110kV變電站電氣設計與防雷

申寒冬 湖北金浪勘察設計有限公司

隨著社會經濟的全面發展，電力需求逐年加大，促進了電力技術、電力工業的蓬勃發展，作為輸配電工程建設中重要環節，變電站的防雷接地質量直接關系到電力系統運行的可靠性、安全性、穩定性和經濟性。變電站要加強供配電系統的防雷接地設計、施工和維修保養，避免雷電損害電力設施，避免人員傷亡和經濟損失。隨著電力技術的發展，當前防雷保護措施也有了充分的發展空間，對于提升變電站運行品質有著積極意義。

一、變電站的應用及防雷接地保護的設計要點

（一）變電站應用

在電網中變電站是重要組成部分，為輸配電工程的樞紐節點。目前110kV 變電站已逐步發展成為直接面向用戶的終端組成部分，特別是為工業、農業和商業等用電負荷提供電源，特別是110kV 變電站已成為區域性的供電負荷中心，在社會經濟發展中，已占據重要位置。因此變電站的設計與時俱進，優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）電氣設計與防雷的意義

經濟全球化發展下，推動了我國市場經濟進一步發展，此背景下市場經濟體制逐步建立和完善，電力行業的進一步發展滿足了社會生產生活需求，人們對電力行業發展提出了更高的質量、安全要求。電力行業發展中，重要的評價指標就是其穩定性與安全性，對此要求其中各組成部分實現自身發展，維護電力系統安全性與穩定性，減少電力損耗，推動行業可持續發展。作為電網規劃設計中重要部分，變電站對供配電安全穩定性影響較大，在變電站設計中需要保證電氣設計合理性、防雷保護設置正確，以提供更加優質服務。

（三）防雷接地設計原則與要求

進行變電站電氣設計中，要從實際電網運行狀態、變電站運行規劃出發，制定好設計方案。電氣設計也會對變電站發展產生影響，并間接關系著電氣設備性能、配電結構規劃、智能電氣設備采購等方面。在設計中要堅持相關設計原則，兼顧變電站近期和遠期發展規模，主接線設計中要考慮到負荷重要性分級和出現回路的影響、主變臺數影響、備用容量有無和大小影響等。

二、110kV變電站電氣設計要點

（一）主變壓器選擇

在選擇主變壓器設備容量和臺數過程中，要考慮到其對主接線形式、配電裝置結構的影響，除了要根據基礎資料選擇外，還應考慮到其輸送功率與各系統間聯系。

（1）變壓器型式的選擇，要考慮電力生產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水平，保證設計質量。選擇主變壓器過程中，還需考慮到變電站自身實際情況，要適合其設計，能夠發揮主變壓器潛在應用價值。在設計電氣工程過程中，還要依據實際需要選擇好變壓器數量和容量。

（2）確定主變壓器的臺數。電氣設計中要結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量，具體臺數的確定，一般變電站會裝設兩臺變壓器。一些變電站為地區性孤立的一次變電站、大型工業專用變電站，設計中需考慮是否需要設置三臺變壓器。如果規劃中變電站只設置兩臺變壓器，則需按照變壓器基礎大于其容量的二級來設計，以方便負荷發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 年的規劃負荷進行，要考慮到其處于正常運行狀態、事故狀態的過負荷能力。

2）根據電網結構、變電站負荷性質，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，在允許時間范圍內其余變壓器可以實現對一、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）主變壓器設置中，不可過多設置同等級的單臺降壓變壓器，要保證其標準化。

（二）高壓電氣設備選擇

在110kv 變電站的高壓電氣設備選擇設計中，常見有室內和室外兩種布置方式。室內布置則有3 種主要類型，即普通變壓器是捏布置方案、110kV 配電室內布置和SF6 全封閉電器組合式室內布置。其中，SF6 全封閉電器組合式室內布置具有占地面積方面優勢，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，將相關電器設備安裝在母線線路上，可以減少設備安裝中支架消耗，同時線路布置更清晰，兼具技術要求低、經濟性等優勢。采用半高型方案布置，則會增加部分變電站進出線環節下的一次回路，而半高型布置方案則可在很大程度上控制相關配電設置的跨度，并兼顧好母線線路間分離。

（三）主接線設計

電氣主接線設計應根據負荷容量大小、負荷性質、電源條件、變壓器容量及臺數、設備特點以及進出線回路數等綜合分析來確定。主結線應力求簡單、運行靈活、供電可靠，操作檢修方便、節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，宜采用內橋接線，為了提高可靠性和靈活性，可增設帶隔離開關的跨條。當電源線路較短，需經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、內橋接線、擴大內橋接線、外橋接線、擴大外橋接線和線路-變壓器組接線等多種型式。設計中應進行經濟技術比較與分析，選擇最優主接線設計方案、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避雷器的幅值和雷電波陡度進行限制。線路出現過電壓的情況下，變電所會受到線路絕緣50%的重回及閃絡電壓波向運動，線路上沖擊耐壓要高于變電站設備，因此主要就是在變電站臨近進線設置避雷線實施保護。在未架設避雷線的情況下，雷擊會影響到靠近變電站的進線，其流經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地線，在山區和強雷區應架設雙地線，在少雷區可不全線架設地線，但應裝設自動重合閘裝置，且在變電站進線1～2km 的進線端架設地線，降低出現雷電波的概率。線路如果絕緣水平較高，則選擇設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和進線長度有關，應不超過避雷器的最大保護距離。在線路首端設置管型避雷器、保護間隙。

（二）防雷接地屏蔽技術

電力系統有保護接地、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，以保護電氣設備安全。連接電網的各項設備均需接地，二次設備需采取等電位連接保護措施，防雷保護裝置應設置好接地措施。可利用自然接地體作為基礎接地裝置，防雷接地裝置應與接地體垂直，泄放電流的進出線構架的接地需設置人工集中接地，獨立避雷針設置獨立接地裝置，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，利用建筑和金屬結構連接形成初級屏蔽網，線纜屏蔽則可使用屏蔽電纜。

四、結束語

110kv 變電站作為電網系統的核心內容，需要遵循靈活性、時效性等原則不斷優化完善電氣設備，加強防雷保護措施，促進其供電穩定性發展，保證變電站運行水平。