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1、农网10kV配电变压器的防雷改进措施研究汤昕长沙电力职业技术学院 长沙 410131 摘要：通过调研湖南、广西、河南等省的农网10kV配电变压器的运行情况，结合分析其配电变压器在防雷保护方面的现状，指出了目前的问题主要存在于接地装置和低压侧避雷器装设等方面，用理论计算和仿真分析的方法对存在的问题进行了研究，认为严格限制配变台区接地装置的接地电阻，并做好防腐处理；配电变压器高、低压侧装设避雷器保护；加强对雷电活动强烈的配变台区的巡视检查是切实有效、可行的方案，建议供电部门实施。关键词：配电变压器 防雷保护 接地电阻 避雷器The Study of Lightning Protection Imp
2、roving Measures of 10kV Distribution Transformer in Rural Power GridTang xinChangsha Vocational & Technical College of Electricity , Changsha, 410125Abstract: By investigating and reseaching the running situation of 10kV distribution transformer in rural power grid in Hunan,Guangxi and Henan provinc
3、e , analysising the current situation of distribution transformer lightning protecting measures , then pointing that the main problems lies in grounding device and the setting of arrester in low voltage side, studying these problems by theoretical calculation and simulation analysis .The paper belie
4、ving that strictly restricting the grounding resistance of distribution tansformer divice, doing well in the anti-corrosion measure , setting arresters both in high voltage side and low voltage side and inhancing the periodical perambulation and inspection in the place where lightning action is freq
5、uentare the valid and feasible scheme, suggesting the power supply department adopting .Keywords: distribution transformer , lightning protection , grounding resistance , arrester0、 引言农网10kV配电线路是提供市郊和广大农村地区电力供应的主要网络，其供电可靠性直接影响市郊和农村地区的供电，随着城乡经济的发展，其地位显得越来越重要。农村10kV电网与城市10kV电网相比，具有其自身的特点：一、绝大多数为架空线路；二
6、、网络结构比较复杂；三、所经过地区大多比较空旷，极易遭受雷击。10kV配电变压器是10kV配电网络的核心部分，由于10kV配电线路杆塔一般不设接地系统，一旦线路遭受雷击，雷电流将直接侵袭配电变压器，因而极易造成配变的损坏。对于市郊和农村10kV配电线路则更是如此。经调查，广西某市市郊地区每年被雷击损坏的10kV配电变压器高达50多台。基于此，对农村10kV配电变压器的防雷保护改进措施研究将具有极其重要的意义。1、 农村10kV配电变压器现有的防雷保护现状对于农村10kV配电线路经过多年网改，其配电变压器的防雷保护措施已经逐步有了统一的配备，但各个地区的雷电活动情况不同，线路遭受雷击的概率和强弱
7、也不同，而且对于具体的规定的执行情况也不同，因而其雷击造成的线路跳闸率因年份不同和所处不同地区也有很大差异。10kV配电变压器的过电压保护配置如下：1.1 接地的要求1（1）10kV配电线路一般杆塔不设接地装置，只在配电变压器、柱上开关等重要配电设备所在台区设置接地装置。（2）对于配电变压器，要求避雷器接地端、配变外壳、配变低压侧中性点先连接在一起，再由统一的接地引下线接地，即三点共地（低压侧如果也装设避雷器，则上述三点应连同低压侧避雷器接地端一起再统一接地（四点共地）。（3）其接地电阻应满足表1要求：表1 10kV配电变压器台区接地电阻要求值Table 1 the defined groun
8、ding resistance value of 10kV distribution transformer配电变压器容量40 kVA及以下40 kVA以上接地电阻值()10以下4以下1.2 基本的防雷措施从10kV配电线路一次接入跌落式熔断器（令克）、线路避雷器，然后进入变压器的高压侧，其防雷配备的基本结构如图1所示：图1 10kV配电变压器防雷保护基本配备Fig.1 the basic lightning protection outfit of 10kV distribution transformer其中，跌落式熔断器的熔断电流一般为50A至200A，高压侧避雷器基本型号参数为：YH5
9、WS-17/50，低压侧避雷器基本型号参数为HY1.5W- 0.28/1.3。2、 10kV配电变压器防雷保护存在的问题从湖南、河南、广西等地调研的情况分析，农网10kV配电变压器的基本防雷配备基本相同，在按规定执行，但在具体细节上仍存在问题。2.1 配变台区接地电阻的问题配变台区的接地电阻的大小对配电变压器的安全运行至关重要，必须严格满足规程要求。但在实际执行中，由于各地区实际地形、地貌、土质以及测量方法等问题，接地电阻超标的现象比较普遍。对湖南某市郊区电网一条雷害事故比较严重的10kV线路现场调研勘测发现，接地电阻合格的配变台区只占19.23%，而接地电阻不合格的配变台区，其电阻值往往远远
10、超过规定值，最高达到64.4。10 kV线路如果遭受雷击，雷电波沿线路传播，一旦雷电过电压达到一定的幅值，安装在配电变压器高压侧的避雷器将动作，则施加在变压器高压侧的电压约为2：式中，为施加在所用变压器高压侧绕组的电压，kV；为避雷器动作后的残压，kV；a为雷电波的陡度，kV/s；为避雷器与变压器之间沿连接线分开的距离，即电气距离，m；为雷电波的波速，m/s；L为避雷器接地引下线的电感，H；i为通过避雷器的雷电流，kA；R为配变台区的接地电阻。根据YH5WS-17/50型避雷器的参数设置，其标称放电电流峰值为5KA，；波形为8/20us且峰值为5KA雷电流下冲击残压（峰值）不大于50kV；由于
11、配电变压器高压侧避雷器距离配变很近，接地引下线很短且材料较粗，故可忽略的值。考虑到最大情况，取,。由于现场测量的接地电阻值都为工频接地电阻值，而雷电冲击时则应按冲击接地电阻数值计算，冲击接地电阻与工频接地电阻的关系为，式中表示冲击系数，考虑到普遍情况，此处取0.6。根据式1，代入上述数值，对于接地电阻取不同的数值，变压器高压侧最高实际承受的电压如表2所示：表2 不同接地电阻值下配电变压器高压侧的最高承受电压Table 2 the highest bearing voltage on high voltage side under different grounding resistance工频
12、接地电阻值（）410121520冲击接地电阻（）2.467.2912变压器高压侧最高承受电压（kV）628078.89511010kV配电变压器绕组的绝缘水平，在雷电截波冲击下，耐受电压峰值为85kV3，因而，应严格控制其接地电阻满足规程要求，一旦超过12，则可能因雷击造成绕组绝缘损坏。2.2配变台区接地引下线的问题配变台区接地引下线的锈蚀问题也是影响配电变压器安全运行的重要因素。接地引下线的锈蚀经常发生在接地引下线的焊接点附近，一旦锈蚀，会造成焊接点的接触电阻增加，相当于直接增加了接地电阻值，造成接地电阻升高。以广西某市海边一10kV配电台区为例，由于所处位置土壤含盐量很高，土壤电阻率极低，
13、只有28.26m，其接地装置也铺设良好，但配变却因雷击而损坏。现场调研时发现接地引下线与架设配变的角钢连接点处锈蚀严重，经测量，接触电阻达2。按公式1计算，增加2的接地电阻，可使雷击时，配变高压侧电压升高10kV，极有可能对配变绝缘造成破坏。因而，应加强对配变台区的接地引下线导通性检查，做好防腐措施。2.2低压侧避雷器的装设从最近几年的网改中都规定低压侧要求加装避雷器，但由于各地区执行不严以及低压侧避雷器极易损坏，加装复杂等原因，很多地方都没有装设，从湖南、河南和广西等地调研的情况均发现了此问题。对配电变压器而言，一般是低压侧比高压侧的绝缘裕度大，如果配电变压器低压侧不装设避雷器，雷电过电压往
14、往通过正变换和反变换过程，对高压线圈造成绝缘损坏。配电变压器低压侧没有装设避雷器保护是配电变压器被雷击坏的主要原因【4】。在多雷地区的配电变压器低压侧装设避雷器，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。用目前世界上使用最广的电磁暂态计算分析程序ATP-EMTP对雷电过电压冲击配电变压器低压侧的正变换过程进行了暂态仿真【5】，设定变压器为理想变压器，低压侧施加雷电波为幅值120kA的8/20雷电流波，对低压侧装设避雷器与不装设两种情况进行仿真，建立的仿真基本模型如图2所示（低压侧不装设M
15、OA时，将其去掉即可）。图2 雷电过电压冲击配电变压器低压侧的正变换过程仿真模型Fig.2 the simulation model of direct transformation on low voltage side under flushed by lightning over-voltage 仿真结果如图3和图4所示：图3 高低压侧均装设避雷器时故障相的电压Fig.3 The voltage of fault phase when arresters are setting both on high and low voltage side图4 只在高压侧装设避雷器时故障相的电压Fi
16、g.4 The voltage of fault phase when arresters are only setting on high voltage side通过仿真结果可以看出，低压侧假装避雷器时，高压侧的过电压低于15kV，完全在配变的承受范围之内；而低压侧没有装设避雷器保护时，高压侧电压达到80kV，而根据文献3的规定，10 kV配变绕组的绝缘水平，在雷电全波冲击下，耐受电压峰值为75kV，因而，该过电压对配变损害极大。由此可见，低压侧假装避雷器对限制高、低压侧的过电压有明显作用，建议低压侧务必装设避雷器。3、10kV配电变压器防雷保护的改进措施根据以上分析，认为10kV配电变压器防雷保
