110kV变电站的电气设计与防雷保护研究

庄洋 江苏鹏创电力设计有限公司

1.1 10kV变电站的电气设计

1.1 主接线的设计

电气主接线的设计，首先是拟定可行的主接线方案，内容包括主变压器形式、台数和容量、以及各级电压配电装置的接线方式等，并依据对主接线的要求，从技术上论证各方案的优缺点，保留两个技术上较好的方案。对这两个方案进行经济计算和比较，确定最优的主接线方案，绘制最优方案电气主接线图。电气设备选择的一般原则，应满足正常运行、检修、断路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；按当地环境条件校核；应力求技术先进和经济合理；选择导体时应尽量减少品种；扩建工程应尽量使新老电器型号一致；选用新的产品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。

1.2 重主变压器的合理选择

①设计人员应通过对电力生产实践负荷变化情况的考虑，选择性价比良好的主变压器并加以使用，使得送变电电气工程整体建设水平得以提升，确保其设计状况良好性；②在主变压器选择的过程中，需要充分考虑变电所的实际情况，选用适用性良好的主变压器，给予送变电电气工程设计必要的支持。同时，为了确保主变压器有着良好的适用性，送变电电气工程设计人员应对其容量进行考虑，进而提升主变压器的潜在应用价值；③送变电电气工程设计中，也应结合变电所实际要求及具体情况，确定最佳的主变压器型式及数量，将这种设备的实践应用效果评估工作落到实处，使得主变压器在变电所应用中能够发挥出应有的作用，确保送变电电气工程设计有效性。

1.3 高压配电装置设计

配电装置的设计，应根据变电站负荷性质、环境条件、运行维护的要求，选用资源节约、环境友好、占地省的设备和布置方案。110kV配电装置推荐采用GIS配电装置。对处于地级城市中心城区、重污秽地区以及噪音不满足环境要求的新建及整体改造110kV变电站，应采用户内布置；其余情况可采用户外布置。如果需要采用户外AIS配电装置，建议采用户外软母线半高型布置及户外软母线普通中型布置。不采用钢材耗量大，土建投资多，安装检修及运行维护条件差的高型布置。

2.1 10kV变电站的防雷保护

2.1 变电站的进线保护

对变电站进线实施防雷保护，就是限制雷电电流流经避雷器的幅值和雷电波陡度。若线路出现了过电压，将会有幅值为线路绝缘的50%冲击闪络电压行波向变电所运动，而对于冲击耐压，线路上要比变电站设备的高得多，所以主要的防雷措施就是在靠近变电站的进线上加装避雷线。若没有架设避雷线，一旦靠近变电站的进线上受到雷击，流经避雷器的雷电电流幅值就可能会超过5kA，陡度也会超过允许值，那么线路会遭到破坏。为把雷电波的出现范围限制在靠近变电站的一段进线段外，对于110kV无避雷线的线路，必须架设长度为1～2km的避雷线，那么进线段内出现雷电波的概率将大降低。若线路绝缘水平很高，在进线段首端装设一组管型避雷器可以有效限制入侵雷电波的幅值。而对于容量小于35kV的变电所，进线保护可以根据雷电活动强度和变电所的重要性等情况来进行简化。避雷器距变压器的距离一般小于10m，由于变电所范围不大，入侵波陡度就允许增加，进线段长度可以适当缩短500～600m。同时可以在首端装设一组管型避雷器或保护间隙来限制流入变电站避雷器的雷电流。对于容量为35～110kV的变电站，如果由于进线段杆塔接地电阻难以下降或者进线段装设避雷线有困难而不能达到要求的耐雷水平时，可以在进线的终端杆上安装一组1mH左右的电抗线圈来代替进线段。

2.2 接地屏蔽技术

电力系统分为保护接地、防雷接地和工作接地。保护接地指电气装置金属外壳构架等。工作接地指为保障电力系统电气装置正常运行所设计的接地。雷电保护接地为保护装置向大地泄放雷电流设计。防雷基地利用各类接地极将雷电流泄放到大地，以达到保护电气设备安全的目的。与电网连接的所有仪器设备都应可靠接地，需保护的二次设备必须采取等电位连接保护措施，而各防雷保护装置必须配备合适的接地装置。防雷工程接地以下线路的布线工程非常重要，决定了整个工程的防雷效果。雷电流通过接地极进入大地，接地附近土壤中电流密度大时会被击穿。此时，接地极附近土壤导电性增大，土壤成为良好的导体。雷电流等值频率较高，导致接地电感影响增大，使接地体得不到充分利用。因此，在同一接地装置冲击下具有不同的电阻值。接地线与接地极总和为接地装置。变电站可利用自然接地体，如与大地可靠连接的建筑物及其金属结构，或埋设在地下的金属管道等。防雷接地装置多用于垂直接地体，对泄放电流的进出线构架的接地均应设置人工集中接地。独立避雷针应设立独立的集中接地装置，接地电阻小于10Ω。要防止避雷针对被保护设备反击。屏蔽是防止本身电磁场辐射对外界干扰的措施，利用铜铝等低电阻材料将需要隔离的部分包裹，从而防止某制定空间内外部静电感应影响。建筑物屏蔽利用建筑物及其金属结构相互连接形成初级屏蔽网。设备屏蔽要求屏蔽材料的导磁率较高，能增强阻挡外界电磁干扰的能力。线缆屏蔽采用屏蔽电缆，建筑物间的互联电缆应敷设在与其等电位有电气连接的金属管道内。

3.结语

电力生产实践中应加强送变电电气设计，并在长期的实践中不断完善其设计方案，处理好其设计中的存在问题，使得我国送变电电气工程建设水平得以提升。同时，应对110kV送变电电气工程设计方案应用效果进行综合评估，确保该设计方案的实践应用效果良好性，进而为其设计工作开展提供科学指导。