會將變電器中性點的絕緣設(shè)備擊穿，導(dǎo)致危險的后果。只有減少絕緣線上的電壓和防止換過電壓，才能有效地保護配電變壓器免遭雷擊。

3.3 普遍使用的保護接地方式

3.3.1 雙側(cè)裝避雷針單接地法。傳統(tǒng)的接線方法，所有的接地點連在一起并且接地，而高低壓側(cè)的避雷針接地點、低壓側(cè)的中性點、變壓器的接地部分都連接在一起的。

優(yōu)勢：接線操作難度小，避雷器在被擊穿后只有殘壓能夠傳到變壓器的主絕緣上。

劣勢：換過電壓依然存在，不能消除，特別是當雷擊電流過大時，接地電阻上的電壓會傳到電壓繞組上，逆變電壓可能會將高壓側(cè)的絕緣設(shè)備擊穿。設(shè)備在避雷器被擊穿時，會被從接地電阻傳回來的高電壓燒毀。

3.3.2 雙接地網(wǎng)雙側(cè)裝設(shè)避雷器方式。因為地球電場可以減弱雷電波，所以可以通過接地消除變換過電壓，通過將避雷器的高壓側(cè)接地點與避雷器的低壓接地點各自接地來實現(xiàn)避雷的效果。

優(yōu)勢：雷擊過程中產(chǎn)生的變換過電壓能夠被消除。接地點和低壓處的零線不會再有高壓側(cè)的雷擊電波傳過來。

劣勢：對分布有嚴格要求的兩個獨立接地網(wǎng)都要制作。在遭遇雷電擊中后，避雷器上的殘壓和接地電阻的壓降都會作用在配電變壓器的主絕緣上，避雷器的殘壓沒有接地電阻的電壓大，所以變壓器受到的雷擊沖擊更大，變壓器的絕緣設(shè)備老化速度也就大大加快了。

3.3.3 單側(cè)接入地網(wǎng)Yzn配變法。高低壓避雷器，Yzn接線變壓器和接地網(wǎng)共同構(gòu)成這種陪變法。

優(yōu)勢：通過改變了低壓側(cè)繞組的接線方法，兩個相反的磁場會出現(xiàn)在接地電阻的鐵芯上，所以電壓不會傳遞到高壓側(cè)，也就不會出現(xiàn)變換過電壓。另外，因為高低壓避雷器的接地線都跟變壓器的外表面相接觸，即使避雷器被毀，也只有避雷器的殘壓可以影響到變壓器的主絕緣線，使變壓器可以安全地工作。

劣勢：通過這種方法保護變壓器要在低壓側(cè)使用更多的成本，在避雷器被損壞后，低壓側(cè)會有高電壓從接地電阻上竄過來，導(dǎo)致設(shè)備被損毀。

4 配電變壓器防雷手段

4.1 進行全面的高壓瞬態(tài)等電位連接

在接地這個處理上，將避雷器、變壓器外表面、中性線和其他導(dǎo)體部件連在一起后共同接地，然后將3個高壓避雷器裝在變壓器高壓側(cè)，低壓側(cè)同樣處理，這樣就實現(xiàn)了全面的等電位連接。在經(jīng)過此方法保護下，在被雷電擊中后，設(shè)備整體始終保持在同樣的水平上，因為電壓相同，所以沒有電流流動，雷電就不會破壞設(shè)備。生活中通過高壓瞬態(tài)等電位連接保護的配電變壓設(shè)備被雷電擊中后，因接線是不同的，所以避雷器電壓存在區(qū)別，另外連接導(dǎo)體的電阻是不可以忽略的，所以這里所說的等電位連接并不是真的完全相等，不過此時的電位差已經(jīng)不會對變壓器造成威脅了。在常用的防雷方法中，做到高壓等電位連接來防雷是最好的方法，安全簡單有效。

4.2 高壓架空線路的防雷方法

保護變壓器高壓架空線免遭雷擊的常用方法：在高壓架上安裝避雷針或架空轉(zhuǎn)埋地15m以上接入變壓器均可使侵入變壓器高壓側(cè)的雷電波強度大大降低。

4.3 低壓架空線防雷措施

低壓架空線一般架設(shè)在10kV高壓線下，不易受到直接雷擊，但是單獨在野外架設(shè)的低壓線也易被雷電擊中?，F(xiàn)在四線平行架設(shè)得到了單獨架設(shè)的低壓架空線的普遍采用，都沒有安裝避雷針。為了保護低壓架空線，多采用以下方法：把電線桿頂端的中性線起避雷針的作用接地，可以防止低壓線被雷電擊中，變壓器可以安全工作。

4.4 配備優(yōu)質(zhì)接地線

通常來說避雷器越短的接地下線越好。當接地線的長度較大時，即使雷電波的陡度比較小，也會導(dǎo)致接地線上的壓降達到一個很大的值，這個壓降會和避雷器的殘壓一起形成巨大的壓降，配變變壓器上的絕緣設(shè)備就容易被損壞。所以要在熔斷器的下端裝一個避雷器來保護設(shè)備，同時接地引線也會變短許多，當然避雷器的安裝工作也就變得更簡單了。如果避雷器不能正常工作導(dǎo)致熔管會從變電器上移除下來，高壓線路的供電不會因此而受到破壞，整個電力系統(tǒng)也不會頻繁出現(xiàn)故障，有利于終端設(shè)備的穩(wěn)定工作。

4.5 將四點共同接地的防雷方法

《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》中寫到：“3～10kV配電系統(tǒng)中的配電變壓器應(yīng)裝設(shè)避雷器保護。避雷器應(yīng)盡量靠近變壓器裝設(shè)，其接地線應(yīng)與變壓器低壓側(cè)中性點以及金屬外殼等連在一起接地?！睂⒈芾灼餮b在變電器低壓側(cè)的保護方法特點如下：避雷器可以保護低壓側(cè)的同時也保護高壓側(cè)，兩側(cè)的避雷器，繞組的中性點和變壓器的外表面四點同時接地稱為四點共同接地?？紤]了下面兩點后決定采用這種接地方法：

在接線的過程中，將兩側(cè)的接地線還有低壓繞組的中性點接在一起，整個設(shè)備內(nèi)部就處于相同的電壓下，避雷器的雷電流和接地電阻上的壓降就沒有了，變壓器的繞組就可以安全工作。在以上幾點共同連接后，只有避雷器上的殘壓會影響到絕緣設(shè)備，而設(shè)備的內(nèi)部絕緣裝置也不會受到各種壓降的影響。在變壓器的外表面和避雷器都被接入大地后，變壓器上所收到的電壓僅為避雷器的殘壓，接地電阻的壓降會使變壓器的外表面電壓加大，此時低壓繞組就會出現(xiàn)逆閃絡(luò)這一現(xiàn)象，通過將變壓器的低壓繞組上的中性點與變壓器外表面相連接，從而處于相同的電位，可以避免這一現(xiàn)象。

5 結(jié)語

作為一個系統(tǒng)的工程，配電變壓器的防雷在對雷電流、波阻抗、分布電流等有了更深的了解以后，各種新的處理方法出現(xiàn)，要根據(jù)各處的客觀條件，做出科學(xué)正確的判斷，選擇一個合適的方法來保護配電變電器。配電變壓器的防雷措施對減少事故跳閘率、提高供電可靠性具有重要的意義。

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作者簡介：冼浩欣（1983-），男，廣東中山人，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局工程師，工程碩士，研究方向：電力系統(tǒng)運行分析與規(guī)劃。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）