山区配电变压器雷害事故与防雷技术分析
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摘 要 文章对某山区易遭雷击的配电变压器进行了现场调研和实地测量，结合相关理论对山区配变遭雷害的主要原因进行了分析，并提出了一些相关的防雷技术措施。
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)122-0103-01
1 情况介绍
某地地形主要为山区，地形起伏较大，地质结构复杂。其年平均雷暴日为90天左右，属于强雷区。该地配网频遭雷击，经常发生配变因雷击损坏的事故。统计配网故障资料，发现近年来雷害事故频发，配变频频被雷打坏，雷害事故率居高不下，2006年~2010年配变因雷击损坏数量占配变损坏总数的比例分别为55.6%、63.6%、42.8%、35.5%及 48.6%，这不仅造成了重大经济损失，同时也严重影响到供电的可靠性。
2 遭雷害主要原因分析
2.1 正反过电压
该地发生多起配变高压侧避雷器被雷击坏、低压侧电表被雷打坏的事故，现场发现所有配变仅高压侧安装有避雷器，低压侧均未安装避雷器。由于缺少低压避雷器，当遭遇雷击时，配变不仅会产生低压侧的过电压，也会产生高压侧的过电压。其损坏机理有以下三点。
1）雷电直击低压线或低压线有感应过电压，使低压侧绝缘损坏。
2）高压线路遭受直击雷或感应雷，此时高压侧避雷器动作，在接地电阻上产生压降U=IRch（式中Rch为接地体的冲击接地电阻，I为雷电流均值。）当Rch取7 Ω时，I取5 kA时，U=35 kV。这一电压作用在低压侧中性点上，而低压侧出线此时相当于经导线波阻接地，因此U就绝大部分就加在低压绕组上了。经过电磁耦合，在高压绕组上将按变比出现过电
压，对于10 kV/380 V配变，可达，由于高压绕组出线
端的避雷器动作，配变高压侧绕组出线端电位受避雷器残压固定，所以这个921 kV电压沿高压绕组分布，在高压侧绕组中性点处达到最大值，很可能将中性点附近的绝缘击穿，也可能击穿绕组的纵绝缘，此即反变换过程。
3）低压线遭受直击雷或感应雷，使高压侧绝缘损坏。这是因为通过电磁耦合，在高压侧绕组上也出现了与变比成正比的过电压（正变换过程）。由于高压侧的绝缘裕度比低压侧小，所以可能造成高压侧损坏。
由上可知，限制低压绕组两端的过电压值，不仅能保护低压绕组，而且无论发生正变换或反变换，都能保护高压绕组。显然，在配变低压侧加装低压避雷器是十分必要的，尤其是强雷区更是如此。
2.2 接地线不合格
现场发现部分配变的接地线表面已经出现锈蚀，有些接地线连接不可靠。例如：某配变接地线表面已经出现很明显的铁锈，因接地线长度不够，采用两段螺纹钢焊接的方式，但是焊接不够牢靠，某配变接地线连接处腐蚀严重，造成接地线电阻值偏大。接地线连接不可靠会造成接触电阻过大。随着接地线表面锈蚀程度的增加，接地线自身阻值也就越大。接触电阻和接地线阻值过大都会影响雷电流的顺利入地。
2.3 接地电阻普遍偏高
对配变的接地电阻采用三极法进行了实地测量，结果发现很多配变接地电阻较高，一般为16 Ω左右，最高达到了64.5 Ω。国家标准规定，变压器容量100 kVA以下的接地电阻小于等于10 Ω，变压器容量100 kVA以上的接地电阻小于等于4 Ω。该山区配变容量为50 kVA左右，则其
16 Ω左右的接地电阻超过了国家标准的规定。
2.4 配变安装的位置不正确，线路较长，落雷概率大
许多配变安装于山脚的空旷地带或是半山腰位置，配变距地面高约2.5 m容易遭受直击雷的袭击一般线路较长达15 km左右，雷电直击线路和线路遭受感应雷的几率就很大，雷电流通过线路流向配变从而使配变损坏。
3 防雷技术措施
3.1 加装低压避雷器
配变遭受雷击时，虽然高压侧的避雷器正确动作，但配变仍常常损坏。如何限制产生的正反变换过电压是配变防雷的关键。在配变的低压侧加装低压避雷器以限制出现在低压绕组两端的过电压，一般能在正反变换中保护高压绕组。特别是在强雷区，配变低压侧加装避雷器是十分必要的。国家标准DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中规定“35 kV～0.4 kV配电变压器，其高低压侧均应装设阀式避雷器保护”，“3 kV～10 kV Yyn和Yy（低压侧中性点接地和不接地）接线的配变压器，宜在低压侧装设一组阀式避雷器或击穿保险器，以防止反变换波和低压侧雷电侵入波击穿高压侧绝缘。”此处需要说明的是，随着电力系统的发展，阀式避雷器已经基本被性能更好的氧化锌避雷器所替代。
笔者所调研的山区，以前配变曾安装有低压避雷器，但是保护效果不好，经常发生低压避雷器被打坏的现象，后来便不再采用。经过研究发现，这是由于低压避雷器选型不当造成的。低压避雷器的残压不能过高，否则由于正反变换过电压仍然会使配变高压侧绕组损坏。 在避雷器的选型上应选用保护性能好的氧化锌避雷器，为了保证避雷器适应中压电网的内部过电压状况，应淘汰额定电压和荷电率偏低的避雷器。对于10 kV配变的低压侧避雷器，应选纵、横向均有防护措施的氧化锌避雷器，其雷电通流量取大于等于40 kA（8 s/20 s），漏电流小于等于5 μA，限制电压小于等于1 500 V，启动电压取560 V～620 V。
可以在配变高压侧选择性安装串联电抗器，这是由于串联电抗器不仅可以降低入侵变压器绕组雷电波的陡度，改善绕组电位分布，而且对线路雷电波形成正反射波，抬高电抗器前的雷电波，加速避雷器动作，降低其响应时间，减少雷电波对配变的直接危害。
3.2 降低接地电阻
配变接地装置的阻值要严格遵循国家标准的规定，凡是超标的均需进行改造。山区由于土质原因，土壤电阻率普遍较高，实际测量某山区土壤电阻率平均值为700 Ω・m左右，最高达到了3 045.8 Ω・m，山区较高的土壤电阻率使得配变容易出现接地电阻偏高的情况，相对于平原地区，更应该做好降阻工作。对接地进行改造时要弄清楚接地电阻偏高的原因，周边土壤电阻率的分布情况、地下土壤的分布情况以及附近有无可以利用的自然接地体。改造应根据现场实际情况，认真地做好技术经济分析，决定是采用扩网、外延接地体、深埋接地体，还是采取复合降阻措施。一般情况下，应首先考虑是否可以扩网，其次是有没有外延降阻的可能、地下有没有可以利用的低电阻率的地层。
山区土壤条件较差，接地电阻难以达到要求时，可以适当采用降阻剂。降阻剂要先加水搅拌均匀成泥糊状，然后将降阻剂均匀包敷在接地体表层，待糊状物凝结后加细土夯实。不能将降阻剂直接撒在接地沟内就浇水填土，这易造成降阻剂流失而达不到使用效果。
3.3 改造接地线
对不合格的接地线要进行改造。对锈蚀的接地线要进行更换或处理，比如：打磨、加导电膏等。宜采用表面镀锌的接地线，防止锈蚀。接地线只可采用一根钢材，不可采用两段钢材焊接的做法。三点共地连接处要确保连接可靠。
3.4 其他注意事项
在配网的线路设计时，要尽量避开容易发生雷击的位置，配变的安装位置也应尽量避开易遭雷击区。对使用年限超过20年的配变要及时进行更换，对于出现安全隐患的配变要及时予以维修或更换。为了进一步消除配变雷击损坏事故，还应做好配变的维护工作。
1）定期对配变进行检修试验和接地电阻测量，及时维修有缺陷的配变和对接地电阻超标的接地装置进行改造。
2）雷雨季节前定期试验配变高、低压侧避雷器，对损坏或试验不合格的避雷器要及时更换。
3）对过载运行的配变要及时转移负荷，保证配变处于最佳运行
状态。
参考文献
[1]DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S].
[2]叶明,吴芳华.户外配电变压器的防雷探讨[J].变压器,2009,46(6):19-2.
[3]谢广润.电力系统过电压[M].北京:中国水利电力出版社,1985.