國網典型設計變電站高低構架出線的防雷保護

2013-12-05 03:24:18任德順劉成立

四川電力技術 2013年2期

張磊，任德順，劉成立

(四川電力設計咨詢有限責任公司，四川成都 610016)

輸變電工程典型設計是國家電網公司“三抓一創”重點工作之一;是國家電網公司實施集約化管理，統一工程建設標準、規范建設管理、合理控制造價的重要手段;是國家電網公司建設“資源節約型、環境友好型”社會，大力提高集成創新能力的重要體現［1］。

隨著輸變電工程典型設計的推廣使用，新建變電站逐漸采用高低構架聯合出線，能減少占地，具有良好的經濟和社會效益。但其帶來的變電站出線檔地線防雷保護問題，如采用傳統方法，計算和繪圖都較為復雜，耗時且易出錯。為此，公司(四川電力設計咨詢有限責任公司，下同)基于Matlab開發了架空地線保護范圍的圖形化輔助軟件，提高了設計效率，保證了設計質量。該軟件應用在公司所設計的數個變電站中，取得了良好的效果。

1 新型變電站的高低構架出線

傳統變電站占地面積較大，在經濟發達地區需占用較多基本農田，在川西高山地帶，山高坡陡，地形復雜，大于30°的山坡比比皆是，僅有的山間平壩多為人口密集點和耕作區，站址選擇更為困難。

“輸變電工程典型設計”是由國家電網公司基建部牽頭，聯合各省電力公司推廣應用的變電站典型優化設計。“資源節約型、環境友好型、工業化”(簡稱“兩型一化”)是國家電網公司對新建變電站工程的實施細則要求［1］。

變電站典型設計配電裝置為戶外GIS，場地較小，采用高構架和低構架聯合出線，是合理和經濟的，同時減少占地面積和節省用鋼量，降低了工程造價，外觀簡單、整齊、美觀，也為電氣設備進一步緊湊布置創造了條件，達到了整體優化的效果［2］。

公司在川西地區的多個變電站采用高低構架設計，減少占地面積，取得了良好的經濟和社會效益。

2 高低構架地線的保護范圍

但是，高低出線構架布置方式存在著地線保護范圍問題，因受后側高構架導線影響，前側低構架無法按常規方式布置地線，整個構架出線的防雷保護只能依靠高構架上布置的地線。如果前側低構架出線偏角大，將會偏出地線保護范圍，造成嚴重的安全隱患。

因雙排高低構架的出線方式比較復雜，在設置地線時，需綜合考慮高構架、低構架布置的聯合保護范圍，以及低構架地線與高構架導線的安全距離。如何設定地線的根數、高度、距離、安裝位置等，需要進行大量計算，用傳統的方法，無法精確計算每一點，為保證安全，往往采用提高地線支架高度和增加地線根數，造成浪費。

圖1 某220 kV變電站高低構架出線斷面圖

圖2 某220 kV變電站高低構架出線平面圖

雙架空地線的保護范圍如圖 3［3－5］。

圖3 兩地線間的防雷保護范圍

因此，公司使用Matlab軟件，進行高低構架地線保護的圖像顯示和分析計算，在變電站設計中取得了良好的效果。

3 基于Matlab的地線保護范圍的圖像顯示和分析

3.1 Matlab 簡介

Matlab為美國Match Works公司于1982年推出的高性能數值計算和可視化軟件，可用于概念設計、算法開發、建模仿真、實時實現理想的集成環境等。它具有編程效率高、程序設計靈活、圖形功能強等優點，已經發展成為應用于多種學科、多種工作平臺的大型軟件［6，7］。

Matlab語言的強大的數值運算功能、數據可視化功能、2D/3D繪圖功能都為數據分析和處理提供了可靠的保證。利用2D/3D繪圖功能可對數據結果進行圖象化顯示。圖像結果處理后利用鼠標拖動可任意變換觀察角度以尋找最佳觀察角度，這一功能也是很多其他語言不具備的。

3.2 Matlab主程序和GUI界面設計

公司利用Matlab編制主程序，在三維空間中繪制導地線位置及架空地線保護范圍，在圖形中直觀顯示。同時，計算也給出導線是否在保護范圍之內的文字結果，并給出導線保護范圍的具體位置。

架空地線保護范圍計算和分析主程序如下。

圖4 Matlab主程序流程

利用Matlab程序的圖形用戶界面(GUI)功能，可以設計出方便用戶使用的輸入式界面，輸入數據分為基本參數、地線參數和導線參數3種，其界面如圖5。

3.3 架空地線保護范圍的圖像顯示

借助于MTALAB的強大的計算和圖像處理能力，可以把國標中架空地線防雷范圍用圖像表示出來。圖6是雙地線保護范圍的計算結果。利用Matlab中的函數功能把雙架空地線的保護范圍表示為一個分區函數，再利用Matlab的畫圖功能畫出其立體圖，然后在畫出三相導線的空間立體圖，從而清楚直觀地顯示出保護情況。對于3根及以上架空地線的情況同樣可以進行圖像顯示。Matlab可以對所顯示的架空地線保護范圍進行立體觀察，通過鼠標拖曳可從不同角度觀察不同區域架空地線的立體保護范圍圖。