变压器遭雷电损坏事故原因很多，本文分析变压器与避雷器间的保护配合。
某电厂厂内补给水升压变压器，过流保护动作（电流动作整定值为32.7A），开关跳闸；拉开补给水升压变低压侧开关至检修位，测量电缆绝缘为：相对地800MΩ相间为1500MΩ；拉开补给水降压变压器低压侧开关至检修位，测量补给水升压变高压侧绝缘为：相对地0.95MΩ，相间为0MΩ；同时线路进行了巡线检查，线路瓷瓶未见异常，对线路重点部位线杆组织人员进行了登杆检查未见异常，对线路进行单独绝缘检查相对地200MΩ相间为200MΩ。
检查变压器过程中发现补给水升压变压器高压侧B相套管有油渗出，且变压器压力释放阀动作，有油渗出。对补给水升压变压器高压侧进行耐压试验，电压升至4kV时，一次电流迅速增加至30A，说明高压绕组对地有击穿现象。经分析确认为此变压器线圈已经损坏。
在事故发生时，该地区为雷雨天气，且雷电很强，雷电波侵入变压器及线路，并在其中传播，由于落雷点距离厂区较近，雷电波造成厂内的补给水升压变压器过电压，使变压器损坏。对避雷器进行了试验，试验结果合格。以下就雷电波侵入，造成变压器过电压烧损的原因进行分析：
雷电侵入升压变压器，一方面经变压器高、低压绕组间电容及绕组对地的电容间的耦合，传递电压可用公式近似表示为u2≈u1c12/(c12+c2)
其中：u2—低压绕组的传递过电压，u1—高压绕组的冲击电压（残压），c12—高低压绕组间的电容，c2—低压绕组的对地电容。
由于是双绕组变压器，其c2较大，远远大于c12，所以u2＜u1，显然从变压器低压侧侵入雷电波时，不能对高压绕组的绝缘构成危害。如果雷电波从高压侧侵入，高压侧有避雷器保护，也不会造成高压绕组绝缘损坏。
另一方面，由于绕组内电感作用，雷电侵入波在升压变压器内按绕组的变比传递，其近似公式可表示为u2≈qu1/n
其中：u2—低压绕组的传递过电压，u1—高压绕组冲击电压（残压），n—高低压绕组线电压之比，q—其值取决于高压侧所加的冲击电压波形（残压）与低压回路的电气参数，通常取1.3。
由于变压器低压绕组其冲击耐压与额定相电压之比较高压绕组大很多，即低压绝缘裕度较大。在雷电冲击波从高压绕组进入，高压绕组可以耐受的电压（加避雷器保护）按变比传递至低压侧时，对低压绕组不会产生危害。
因此，只有在低压绕组时进波时，有可能在高压绕组中引起危险，它往往成为变压器在低压侧线路遭受雷击时发生高压绕组绝缘击穿事故的原因。所以，通常采用紧贴每相高压绕组出线端安装三相避雷器组对变压器进行保护。
从以上分析可知，在变压器高压侧要安装避雷器保护，可以避免变压器被雷击损坏，现场检查避雷器完好，那么变压器为什么还是烧损了？
侵入的雷电冲击波在绕组各线圈之间与线圈与地之间的电容、电感不断地吸收和释放能量，发生谐振。（图1）是冲击电压作用下沿绕组轴向长度的电压分布曲线示意。
从图中可以看出，起始分布与稳态分布不一致，随时间变化，在绕组的不同位置出现不同最大电压，匝间电位差也随之改变。如果冲击电压分布不均匀，使得线圈的局部电压过高，将超过其耐受能力。
另外，侵入波电压的陡度越陡，绕组的初始电压分布和稳态电压分布之间的差异也越大，绕组内的振荡过程将越激列，绕组中各点对地电位和匝间电位差的最大值也越大。
当最初雷电波侵入变压器，没有达到避雷器放电动作值时，这时加在变压器绕组上的波形是全波。而当避雷器放电，加在变压器绕组端部的冲击电压是避雷器的残压，就是截波（如下图2）
图1
图2
所以，由于绕组内的振荡，截波作用下绕组匝间电位差最大值将比全波作用时更大，会危及变压器的纵绝缘，为避免线圈端部匝间电位差过高，在应用中，变压器线圈一般采用增大纵向电容或在绕组间并联避雷器的方式限制过电压的措施。
为了能减少变压器遭受过电压作用，通过在变压器出线端装设避雷器，降低截波幅值，并且避雷器的伏秒特性（电压变化随时间变化的关系）必须低于变压器的伏秒特性（如图3）。
图3
经验证明，如果变压器雷电耐受电压与避雷器残压之比的安全系数＞1.4 ，变压器能免耐受雷电过电压，绝缘不会被破坏。
通过以上分析，该变压器损坏的原因有以下两种可能：
冲击电压在绕组上的分布不均匀，使局部电压过高，造成变压器绝缘薄弱处击穿损坏；变压器耐受雷电过电压的安全系数裕度不够，避雷器不能正常保护，造成变压器损坏。
措施：
1）选用残压低保护性能好的避雷器，降低截波幅值，防止变压器绕组纵绝缘损坏；
2） 选用具有良好的伏秒特性的避雷器，并与变压器实现合理的绝缘配合，当雷电侵入波超过某一电压值时，避雷器将先于被保护的设备放电，使过电压值得到限制，从而使变压器绝缘得到有效保护。
结论
雷电过电压或操作过电压都可以通过输电线路传递给电力设备，对电力设备绝缘构成危害，所以避雷器与被保护设备之间的合理的绝缘配合是很重要的。并且避雷器还应有较强绝缘自恢复能力，当过电压作用过去以后，避雷器又能自动切断泄入大地的工频短路电流，使电力系统恢复正常工作。否则，电力系统将一直处于接地短路状态。
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