(鄂尔多斯康巴什供电局，内蒙古 鄂尔多斯 017000)
摘 要：文章分析了当前配电变压器存在的问题，讨论了 正、逆变换过电压产生的原因。针对抑制正、逆变换过电压，强调了接地电阻在配电变压器 防雷中的重要性，并提出了改进措施。
关键词：配电变压器；防雷保护；逆变换过电压；改进措施
中图分类号：TM86 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2009)08—0121—02
配电变压器受雷电 波侵害不仅给供电企业带来极大的经济损失， 而且严重影响供电可靠性。为防止雷电波对 配电变压器的侵害， 保证配电变压器安全运行，文章对配电变压器遭受雷击后产生过电压 的机理进行了分析，提出了一些改进方法。
1 配电变压器防雷现状分析
中国是一个幅员广阔、地形复杂、气候差异很大的国家，共有2 400多个县级农村电网及280 多个城市电网，配电变压器数量达数百万台。对于内蒙古自治区而言山地分布较广，特别是 中部地区。近年来，夏秋两季雷电活动较频繁，配电变压器受雷电波侵害趋于严重，雷击事 故呈现上升态势，影响了供电部门供电的可靠性，也造成了一些损失。为了防止雷电波对配 电 变压器的侵害，保障其安全可靠的运行，有必要对配电变压器的雷害机理进行分析，提出更 加合适可靠的防雷措施。中国目前制造的10kV配变高压绕组采用圆筒式多层绕组， 高压侧采用氧化锌避雷器保护。避雷器接地线和低压绕组的中性点及变压器金属 外壳连在一起，三点共同接地，如图1所示：
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1.1 雷电从高压侧侵入引起的逆变换过电压
图1中，保护变压器的避雷器安装在高压侧， 与低压侧中性线变压器金属外壳连接在一起， 同用一个接地体接地。当雷落于高压侧线路时，流经避雷器的雷电流Ibl在接地体R上形成压 降Uch=RIbl。因配电变压器低压线圈中性点与配电变压器外壳是相连的，此压降就作用在低 压线圈和所连低压线路上。因低压线圈波阻比低压线路波阻大得多，此压降U的绝大部分电 压都加在低压线圈上。配电变压器低压侧没有避雷器保护，通过高、低压线圈的电磁耦合作 用将按配电变压器变化比例，在高压线圈上产生一个很高的过电压(称为反变换过程) ，使 高压线圈绝缘损坏。这种引起高压侧中性点过电压的现象叫“反变换”过电压〔1〕。
此逆变换过电压幅值取决于进波电流幅值、波长、接地电阻及变压器变比等因素。此电压可 达到额定值十几倍， 大大超过了变压器绝缘的耐压值， 导致变压器中性点附近的绝缘被击 穿。
1.2 雷电从低压侧侵入引起的正变换过电压
配电网的低压侧线路分布广，且大多在雷电活动较频繁的山区，绝缘水平也较低〔2〕 ，低压侧线路落雷时，由于没有避雷器的保护，雷电波沿线直接侵入低压绕组，经其中性 点接地体入地，雷电流IL在接地电阻上产生压降U=RIL，使低压侧中性点电位偏移。此压降 一方面叠加在低压绕组相电压上，另一方面通过铁芯按电磁感应定律以变比的倍数升高到高 压侧，与高压绕组相电压叠加，使高压绕组出现危险过电压。这种引起高压侧中性点过电压 的现象叫“正变换”过电压。此电压的大小与进波电压的幅值、变比成正比，与接地电阻的 大小成反比。根据雷电侵入波幅值的大小，高压绕组中性点附近电位约高于额定值的十几倍 ，导致变压器高压绕组绝缘被击穿。
综上所述，造成雷击配电变压器事故的主要原因是正、逆变换过电压。
2 改进的防雷保护措施
配电变压器遭受雷击时，虽然高压侧的避雷器正确动作，但常常仍免不了被损坏。由上 面的分析可知，究其根本原因是在避雷器动作后配变本身产生正、逆变换过电压所致。因此如何限制产生正、逆变换过电压成为配电变压器防雷的关键。
2.1 低压侧安装避雷器
雷电波从低压侧侵入配变时，由于没有避雷器的保护，雷电波直接侵入低压绕组，导致低压 绕组中性点电位偏移，从而按电磁感应定律以变比的倍数升高到高压侧，使其电位高出额定 值的十几倍，大大的威胁着配变的绝缘。由此可见，配电变压器低压侧没有装设避雷器保护 是配电变压器产生正变换过电压，从而被雷击坏的主要原因。因此，为了有效地限制正变换 过电压，可以在低压侧也安装避雷器。一旦雷击低压线路或低压线路有感应过电压时将起到 保护作用，同时还能有效地限制低压线圈两端的过电压值，保护配电变压器高、低压线圈的 绝缘，防雷效果十分显著。
2.2 降低接地电阻及缩短接地引下线
由以上分析知，当雷击配电变压器 高压侧时，避雷器动作后，作用在避雷器上的电压由三部分组成，一部分是避雷器动作后的 残压，这个值只与避雷器本身的特性有关，可通过选择残压较小的避雷器来降低这个值；第 二部分就是流过避雷器的雷电流在入地时，由于有接地电阻的存在，所以在接地电阻上就会 出现与接地电阻大小成正比的电压；第三部分是由于接地引下线自身的电感带来的压降。因 此，最后作用在高压侧的电压为三部分的叠加，如（1）式所示：
式中：Ub——作用在配电变压器高压侧的电压，kV；
Uc——避雷器的残压，kV；
Rch——配电变压器接地装置的接地电阻，Ω；
iL——流过避雷器的雷电流，kA；
L——接地引下线的电感。
由式（1）知要降低总电压的值，可以从三方面考虑。首先降低Uc，但Uc的值只与避雷 器本身因素有关，因此在选定了避雷器的种类与型号后，这个值就确定了，一般变化比较小 。所以只能从后两个方面来考虑降低总电压Ub。其一就是雷电流在接地电阻上产生的压降 RchiL，这是造成总电压Ub过高的主要原因，也是造成很多农村电网中配电变压 器雷害事故的直接原因。按规程规定，配电变压器的接地电阻应满足下面的要求：①容量在100KA以下配变接地电阻值不应＞10Ω；②容量在100KA及以上配变接地电阻不应＞4Ω。
但是，由于配电变压器的接地装置往往受 到安装地点的环境、土壤电阻率、锈蚀情况以及埋设中的人为因素的影响，其接地电阻往往 严重超标。特别是在山区高土壤电阻率地区，接地电阻的值都在几十欧甚至上百欧，大大地 超过了规程的要求范围。接地电阻往往都在50Ω以上，接地装置大都只是一根钢管打入地下 作为垂直接地极，没有采用其他任何降阻措施，造成接地电阻普遍偏高。为了有效地降低接 地电阻，采用人工接地体，可以在有垂直接地极的基础上再铺设几根水平放射状接地极，且 接地极之间应有可靠的连接，一般都用焊接，而不用细铁丝拧紧，焊接不能有虚焊或假焊 〔3〕。另外，如果还可以充分利用自然接地体来降阻。在选择材料时，对垂直接地极 可采用直径大于4mm的厚角钢，水平接地极可采用直径不小于6mm的圆钢和扁钢。其二就是由 接地引下线自身电感产生的电压L，如果接地引下线太长，那么它自身 的电感就较大，再加上雷电流的陡度极大，因此此部分的压降也就不能忽视了〔4〕。一般1m连接线的电感约为1μH，假设雷电流陡度为=10kA/μs，连接线 上的压降就达到了10kV。如果接地线过长，在其上面的压降就可达几十千伏，也严重威胁着 配电变压器的绝缘。因此要尽量的缩短接地引下线。
2.3 避雷器的选择应与线路额定电压相等
避雷器的额定电压应按线路上可能出现的容许最大工频过电压选择。避雷器额定电压高于设 备额定电压，使设备受雷击时失去可靠保护；避雷器额定电压低于设备额定电压，在正常的 过电压下避雷器频繁动作而引起线路接地跳闸。由此看来，避雷器额定电压的选择就显得相 当的重要了。
2.4 加强防雷设备的运行管理
运行中的避雷器应结合线路检修和清扫进行试验，对不合格和有缺陷的避雷器进行更换。FS 阀型避雷器经过一段时间运行后，因避雷器自身老化其工频放电电压下降，绝缘电阻降低 。当其工频放电电压降低到23 kV，绝缘电阻低于2 000MΩ时必须更换，否则会造成线路频 繁接地故障。在雷击发生时避雷器亦不能阻断工频续流，避雷器在内部过电压作用下放电爆 炸，造成线路跳闸。
定期测试接地装置的接地电阻，检查设备接地引下线，及时处理不合格的接地，使之处于良 好的运行状态。
3 结束语
配电变压器雷害事故的原因主要是由于防雷保护上存在缺陷，较常见的是在低压侧缺少必要 的防雷保护措施。其次就是接地上存在比较严重的问题即接地电阻值偏高以及接地引下线太 长等。除对配电变压器的防雷措施方面进行改进，选择较合适的、全面的防雷保护措施外， 重视和加强配电变压器的日常运行管理也尤为重要。
［参考文献］
［1］ 胜鸿，郁青，朱伟．雷电波侵害配电变压器的机理及防雷措施［J］． 供用电 ，2004，(6).
［2］ 李景禄．关于中压电网防雷保护现状的分析与探讨［J］．电瓷避雷器，2003 ，(4).
［3］ 李景禄．实用电力接地技术［M］．北京：中国电力出版社，2002，(1).
［4］ 陈国权，唐桂坤，阳一雄．防城港市配电变压器的防雷保护［J］，2003，(2) .