專利名稱：耐雷配電變壓器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及變壓器領域，具體涉及一種耐雷性能好的配電變壓器。

背景技術：
雷電是一種極具破壞力的自然現(xiàn)象，其電壓可高達數(shù)百萬伏，瞬間電流可高達數(shù)十萬安培。我國土地遼闊，南方大多地區(qū)地處亞熱帶，雷電活動頻繁，平均雷暴日在70日左右，某些地區(qū)年雷暴日甚至高達100～130日。根據(jù)我國雷害頻繁地區(qū)雷擊變壓器事故的資料統(tǒng)計，雷害事故主要有兩個方面 1)雷擊造成配電變壓器損壞，一般是高壓線路遭雷，雷電沖擊波沿配電線路侵入，造成配電變壓器被雷擊毀，且雷電過電壓傳遞到變壓器的副邊，打壞重要的弱電設備。比如雷達站、微波站、移動通信站、風電廠、民航、軍工部門等采用了大量的弱電設備，這些微電子設備對雷電干擾大都非常敏感，在雷電活動時，配電變壓器相對來說絕緣裕度比較大，雷擊時可能并不損壞，但雷電過電壓可能通過變壓器傳遞到低壓側而把低壓側的弱電設備打壞，這類事故隨著計算機在電力系統(tǒng)的大量應用而成為事故頻發(fā)的原因，不僅給供電企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟損失，也嚴重影響了供電可靠性和人民的日常生活。
長期以來，為了減少雷害事故的發(fā)生，提高供電可靠性，人們采取各種防雷措施對配電網(wǎng)進行保護。配電網(wǎng)絕緣水平低，雷害事故發(fā)生頻繁，對配電網(wǎng)的影響較大，隨著人們對電力系統(tǒng)供電可靠性越來越高的要求，對電力系統(tǒng)防雷保護的重視程度也越來越高。目前DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》建議配電變壓器采用如圖1所示的防雷措施。在實際應用中，很多現(xiàn)有技術都是采用圖2所示的防雷保護接地方式配電變壓器包括變壓器外殼1、裝設于變壓器外殼內(nèi)的高壓側繞組2和低壓側繞組3，高壓側繞組2采用Y型聯(lián)接結構，高壓側繞組2的A、B、C三相外接避雷器A3、B3、C3，A、B、C三相的中性點o無引出線；低壓側繞組3采用yn型聯(lián)接結構，低壓側繞組3的a、b、c三相無避雷器，低壓側繞組3的中性點n有中性點引出線N，且中性點引出線N接地，變壓器外殼1保持接地。但是大量研究和運行經(jīng)驗均表明，該防雷措施僅在高壓側采用避雷器保護時，在雷電波作用下仍有損壞現(xiàn)象，一般地區(qū)年損壞率為1％、多雷區(qū)可達5％左右，個別100雷暴日的雷電活動特殊強烈地區(qū)，年損壞率高達50％左右。如圖3所示，以容量為500kVA，高壓側線路為10kV線路，變比為10/0.4kV的配電變壓器為例分析雷擊浪涌的傳播途徑，繞組間的互電容C12為944pF，低壓側對地電容C0為1239pF，避雷器與所用變壓器之間的電氣距離為l，則施加在變壓器高壓側的電壓約為 式中，Ut為施加在所用變壓器高壓側繞組的電壓，單位kV； Ur為避雷器動作后的殘壓，單位kV； a為雷電波的陡度，單位kV/us； l為避雷器與變壓器之間沿連接線分開的距離即電氣距離，單位m； v為雷電波的波速，單位m/us； L為避雷器接地引下線的電感，uH； i為通過避雷器的雷電流，單位kA。
在10kA，8/20μs的雷電波下，10kV避雷器的殘壓最大不超過45kV，取L＝1μH，di/dt＝1.25kA，則引下線上的壓降為1.25kV。取避雷器與配電變壓器之間的距離l＝50m，v＝300m/μs則可得配電變壓器的高壓側的電壓最大值約為 Ut＝45+2×1.25×50/300+1.25＝46.6kV。
低壓側的最大電磁感應過電壓為 式中，Ud為感應到所用變壓器低壓側的雷電過電壓，單位kV； k為所用變壓器的變壓比； Z1為變壓器高壓側線路的波阻，單位Ω； Z2為變壓器低壓側線路的波阻，單位Ω。
取Z1＝500Ω，Z2＝50Ω，可求得Ud＝3.67kV 除電磁感應感應到配電變壓器低壓側的電壓以外，高壓側的電壓還會通過配電變壓器高低壓繞組間的電容耦合至低壓側。如配電變壓器的低壓側開路，高壓側遭受雷擊，出現(xiàn)雷電過電壓Ut時，它將通過繞組間相互部分電容C12與低壓側三相對地部分電容C0所組成的電容耦合回路傳遞至低壓側，使低壓側出現(xiàn)傳遞過電壓U2，由圖4可知，則有 因此通過電磁感應感應、電容耦合，雷電干擾經(jīng)變壓器傳輸至低壓側的雷電浪涌最大值約為13kV，由于大多數(shù)所用變壓器的低壓側都沒裝避雷器保護，且大多沒有任何防雷措施，這一過電壓必然波及到發(fā)電廠、變電所的整個低壓電源系統(tǒng)。由于所用變壓器低壓側的絕緣裕度比較大，一般不會造成絕緣擊穿，但是變電站在低壓電源沒有過電壓保護措施，雷電過電壓得不到有效限制，就會在低壓電源系統(tǒng)中的絕緣薄弱處造成擊穿。微機系統(tǒng)的電子元件則正是絕緣的薄弱環(huán)節(jié)，微機系統(tǒng)的電源模塊又首當其沖，所以往往造成電源模塊的擊穿、損壞。此外，由于高壓側中性點沒有引出中性線，中性點容易受雷擊損壞。
2)當雷電波從低壓側侵入配變時，由于沒有避雷器的保護，雷電波直接侵入低壓側繞組，導致低壓側繞組中性點電位偏移，從而按電磁感應定律以變比的倍數(shù)升高到高壓側，使其電位高出額定值的十幾倍，極大地威脅著配電變壓器的的絕緣。由此可見，配電變壓器低壓側沒有裝設避雷器保護是配電變壓器產(chǎn)生正變換過電壓、導致配電變壓器被雷擊壞的主要原因之一。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術的缺點，提供一種可以有效防御來自高壓側和低壓側的雷電來波，可以有效保護低壓側的弱電設備，具有耐雷性能好、輸出電壓穩(wěn)定、使用壽命長的耐雷配電變壓器。
本發(fā)明采用的技術方案為一種耐雷配電變壓器，它包括變壓器外殼、裝設于變壓器外殼內(nèi)的高壓側繞組、低壓側繞組和鐵芯，所述高壓側繞組和所述低壓側繞組均為曲折繞組單元，所述曲折繞組單元由繞設于所述鐵芯的各個芯柱上的繞組單元組成，所述繞組單元的數(shù)量與配電變壓器的相數(shù)相同，所述繞組單元由前半繞組和后半繞組組成，所述曲折繞組單元中前半繞組和后半繞組的繞數(shù)相同、繞向相反，所述曲折繞組單元中任一個前半繞組與不同繞組單元的一個后半繞組相連。
作為本發(fā)明的進一步改進 所述低壓側繞組的各相分別與一個避雷器相連，所述低壓側繞組的中性點引出線接地，所述高壓側繞組的各相分別與一個避雷器相連，所述變壓器外殼接地； 所述高壓側繞組的中性點引出線與一個避雷器相連； 連接所述低壓側繞組各相的各個避雷器、所述低壓側繞組中性點引出線、連接所述高壓側繞組各相的各個避雷器、所述連接高壓側繞組中性點引出線的避雷器以及所述變壓器外殼與同一接地點相連。
本發(fā)明具有下述優(yōu)點 本發(fā)明通過高壓側繞組和低壓側繞組的聯(lián)接結構可以有效抵消高壓側與低壓側之間的電磁感應，從而可以有效抑制正變換過電壓和逆變換過電壓，耐雷性能好，輸出電壓穩(wěn)定，可以有效保護變壓器自身和低壓側的弱電設備。
通過低壓側繞組分別與避雷器相連，可以抑制低壓側受雷擊產(chǎn)生的正變換過電壓，從而可以有效保護配電變壓器的高壓側不受正變換過電壓損壞；高壓側繞組的中性線與避雷器相連，可以有效保護高壓側的中性點，從而可以提高整個配電變壓器的使用壽命。
此外，通過連接低壓側繞組的避雷器、低壓側繞組中性點引出線、連接高壓側繞組的避雷器、連接高壓側繞組中性點引出線的避雷器以及所述外殼共同接地，使得變壓器的主絕緣在避雷器動作時可承擔避雷器的殘壓，抑制逆變換過電壓，且可有效保護變壓器最容易被擊毀的中性點，進一步提高配電變壓器的使用壽命。



圖1為現(xiàn)有技術的一種配電變壓器的繞組聯(lián)結組別與防雷保護接線示意圖； 圖2為現(xiàn)有技術的另一種配電變壓器的結構示意圖； 圖3為圖2的電容分布示意圖； 圖4為圖1和圖2中電容耦合的電路原理示意圖； 圖5為本發(fā)明實施例中的配電變壓器的結構示意圖； 圖6為本發(fā)明實施例中高壓側繞組、低壓側繞組的結構示意圖； 圖7為本發(fā)明實施例中高壓側繞組、低壓側繞組的聯(lián)結結構示意圖。

具體實施例方式 如圖5和圖6所示，本實施例的配電變壓器包括變壓器外殼1、裝設于變壓器外殼1內(nèi)的高壓側繞組2、低壓側繞組3和鐵芯4。高壓側繞組2和低壓側繞組3均為曲折繞組單元，曲折繞組單元由繞設于鐵芯4的各個芯柱上的繞組單元組成，繞組單元的數(shù)量與配電變壓器的相數(shù)相同，繞組單元由前半繞組和后半繞組組成，曲折繞組單元中前半繞組和后半繞組的繞數(shù)相同、繞向相反，曲折繞組單元中任一個前半繞組與不同繞組單元的一個后半繞組相連。
如圖6和圖7所示，在本實施例中的配電變壓器為三相配電變壓器，高壓側包括A、B、C三相，低壓側包括a、b、c三相，鐵芯4上設有用于繞設繞組線圈的芯柱41～46。
高壓側繞組2和低壓側繞組3分別采用曲折繞組，形成雙曲折聯(lián)結結構。高壓側的曲折繞組單元分別由前半繞組A1、B1、C1和后半繞組A2、B2、C2組成，前半繞組A1、B1、C1和后半繞組A2、B2、C2的繞數(shù)相同、繞向相反。前半繞組A1和后半繞組A2作為一個繞組單元繞設于芯柱41上，前半繞組B1和后半繞組B2作為一個繞組單元繞設于芯柱42上，前半繞組C1和后半繞組C2作為一個繞組單元繞設于芯柱43上。前半繞組A1與后半繞組B2相連，前半繞組B1與后半繞組C2相連，前半繞組C1與后半繞組A2相連。
低壓側的曲折繞組單元分別由前半繞組a1、b1、c1和后半繞組a2、b2、c2組成，前半繞組a1、b1、c1和后半繞組a2、b2、c2的繞數(shù)相同、繞向相反。前半繞組a1和后半繞組a2作為一個繞組單元繞設于芯柱44上，前半繞組b1和后半繞組b2作為一個繞組單元繞設于芯柱45上，前半繞組c1和后半繞組c2作為一個繞組單元繞設于芯柱46上。前半繞組a1與后半繞組b2相連，前半繞組b1與后半繞組c2相連，前半繞組c1與后半繞組a2相連。
由于同一側的前半繞組與后半繞組的繞數(shù)相同、繞向相反，且前半繞組與同一側的不同相的后半繞組相連，以低壓側為例，前半繞組a1的零序磁通Φa1和后半繞組a2的零序磁通Φa2相反，前半繞組b1的零序磁通Φb1和后半繞組b2的零序磁通Φb2相反，前半繞組c1的零序磁通Φc1和后半繞組c2的零序磁通Φc2相反，從而零序磁通Φa1和Φa2相抵消、Φb1和Φb2相抵消、Φc1和Φc2相抵消，高壓側依此類推。
本實施例中的配電變壓器耐雷的原理如下 1、低壓側繞組在沖擊電壓作用下，繞組電感中會逐漸通過電流，所產(chǎn)生的磁通將在高壓側繞組中感應出電壓，這種電壓就是電磁感應分量，電磁感應分量與變壓器繞組的變比有關，但在沖擊波作用下，鐵芯中損耗很大，所以又不是與變比成正比關系。由于低壓繞組的相對沖擊強度(沖擊耐壓與額定相電壓之比)要比高壓繞組大得多，因此，凡是高壓繞組能夠耐受的過電壓波按變比傳遞到低壓側時，對低壓繞組是沒有危險的。但是，這個電磁感應分量在低壓繞組進波時，很可能在高壓繞組中引起危險，例如它往往成為配電變壓器在低壓側線路遭雷擊時，發(fā)生高壓繞組絕緣擊穿的事故原因。低壓側繞組a、b、c三相零序磁通相互抵消，這樣就不會在高壓側產(chǎn)生電磁感應分量，因此當?shù)蛪簜仍饫讚魰r，高壓繞組不會出現(xiàn)絕緣擊穿的現(xiàn)象，提高了配電變壓器的耐雷性能。
2、當落雷于高壓側線路時，由于接地電阻實際上并不會為理想的零值，因此流經(jīng)避雷器的雷電流在接地電阻上形成壓降Uch1。因為配電變壓器低壓線圈中性點與配電變壓器外殼是相連的，此壓降就作用在低壓線圈和連接的低壓線路上，又因為低壓線圈波阻比低壓線路波阻大得多，此壓降Uch的絕大部分電壓都加在低壓線圈上，通過高、低壓側繞組的電磁耦合作用，將按配電變壓器變比比例在高壓線圈上產(chǎn)生一個很高的過電壓(稱為反變換過程)，使高壓線圈絕緣損壞。這種引起高壓側中性點過電壓的現(xiàn)象叫逆變換過電壓。由于高壓側繞組A、B、C三相零序磁通相互抵消、低壓側繞組a、b、c三相零序磁通相互抵消，因此高、低壓側繞組不會耦合產(chǎn)生逆變換過電壓，提高了配電變壓器的耐雷性能，提高輸出電壓的穩(wěn)定性，可以有效保護低壓側的弱電設備。
3、低壓側線路落雷時，雷電波沿線直接侵入低壓繞組，經(jīng)其中性點接地體入地，雷電流在接地電阻上產(chǎn)生壓降U，使低壓側中性點電位偏移。此壓降一方面疊加在低壓繞組相電壓上；另一方面通過鐵芯按電磁感應定律以變比的倍數(shù)升高到高壓側，與高壓繞組相電壓疊加，使高壓繞組出現(xiàn)危險的過電壓。這種引起高壓側中性點過電壓的現(xiàn)象叫正變換過電壓。此電壓的大小與進波電壓的幅值、變比成正比，與接地電阻的大小成反比。根據(jù)雷電侵入波幅值的大小，高壓繞組中性點附近電位約高于額定值的十幾倍，導致變壓器高壓繞組絕緣擊穿。由于高壓側繞組A、B、C三相零序磁通相互抵消、低壓側繞組a、b、c三相零序磁通相互抵消，因此高、低壓側繞組不會耦合限制了低壓進波時的電磁感應分量，零序磁通相互抵消，所以不會通過鐵芯以變比的倍數(shù)升高到高壓側，所以就限制了正變化過電壓，提高了配電變壓器的耐雷性能。
本實施例中，變壓器外殼1接地，高壓側繞組2的A相與避雷器A3相連、B相與避雷器B3相連、C相與避雷器C3相連，高壓側繞組2的中性點o的中性點引出線O與避雷器O1相連。低壓側繞組3的a相與避雷器a3相連、b相與避雷器b3相連、c相與避雷器c3相連，低壓側繞組3的中性點n的中性點引出線N接地，避雷器均為y5w5-0.5型的氧化鋅避雷器。本實施例中，避雷器A3、B3、C3的接地端作為一點，避雷器O1的接地端作為一點，避雷器a3、b3、c3的接地端作為一點，低壓側繞組3中性點n的中性點引出線N和變壓器外殼1一起作為一點，上述四點共同與一個接地點G相連，實現(xiàn)“四點共地”。通過在低壓側加裝避雷器，可以將正、逆變換過電壓限制在一定范圍之內(nèi)，從而可以進一步保護配電變壓器，避免由于正、逆變換過電壓而損壞配電變壓器，通過在高壓側引出中性線并外接避雷器可以有效保護配電變壓器的中性點。此外，本實施例中“四點共地”還可以通過改善一處接地電阻就可以實現(xiàn)良好的接地效果，提高配電變壓器的耐雷性能。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，例如改變各個前半繞組和后半繞組之間的曲折連接方式等等，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種耐雷配電變壓器，它包括變壓器外殼(1)、裝設于變壓器外殼(1)內(nèi)的高壓側繞組(2)、低壓側繞組(3)和鐵芯(4)，其特征在于所述高壓側繞組(2)和所述低壓側繞組(3)均為曲折繞組單元，所述曲折繞組單元由繞設于所述鐵芯(4)的各個芯柱上的繞組單元組成，所述繞組單元的數(shù)量與配電變壓器的相數(shù)相同，所述繞組單元由前半繞組和后半繞組組成，所述曲折繞組單元中前半繞組和后半繞組的繞數(shù)相同、繞向相反，所述曲折繞組單元中任一個前半繞組與不同繞組單元的后半繞組相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的耐雷配電變壓器，其特征在于所述低壓側繞組(3)的各相分別與一個避雷器相連，所述低壓側繞組(3)的中性點引出線接地，所述高壓側繞組(2)的各相分別與一個避雷器相連，所述變壓器外殼(1)接地。
3.根據(jù)權利要求2所述的耐雷配電變壓器，其特征在于所述高壓側繞組(2)的中性點引出線與一個避雷器相連。
4.根據(jù)權利要求3所述的耐雷配電變壓器，其特征在于連接所述低壓側繞組(3)各相的各個避雷器、所述低壓側繞組(3)中性點引出線、連接所述高壓側繞組(2)各相的各個避雷器、所述連接高壓側繞組(2)中性點引出線的避雷器以及所述變壓器外殼(1)與同一接地點相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐雷配電變壓器，它包括變壓器外殼(1)、裝設于變壓器外殼(1)內(nèi)的高壓側繞組(2)、低壓側繞組(3)和鐵芯(4)，所述高壓側繞組(2)和所述低壓側繞組(3)均為曲折繞組單元，所述曲折繞組單元由繞設于所述鐵芯(4)的各個芯柱上的繞組單元組成，所述繞組單元的數(shù)量與配電變壓器的相數(shù)相同，所述繞組單元由前半繞組和后半繞組組成，所述曲折繞組單元中前半繞組和后半繞組的繞數(shù)相同、繞向相反，所述曲折繞組單元中任一個前半繞組與不同繞組單元的一個后半繞組相連。本發(fā)明可以有效防御來自高壓側和低壓側的雷電來波，可以有效保護低壓側的弱電設備，具有耐雷性能好、輸出電壓穩(wěn)定、使用壽命長的優(yōu)點。
文檔編號H01F27/40GK101800119SQ201010141830
公開日2010年8月11日 申請日期2010年4月8日 優(yōu)先權日2010年4月8日
發(fā)明者李景祿, 曹斌, 彭利強 申請人:李景祿