110kV變電站的電氣設計與防雷保護研究

莊洋 江蘇鵬創電力設計有限公司

1.1 10kV變電站的電氣設計

1.1 主接線的設計

電氣主接線的設計，首先是擬定可行的主接線方案，內容包括主變壓器形式、臺數和容量、以及各級電壓配電裝置的接線方式等，并依據對主接線的要求，從技術上論證各方案的優缺點，保留兩個技術上較好的方案。對這兩個方案進行經濟計算和比較，確定最優的主接線方案，繪制最優方案電氣主接線圖。電氣設備選擇的一般原則，應滿足正常運行、檢修、斷路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發展的需要；按當地環境條件校核；應力求技術先進和經濟合理；選擇導體時應盡量減少品種；擴建工程應盡量使新老電器型號一致；選用新的產品，均應具有可靠的試驗數據，并經正式鑒定合格。

1.2 重主變壓器的合理選擇

①設計人員應通過對電力生產實踐負荷變化情況的考慮，選擇性價比良好的主變壓器并加以使用，使得送變電電氣工程整體建設水平得以提升，確保其設計狀況良好性；②在主變壓器選擇的過程中，需要充分考慮變電所的實際情況，選用適用性良好的主變壓器，給予送變電電氣工程設計必要的支持。同時，為了確保主變壓器有著良好的適用性，送變電電氣工程設計人員應對其容量進行考慮，進而提升主變壓器的潛在應用價值；③送變電電氣工程設計中，也應結合變電所實際要求及具體情況，確定最佳的主變壓器型式及數量，將這種設備的實踐應用效果評估工作落到實處，使得主變壓器在變電所應用中能夠發揮出應有的作用，確保送變電電氣工程設計有效性。

1.3 高壓配電裝置設計

配電裝置的設計，應根據變電站負荷性質、環境條件、運行維護的要求，選用資源節約、環境友好、占地省的設備和布置方案。110kV配電裝置推薦采用GIS配電裝置。對處于地級城市中心城區、重污穢地區以及噪音不滿足環境要求的新建及整體改造110kV變電站，應采用戶內布置；其余情況可采用戶外布置。如果需要采用戶外AIS配電裝置，建議采用戶外軟母線半高型布置及戶外軟母線普通中型布置。不采用鋼材耗量大，土建投資多，安裝檢修及運行維護條件差的高型布置。

2.1 10kV變電站的防雷保護

2.1 變電站的進線保護

對變電站進線實施防雷保護，就是限制雷電電流流經避雷器的幅值和雷電波陡度。若線路出現了過電壓，將會有幅值為線路絕緣的50%沖擊閃絡電壓行波向變電所運動，而對于沖擊耐壓，線路上要比變電站設備的高得多，所以主要的防雷措施就是在靠近變電站的進線上加裝避雷線。若沒有架設避雷線，一旦靠近變電站的進線上受到雷擊，流經避雷器的雷電電流幅值就可能會超過5kA，陡度也會超過允許值，那么線路會遭到破壞。為把雷電波的出現范圍限制在靠近變電站的一段進線段外，對于110kV無避雷線的線路，必須架設長度為1～2km的避雷線，那么進線段內出現雷電波的概率將大降低。若線路絕緣水平很高，在進線段首端裝設一組管型避雷器可以有效限制入侵雷電波的幅值。而對于容量小于35kV的變電所，進線保護可以根據雷電活動強度和變電所的重要性等情況來進行簡化。避雷器距變壓器的距離一般小于10m，由于變電所范圍不大，入侵波陡度就允許增加，進線段長度可以適當縮短500～600m。同時可以在首端裝設一組管型避雷器或保護間隙來限制流入變電站避雷器的雷電流。對于容量為35～110kV的變電站，如果由于進線段桿塔接地電阻難以下降或者進線段裝設避雷線有困難而不能達到要求的耐雷水平時，可以在進線的終端桿上安裝一組1mH左右的電抗線圈來代替進線段。

2.2 接地屏蔽技術

電力系統分為保護接地、防雷接地和工作接地。保護接地指電氣裝置金屬外殼構架等。工作接地指為保障電力系統電氣裝置正常運行所設計的接地。雷電保護接地為保護裝置向大地泄放雷電流設計。防雷基地利用各類接地極將雷電流泄放到大地，以達到保護電氣設備安全的目的。與電網連接的所有儀器設備都應可靠接地，需保護的二次設備必須采取等電位連接保護措施，而各防雷保護裝置必須配備合適的接地裝置。防雷工程接地以下線路的布線工程非常重要，決定了整個工程的防雷效果。雷電流通過接地極進入大地，接地附近土壤中電流密度大時會被擊穿。此時，接地極附近土壤導電性增大，土壤成為良好的導體。雷電流等值頻率較高，導致接地電感影響增大，使接地體得不到充分利用。因此，在同一接地裝置沖擊下具有不同的電阻值。接地線與接地極總和為接地裝置。變電站可利用自然接地體，如與大地可靠連接的建筑物及其金屬結構，或埋設在地下的金屬管道等。防雷接地裝置多用于垂直接地體，對泄放電流的進出線構架的接地均應設置人工集中接地。獨立避雷針應設立獨立的集中接地裝置，接地電阻小于10Ω。要防止避雷針對被保護設備反擊。屏蔽是防止本身電磁場輻射對外界干擾的措施，利用銅鋁等低電阻材料將需要隔離的部分包裹，從而防止某制定空間內外部靜電感應影響。建筑物屏蔽利用建筑物及其金屬結構相互連接形成初級屏蔽網。設備屏蔽要求屏蔽材料的導磁率較高，能增強阻擋外界電磁干擾的能力。線纜屏蔽采用屏蔽電纜，建筑物間的互聯電纜應敷設在與其等電位有電氣連接的金屬管道內。

3.結語

電力生產實踐中應加強送變電電氣設計，并在長期的實踐中不斷完善其設計方案，處理好其設計中的存在問題，使得我國送變電電氣工程建設水平得以提升。同時，應對110kV送變電電氣工程設計方案應用效果進行綜合評估，確保該設計方案的實踐應用效果良好性，進而為其設計工作開展提供科學指導。