国网典型设计变电站高低构架出线的防雷保护

2013-12-05任德顺刘成立

四川电力技术 2013年2期

张磊，任德顺，刘成立

(四川电力设计咨询有限责任公司，四川成都 610016)

输变电工程典型设计是国家电网公司“三抓一创”重点工作之一;是国家电网公司实施集约化管理，统一工程建设标准、规范建设管理、合理控制造价的重要手段;是国家电网公司建设“资源节约型、环境友好型”社会，大力提高集成创新能力的重要体现［1］。

随着输变电工程典型设计的推广使用，新建变电站逐渐采用高低构架联合出线，能减少占地，具有良好的经济和社会效益。但其带来的变电站出线档地线防雷保护问题，如采用传统方法，计算和绘图都较为复杂，耗时且易出错。为此，公司(四川电力设计咨询有限责任公司，下同)基于Matlab开发了架空地线保护范围的图形化辅助软件，提高了设计效率，保证了设计质量。该软件应用在公司所设计的数个变电站中，取得了良好的效果。

1 新型变电站的高低构架出线

传统变电站占地面积较大，在经济发达地区需占用较多基本农田，在川西高山地带，山高坡陡，地形复杂，大于30°的山坡比比皆是，仅有的山间平坝多为人口密集点和耕作区，站址选择更为困难。

“输变电工程典型设计”是由国家电网公司基建部牵头，联合各省电力公司推广应用的变电站典型优化设计。“资源节约型、环境友好型、工业化”(简称“两型一化”)是国家电网公司对新建变电站工程的实施细则要求［1］。

变电站典型设计配电装置为户外GIS，场地较小，采用高构架和低构架联合出线，是合理和经济的，同时减少占地面积和节省用钢量，降低了工程造价，外观简单、整齐、美观，也为电气设备进一步紧凑布置创造了条件，达到了整体优化的效果［2］。

公司在川西地区的多个变电站采用高低构架设计，减少占地面积，取得了良好的经济和社会效益。

2 高低构架地线的保护范围

但是，高低出线构架布置方式存在着地线保护范围问题，因受后侧高构架导线影响，前侧低构架无法按常规方式布置地线，整个构架出线的防雷保护只能依靠高构架上布置的地线。如果前侧低构架出线偏角大，将会偏出地线保护范围，造成严重的安全隐患。

因双排高低构架的出线方式比较复杂，在设置地线时，需综合考虑高构架、低构架布置的联合保护范围，以及低构架地线与高构架导线的安全距离。如何设定地线的根数、高度、距离、安装位置等，需要进行大量计算，用传统的方法，无法精确计算每一点，为保证安全，往往采用提高地线支架高度和增加地线根数，造成浪费。

图1 某220 kV变电站高低构架出线断面图

图2 某220 kV变电站高低构架出线平面图

双架空地线的保护范围如图 3［3－5］。

图3 两地线间的防雷保护范围

因此，公司使用Matlab软件，进行高低构架地线保护的图像显示和分析计算，在变电站设计中取得了良好的效果。

3 基于Matlab的地线保护范围的图像显示和分析

3.1 Matlab 简介

Matlab为美国Match Works公司于1982年推出的高性能数值计算和可视化软件，可用于概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现理想的集成环境等。它具有编程效率高、程序设计灵活、图形功能强等优点，已经发展成为应用于多种学科、多种工作平台的大型软件［6，7］。

Matlab语言的强大的数值运算功能、数据可视化功能、2D/3D绘图功能都为数据分析和处理提供了可靠的保证。利用2D/3D绘图功能可对数据结果进行图象化显示。图像结果处理后利用鼠标拖动可任意变换观察角度以寻找最佳观察角度，这一功能也是很多其他语言不具备的。

3.2 Matlab主程序和GUI界面设计

公司利用Matlab编制主程序，在三维空间中绘制导地线位置及架空地线保护范围，在图形中直观显示。同时，计算也给出导线是否在保护范围之内的文字结果，并给出导线保护范围的具体位置。

架空地线保护范围计算和分析主程序如下。

图4 Matlab主程序流程

利用Matlab程序的图形用户界面(GUI)功能，可以设计出方便用户使用的输入式界面，输入数据分为基本参数、地线参数和导线参数3种，其界面如图5。

3.3 架空地线保护范围的图像显示

借助于MTALAB的强大的计算和图像处理能力，可以把国标中架空地线防雷范围用图像表示出来。图6是双地线保护范围的计算结果。利用Matlab中的函数功能把双架空地线的保护范围表示为一个分区函数，再利用Matlab的画图功能画出其立体图，然后在画出三相导线的空间立体图，从而清楚直观地显示出保护情况。对于3根及以上架空地线的情况同样可以进行图像显示。Matlab可以对所显示的架空地线保护范围进行立体观察，通过鼠标拖曳可从不同角度观察不同区域架空地线的立体保护范围图。