110kV變電站電氣設(shè)計與防雷

申寒冬 湖北金浪勘察設(shè)計有限公司

隨著社會經(jīng)濟的全面發(fā)展，電力需求逐年加大，促進了電力技術(shù)、電力工業(yè)的蓬勃發(fā)展，作為輸配電工程建設(shè)中重要環(huán)節(jié)，變電站的防雷接地質(zhì)量直接關(guān)系到電力系統(tǒng)運行的可靠性、安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。變電站要加強供配電系統(tǒng)的防雷接地設(shè)計、施工和維修保養(yǎng)，避免雷電損害電力設(shè)施，避免人員傷亡和經(jīng)濟損失。隨著電力技術(shù)的發(fā)展，當前防雷保護措施也有了充分的發(fā)展空間，對于提升變電站運行品質(zhì)有著積極意義。

一、變電站的應用及防雷接地保護的設(shè)計要點

（一）變電站應用

在電網(wǎng)中變電站是重要組成部分，為輸配電工程的樞紐節(jié)點。目前110kV 變電站已逐步發(fā)展成為直接面向用戶的終端組成部分，特別是為工業(yè)、農(nóng)業(yè)和商業(yè)等用電負荷提供電源，特別是110kV 變電站已成為區(qū)域性的供電負荷中心，在社會經(jīng)濟發(fā)展中，已占據(jù)重要位置。因此變電站的設(shè)計與時俱進，優(yōu)化變電站的供配電方式，提升其智慧化水平，提高供電能，加強安全防護，為用戶提供全面、安全、可靠的服務。

（二）電氣設(shè)計與防雷的意義

經(jīng)濟全球化發(fā)展下，推動了我國市場經(jīng)濟進一步發(fā)展，此背景下市場經(jīng)濟體制逐步建立和完善，電力行業(yè)的進一步發(fā)展?jié)M足了社會生產(chǎn)生活需求，人們對電力行業(yè)發(fā)展提出了更高的質(zhì)量、安全要求。電力行業(yè)發(fā)展中，重要的評價指標就是其穩(wěn)定性與安全性，對此要求其中各組成部分實現(xiàn)自身發(fā)展，維護電力系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性，減少電力損耗，推動行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。作為電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計中重要部分，變電站對供配電安全穩(wěn)定性影響較大，在變電站設(shè)計中需要保證電氣設(shè)計合理性、防雷保護設(shè)置正確，以提供更加優(yōu)質(zhì)服務。

（三）防雷接地設(shè)計原則與要求

進行變電站電氣設(shè)計中，要從實際電網(wǎng)運行狀態(tài)、變電站運行規(guī)劃出發(fā)，制定好設(shè)計方案。電氣設(shè)計也會對變電站發(fā)展產(chǎn)生影響，并間接關(guān)系著電氣設(shè)備性能、配電結(jié)構(gòu)規(guī)劃、智能電氣設(shè)備采購等方面。在設(shè)計中要堅持相關(guān)設(shè)計原則，兼顧變電站近期和遠期發(fā)展規(guī)模，主接線設(shè)計中要考慮到負荷重要性分級和出現(xiàn)回路的影響、主變臺數(shù)影響、備用容量有無和大小影響等。

二、110kV變電站電氣設(shè)計要點

（一）主變壓器選擇

在選擇主變壓器設(shè)備容量和臺數(shù)過程中，要考慮到其對主接線形式、配電裝置結(jié)構(gòu)的影響，除了要根據(jù)基礎(chǔ)資料選擇外，還應考慮到其輸送功率與各系統(tǒng)間聯(lián)系。

（1）變壓器型式的選擇，要考慮電力生產(chǎn)實踐中負荷的變化情況，選擇使用性價比較好的主變壓器，提升電氣工程整體建設(shè)水平，保證設(shè)計質(zhì)量。選擇主變壓器過程中，還需考慮到變電站自身實際情況，要適合其設(shè)計，能夠發(fā)揮主變壓器潛在應用價值。在設(shè)計電氣工程過程中，還要依據(jù)實際需要選擇好變壓器數(shù)量和容量。

（2）確定主變壓器的臺數(shù)。電氣設(shè)計中要結(jié)合變電站實際要求和具體情況，合理確定使用的主變壓器型式與數(shù)量，具體臺數(shù)的確定，一般變電站會裝設(shè)兩臺變壓器。一些變電站為地區(qū)性孤立的一次變電站、大型工業(yè)專用變電站，設(shè)計中需考慮是否需要設(shè)置三臺變壓器。如果規(guī)劃中變電站只設(shè)置兩臺變壓器，則需按照變壓器基礎(chǔ)大于其容量的二級來設(shè)計，以方便負荷發(fā)展下變壓器容量的更換。

（3）主變壓器容量的確定。

1）一般主變壓器容量的選擇，會按照變電站建成5～10 年的規(guī)劃負荷進行，要考慮到其處于正常運行狀態(tài)、事故狀態(tài)的過負荷能力。

2）根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、變電站負荷性質(zhì)，來合理選擇主變壓器容量。變電站有重要負荷的情況下，需保證在其中一臺變壓器運行停止的情況下，在允許時間范圍內(nèi)其余變壓器可以實現(xiàn)對一、二級負荷的正常供電。一般變電站，在一項主變壓器運行停止后，其余變壓器容量可以滿足全部負荷中70%～80%。

3）主變壓器設(shè)置中，不可過多設(shè)置同等級的單臺降壓變壓器，要保證其標準化。

（二）高壓電氣設(shè)備選擇

在110kv 變電站的高壓電氣設(shè)備選擇設(shè)計中，常見有室內(nèi)和室外兩種布置方式。室內(nèi)布置則有3 種主要類型，即普通變壓器是捏布置方案、110kV 配電室內(nèi)布置和SF6 全封閉電器組合式室內(nèi)布置。其中，SF6 全封閉電器組合式室內(nèi)布置具有占地面積方面優(yōu)勢，但實際投資成本較高。室外布置方案中，可選擇室外中型、外高型、高型布置方案，當前室外中型布置方案比較常見。這種方案以母線線路為載體，將相關(guān)電器設(shè)備安裝在母線線路上，可以減少設(shè)備安裝中支架消耗，同時線路布置更清晰，兼具技術(shù)要求低、經(jīng)濟性等優(yōu)勢。采用半高型方案布置，則會增加部分變電站進出線環(huán)節(jié)下的一次回路，而半高型布置方案則可在很大程度上控制相關(guān)配電設(shè)置的跨度，并兼顧好母線線路間分離。

（三）主接線設(shè)計

電氣主接線設(shè)計應根據(jù)負荷容量大小、負荷性質(zhì)、電源條件、變壓器容量及臺數(shù)、設(shè)備特點以及進出線回路數(shù)等綜合分析來確定。主結(jié)線應力求簡單、運行靈活、供電可靠，操作檢修方便、節(jié)約投資和便于擴建等。在滿足供電要求和可靠性的條件下，宜減少電壓等級和簡化接線。對于110kV 有兩回路以上出線時，宜采用單母線或分段單母線接線。當110kV 線路為6 回及以上時，宜采用雙母線接線。變電站有兩回路電源進線和兩臺主變壓器時，主接線宜采用橋形接線。當電源線路較長時，宜采用內(nèi)橋接線，為了提高可靠性和靈活性，可增設(shè)帶隔離開關(guān)的跨條。當電源線路較短，需經(jīng)常切除變壓器或橋上有穿越功率時，應采用外橋接線。常用 110kV 電氣主接線有雙母線接線、單母線接線、分段單母線接線、內(nèi)橋接線、擴大內(nèi)橋接線、外橋接線、擴大外橋接線和線路-變壓器組接線等多種型式。設(shè)計中應進行經(jīng)濟技術(shù)比較與分析，選擇最優(yōu)主接線設(shè)計方案、繪制主接線圖。以110kV進出線4 回路的變電站為例，其主接線方式主要可采取圖1 與圖2 所示方式。

圖2 110kV側(cè)雙母線帶旁路母線接線方式

三、110kV變電站防雷保護策略

（一）變電站進線保護

在實施變電站進線防雷保護中，主要就是對雷電電流流經(jīng)避雷器的幅值和雷電波陡度進行限制。線路出現(xiàn)過電壓的情況下，變電所會受到線路絕緣50%的重回及閃絡(luò)電壓波向運動，線路上沖擊耐壓要高于變電站設(shè)備，因此主要就是在變電站臨近進線設(shè)置避雷線實施保護。在未架設(shè)避雷線的情況下，雷擊會影響到靠近變電站的進線，其流經(jīng)電流幅值和陡度會加大，而破壞線路。110kV 輸電線路一般應沿全線架設(shè)地線，在山區(qū)和強雷區(qū)應架設(shè)雙地線，在少雷區(qū)可不全線架設(shè)地線，但應裝設(shè)自動重合閘裝置，且在變電站進線1～2km 的進線端架設(shè)地線，降低出現(xiàn)雷電波的概率。線路如果絕緣水平較高，則選擇設(shè)置管型避雷器在進線端首端，以對入侵雷電波幅值加以限制。一般110kV 避雷器與變壓器之間的距離與進線路數(shù)和進線長度有關(guān)，應不超過避雷器的最大保護距離。在線路首端設(shè)置管型避雷器、保護間隙。

（二）防雷接地屏蔽技術(shù)

電力系統(tǒng)有保護接地、防雷接地與工作接地，雷電保護接地是保護裝置將雷電流泄放到大地，以保護電氣設(shè)備安全。連接電網(wǎng)的各項設(shè)備均需接地，二次設(shè)備需采取等電位連接保護措施，防雷保護裝置應設(shè)置好接地措施?？衫米匀唤拥伢w作為基礎(chǔ)接地裝置，防雷接地裝置應與接地體垂直，泄放電流的進出線構(gòu)架的接地需設(shè)置人工集中接地，獨立避雷針設(shè)置獨立接地裝置，要控制好接地電阻。將需隔離的部分用低電阻材料包裹，以避免外界干擾自身電磁場敷設(shè)，利用建筑和金屬結(jié)構(gòu)連接形成初級屏蔽網(wǎng)，線纜屏蔽則可使用屏蔽電纜。

四、結(jié)束語

110kv 變電站作為電網(wǎng)系統(tǒng)的核心內(nèi)容，需要遵循靈活性、時效性等原則不斷優(yōu)化完善電氣設(shè)備，加強防雷保護措施，促進其供電穩(wěn)定性發(fā)展，保證變電站運行水平。