110kV变电站的电气设计与防雷保护研究

张勃

摘要：110kV变电站在电力行业的发展中承担着重要的作用，但是在具体的应用中，常常受到各方面内外部因素的影响，导致其正常使用受到影响，降低了变电站的可靠运行，影响了其功能发挥。基于此，在110kV变电站的设计上，需要充分考虑各方面的要素，使得在输配电过程中，变电站可以充分进行电压的调节与分配，满足人们生产生活各方面的用电需求。

关键词：110kV变电站;电气设计;防雷保护

前言

变电站将发电厂发出的电能升压后，输送到高压电网中，以便于电能输送，然后再将电压降低成可供用户使用的电压，起着变换和分配电能的作用。变电站作为维持电力系统稳定运行不可缺少的重要设施，对电网的安全性和经济性有着重大的影响。鉴于变电站在整个电力系统中的重要作用，对于变电站的科学合理设计非常重要，尤其是变压器等设备的型号以及数量必须科学规划，选用合适的电气主接线设计，以达到国家的标准要求。

1主变压器选择

1.1台数的确定

（1）对于不同的用电客户，需要选用的变压器数量也存在差异，其中一些重要的用户，断电会给他们带来十分严重的后果，比如人身伤亡、设备损坏等，因此这样的变电站应该采用两台变压器。

（2）变电站运行期间总会由于一些原因导致变电站无法正常供电，另外，为了保证设备运行安全、提高供电可靠性，需要定期对变压器等设备进行维护与检修，当对变电站其中一台变压器进行这些工作的时候，需要保证用户的正常供电。对于一些不重要的负荷，停电不会造成太大影响的地区，可以只装设一台变压器，但是必须在低压侧敷设有与其他变电站相连接的联络线作为备用电源。

（3）地区温度变化比较大，不同的季节用电量存在着很大差异，并且在农村地区存在着春节期间负荷暴涨的情况，变电站宜安装两台变压器。

1.2主变压器调压方式选择

主变压器的调压方式通常可以划分成为两种：不带电进行切换，也称为无励磁调节，分接头少;带电进行切换，也称为有载调压，调压范围可达30%，且分接头可在带负载的情况下调节，但其结构复杂，价格贵。考虑到实际变电站的电压波动问题，本设计采用有载调压方式。

1.3绕组数量及其连接形式的确定

根据相关规定，当出现下面两种情况时主变压器最好是采用三绕组变压器：当变电站内部存在三种电压时，通过主变压器各侧绕组的功率若超过此变压器容量的15%;低压侧不存在负荷，但要求在变电站中安装无功补偿设施。

2电气主接线设计

（1）在可以满足工作需要的情况下，变电站高压侧的接线方式应尽可能减少断路器的使用数量。

（2）如果35～110KV线路超过两回，应采取扩大桥形，单母线或分段单母线的接线。如果35～63KV线路超过8回，可以选择双母线的接线方式。

（3）35～110KV主接线采用上述三种接线方式时，若不能够进行停电检修断路器，则应设置旁路设施。

（4）如果存在旁路母线，连接母联断路器或者分段断路器是最好的选择，因为可以将其兼作旁路断路器。对于主变压器35～110KV回路中的断路器，如果选择的是SF6断路器的接线方式，那么不应该设置旁路设施。

（5）如果变电站内部安装有两台主变压器，分段单母线的接线方式是6～10KV侧的首要选择，当线路超过12回时也可以选择双母线的接线方式，若不能停电检修断路器，则可以结合具体情况安装旁路设施;但若6～35KV配电设施选择的是手车式高压开关柜，则不应安装旁路设施。

3短路电流的计算步骤

在工程实践中，通常采用下述步骤计算短路电流：合理确定基准容量和电压，同时将网络参数化为标幺值;绘制等值网络图;确定需要进行计算的短路位置;根据确定的短路计算点对等值网络图进行对应的简化，对组合阻抗进行计算;基于实用曲线实现短路电流的计算。

4110kV变电站的防雷保护

4.1变电站的进线保护

110kV变电站在进行防雷保护时，需要充分考虑变电站的运行与使用情况，随后再加以限制雷电电流流经避雷器的幅值与雷电波陡度等。当在实际的使用中，线路存在过电压现象，此种情况下，幅值为线路绝缘的50%的冲击闪络电压行波向变电所运动，而对于冲击耐压而言，其线路中的电流幅值要远远高于变站站设备。在这种情况下，变电站的防雷设计主要是要在距离变电站仅限位置较近的线路中安装相应的避雷线。如果没有使用避雷线，就会导致当变电站进线在雷击作用下，流经避雷器的雷电电流幅值、陡度等就会超过线路本身的承受极限，进而导致线路的损毁等。

4.2接地屏蔽技术

就变电站的防雷保护设计而言，其中还包含了接地屏蔽技术。电力系统一般包含了保护接地、防雷接地与工作接地三种。防雷接地设计中，通過对各种接地极的使用，实现了雷电流的释放，进而保障了相关的电气设备的安全与可靠运行。电网系统运行中包含的电气设备、仪器较多，这些设备与仪器都需要进行必要的接地设计。防雷接地设计中，防雷接地以下线路的布线直接决定了其整体的防雷设计效果。雷电流通过接地系统中的接地极进入大地中，一旦接地附近的土壤中存在较大密度的电流时，就会被击穿，在这种情况下，接地极附近的土壤导电性大幅提高，可以成为良好的导体。雷电流等的频率较高，这种特性就决定了其在接地电感中的影响较大，进而使得相关的接地体不能发挥其应有的作用。屏蔽可以避免外界其他因素对本身电磁场辐射等的干扰，在一定程度上避免了特定的制定空间内外部静电感应所造成的不利影响。建筑物的屏蔽主要是利用建筑物与金属结构的连接来形成初级屏蔽网的，抵御了外部电磁的干扰因素。

结束语

110kV变电站在电网运行中起到了重要的作用。基于此，需要在变电站的电气设计与防雷保护中充分考虑各方面的因素，提高设计的科学性，使得这些设计方案可以在变电站的运行中发挥重要的作用，提升电力系统运行的安全性与可靠性，发挥最好的经济社会效益。

参考文献：

[1]  田万韬，杨玥.35-10kV总降压变电站一次部分电气设计和防雷保护研究[J].数码世界，2018（4）：349.

[2]  查家骏.110kV输电线路雷击故障事件及预防措施研究[J].农村电气化，2018，377（10）：40-42.

（作者单位：五家渠京能新能源有限责任公司）