110kV變電站的電氣設(shè)計(jì)與防雷保護(hù)研究

朱振日

摘 要：電力行業(yè)的快速發(fā)展需要滿足人們的各方面需求。。變電站直接影響著輸配電的安全與穩(wěn)定，在一定程度上是用電安全的保障。110kV變電站的設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)其功能，進(jìn)行科學(xué)的電氣設(shè)計(jì)與防雷保護(hù)。文章分析了電氣設(shè)計(jì)的原則與要求，探討了設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容與防雷保護(hù)的重要性，對(duì)促進(jìn)電力行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：110kV變電站;電氣設(shè)計(jì);防雷保護(hù)

1.110kV變電站設(shè)計(jì)原則及基本要求

110kV變電站的電氣設(shè)計(jì)中，其包含的內(nèi)容較多，往往需要設(shè)計(jì)人員充分考慮這些因素之間的協(xié)調(diào)與沖突，進(jìn)而提高變電站的實(shí)際功能。在變電站的主接線方案的確定上，變電站設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合變電站的總體規(guī)劃、自身的實(shí)際作用等加以確定，一般情況下，主接線方案的出現(xiàn)直接決定著變電站的規(guī)模，而規(guī)模與變電站中電氣設(shè)備的選擇、配電裝備、繼電保護(hù)等息息相關(guān)，直接影響著電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性?；诖?，在主接線設(shè)計(jì)中，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員需要充分考慮可能影響其應(yīng)用效果的因素，進(jìn)而確定主接線方案，需要從經(jīng)濟(jì)性與技術(shù)性的角度出發(fā)，選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。具體來(lái)說(shuō)，主接線方案需要考慮以下設(shè)計(jì)原則：①變電站在總體電力系統(tǒng)中所具備的作用與功能，進(jìn)而進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)，如果不考慮該因素，就會(huì)影響其在電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。②變電站自身的近期目標(biāo)與長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃，該因素的考慮直接決定著變電站運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性，對(duì)于保證變電站的總體設(shè)計(jì)方向等有著重要的意義，能夠使得相關(guān)的設(shè)計(jì)方案得到優(yōu)化，進(jìn)而使得方案的內(nèi)容等真正落到實(shí)處。③變電站備用容量的大小等，如果備用容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于變電站的實(shí)際需求，就會(huì)降低系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

2.110kV變電站的電氣設(shè)計(jì)

2.1主接線的設(shè)計(jì)

在變電站主接線的設(shè)計(jì)中，需要首先根據(jù)變電站的規(guī)模與功能等要素，確定最優(yōu)的主接線設(shè)計(jì)方案，在該方案中，還應(yīng)該包含變壓器的形式、臺(tái)數(shù)、容量等內(nèi)容，在此過(guò)程中，還需要充分考慮變電站設(shè)計(jì)中對(duì)于主接線的要求，從而對(duì)比各個(gè)主接線方案的經(jīng)濟(jì)性與技術(shù)性，分析各個(gè)方案的優(yōu)勢(shì)與不足，進(jìn)而進(jìn)行方案的比對(duì)，保留兩個(gè)技術(shù)性最好的方案。隨后相關(guān)人員需要從經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性的角度出發(fā)，選擇最優(yōu)的主接線方案，從而在方案確定的基礎(chǔ)上繪制電氣主接線圖。在電氣設(shè)計(jì)中，電氣設(shè)備的選擇直接影響著110kV變電站功能的發(fā)揮。

2.2主變壓器的合理選擇

110kV變電站是設(shè)計(jì)中，主變壓器是其中的重要內(nèi)容，主變壓器的選擇是電氣設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部分，相關(guān)人員需要在此基礎(chǔ)上充分考慮以下設(shè)計(jì)要素：

2.2.1（1）設(shè)計(jì)人員需要對(duì)于電力系統(tǒng)運(yùn)行中電力使用的負(fù)荷變化情況等進(jìn)行主變壓器的合理選擇，選擇需要考慮其性能、經(jīng)濟(jì)性等要求，從而提升電氣工程的整體運(yùn)行效果，保障其可以在變電站運(yùn)行中發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

2.2.3主變壓器選擇需要與變電所運(yùn)行具有一致性，進(jìn)而使得主變壓器與變電站運(yùn)行具有適應(yīng)性，能夠在變電站運(yùn)行中保持其實(shí)用性，另外，電氣設(shè)計(jì)人員還需要充分考慮其容量等指標(biāo)，進(jìn)而提升主變壓器與系統(tǒng)運(yùn)行的緊密聯(lián)系，使得其可以在后期的運(yùn)行中發(fā)揮其潛在的價(jià)值

2.2.4電氣設(shè)計(jì)人員需要充分考慮變電站的實(shí)際需求，進(jìn)而進(jìn)行主變壓器規(guī)格、型號(hào)、數(shù)量等的確定，使得主變壓器的選擇與應(yīng)用能夠滿足變電站運(yùn)行的實(shí)際需求，保證其功能發(fā)揮。

2.3高壓配電裝置的設(shè)計(jì)

在110kV變電站設(shè)計(jì)中，高壓配電一般采用的是GIS配電裝置，在這種設(shè)計(jì)形式下，110kV變電站設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)城市的中心城區(qū)等產(chǎn)生極為不利的影響，運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生一定的噪音污染等，影響了周圍居民正常的生產(chǎn)生活。在這種情況下，高壓配電一般在戶內(nèi)布置，否則，如果其環(huán)境狀態(tài)較好，也可采用戶外布置的方式。如果在戶外布置中采用AIS布置方案，一般多采用戶外軟母線半高型布置或者普通中型布置的方式，而不采用高型布置的方案，因?yàn)楦咝筒贾玫姆绞骄哂胁牧舷亩?、投資大的特點(diǎn)，不具有經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性的特點(diǎn)。

3.110kV變電站的防雷保護(hù)

3.1變電站的進(jìn)線保護(hù)

110kV變電站在進(jìn)行防雷保護(hù)時(shí)，需要充分考慮變電站的運(yùn)行與使用情況，隨后再加以限制雷電電流流經(jīng)避雷器的幅值與雷電波陡度等。當(dāng)在實(shí)際的使用中，線路存在過(guò)電壓現(xiàn)象，此種情況下，幅值為線路絕緣的50%的沖擊閃絡(luò)電壓行波向變電所運(yùn)動(dòng)，而對(duì)于沖擊耐壓而言，其線路中的電流幅值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變站站設(shè)備。在這種情況下，變電站的防雷設(shè)計(jì)主要是要在距離變電站僅限位置較近的線路中安裝相應(yīng)的避雷線。如果沒(méi)有使用避雷線，就會(huì)導(dǎo)致當(dāng)變電站進(jìn)線在雷擊作用下，流經(jīng)避雷器的雷電電流幅值、陡度等就會(huì)超過(guò)線路本身的承受極限，進(jìn)而導(dǎo)致線路的損毀等。為了在防雷保護(hù)設(shè)計(jì)中將雷電波的出現(xiàn)范圍確定在變電站一段進(jìn)線段外的范圍內(nèi)，對(duì)于110kV中沒(méi)有避雷線的線路而言，就需要使用相應(yīng)的避雷線，該避雷線的長(zhǎng)度需要在1～2km，降低進(jìn)線段中雷電波存在的可能性。如果變電站中線路的絕緣性較好，就需要在進(jìn)線段的手段加裝管型避雷器，進(jìn)而使得其可以起到對(duì)雷電波幅值調(diào)節(jié)的作用。對(duì)于容量較小的35kV變電站而言，進(jìn)線保護(hù)需要充分考慮雷電活動(dòng)的強(qiáng)度等進(jìn)行防雷保護(hù)的設(shè)計(jì)，在此情況下，其防雷保護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單，避雷器與變壓器的距離一般在10m內(nèi)，由于變電所范圍較小，入侵波陡度會(huì)相對(duì)較大，因此進(jìn)線段的避雷線長(zhǎng)度可以大幅縮短。同時(shí)還可以在進(jìn)線段首端安裝管型避雷器，從而進(jìn)行雷電流的限制。

3.2接地屏蔽技術(shù)

就變電站的防雷保護(hù)設(shè)計(jì)而言，其中還包含了接地屏蔽技術(shù)。電力系統(tǒng)一般包含了保護(hù)接地、防雷接地與工作接地三種。就保護(hù)接地而言，一般是指電氣裝置金屬外殼的構(gòu)架，而工作接地一般是為了保證電力系統(tǒng)所有裝置的穩(wěn)定、正常運(yùn)行的接地系統(tǒng)。防雷接地則是為了向大地釋放雷電流的作用而設(shè)計(jì)的。防雷接地設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)各種接地極的使用，實(shí)現(xiàn)了雷電流的釋放，進(jìn)而保障了相關(guān)的電氣設(shè)備的安全與可靠運(yùn)行。電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行中包含的電氣設(shè)備、儀器較多，這些設(shè)備與儀器都需要進(jìn)行必要的接地設(shè)計(jì)。防雷接地設(shè)計(jì)中，防雷接地以下線路的布線直接決定了其整體的防雷設(shè)計(jì)效果。雷電流通過(guò)接地系統(tǒng)中的接地極進(jìn)入大地中，一旦接地附近的土壤中存在較大密度的電流時(shí)，就會(huì)被擊穿，在這種情況下，接地極附近的土壤導(dǎo)電性大幅提高，可以成為良好的導(dǎo)體。雷電流等的頻率較高，這種特性就決定了其在接地電感中的影響較大，進(jìn)而使得相關(guān)的接地體不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。就這方面而言，同一接地裝置沖擊下，接地體的電阻值存在差異。變電站的防雷設(shè)計(jì)中，一般可以利用自然接地體來(lái)實(shí)現(xiàn)防雷保護(hù)，比如與大地連接的建筑物、金屬而機(jī)構(gòu)、地下管線等。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，110kV變電站在電網(wǎng)運(yùn)行中起到了重要的作用。基于此，需要在變電站的電氣設(shè)計(jì)與防雷保護(hù)中充分考慮各方面的因素，提高設(shè)計(jì)的科學(xué)性，使得這些設(shè)計(jì)方案可以在變電站的運(yùn)行中發(fā)揮重要的作用，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與可靠性，發(fā)揮最好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

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