低压侧避雷器对于单双地网变压器反变换过电压的影响

鲁浩

摘 要：为抑制反变换过电压，双地网接地方式被提出。因此，对低压侧避雷器在单双地网变压器中抑制反变换过电压的效果进行研究显得较为紧迫。在实际工程应用前，先用电力系统仿真软件进行仿真计算，可以做到事半功倍的效果。

关键词：反变换过电压；双地网接地方式；配电变压器

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）22-0141-02

近年来配电网的安全供电越来越受到重视，而配电变压器—这个可以被看作是配网的“核心”部件，经常受到雷电过压的危害，其中雷电引起的反变换过电压对配电变压器绝缘威胁最大[1-2]。反变换过电压是指配变高压侧进线被雷击时，高压侧避雷器导通后将雷电流引入地，由于接地电阻的存在，这个电流将产生一定的压降。这个压降使低压侧中性点电位产生偏移，在不考虑负载的情况下，低压侧相当于开路，这样低压绕组承受了这个电压差。又由于电磁感应的存在，这个电压差以近似变比被放大至高压侧线圈，致使高压绕组出现过电压而击穿。这种由于高压侧遭受雷击，作用于低压侧，通过电磁感应又变换到高压侧，引起高压绕组过电压的现象叫反变换过电压[3]。

1 配电变压器的接线方式

1.1 配电变压器的单地网接线方式

配电变压器采用单地网接方式，即将配电变压器的高压侧避雷器引下线、变压器外壳和变压器低侧中性点连接在一起三点共同接地。这种方式接地的好处是高低压绕组之间以及变压器外壳和绕组之间的电位差小，但这种接地方式存在正反变换过电压的问题，如图1所示。

1.2 配电变压器的双地网接线方式

双地网接线方式是一种旨在利用土壤对冲击电压的衰减来消除正变换过电压和逆变换过电压的接地方式。在该方式中将配电变压器的低压零线、中性点、低压侧避雷器和变压器外壳、台架一同接于低压地网，高压侧避雷器则接于高压地网，如图2所示。设计双地网方法目的是降低正、反变换过电压对变压器绕组绝缘的危害。但在双地网接地运行方式中，虽然可以一定程度上降低正、反变换过电压，但线路落雷时，仍会在高压侧接地电阻或低压侧接地电阻上产生较大的壓降，而且由于变压器高低压侧没有共同接地，将在高低压绕组之间产生较大的电位差，从而危及高低压绕组之间的绝缘。

2 计算模型的建立

ATP-EMTP是目前世界上应用最广泛的电磁暂态计算仿真程序。ATPDraw程序具有标准的Windows操作界面，是比Matlab仿真程度更高的电力系统仿真软件，其元件库更是包含了电力系统中的各种元件。只要点击相应的图标，设置所选元件的相关参数，就能生成对应的模拟电路，电压表和电流表随意设置就可测量各点电位和各支路的电流。因此，ATPDraw程序已成为电力系统暂态分析的有利工具[4]。正是由于以上所述的各种优点，对单地网配电变压器和双地网配电变压器及相关电力元器件在软件中建立的仿真模型如图3和图4所示。

3 仿真结果

按照低压系统设计和防雷保护规程要求，以及广东地处强雷区的特点，在易遭雷击的架空低压进户线用户侧安装避雷器和绝缘子铁脚接地，以保护与架空低压线直连的计量电表及其它低压用户电器，并防止雷电波沿线侵入户内造成人身伤亡。事实上，低压侧安装的避雷器对于抑制正反变换过电压有很大的作用，而且低压侧避雷器在单双地网的情况下对于抑制变压器雷击过电压的作用有很大区别。

采用图3和4所示的ATP模型，仿真在雷电流大小为10kA，低压侧有无避雷器时，模拟单双地网变压器的过电压。

比较图5和图6可以看到，单地网高压侧侵入雷电流幅值为10kA，低压侧无避雷器时，高压侧中性点过电压的最大值达到了449.88kV，振荡衰减周期约为210，低压侧安装避雷器后，高压侧中性点电压的最大值降低到108.27kV，过电压的幅值大大减小，其从峰值降到谷值时，出现了振荡，这是由于低压侧避雷器动作导致，之后振荡衰减的周期也约为210。变压器外壳电位升变化不大。高压侧中性点过电压幅值之所以大大减小是由于低压侧避雷器动作后抑制了流过低压侧绕组激磁电流的大小。所以，单地网高压侧入雷时，低压侧避雷器对于反变换过电压起到了很大的抑制作用。

比较图7和图8可以看到，双地网高压侧三相入雷，雷电流幅值为10kA时，低压侧有无避雷器变压器的过电压幅值变化很小，振荡周期也基本不变，为210左右，不同的是有避雷器时高压侧中性点过电压衰减的比低压侧没有避雷器时快。这说明，双地网时低压侧避雷器对于反变换过电压的抑制作用很小，这是由于双地网将高低压侧隔离了，低压侧避雷器两端的电压很低，低压侧避雷器基本没有动作。变压器外壳电位升变化不大。

同时比较图6和8可以发现，若低压侧无避雷器，双地网时变压器的过电压比单地网时小很多，从449.88kV降到了109.35kV，所以，低压侧无避雷器时，双地网对于反变换过电压有很强的抑制作用。但是，双地网低压侧加避雷器后对反变换过电压没有进一步的加强作用。

4 结语

对于配变高压侧入雷的过电压，低压侧避雷器对于单地网配变反变换过电压起重要的抑制作用。而对于双地网配变，高低压侧地网的分离对于反变换过电压起重要的抑制作用。双地网低压侧加避雷器后对反变换过电压没有进一步的加强作用。

参考文献

[1]张嘉祥.变压器线圈波过程[M].北京：水利电力出版社，1982.

[2]张嘉祥，周贤士.配电变压器正、反变换过电压的研究[J].高电压技术，1980，（02）：78-81.

[3]林福昌.高电压工程[M].北京：中国电力出版社，2006.

[4]谢耀明.10kV配电变压器雷击故障原因分析及防雷改造措施[J].科技与创新，2016，（5）：150-151.endprint