110kV變電站電氣設(shè)計(jì)與防雷

申寒冬 湖北金浪勘察設(shè)計(jì)有限公司

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展，電力需求逐年加大，促進(jìn)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(yùn)行的可靠性、安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。變電站要加強(qiáng)供配電系統(tǒng)的防雷接地設(shè)計(jì)、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(jì)損失。隨著電力技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前防雷保護(hù)措施也有了充分的發(fā)展空間，對(duì)于提升變電站運(yùn)行品質(zhì)有著積極意義。

一、變電站的應(yīng)用及防雷接地保護(hù)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）變電站應(yīng)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(diǎn)。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(fù)荷提供電源，特別是110kV 變電站已成為區(qū)域性的供電負(fù)荷中心，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，已占據(jù)重要位置。因此變電站的設(shè)計(jì)與時(shí)俱進(jìn)，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(qiáng)安全防護(hù)，為用戶提供全面、安全、可靠的服務(wù)。

（二）電氣設(shè)計(jì)與防雷的意義

經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展下，推動(dòng)了我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展，此背景下市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制逐步建立和完善，電力行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展?jié)M足了社會(huì)生產(chǎn)生活需求，人們對(duì)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(píng)價(jià)指標(biāo)就是其穩(wěn)定性與安全性，對(duì)此要求其中各組成部分實(shí)現(xiàn)自身發(fā)展，維護(hù)電力系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性，減少電力損耗，推動(dòng)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。作為電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中重要部分，變電站對(duì)供配電安全穩(wěn)定性影響較大，在變電站設(shè)計(jì)中需要保證電氣設(shè)計(jì)合理性、防雷保護(hù)設(shè)置正確，以提供更加優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

（三）防雷接地設(shè)計(jì)原則與要求

進(jìn)行變電站電氣設(shè)計(jì)中，要從實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、變電站運(yùn)行規(guī)劃出發(fā)，制定好設(shè)計(jì)方案。電氣設(shè)計(jì)也會(huì)對(duì)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(gòu)等方面。在設(shè)計(jì)中要堅(jiān)持相關(guān)設(shè)計(jì)原則，兼顧變電站近期和遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)模，主接線設(shè)計(jì)中要考慮到負(fù)荷重要性分級(jí)和出現(xiàn)回路的影響、主變臺(tái)數(shù)影響、備用容量有無(wú)和大小影響等。

二、110kV變電站電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）主變壓器選擇

在選擇主變壓器設(shè)備容量和臺(tái)數(shù)過(guò)程中，要考慮到其對(duì)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(yīng)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(shí)踐中負(fù)荷的變化情況，選擇使用性價(jià)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(jì)質(zhì)量。選擇主變壓器過(guò)程中，還需考慮到變電站自身實(shí)際情況，要適合其設(shè)計(jì)，能夠發(fā)揮主變壓器潛在應(yīng)用價(jià)值。在設(shè)計(jì)電氣工程過(guò)程中，還要依據(jù)實(shí)際需要選擇好變壓器數(shù)量和容量。

（2）確定主變壓器的臺(tái)數(shù)。電氣設(shè)計(jì)中要結(jié)合變電站實(shí)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(tái)數(shù)的確定，一般變電站會(huì)裝設(shè)兩臺(tái)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(jì)中需考慮是否需要設(shè)置三臺(tái)變壓器。如果規(guī)劃中變電站只設(shè)置兩臺(tái)變壓器，則需按照變壓器基礎(chǔ)大于其容量的二級(jí)來(lái)設(shè)計(jì)，以方便負(fù)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(huì)按照變電站建成5～10 年的規(guī)劃負(fù)荷進(jìn)行，要考慮到其處于正常運(yùn)行狀態(tài)、事故狀態(tài)的過(guò)負(fù)荷能力。

2）根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、變電站負(fù)荷性質(zhì)，來(lái)合理選擇主變壓器容量。變電站有重要負(fù)荷的情況下，需保證在其中一臺(tái)變壓器運(yùn)行停止的情況下，在允許時(shí)間范圍內(nèi)其余變壓器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一、二級(jí)負(fù)荷的正常供電。一般變電站，在一項(xiàng)主變壓器運(yùn)行停止后，其余變壓器容量可以滿足全部負(fù)荷中70%～80%。

3）主變壓器設(shè)置中，不可過(guò)多設(shè)置同等級(jí)的單臺(tái)降壓變壓器，要保證其標(biāo)準(zhǔn)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(jì)中，常見(jiàn)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(shì)，但實(shí)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(dāng)前室外中型布置方案比較常見(jiàn)。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(shí)線路布置更清晰，兼具技術(shù)要求低、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢(shì)。采用半高型方案布置，則會(huì)增加部分變電站進(jìn)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(jì)

電氣主接線設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷容量大小、負(fù)荷性質(zhì)、電源條件、變壓器容量及臺(tái)數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)以及進(jìn)出線回路數(shù)等綜合分析來(lái)確定。主結(jié)線應(yīng)力求簡(jiǎn)單、運(yùn)行靈活、供電可靠，操作檢修方便、節(jié)約投資和便于擴(kuò)建等。在滿足供電要求和可靠性的條件下，宜減少電壓等級(jí)和簡(jiǎn)化接線。對(duì)于110kV 有兩回路以上出線時(shí)，宜采用單母線或分段單母線接線。當(dāng)110kV 線路為6 回及以上時(shí)，宜采用雙母線接線。變電站有兩回路電源進(jìn)線和兩臺(tái)主變壓器時(shí)，主接線宜采用橋形接線。當(dāng)電源線路較長(zhǎng)時(shí)，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(kāi)關(guān)的跨條。當(dāng)電源線路較短，需經(jīng)常切除變壓器或橋上有穿越功率時(shí)，應(yīng)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(kuò)大內(nèi)橋接線、外橋接線、擴(kuò)大外橋接線和線路-變壓器組接線等多種型式。設(shè)計(jì)中應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較與分析，選擇最優(yōu)主接線設(shè)計(jì)方案、繪制主接線圖。以110kV進(jìn)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(hù)策略

（一）變電站進(jìn)線保護(hù)

在實(shí)施變電站進(jìn)線防雷保護(hù)中，主要就是對(duì)雷電電流流經(jīng)避雷器的幅值和雷電波陡度進(jìn)行限制。線路出現(xiàn)過(guò)電壓的情況下，變電所會(huì)受到線路絕緣50%的重回及閃絡(luò)電壓波向運(yùn)動(dòng)，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(jìn)線設(shè)置避雷線實(shí)施保護(hù)。在未架設(shè)避雷線的情況下，雷擊會(huì)影響到靠近變電站的進(jìn)線，其流經(jīng)電流幅值和陡度會(huì)加大，而破壞線路。110kV 輸電線路一般應(yīng)沿全線架設(shè)地線，在山區(qū)和強(qiáng)雷區(qū)應(yīng)架設(shè)雙地線，在少雷區(qū)可不全線架設(shè)地線，但應(yīng)裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置，且在變電站進(jìn)線1～2km 的進(jìn)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(jìn)線端首端，以對(duì)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(jìn)線路數(shù)和進(jìn)線長(zhǎng)度有關(guān)，應(yīng)不超過(guò)避雷器的最大保護(hù)距離。在線路首端設(shè)置管型避雷器、保護(hù)間隙。

（二）防雷接地屏蔽技術(shù)

電力系統(tǒng)有保護(hù)接地、防雷接地與工作接地，雷電保護(hù)接地是保護(hù)裝置將雷電流泄放到大地，以保護(hù)電氣設(shè)備安全。連接電網(wǎng)的各項(xiàng)設(shè)備均需接地，二次設(shè)備需采取等電位連接保護(hù)措施，防雷保護(hù)裝置應(yīng)設(shè)置好接地措施。可利用自然接地體作為基礎(chǔ)接地裝置，防雷接地裝置應(yīng)與接地體垂直，泄放電流的進(jìn)出線構(gòu)架的接地需設(shè)置人工集中接地，獨(dú)立避雷針設(shè)置獨(dú)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(chǎng)敷設(shè)，利用建筑和金屬結(jié)構(gòu)連接形成初級(jí)屏蔽網(wǎng)，線纜屏蔽則可使用屏蔽電纜。

四、結(jié)束語(yǔ)

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(shí)效性等原則不斷優(yōu)化完善電氣設(shè)備，加強(qiáng)防雷保護(hù)措施，促進(jìn)其供電穩(wěn)定性發(fā)展，保證變電站運(yùn)行水平。