变电站变压器的防雷保护

　　摘要：文章分别对变电站中的三绕组变压器、自耦变压器、配电变压器以及变压器中性点的防雷保护进行了详细的探讨与分析，以供参考。
　　关键词：变电站，变压器，防雷保护
　　前言：
　　雷电是不可避免的自然灾害，冲击电流大，放电时间短，感应电压高。据有关统计资料表明，雷击事故一般占变电站变压器事故总数的30%以上，并且有逐年上升的趋势。因此，提高变压器的防雷可靠性迫在眉睫。为了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，下面将对常见的几种形式的变压器防雷保护进行分析。
　　1.三绕组变压器的保护
　　当变压器高压侧有雷电波侵入时，通过绕组之间的静电感应和电磁感应，会使低压侧出现过电压。
　　双绕组变压器在正常运行时，高压侧和低压侧的断路器一般都是闭合的，两侧都有避雷器保护。所以一侧来波在另一侧感应产生的过电压，不会对绕组绝缘造成损害。
　　三绕组变压器在正常运行时，可能出现只有高、中压绕组工作而低压绕组开路的情况。此时，当高压或中压侧有雷电波侵入时，因处于开路状态的低压侧对地电容较小，可能使低压绕组上的感应过电压静电分量达到很高的数值，以致危害低压绕组的绝缘，所以有必要考虑保护问题。
　　由于静电感应过电压使低压绕组三相电位同时升高，所以只要在任一相绕组出口处对地加装一个避雷器，即可保护三相绕组。但若变压器低压侧接有25m以上金属外皮电缆时，因其对地电容增大，已足以限制静电感应过电压，故可不必再装避雷器。三绕组变压器的中压侧虽然也有开路运行的可能，但其绝缘水平较高，所以除了高中压绕组的变比很大的以外，一般都可不必装设限制静电感应过电压的避雷器。分裂绕组变压器和三绕组变压器类似，在运行中同样可能有一个分支绕组开路，所以也应在每个分支绕组的任一相出口处，装设一个避雷器保护。
　　2.自耦变压器的保护
　　为了减小系统的零序阻抗和改善电压波形，自耦变压器除了高、中压自耦绕组外，还有一个三角形接线的低压绕组。在这个低压绕组上同理应装设限制静电感应过电压的避雷器。
　　此外，由于自耦变压器中的波过程有其自己的特点，因此其保护方式与其他变压器也有所不同。
　　当幅值为U0的侵入波加在自耦绕组的高压端A时，绕组中电位的起始分布、稳态分布以及最大电位包络线，都和中性点接地的单绕组相同。在开路的中压端子A'上出现的最大电压约为高压侧电压U0的2/k倍（k为高压侧与中压侧的变比），这可能使处于开路状态的中压端套管闪络，因此在中压端套管与断路器之间应装设一组避雷器保护。
　　此外，在自耦变压器的防雷保护中还应注意下述情况：当中压侧接有出线时，相当于A'点经线路波阻抗接地。由于绕组对冲击波的阻抗比线路波阻抗大得多，当高压侧有雷电波袭来时，A'点相当于接地，过电压主要加在AA'绕组上，可能使它损坏。同样，当高压侧接有出线而中压侧来波时，也如此。AA'段绕组愈短（即高中压的变比愈小）时上述情况愈危险。因此当变压比小于1.25时，在高压端A和中压端A'之间还应加装一组避雷器，这组避雷器的灭弧电压还应大于高压或中压侧接地短路条件下AA'上所出现的最高工频电压。
　　3.变压器中性点的保护
　　对于110kV及以上的中性点直接接地系统，由于继电保护的需要，可能有一部分变压器的中性点不接地运行。如果变压器中性点的绝缘不是按线电压设计（例如110kV变压器中性点用35kV级绝缘，220kV变压器中性点用110kV级绝缘），需在中性点装设避雷器保护。如果变压器中性点绝缘按线电压设计，但变电站为单进线单台变压器运行时，中性点也需装设避雷器。这是因为当变压器三相进波时，中性点的过电压可达进线端电压的2倍。中性点避雷器的冲放电压应低于变压器中性点的冲击耐压，灭弧电压应大于因电网一相接地而引起的中性点电位升高的稳态值，以免避雷器爆炸。在中性点直接接地的电网中，一相接地时中性点电位升高的稳态值最大可达最高运行线电压的0.35倍，所以变压器的中性点保护可以采用灭弧电压等于0.4倍系统最高运行线电压的避雷器。
　　对于35kV及以下中性点不接地或不直接接地系统的变压器中性点，一般不需装设保护装置。
　　4.配电变压器的保护
　　配电变压器的保护，其高压侧应装设氧化锌、阀式避雷器保护，避雷器应尽可能靠近变压器装设，其接地线应与变压器的金属外壳以及低压侧中性点（变压器中性点绝缘时则为中性点的击穿保险器的接地端）连在一起共同接地；并应尽量减小接地线的长度，以减小其上的电压降。这样，避雷器动作时，作用在变压器主绝缘上的就主要是避雷器残压，不包括接地电阻的电压降。这种共同接地的缺点是避雷器动作时引起的地电位升高，可能危害低压用户安全，应加强低压用户的防雷措施。
　　运行经验证明，如果只在高压侧装设避雷器，还不能免除变压器遭受“正、反变换过电压”的危害。所谓“反变换”过电压是指高压侧线路受到直击或感应雷击使避雷器动作时，接地电阻上的冲击大电流电压降，将同时作用在低压绕组的中性点上；此时因低压线路相当于经不大的导线波阻抗接地，大部分电压降将加在低压绕组上，经过电磁耦合，按变比关系在高压绕组上感应出过电压。由于高压绕组出线端的电位受避雷器固定，在高压绕组上感应出的这种过电压，将沿高压绕组分布，在中性点上达到最大值，可能击穿中性点附近的绝缘，也会危及绕组的纵绝缘。因此，为了防护上述正、反变换过电压，还应在配电变压器的低压侧加装氧化锌避雷器。
　　参考文献：
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