110kV變電站的電氣設(shè)計與防雷保護研究

莊洋 江蘇鵬創(chuàng)電力設(shè)計有限公司

1.1 10kV變電站的電氣設(shè)計

1.1 主接線的設(shè)計

電氣主接線的設(shè)計，首先是擬定可行的主接線方案，內(nèi)容包括主變壓器形式、臺數(shù)和容量、以及各級電壓配電裝置的接線方式等，并依據(jù)對主接線的要求，從技術(shù)上論證各方案的優(yōu)缺點，保留兩個技術(shù)上較好的方案。對這兩個方案進行經(jīng)濟計算和比較，確定最優(yōu)的主接線方案，繪制最優(yōu)方案電氣主接線圖。電氣設(shè)備選擇的一般原則，應(yīng)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(fā)展的需要；按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核；應(yīng)力求技術(shù)先進和經(jīng)濟合理；選擇導(dǎo)體時應(yīng)盡量減少品種；擴建工程應(yīng)盡量使新老電器型號一致；選用新的產(chǎn)品，均應(yīng)具有可靠的試驗數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。

1.2 重主變壓器的合理選擇

①設(shè)計人員應(yīng)通過對電力生產(chǎn)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(shè)水平得以提升，確保其設(shè)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(shè)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(shè)計人員應(yīng)對其容量進行考慮，進而提升主變壓器的潛在應(yīng)用價值；③送變電電氣工程設(shè)計中，也應(yīng)結(jié)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(shù)量，將這種設(shè)備的實踐應(yīng)用效果評估工作落到實處，使得主變壓器在變電所應(yīng)用中能夠發(fā)揮出應(yīng)有的作用，確保送變電電氣工程設(shè)計有效性。

1.3 高壓配電裝置設(shè)計

配電裝置的設(shè)計，應(yīng)根據(jù)變電站負荷性質(zhì)、環(huán)境條件、運行維護的要求，選用資源節(jié)約、環(huán)境友好、占地省的設(shè)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(qū)、重污穢地區(qū)以及噪音不滿足環(huán)境要求的新建及整體改造110kV變電站，應(yīng)采用戶內(nèi)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(jīng)避雷器的幅值和雷電波陡度。若線路出現(xiàn)了過電壓，將會有幅值為線路絕緣的50%沖擊閃絡(luò)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(shè)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(shè)避雷線，一旦靠近變電站的進線上受到雷擊，流經(jīng)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(xiàn)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(shè)長度為1～2km的避雷線，那么進線段內(nèi)出現(xiàn)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(shè)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(jù)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(dāng)縮短500～600m。同時可以在首端裝設(shè)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(shè)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(shù)

電力系統(tǒng)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(gòu)架等。工作接地指為保障電力系統(tǒng)電氣裝置正常運行所設(shè)計的接地。雷電保護接地為保護裝置向大地泄放雷電流設(shè)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(shè)備安全的目的。與電網(wǎng)連接的所有儀器設(shè)備都應(yīng)可靠接地，需保護的二次設(shè)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(dǎo)電性增大，土壤成為良好的導(dǎo)體。雷電流等值頻率較高，導(dǎo)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(jié)構(gòu)，或埋設(shè)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(gòu)架的接地均應(yīng)設(shè)置人工集中接地。獨立避雷針應(yīng)設(shè)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(shè)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(nèi)外部靜電感應(yīng)影響。建筑物屏蔽利用建筑物及其金屬結(jié)構(gòu)相互連接形成初級屏蔽網(wǎng)。設(shè)備屏蔽要求屏蔽材料的導(dǎo)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(lián)電纜應(yīng)敷設(shè)在與其等電位有電氣連接的金屬管道內(nèi)。

3.結(jié)語

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