摘要：雷击是引发配电系统跳闸事故的主要原因之一，导致系统中设备及线路受损。本文研究配电变压器及配电线路设备的防雷保护，给出配电系统中主要设备的防雷保护措施，供相关单位及人员参考借鉴，确保配电系统稳定运行。
关键词：配电变压器；配电线路设备；防雷保护
引言
在对配电系统故障诱发原因分析中发现，因雷电而引发的故障现象占比超过1/3，且对设备及线路的破坏程度较高，成为配电系统故障监管的重点对象。配电系统遭受雷击伤害的主要途径包括雷电直击配电变压器、雷电直击配电线路、线路出现感应过电压等。为确保配电系统运行质量并延长电力设备使用寿命，需对防雷保护措施进行总结。
一、配电变压器防雷保护
1.1安装避雷装置
以往配电变压器防雷保护选择在高压侧安装金属氧化物避雷装置，且配电变压器与避雷装置之间的距离应尽可能小，但在实践中发现，在高低压两侧同时安装适当的避雷装置能够达到更优的防雷保护效果。主要原因是在单侧安装避雷装置的状态下，电流型的保护装置无法被重复接地，一旦保护装置失效，就会引发避雷器失地问题，此时需要将保护装置安装在避雷装置之前。另外，单侧安装避雷装置会将电力接地作用于同一装置，电压急剧升高导致系统运行失稳。因此目前配电变压器防雷保护多采用高低压双侧安装避雷装置的方案。
以金属氧化物避雷装置为例。该类避雷装置技术先进、防雷保护效果优良，目前大量取代传统的阀式避雷器成为电力系统中重要的防雷保护单元。在使用金属氧化物避雷装置时，其与配电变压器之前的距离应控制在5m以内，并安装于配电变压器总保险丝的外侧或低压侧出线总开关的外侧，依照配电变压器运行当地的气象特点选择具体型号[1]。如，Y5CS-12.7/45型号的避雷装置内部结构为串联间隙式，更适用于雷击事故发生频繁的区域。
配电变压器双侧安装避雷装置时，应确保高压侧与低压侧避雷装置接地线与变压器外壳可靠连接并同时接地，严禁出现接头处松动、脱落等现象。实际操作中，依照“四点共地”的原则，即将配电变压器高压侧与低压侧避雷装置的接地线、低压侧的中性线及变压器金属外壳四个点相连，同时接地。若配电系统所在区域雷电现象发生频繁，或沿用“三点共地”的方式无法对配电变压器进行有效保护，应优先选用“四点共地”方案。
1.2优化接线方式
前文提到，线路产生感应过电压是引发配电变压力雷击故障的主要原因之一，此类雷击故障可通过优化变压器接线方式进行预防。例如，防雷配电变压器可选用“Z”型接线，主要原因是低压绕组正变换过电压及逆变化过电压两种情况下均会产生冲击电流，“Z”型接线方式能够对配电变压器线路中的冲击电流进行有效控制，降低或消除过电压现象。
1.3降低接地电阻
配电变压器在遭受雷击后，雷电波会进入配电变压器内部，避雷装置发生动作后，电流进入接地装置并传导至大地。在以上过程中，接地电阻起主要保护作用，因此接地电阻性能也会对防雷保护效果产生一定影响。实际工作中，可适当降低接地装置接地电阻阻值，并采用四周放射型的接地方式，顶端设置垂直接地极，以有效优化防雷保护功能。同时，降低接地电阻阻值还能进一步抑制逆变换过电压，减轻雷电对配电变压器的不利影响。注意适当缩短避雷装置与配电变压器外壳接地线的距离，控制电感引发的压降并降低其与避雷装置残压施加在配电变压器绕组上的电压，对绝缘进行保护。
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1.4开关防雷保护
配电变压器高压侧柱上开关应设置单独的防雷装置，或利用空气间隙进行防雷保护。隔离开关、柱上开关等断路频率较高的开关将避雷装置设置在带电侧，且防雷装置接地线应与变压器外壳可靠连接，要求接地电阻阻值不超过10Ω。以上做法的原因是，断路频率高的带电开关对雷击作用的反应更明显，发生雷击时，开关电压成倍上升，易出现闪络、击穿等问题。
防雷保护空气间隙常见形式包括圆形和棒形。其中，圆形保护空气间隙指的是将圆形钢弯折为环状和两环网络，保持固定间距。棒形保护空气间隙选用与环形相同的材料，将其弯折为棒形电极。
二、配电线路设备防雷保护
2.1设置架空地线
架空地线能够对架空配电线路绝缘进行保护，将雷电引导至自身，然后通过线柱将电流分流，提高架空配电线路的抗雷击性能。架空地线能够发挥的最大过压控制作用与避雷线和导线之间的耦合系数、冲击系数相关，减轻雷电波陡度的反向电压，进而降低过电压。设置架空地线的防雷保护方案更适用于雷电灾害发生相对频繁的区域，但该方案实施对地理环境的要求较高，投资成本大，且受到其特点的限制，无法对线路绝缘陡度进行控制，使用过程中易出现闪络问题，需根据配电线路防雷保护需求进行选择。
2.2安装自动重合闸
雷击导致的配电线路故障多为瞬时性接地故障，安装自动重合闸能够保证线路在异常状态下正常运行。此外，还可在配电线路中安装避雷线，除发挥防雷保护功能，避雷线还可对配电线路进行耦合和屏蔽，降低配电线路绝缘子上的电压，并进行分流，对配电线路塔杆顶部电位进行控制。
2.3线路绝缘子接地
配电线路的绝缘子必须可靠接地，要求接地电阻阻值不超过30Ω。若配电线路所在地土壤电阻率达到200Ω•M，且采用铁横担绝缘子钢筋混凝土塔杆，无需单独接地[2]。
若输电线路自身绝缘性能不足，在雷电活动频繁时，容易出现绝缘闪络故障。因此需结合配电线路特点选择绝缘子。例如，在绝缘老化相对严重的路段，应优先使用玻璃绝缘串、长爬距复合绝缘子等，或选择更换绝缘性能更优的塔杆和导线，在遭受雷击时发挥更稳定的绝缘作用，降低闪烁电流以减轻雷击对配电线路的损害。
2.4电能表设备的防雷保护
雷击事故除损坏配电设备及线路、影响电能稳定传输外，还会对用户端的用电设备造成严重影响。配电系统中，电能表与配电线路直接相连，一般选用金属氧化物避雷装置进行防雷保护。但金属氧化物避雷装置的应用也存在一定弊端。例如，氧化锌避雷装置的防雷保护范围有限，当配电系统规模较大时，采用该保护方式会涉及较高的成本；受工频电压的长期作用，避雷装置内部阀片老化速度加快，需定期更换，给运维管理工作带来一定压力；避雷装置安装过程中，需将线路绝缘外皮剥落，导致线路老化加速；由于接地电阻阻值无法达到要求，氧化锌避雷装置不可被应用于土壤电阻率较高的区域。因此在对电能表进行防雷保护时，需根据具体情况判断是否满足金属氧化物避雷装置的使用要求。
三、结语
配电变压器及配电线路设备防雷保护需根据配网所在区域自然条件特点，选择安装避雷装置、优化接线方式、降低接地电阻、开关防雷保护、设置架空地地线、安装自动重合闸、线路绝缘子接地、电能表防雷保护等措施，提高配电系统自身环境适应能力及防雷击性能，提升配网运行质量。
参考文献：
[1]汪佛池,杨磊,周若琪,等.10kV配电变压器雷电防护的研究[J].电瓷避雷器,2019(05):118-123+132.
[2]朱安军,许佩军.配电线路设备的防雷保护措施[J].黑龙江科学,2019,10(08):106-107.
论文作者:叶胜标
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/16
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