配电网过电压保护技术分析及防范措施

郭胜丰+陈瑶

摘 要：结合实际，针对配电网过电压保护技术及防范措施进行了论述。

关键词：配电网；过电压保护；防范

1 通过对配电网过电压基本情况的调查分析，存在如下面问题：

a、配电变压器雷击损坏率高（不少地区为1%）。

b、架空配电线路雷击断线事故频繁，有的地区年雷击断线事故达数十次。

c、低压网络遭受雷击多，造成人身伤亡和电能表击坏等事故。

d、电压互感器励磁特性不良和铁磁谐振，导致保险丝熔断甚至电压互感器烧损。

2 配电变压器的过电压保护

目前，我国3-10kV配电变压器多为Y，yno接线。变压器高压侧的避雷器接地线与变压器金属外壳、低压侧的中时性点均按有关规程采用三点连在一起的接地方式。当高压侧落雷三相同时进波时，通过避雷器的雷电流会在接地电阻上产生很大的压降，该压降有可能使低压低侧线圈绝缘击穿；同时，通过电磁感应将在变压器高压绕组上按其变比感应出很高的电压，并在高压侧中性点上达到最大值，最终使中性点的绝缘击穿。这种反变换过电压还可能将高压绕组的层间或匝间绝缘击穿。

另一种情况是配电变压器低压侧线路落雪，作用于低压侧的冲击波按变比感应到变压器高压侧。这一电压的幅值也能使高压侧的绝缘击穿，这就是正变换引起的过电压。

若在配电变压器低压侧加装避雷器有效地抑制低压绕组可能出现的各种过电压，使高压绕组得到保护。

我国电力系统现还有少量Y，zo结线的配电变压器，雷击事故就少见。因此种变压器低压侧每一相绕组由两个相等的“半套 绕组”分别绕在两个铁心柱上，反串而成的。这种结线方式的配电变压器，当高压侧落雷或低压侧三相进波时，在半套绕组中流过的冲击电流大小相等，方向相反對，加之这种绕组的冲击零序阻抗很小，在每个铁心上磁通几乎等于零。因此，在高压绕组中基本上没有正逆变换所引起的过电压。

运行实践表明，有配电变压器低压侧加装FS-0.5和FS-0.38低压避雷器或低压氧化锌避雷器，能使雷击损坏事故下降，这种措施效果较明显。表1为截止2014年牡丹江地区雷击损坏配变的情况。

为了减少配电变压器雷击损坏事故，根据具体情况，可考虑采用下列技术措施：

a、对雷电强烈地区以及向农村供电的配电变压器，或新建的配电网络，应尽量推广Y，zo结线配电变压器。

b、Y，yno结线配电变压器除在高压侧采用阀型避雷器保护外，低压侧要用低压避雷器保护。

c、对多雷地区为农业供电的配电变压器高压侧可采用残压低的避雷器保护。

3 配电线路断线

在配电网中，由过电压引起的断线事故十分频繁，其主要原因分析如下。

3.1 配电线路绝缘水平低

由于绝缘子配置不当，在雷击时往往造成绝缘子闪络或击碎，进而扩大成为断线事故。为了减少这种事故，应按“交流电气装置的过电压保护和绝缘配合”规定：“3～10kV钢筋混凝土杆配电线路，宜采用瓷横担或其他绝缘材料的横担；如果用铁横担，宜采用高一电压等级的绝缘子……”。

近年来，北京地区对配电线路上各种组合方式的绝缘子全面进行了冲击试验，其结果见表2。根据冲击试验结果可以正确选择各种绝缘子组合。

3.2 配电网没有配置适当的消弧线圈

当绝缘子击穿造成单相接地故障时，一般都是电弧性接地，如果电容电流较大，又无消弧线圈进行补偿，故障点的电弧将难以熄灭，可能烧断导线或扩大为大间故障。

3.3 配电线路出线开关跳闸时间设定不当

随着电力网容量不断增大，系统短路电流增加。如果开关跳闸时间很短，发生断线的可能性就少。配电线路过流保护整定时间短，再配合重合曾装置的正确动作，发生断线事故的机会就可大为减少。

3.4 导线截面积过小

通常，根据实际运行经验，铝导线截面积在于5mm2及以下时，发生断线事故约占90%。因此，在配电线路设计中选择最小线号时适当考虑此点。

4 低压线路落雷

4.1 进户线落雷情况分析

在我国，低压架空线路和进户线下遭受雷击的情况比较普遍。雷击进户线造成人身伤亡事故多数发生在多雷地区，进线在没有遮蔽的情况下，其瓷瓶脚下接地是十分危险的。

对配电线路的事故情况分析可知：a.雷击进户线对人体放电而造成死亡的距离多数在1.5m以内，占全部事故的90%以上；b.人对进户线距离超过2m以上一般都会发生人身伤亡事故，比较安全。

4.2 低压配电过电压保护措施

4.2.1 在低压线路进入建筑物前50m处安装第一组低压避雷器，并可靠接地，在建筑物内再装一组低压避雷器。这种保护方式一般只对特别重要的低压用户才考虑采用。

4.2.2 在低压线进入建筑物前的电杆上支持导线的绝缘子铁脚接地。当低压线路遭受雷击时，既能起放电间隙的作用，又能降低侵入建筑物内的雷电电压幅，以防危及人身安全和各种低压电气设备。通常，接地电阻值不超过30Ω。

4.2.3 电能表防雷击。对处于多雷地区或易击地段直接与架空线路相连接的电能表应加装间隙保护，间隙距离一般采用1.5-2mm；也可采用通讯设备上的500V真空放电器，或采用小型低压避雷器保护电能表。

5 配电网铁磁谐振

谐振过电压严重影响电网安全运行。它持续时间长，一般可达十分之几秒以上，甚至长期存在。当发生谐振过电压时，相电压与电压互感器的电流过额定多倍。

为解决互感器谐振问题，对分频揩振过电压采取以下技术措施：a、中性点经消弧圈接地。b、选用励磁特性好，在最高线电压下铁心磁通不易饱和的电压互感器。c、采用分频继电器，当发生谐振时能自动将电压互感器二次侧开口三角接入电阻。d、采用零序电压互感器方案。该方案由4台PT组成，其中3台电压互感一次侧接成星形，中性点通过1台零序电压互感器接地，主电压互感器二次辅助线圈发成闭口三角形，以防止谐振。e、在PT一次侧中性点上串以10～20KΩ电阻后再接地。