配电变压器雷击事故分析与防雷保护措施

配电变压器雷击事故分析与防雷保护措施CONTENTS目录01事故案例分析02雷击损坏机理03防雷保护措施04防雷装置运维管理CONTENTS目录05不同场景防雷方案06事故处理与预防01事故案例分析典型事故概况事故发生时间与地点2009年夏季，南方某地区的一台配电变压器在雷雨天遭受雷击。事故现象与初步检查10kV侧V相熔断器跌落；数小时后变压器外壳仍烫手；用绝缘电阻表测量高压侧对低压侧及地绝缘电阻仅有几兆欧，变压器已烧坏。事故设备基本信息该所变压器型号为S9-315/10，接线组别为Yyn0，高压侧装设一组金属氧化物避雷器，配电变压器中性点和避雷器接地引下线分别与变电站接地极相连。雷击动作证据该变压器10kV侧金属氧化物避雷器V相动作了一次，证明事故是由于雷击所致；事后检查避雷器质量合格，接地电阻符合规程要求。事故原因深度剖析直接雷击与雷电感应直接雷击击中变压器或其附近线路，产生巨大瞬态电流，导致绝缘材料发热融化、绕组短路烧毁。雷电感应则通过强大电磁场在绕组间产生感应电压，击穿绝缘层引发局部放电。雷电波侵入危害雷电通过输电线路形成的雷电波，在保护措施不足时侵入变压器内部，造成过电压，损坏绝缘系统，是雷害事故的常见诱因之一。正变换过电压机理低压侧遭受雷击，冲击电流经中性点接地装置入地，在接地电阻上产生压降使中性点电位升高，通过电磁感应按匝数比在高压绕组产生过电压，可能超过层间绝缘全波冲击强度。反变换过电压机理高压侧遭雷击，避雷器动作时雷电流在接地电阻上产生压降，作用于低压侧中性点，低压线路相当于波阻抗接地，低压绕组流过冲击电流产生零序磁通，在高压绕组感应高电势，导致中性点绝缘击穿及层间、匝间绝缘损坏。地电位反击影响雷击时雷电流流经接地系统，若接地电阻较大，会形成较高地电位，导致变压器外壳或低压侧被相对较高的地电位反击，造成设备损坏。事故暴露问题总结

防雷措施存在缺陷仅在高压侧装设避雷器，未在低压侧配置，无法抑制正、逆变换过电压，导致变压器绝缘损坏。

防雷保护重视不足对雷电活动规律及变压器防雷薄弱环节认识不到位，未采取综合防雷措施，存在管理漏洞。

设备选型与技术适配问题未选用具备正、逆变换过电压防护功能的新型配电变压器，传统型号在雷电过电压下易发生绝缘击穿。

接地系统协同性不足高低压侧避雷器接地线、中性点及外壳未形成"四位一体"接地，可能导致地电位反击或过电压叠加。110kV主变跳闸案例分析事故概况与背景

2018年09月20日雷雨天气，XX变电站1号主变因雷击导致A相比率差动保护动作跳开三侧开关，造成35kV、10kV母线失压。该变电站为地区重要负荷站，仅一台主变独立运行，供电可靠性薄弱。故障经过与现象

03时15分35kV353线路N27号杆塔遭雷击，BC相瓷瓶损坏；03时19分再次雷击导致主变35kV侧A相电缆接头击穿接地，差流达10.5A（启动定值2.4A），主变三侧开关跳闸。保护动作与原因分析

主变差动保护因A相接地故障动作，动作时间小于后备保护时限（1.4-1.7秒）。直接原因为雷击导致线路与主变同时接地；间接原因是主变35kV侧电缆出厂密封不严进水受潮，绝缘降低后被雷击过电压击穿。事故影响与教训

造成10kV出线全部停电，影响用户供电。暴露设备验收把关不严、电缆绝缘缺陷未及时发现等问题，需加强新设备验收和雷雨季节前防雷设施检查。02雷击损坏机理直接雷击危害

巨大瞬态电流的破坏当雷电直接击中变压器或其附近输电线路时，会产生巨大的瞬态电流，瞬间通过变压器绕组和铁芯，导致绝缘材料迅速发热甚至融化，造成绕组短路或烧毁。

毁灭性的设备损坏直接雷击造成的损害往往是毁灭性的，可能导致变压器完全瘫痪，如2009年南方某地区S9-315/10型变压器遭雷击后，高压侧对低压侧及地绝缘电阻仅有几兆欧，最终被烧坏。

引发安全事故风险直接雷击可能导致变压器绝缘击穿，甚至引发火灾等安全事故，对电力系统安全稳定运行及人民生命财产安全构成严重威胁。雷电感应影响雷电感应的产生机理雷电未直接击中变压器或线路时，其强大电磁场会在变压器绕组间产生感应电压，尤其在无有效屏蔽情况下，可击穿绝缘引发局部放电。感应过电压的危害表现长期积累的局部放电会损伤绝缘层，导致绕组层间、匝间绝缘击穿，严重时引发短路故障，如2009年南方某S9-315/10型变压器因感应过电压烧坏。与直接雷击的区别特征相较于直接雷击的瞬态大电流热损坏，感应过电压具有隐蔽性强、累积损伤的特点，易被忽视但同样可造成变压器绝缘失效。雷电波侵入路径直接雷击路径雷电直接击中变压器本体或其附近输电线路，产生巨大瞬态电流，瞬间通过绕组和铁芯，导致绝缘材料发热、融化，造成绕组短路或烧毁，损害往往具有毁灭性。雷电感应路径雷电未直接击中变压器，但强大电磁场在绕组间产生感应电压，尤其在无有效屏蔽时，感应电压足以击穿绝缘，引起局部放电，长期积累损伤绝缘层，最终引发故障。线路传播路径雷电通过输电线路形成雷电波，沿线路迅速传播至变压器，若防雷保护措施不足，雷电波直接侵入内部，造成过电压，损坏绝缘系统。地电位反击路径雷击时雷电流流经接地系统，在接地电阻上产生电压降，若接地电阻较大形成较高地电位，导致变压器外壳或低压侧被相对较高地电位反击，造成设备损坏。地电位反击原理

地电位反击的定义雷击发生时，雷电流流经接地系统，在接地电阻上产生电压降，若接地电阻较大，会形成较高的地电位，导致变压器外壳或低压侧被相对较高的地电位反击，造成设备损坏。

地电位反击的产生机理当雷电击中变压器附近或其接地装置时，强大的雷电流通过接地体入地，接地体本身的电阻会产生显著的电压降，使接地体电位急剧升高。此高电位可通过设备外壳、接地线等路径反击至变压器低压侧或其他设备，造成绝缘击穿。

地电位反击的危害地电位反击会使变压器低压侧中性点电位升高，通过电磁感应在高压绕组产生过电压，可能导致绕组绝缘击穿、烧毁，严重时造成变压器瘫痪，影响供电可靠性并带来经济损失。

抑制地电位反击的关键降低接地电阻是抑制地电位反击的核心，确保接地电阻符合规程要求（如100kVA以上配变接地电阻≤4Ω），同时采用“三位一体”或“四位一体”接地方式，使设备外壳、中性点、避雷器接地线等电位连接，减少电位差。正变换过电压机制

正变换过电压定义正变换过电压是指当雷电波由低压线路侵入时，低压绕组流过冲击电流，通过电磁感应按匝数比在高压绕组上产生感应电动势，导致高压侧出现的过电压现象。

形成机理分析低压侧遭受雷击产生过电压，中性点电位因接地电阻压降急剧升高，在低压绕组形成冲击电流。该电流产生的磁通通过铁芯耦合至高压绕组，按变比感应出高幅值电动势，叠加于高压侧相电压，导致绝缘应力增大。

典型危害案例试验表明，当低压进波为10kV、接地电阻5Ω时，高压绕组层间梯度电压可能超过其全波冲击强度1倍以上，直接造成层间绝缘击穿，如某10kV配电变压器因低压侧雷击引发正变换过电压导致高压绕组烧毁。

影响因素过电压幅值与低压侧冲击电压、接地电阻值成正比，与绕组分布特性相关。Yyn0接线变压器因低压侧三相电流产生零序磁通无法抵消，更易在高压侧中性点形成高电位，加剧绝缘损伤风险。逆变换过电压机制逆变换过电压的定义当高压侧线路遭受雷击时，雷电流通过高压侧避雷器放电入地，接地电流在接地电阻上产生压降。该压降作用于低压侧中性点，因低压线路相当于经电阻接地，电压绝大部分加在低压绕组上，再经电磁感应按变比升高至高压侧，与高压绕组相电压叠加，形成危及绝缘的过电压。逆变换过电压的产生过程高压侧侵入雷电波→避雷器动作→接地电阻产生压降→低压侧中性点电位升高→低压绕组流过冲击电流→产生零序磁通→高压绕组感应高电势→中性点绝缘易击穿，层间、匝间电位梯度增大。逆变换过电压的危害可使高压绕组中性点绝缘击穿，层间和匝间绝缘击穿，导致变压器损坏。如南方某地区S9-315/10型变压器因雷击产生逆变换过电压，造成高压侧对低压侧及地绝缘电阻仅几兆欧，最终烧坏。03防雷保护措施新型配电变压器应用01新型配电变压器防雷设计特点新型配电变压器在设计阶段即采取针对性措施，有效抑制正、逆变换过电压的产生，从根本上提升防雷击损坏能力，解决传统变压器易受此类过电压侵害的问题。02新型配电变压器平衡绕组技术部分新型配电变压器在铁芯上加装平衡绕组，通过抵消低压绕组冲击电流产生的冲击磁通，限制高压侧感应过电压幅值，尤其适用于雷电重灾地区的防雷需求。03内置金属氧化物避雷器的应用部分新型配电变压器内部集成金属氧化物避雷器，可快速响应并限制绕组间过电压，简化外部防雷装置配置，提高整体防雷系统的可靠性与集成度。04新型配电变压器推广价值鉴于新型配电变压器在防雷性能上的显著优势，应作为防雷改造的重要措施大力推广，特别在雷暴日高、传统变压器雷害事故频发的区域，可显著降低雷击损坏率。高压侧避雷器配置

高压侧避雷器的必要性根据SDJ7－79《电力设备过电压保护设计技术规程》及DL/T620－1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定，配电变压器高压侧一般应装设避雷器保护，以防止雷电波侵入高压侧绕组引起损坏。

常用避雷器类型选择工程中常用FS—10阀型避雷器或金属氧化物避雷器。避雷器应根据变压器所处工作环境、性能要求及避雷器自身性能、适用场所进行合理选择，并在安装后及时调试和实验。

安装位置与接线要求避雷器应安装在高压熔断器与变压器之间，以减少接地引线长度。避雷器的接地线需与变压器低压侧的中性点以及变压器的金属外壳连接在一起接地，形成良好的等电位连接。

单独接地方式的应用在某些防雷保护措施中，可采用高压侧避雷器单独接地方式，利用大地对雷电波的削弱作用来削弱甚至消除逆变换过电压，该方式具有简单、经济等优势，但对低压侧接地电阻有较高要求。低压侧避雷器配置

01低压侧避雷器配置的必要性仅在高压侧装设避雷器时，仍可能因正、逆变换过电压导致变压器损坏，尤其在多雷区年损坏率可达5%，个别高雷暴日地区甚至高达50%。

02低压侧避雷器的作用可将正、逆变换过电压限制在一定范围内，减小电压梯度，保护变压器高低压绕组的层间和匝间绝缘，防止内部线圈损坏。

03推荐的避雷器类型通常选用金属氧化物避雷器或普通阀型避雷器，能有效限制低压侧过电压，抑制其通过电磁感应在高压侧产生的过电压。

04安装接线要求高低压侧避雷器的接地线、变压器中性线及外壳需连接在一起形成四位一体接地，确保接触良好，避雷器应安装在低压侧出线处。四位一体接地技术

四位一体接地的定义四位一体接地是指将配电变压器高压侧避雷器接地线、低压侧避雷器接地线、变压器中性点及变压器金属外壳四点连接在一起，形成共同接地系统的防雷保护方式。

四位一体接地的作用原理通过四点等电位连接，有效消除各接地点之间的电位差，避免地电位反击和正、逆变换过电压对变压器绝缘的损害，同时为雷电流提供低阻抗泄流通道。

四位一体接地的实施要求避雷器接地引下线应尽可能短，以减少阻抗；连接点需牢固可靠，确保接触良好；接地电阻值应符合规程要求，100kVA以上配变接地电阻≤4Ω，100kVA及以下≤10Ω。

四位一体接地的应用价值该技术能显著降低变压器雷害事故率，尤其在多雷区可有效抑制正、逆变换过电压，是提升配电变压器防雷可靠性的关键措施之一。电抗器防护应用

电抗器防护原理电抗器通过制作成电感线圈，利用其电感特性限制雷电电流的进入，从而防止过电压危害变压器的正常运行。

电抗器适用区域主要适用于雷电频发区域以及极易发生雷暴的区域，可有效保护配电变压器的安全。

电抗器安装位置在重雷区，应在配电变压器的进线处装设电抗器，以阻止雷电电流侵入变压器。平衡绕组技术应用

平衡绕组技术的作用原理在变压器铁芯上加装平衡绕组，通过抵消低压绕组在雷电冲击下产生的冲击磁通，从而抑制正、逆变换过电压，保护变压器绝缘免受损坏。

适用场景与技术优势特别适用于雷电活动强烈的重雷区，当采用常规防雷措施仍无法有效降低变压器雷击损坏率时，平衡绕组技术能显著提升防雷效果，减少因变换过电压导致的绝缘击穿事故。

与其他防雷措施的协同配合平衡绕组技术可与高低压侧避雷器、可靠接地装置等配合使用，形成综合防雷体系，进一步提高配电变压器在多雷、重雷环境下的运行安全性和可靠性。04防雷装置运维管理避雷器定期校验要求

校验周期规定应按规程要求定期测试避雷器，通常建议每年雷雨季节前进行一次全面校验，确保其在雷电高发期前处于良好状态。

校验项目内容校验项目主要包括绝缘电阻测试、泄漏电流测试、残压测试等，以评估避雷器的非线性特性和通流能力是否符合标准。

不合格品处理对校验中发现不合格的避雷器，应立即予以更换，严禁继续使用。同时建立避雷器检修档案，详细记录每次校验情况及更换信息。接地电阻测试标准

100kVA以上配变接地电阻标准根据规程要求，100kVA以上的配电变压器，其接地电阻值应≤4Ω，以确保雷电流能够迅速泄入大地，降低地电位反击风险。

100kVA及以下配变接地电阻标准100kVA及以下的配电变压器，接地电阻应≤10Ω，在满足防雷要求的同时，兼顾不同容量设备的实际运行条件。

重复接地电阻标准配电变压器应设置重复接地，每台不少于三处，每处重复接地电阻要求：100kVA以上配变≤10Ω，100kVA及以下配变≤30Ω，进一步保障接地系统可靠性。防雷设施巡检要点

避雷器巡检检查避雷器外观有无破损、裂纹、放电痕迹，引线连接是否牢固，绝缘外套是否老化。按规程定期测试避雷器的绝缘电阻、泄漏电流等参数，不合格的应及时更换。

接地装置巡检检查接地引下线与接地极连接是否可靠，有无松动、锈蚀，引下线在土壤交界处有无腐蚀。每年雷雨季节前测试接地电阻，100kVA以上配变接地电阻应≤4Ω，100kVA及以下应≤10Ω。

高低压侧防雷配置检查确认高压侧避雷器安装位置是否正确，与变压器距离是否在5m之内。检查低压侧是否按要求装设避雷器，高低压侧避雷器接地线、变压器中性线及外壳是否实现“四位一体”接地。

防雷设备定期校验建立避雷器检修档案，记录校验数据。对运行中的避雷器，应按规程定期进行预防性试验，确保其残压、通流容量等指标符合要求，保障防雷性能有效。设备验收规范要求

01新设备到场基础检查检查设备型号、规格是否符合设计要求，外观有无破损、变形，密封是否完好，附件、技术资料是否齐全。

02防雷装置配置验收确认高压侧、低压侧避雷器型号规格是否适配，安装位置是否正确，避雷器与变压器间距离是否符合规程要求。

03接地系统验收标准接地装置连接应牢固可靠，100kVA以上变压器接地电阻应≤4Ω，100kVA及以下应≤10Ω，需使用专用仪器现场测试确认。

04电气性能测试要求进行绝缘电阻测试、绕组直流电阻测试、变比测试等，各项指标需符合相关产品标准和技术规程，测试数据应记录存档。

05密封及防护验收检查变压器本体、套管、电缆接头等部位密封是否良好，无渗漏油现象，户外设备防护等级应满足安装环境要求。05不同场景防雷方案少雷区防护方案适用区域界定少雷区通常指年雷暴日数较少、雷电活动强度较低的区域，如平原等部分地区，配电变压器年损坏率相对较低。核心防护措施在配电变压器高压侧装设避雷器，根据相关规程规定，避雷器的接地线应与变压器低压侧的中性点以及变压器的金属外壳连接在一起接地。避雷器选型与安装工程中常用FS—10阀型避雷器等，安装时应确保避雷器与变压器之间的距离尽量缩短，一般在5m之内，以减少引线电阻及压降。接地电阻要求对于100kVA以上的配变，接地电阻应≤4Ω；对于100kVA及以下的配变，接地电阻应≤10Ω，以保证雷电流能有效泄入大地。多雷区防护方案高低压侧均装设避雷器在多雷区，单独采用某一种防雷保护措施往往不能奏效，宜采用高低压侧均装设避雷器的综合防雷保护措施。低压侧避雷器可选用金属氧化物或普通阀型避雷器，与高压侧避雷器、变压器外壳、低压侧中性点共同接地，形成四位一体接地，有效限制正、逆变换过电压。采用分开接地保护方式可采用高压侧避雷器单独接地，低压侧避雷器、低压侧中性点及变压器金属外壳连接在一起分开接地的方式。利用大地对雷电波的衰减作用消除逆变换过电压，并通过降低低压侧接地电阻（如从10Ω降至2.5Ω可降低约40%正变换过电压）来控制正变换过电压。加装平衡绕组或内置避雷器在重雷区，若综合防雷保护措施效果仍不佳，可根据技术经济比较，在配电变压器铁心上加装平衡绕组抑制正逆变换过电压，或采用在内部安装金属氧化物避雷器的新型防雷变压器，从设备本身提升防雷能力。严格控制接地电阻与定期维护多雷区需严格要求接地装置质量，100kVA以上配变接地电阻应≤4Ω，100kVA及以下应≤10Ω，并确保接地线连接牢固、引下线短直。同时加强日常维护，雷雨季节前定期校验避雷器、测试接地电阻，及时更换不合格设备。重雷区防护方案

综合防雷保护措施组合在重雷区，单独采用某一种防雷保护措施往往不能奏效，宜采用综合防雷保护措施，即高压侧装设避雷器单独接地，低压侧避雷器、低压侧中性点及变压器金属外壳连接在一起的分开接地。加装平衡绕组技术在重雷区，特别是配电变压器年损坏率较高的地区，采用综合防雷保护措施仍未收到较好的防雷效果后，应根据技术经济比较，在配电变压器铁心上加装平衡绕组(即采用新型防雷变压器)。内部安装金属氧化物避雷器在重雷区，可在配电变压器内部安装金属氧化物避雷器，以增强对雷电过电压的抑制能力，提高变压器自身的防雷水平。进线处装设电抗器在一些雷电频发的区域以及极易发生雷暴的区域，在配电变压器进线处装设电抗器可以有效的保护配电变压器的安全。电抗器可以制作成电感线圈，以防止雷电电流的进入形成过电压，危害变压器的正常运行。06事故处理与预防雷击事故应急处理流程

安全隔离与初步检查立即将受损变压器从电网中隔离，确保安全。进行外观检查，查看是否有明显物理损伤、燃烧痕迹或油泄漏。

电气性能检测使用绝缘电阻表测量高压侧对低压侧及地绝缘电阻，判断绝缘是否损坏。必要时进行介质损耗因数测试、绕组直流电阻测试等。

油色谱分析（油浸式变压器）对变压器油样进行色谱分析，检测油中溶解气体成分（如氢气、乙炔等），评估内部故障程度