配电网防雷保护

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摘要:文章针对配电线路的雷害事故原因进行了分析,总结了各种影响因素,并提出了若干切实有效的防护措施,以供参考。

关键词:配电变压器 雷害 正逆变换 防护

1、引言

由于配电线路的绝缘水平较低,遭受直接击雷或感应雷时都容易引起绝缘子的闪络,造成线路跳闸。为了保证对用户不间断供电,应深入分析配电变压器等设备遭受雷击损坏的各种原因,并采取相应的防护措施。

2、配电变压器雷害事故原因分析

2.1 配电变压器的过电压

根据研究认为配电变压器雷害事故主要是由于正逆变换过电压引起的。

2.1.1 逆变换过电压

逆变换过电压是当3-10kV侧侵入雷电波,引起避雷器动作时在接地电阻上流过大量的冲击电流,产生压降IRc,这个压降作用在低压绕组的中性点上,使中性点电位抬高,当低压线路比较长时,低压线路相当于波阻抗接地。因此,在中性点电位作用下,低压绕组将流过较大的冲击电流,其绝缘易被击穿。

逆变换过电压幅值的大小与下列因素有关:

(1)波进方式。高压三相波进比单相或两相波进所引起的逆变换过电压高。

(2)雷电流大小。逆变换过电压与通过变压器高压侧避雷器的雷电流有关,也就是说与波进电压幅值或线路绝缘水平有关,高压进线绝缘水平越高,逆变换电压也越高。

(3)波进波长。逆变换过电压与波进波长成比例,波长越长,振荡过程可以得到充分发展,过电压也越高。

(4)接地电阻大小。接地电阻越大,流过低压绕组的雷电流越大,逆变换过电压幅值就越高。例如,当接地电阻为5Ω时,中性点电位为进波幅值的85%;当接地电阻为47Ω时,中性点电位为进波幅值的160%。因此,在山区、高土壤电阻率地区,逆变换过电压幅值很高,配电变压器损坏的可能性更大。

(5)低压侧线路波阻抗Z。如果低压线路绝缘没有闪络,即相当于经Z接地,流经低压绕组的电流较小,因而逆变换过电压较低;若低压线路绝缘破坏,则相当于经线路的电阻直接接地,流经低压绕组的电流较大,因而过电压就较高,低压零线的存在减少了低压绕组的电流,也有助于降低逆变换过电压。

2.1.2 正变换过电压

正变换过电压是当雷电波由低压线路侵入时,配电变压器低压绕组就有冲击电流流过,这个冲击电流也同样按匝数比在高压绕组上产生感应电动势,使高压侧中性点电位大大提高,他们层间和匝间的梯度电压也相应地增加。试验表明,当低压进波为10kV,接地电阻5Ω时,高压绕组上的层间梯度电压有的超过配电变压器的层间绝缘全波冲击强度一倍以上,遇到这种情况,变压器层间绝缘肯定要击穿。

影响正变换过电压的因素有:

(1)进波方式。低压三相进波比单相进波所引起的正变换电压要高,但低压线路绝缘水平低,一般仅为60kV左右,故雷击时基本上为三相进波。

(2)进波波长。过电压与冲击波波长成正比,波长越长,振荡过程可以得到充分发展,过电压也越高;波长短时,振荡来不及充分发展,高压绕组上感应电压将小于变比乘U2。

(3)低压进波幅值。即和低压线路的冲击绝缘水平有关,绝缘水平高,低压进波的幅值大,高压侧感应电势也大。

(4)接地电阻大小。接地电阻大小的影响与逆变换的情况刚好相反,因为接地电阻小,低压进波引起的冲击电流大,在高压侧就感应出较高的电势,反之亦然。例如,当接地电阻为5Ω时,中性点电网为进波幅值1920%,接地电阻为47Ω时,中性点电位为进波幅值的730%,可见,接地电阻越小,低压进波对变压器的绝缘威胁更大。

2.2 配电变压器雷击损坏的其他原因

2.2.1 避雷器接地电阻偏高

避雷器的接地电阻偏高,当雷电流流过接地电阻时,导致变压器外壳电位增高,当其超过一定数值时,就会引起变压器绝缘击穿损坏。

2.2.2 避雷器损坏后未及时检出

由于避雷器损坏后未能及时检出,造成配电变压器实际上没有保护,因而当雷电波侵入时易导致配电变压器损坏。

2.2.3 雷电流陡度大将导致配电变压器绝缘击穿

避雷器残压不仅是雷电流幅值的函数,其陡度对阀片电压的影响比雷电流幅值对阀片的影响更为重要。

3、配电变压器的防雷保护

3.1 在配电变压器低压侧加装避雷器

对绝缘良好的配电变压器仅在高压侧装设避雷器时,仍会发生由于正逆变换过电压造成的雷害事故。正逆变换过电压作用下的层间梯度与变压器的匝比成正比,与绕组匝的分布有关,绕组首端、中部和末端均有可能损坏,但以末端较危险。低压侧加装避雷器可以将正逆变换过电压限制在一定范围之内。

需要指出的是有的配电变压器加装低压阀式避雷器后,仍有少量雷击损坏事故发生,其主要原因是:(1)低压避雷器残压偏高,通过正逆变换使变压器绝缘损坏;(2)配电变压器本身存在缺陷;(3)配电变压器接地电阻偏高。

3.2 采用Y,zn接线的配电变压器

不管是正变换过电压还是逆变换过电压,均是由于低压绕组中有冲击电流,并在高压绕组中感应出高电压而损坏变压器的,所以如果能减小或消除低压绕组中的冲击电流,就能降低或消除正逆变换过电压。故采用Y,zn11组别的连接方式可以实现这一目的。

3.3 对于常年运行的配电变压器可将高压侧避雷器移装在跌落保险下面

这样做的好处是:(1)减少避雷器引线长度,相应地减小了电感,从而降低了反击电压,使避雷器离变压器更近,保护效果更好;(2)当避雷器质量不良,放电后不能熄弧时,工频流使保险丝熔断,保险管自行跌落与系统分离,从而缩小了事故停电范围;(3)便于避雷器的更换试验,特别对于无专业力量的大用户来说十分方便;(4)便于准确测量接地电阻。

参考文献

[1]郭捷,刘春生.配电变压器雷害事故分析与防雷保护措施探讨[J]长沙电力学院学报(自然科学版),2005,(03).

[2]马福,汤李佳,彭厉.配电变压器防雷问题分析[J]电瓷避雷器,2008,(05).