变压器防雷探索
发布时间：2020-09-16
摘要：变压器极易遭受雷击而出现故障。分析了贵州某110kV变压器遭雷击而损坏的原因，得出变压器在雷电波通过110kV引出线以及中性点引出线侵入变压器后，寻找薄弱点以释放高于主变额定电压几倍的雷击过电压。通过改善绕组的冲击分布，提升变压器绕组的防雷击水平;对引出套管进行了改进，采用了带招弧角的纯瓷套管，避免直击雷作用于绕组，造成绕组损坏，改进变压器分接开关的结构方式，增强分接开关抵御直击雷的能力。可有效减小因雷击对变压器造成的损坏，提高变压器的防雷性能，降低了运行维护成本。
关键词：110kV变压器;防雷性能;绕组;招弧角;
110kV主变压器是水电站电能送出的关键设备，一旦出现故障，将导致全厂失电，机组负荷不能送出，产生巨大的经济损失。水电站广泛分布于多雷电活动的山区，罗甸县处于贵州省南部，是雷电活动频发地区。雷电活动主要集中在2月至10月，经查询2011年1月至2019年10月31日罗甸片区雷电活动情况：年活动次数2019年共计50次，2017年38次;单月雷电活动次数最多为2016年4月，共13次。(2011年至2017年雷电活动次数统计见下表：)
变压器防雷探索相关期刊推荐：《电气技术》(月刊)创刊于2000年，由中国科学技术协会主管、中国电工技术学会主办的中国电工行业的学术舆论媒体。内容主要涉及电工理论的研究与应用、电工新技术的研究与开发、电工装备与电器产品的设计制造和测试技术、电工材料与工艺、电工技术与自动化产品在各行业的应用。
水电站在设计的时候已经充分考虑到了电站各个区域的防雷功能，装设不同的防雷设备设施。比如升压站，设置了覆盖全区域的避雷针，通过尖端放电直接将雷电波引入大地，从而保护变电站的电气设备;线路间隔末端装设的避雷器，它与电气设备直接连接，避雷器间接与大地连接，一旦雷击过电压击中导线，高压于运行电压数倍的雷击过电压击穿避雷器内部与大地相连，从而释放雷电波以保护变电站设备。但尽管如此，每年因雷击导致电气设备故障的事故非常之多。主要原因是雷电活动是一种自然现象，其规律和活动轨迹复杂多变，我们目前采取的避雷措施是尽可能减少雷击带来的危害，通过事故案例分析，改进电气设备的结构，增强水电站抵御雷电带来的事故危害。现以罗甸石门坎二厂110kV主变压器遭受雷击案例的原因分析，拟定改进措施。
我们对电站所属的110kV线路进行雷害事故调查，发现如下情况：该地区8月份平均雷暴日为3d左右，已发生了2次雷击事故，影响了电站发电可靠性，增加了发电运行成本。因此，通过研究找出一种相对完善的防雷保护措施，保证变压器的安全稳定运行，提高电站的发电设备可靠性，减少运行维护成本。
1 事故原因分析
电站110kV主变压器安装于户外,2017年8月14日夜间电站区域频繁遭遇雷电天气，变压器在运行中因雷电击中A相瞬间产生雷击过电压(110kV线路A相避雷器动作计数器记录14日凌晨动作2次)，导致变压器差动保护、重瓦斯保护、压力释放阀全部动作。经过对变压器进行检查，油色变暗，瓦斯继电器内有大量气体，判定变压器内部已发生故障，需要吊芯检查处理。
对主变进行吊罩检查，发现A、B相分接开关护罩脱落，A相分接开关静触头2、5、6、7烧损严重，A相运行档3、4静触头与动触头连接部位均有不同程度的烧损;B相运行档3、4静触头与动触头连接部位有轻微的烧伤痕迹。打开A相绝缘纸板后，发现A相高压线圈上、下部均有一圈线组有轻微弯曲现象。
发现致使A相分接开关2、5、6、7抽头瞬间电压升高至额定电压的数倍，产生过电压的分接抽头分别向绝缘油放电，并产生大量热量，烧毁分接开关绝缘护罩，并与变压器金属外罩(分接抽头与外罩距离110mm)形成电位差，分接静触头向金属外壳作弧光放电(现场检查，未接入运行的分接开关2、5、6、7静触头烧损严重，而3、4静触头仅轻微损伤)。雷击事故发生后，邀请试验单位对升压站的避雷器、避雷针及接地网进行检测，测量值满足规范要求。由此可见本次事故的直接原因是当晚频繁的雷电活动，雷电波侵入A相，A相分接抽头瞬间过压击穿护罩及绝缘油对箱壳弧光放电，导致雷击事故的发生。
石门坎二厂主变运行时中性点采取不接地运行方式，增加了主变过电压风险，已协调地调对石门坎二厂主变运行方式重新审查，采用接地方式运行，降低设备损坏风险。
2 改进措施探索
对变压器高压侧和低压侧采取不同的技术措施，达到提高变压器防雷击能力的目标。
经分析变压器高压侧外部防雷保护比较充分，所以重点考虑改善绕组的冲击分布，提升变压器绕组的防雷击水平。经过波过程计算分析，110kV级高压绕组采取内屏蔽边续式是适宜的，采用两段屏。变压器低压绕组电压低，电流大，绕组一般采用螺旋式，螺旋式没有办法增大串联电容以改善冲击分布，所以重点对引出套管进行了改进，采用了带招弧角的纯瓷套管，避免直击雷作用于绕组，造成绕组损坏。
同时，本次对分接开关的结构形式也进行了改进，结构形式由横向结构改成了纵向结构，增加了防护罩的厚度以及与变压器外护罩的距离，进一步提高了防直击雷的能力。
3 结语
针对该电站110kV变压器，分析了变压器雷害事故，找到该电站110kV变压器雷害事故频发的原因，有针对性地提出了相关技术整改措施：限制侵入雷电流幅值是减少变压器损坏的有效方法。但同时也应注意到并不是说变压器采用上述防雷措施后，就不会损坏了。若变压器严重过载运行，绝缘老化，油质劣化，大大降低了绝缘水平，则变压器遭雷击损坏的几率就会增大。另外，若雷直击变压器，雷电流全部流入变压器，将直接引起变压器击穿。不过这种雷击的概率较小。——论文作者：陈胜龙 陈文明
