雷电流幅值对单双地网变压器正变换过电压的影响

鲁浩

摘要：阐述了配电变压器的接地方式及正变换过电压，用暂态分析软件ATP-EMTP对不同雷电流幅值对两种接地方式的正变换过电压进行了仿真验证，并针对性的提出了解决对策。

关键词：雷电流幅值；双地网接地方式；配电变压器

随着我国经济的迅速增长，用户对电能质量的要求越来越高。配电系统是电力系统中最靠近用户的一级，是电力系统的重要组成部分，其安全、稳定、可靠的运行对提高用户的供电质量有着重大的意义，而对于10kV配电线路及设备，总跳闸事故中雷擊跳闸事故占70%～80%，特别是在多雷、地形复杂且土壤电阻率偏高的区域。而雷电流通常可达数十至数百千安，释放的能量和破坏力巨大，这些对电网的供电稳定和平稳运行存在严重地威胁。

1 配电变压器的接线方式及正变换过电压

1.1 配电变压器的接线方式

配电变压器接线方式分为两种，分别是单地网接地方式和双地网接线方式。单地网接地方式采用高压避雷器引下线、变压器低压侧中性点、变压器外壳三点连接在一起共同接地。双地网接线方式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。双地网接线方式的提出，目的是在利用土壤对冲击电压的衰减来消除正变换过电压和反变换过电压的接地方式。

1.2 正变换过电压

雷电波沿着低压线路侵入配电变压器的低压线圈时，由于低压线圈的中性点接地，将产生很大的贯通电流，这个电流按匝数比通过电磁感应在高压线圈上产生很高的过电压。高压线圈上的电压在其中性点达到最大值，使高压侧中性点对外壳和层间、匝间梯度电压大大提高。由于高压侧的绝缘裕度通常较小，导致高压线圈容易被击穿。这种由于低压进波在高压侧产生感应过电压的过程通常称其为正变换过电压[1-2]。

2 计算模型的建立

在电力系统中，对于多导线输电路，不同导线之间存在电磁耦合 ，而变压器各个绕组以及匝之间都存在电磁耦合。在计算线路和变压器的 雷电过压和操作过电压时，需要计算其快速暂态过程，对于复杂网络的 网络和元件，其暂态计算过程所需的人工计算量很大，对于一些复杂的网络甚至不可实现。直到Dommel等人研发并完善了电磁暂态计算程序（EMTP），并将其推广到市场，现在EMTP计算软件已经成为国际上普遍采用的数值计算方法。因此，ATPDraw 程序已成为电力系统暂态分析的有利工具。之所以选择ATP程序，是因为ATP程序中的模型满足配电变压器雷击特性所需要的模型并且很容易建立一些特殊元件，且其计算精度足够满足工程实际的要求。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1和图2所示。

3 仿真结果

采用图1和图2所示的ATP模型，雷电流从低压侧三相侵入，改变侵入雷电流的幅值研究其对变压器正变换过电压的影响，仿真结果绘于图3中。

从图3可以看到，双地网变压器的外壳电位比单地网高，这是由于双地网将高低压地网分离后，低压侧地网冲击接地电阻增大，外壳电位升也增大。变压器高压侧中性点的电位和低压侧线圈两端电压有关（即激磁电流大小），也和高压侧避雷器动作情况有关。单双地网低压侧避雷器都动作并起到钳制低压线圈两端电压的作用，所以单双地网这部分导致的高压侧中性点过电压相似。对于单地网，由于高低压侧地网没有分离，因此高压侧避雷器动作，将外壳的高电位升传递到了高压侧首端，而双地网高压侧避雷器高压侧避雷器基本没有动作，这部分过电压基本不影响高压侧中性点电压。因此这导致单地网高压侧中性点过电压在雷电流幅值较大时高于双地网。

综合上述分析可以看出双地网高压侧中性点与外壳电位差大于单地网，这是由于双地网低压侧冲击接地电阻大于单地网。

4 结语

（1）双地网不仅对正变换过电压没有抑制作用，还加剧了正变换过电压。

（2）限制侵入雷电流幅值是减少配电变压器损坏的有效方法。

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.