10 kV配电变压器接线组别大多仍为Y、yn0,每到雷雨季节,配电变压器遭受雷击而损坏的情况时有发生,在地势较高地带或地下矿藏资源丰富地区这一问题尤为严重。
1 原因分析
1.1对三点共同接地重要性认识不到位,接地点连接不规范或为无效连接
如图1所示,10 kV配电变压器高压侧避雷器接地端、配电变压器金属外壳和其低压侧中性点连在一起后通过接地引下线再与接地体相连,称为三点共同接地,这种连接方式非常经典,并被广泛应用。
但受传统意识、施工工艺和运维质量等多种因素的影响,实际安装运行中此连接方式存在很多不足和缺陷:3只高压避雷器的接地端、配电变压器外壳和低压侧中性点分别用钢芯铝绞线绞合或缠绕连接在一起,不经接线端子直接用螺栓与接地装置的引下线连接;有的连接点年久失修、锈蚀严重,连接不牢固,长时间运行后松动脱落、断开;有的避雷器动作时,将连接点烧断,未及时修复;有的接地引下线受外力破坏,丢失或被剪断。以上原因引起连接不符合标准要求,三点共同接地形同虚设,由此带来连接点接触不良,接触电阻大,接地通道不畅等问题,起不到防雷和避雷作用,给配电变压器安全运行埋下隐患。
HY5WS-12.7/50型氧化锌避雷器5 kA下的残压Uc不大于50 kV,一般配电变压器的工频接地电阻R小于或等于4Ω。若10 kV配电变压器高压侧避雷器动作,雷电流以5 kA计,流过避雷器时产生残压Uc等于50kV,流过接地电阻R时产生压降UR等于20 kV。如将避雷器的接地端和配电变压器的外壳相连后再接地,那么只有避雷器的残压Uc作用在配电变压器高压侧主绝缘上;如果避雷器的接地端和配电变压器的外壳接触不良或出现连接问题,则Uc和UR两者叠加后共同作用于配电变压器高压侧,高压侧主绝缘所承受的电压为70 kV,很容易造成配电变压器绝缘损坏。
因此,为了避免叠加的高压损坏配电变压器绝缘这一情况的发生,避雷器的接地端与配电变压器外壳必须做有效连接。同时也必须将低压侧中性点与配电变压器的外壳做可靠有效连接,使配电变压器外壳电位与低压侧电位一致,避免外壳和低压侧之间发生闪络现象而损坏配电变压器。
1.2对三点共同接地的接地电阻值标准理解有偏差
三点共同接地就是将防雷接地(高压避雷器)、保护接地(外壳)和工作接地(低压侧中性点)连接到同一个接地装置,三点能否共同接地取决于高压侧对地击穿时保护接地的接地电阻,只有当保护接地的接地电阻R不超过50/I(50为系统的安全电压,单位V; I为流过接地电阻的接地电流)且不大于4Ω时,高压侧防雷及保护接地才能与低压侧工作接地共用一个接地装置,即高压侧对外壳单相接地时,接地电流I流过接地装置的压降不得超过50 V。配电变压器接人的10 kV系统为中性点不接地系统,不同10 kV系统中的单相接地电流I(系统的对地电容电流)差别很大,有的不足10A,有的远远大于10A。因此,当配电变压器采用三点共同接地时,要根据所在10 kV系统单相接地电流情况来确定接地装置的接地电阻,不能笼统地采用4Ω或10Ω这一标准。一般情况下,三点共同接地时接地电阻值最大不应超过4Ω。
接地装置的接地电阻小,当避雷器动作经接地引下线向大地释放雷电流时,雷电流释放速度快,避雷器残压低,接地电阻上的压降小,削弱了“正反变换”的过电压幅值,降低了雷击损坏配电变压器的概率,同时向配电变压器或线路冲击的雷电波强度减弱,降低了直接损坏配电变压器的风险。
1.3低压侧未安装避雷器,未削弱“正反变换”过电压
三点共同接地防雷保护措施是在配电变压器高压侧装设一组金属氧化物避雷器,而低压侧未装设避雷器。由“正反变换”的原理可知,配电变压器高压侧遭受雷击会产生“反变换”过电压,这种过电压首先是由高压雷电波引起的,再由低压绕组电磁感应至高压绕组;而低压侧遭受雷击会产生“正变换”过电压,这种过电压是低压雷电波通过电磁感应在高压侧产生的感应过电压。“正反变换”过程中,在高压侧感应出的过电压都是低压侧通过电磁感应产生的,因此,无避雷器的配电变压器低压绕组是产生过电压损坏高压绕组的主要原因或重要因素。
而在低压侧装设避雷器后,避雷器动作可限制低压侧出现的过电压,使低压绕组只承受低压避雷器的残压,可有效降低“正反变换”通过电磁感应在高压侧感应出的电压,高压侧的电压被限制在可承受范围内,保护了高压绕组,避免“正反变换”损坏配电变压器。