110kV变电站电气设计与防雷

申寒冬 湖北金浪勘察设计有限公司

随着社会经济的全面发展，电力需求逐年加大，促进了电力技术、电力工业的蓬勃发展，作为输配电工程建设中重要环节，变电站的防雷接地质量直接关系到电力系统运行的可靠性、安全性、稳定性和经济性。变电站要加强供配电系统的防雷接地设计、施工和维修保养，避免雷电损害电力设施，避免人员伤亡和经济损失。随着电力技术的发展，当前防雷保护措施也有了充分的发展空间，对于提升变电站运行品质有着积极意义。

一、变电站的应用及防雷接地保护的设计要点

（一）变电站应用

在电网中变电站是重要组成部分，为输配电工程的枢纽节点。目前110kV 变电站已逐步发展成为直接面向用户的终端组成部分，特别是为工业、农业和商业等用电负荷提供电源，特别是110kV 变电站已成为区域性的供电负荷中心，在社会经济发展中，已占据重要位置。因此变电站的设计与时俱进，优化变电站的供配电方式，提升其智慧化水平，提高供电能，加强安全防护，为用户提供全面、安全、可靠的服务。

（二）电气设计与防雷的意义

经济全球化发展下，推动了我国市场经济进一步发展，此背景下市场经济体制逐步建立和完善，电力行业的进一步发展满足了社会生产生活需求，人们对电力行业发展提出了更高的质量、安全要求。电力行业发展中，重要的评价指标就是其稳定性与安全性，对此要求其中各组成部分实现自身发展，维护电力系统安全性与稳定性，减少电力损耗，推动行业可持续发展。作为电网规划设计中重要部分，变电站对供配电安全稳定性影响较大，在变电站设计中需要保证电气设计合理性、防雷保护设置正确，以提供更加优质服务。

（三）防雷接地设计原则与要求

进行变电站电气设计中，要从实际电网运行状态、变电站运行规划出发，制定好设计方案。电气设计也会对变电站发展产生影响，并间接关系着电气设备性能、配电结构规划、智能电气设备采购等方面。在设计中要坚持相关设计原则，兼顾变电站近期和远期发展规模，主接线设计中要考虑到负荷重要性分级和出现回路的影响、主变台数影响、备用容量有无和大小影响等。

二、110kV变电站电气设计要点

（一）主变压器选择

在选择主变压器设备容量和台数过程中，要考虑到其对主接线形式、配电装置结构的影响，除了要根据基础资料选择外，还应考虑到其输送功率与各系统间联系。

（1）变压器型式的选择，要考虑电力生产实践中负荷的变化情况，选择使用性价比较好的主变压器，提升电气工程整体建设水平，保证设计质量。选择主变压器过程中，还需考虑到变电站自身实际情况，要适合其设计，能够发挥主变压器潜在应用价值。在设计电气工程过程中，还要依据实际需要选择好变压器数量和容量。

（2）确定主变压器的台数。电气设计中要结合变电站实际要求和具体情况，合理确定使用的主变压器型式与数量，具体台数的确定，一般变电站会装设两台变压器。一些变电站为地区性孤立的一次变电站、大型工业专用变电站，设计中需考虑是否需要设置三台变压器。如果规划中变电站只设置两台变压器，则需按照变压器基础大于其容量的二级来设计，以方便负荷发展下变压器容量的更换。

（3）主变压器容量的确定。

1）一般主变压器容量的选择，会按照变电站建成5～10 年的规划负荷进行，要考虑到其处于正常运行状态、事故状态的过负荷能力。

2）根据电网结构、变电站负荷性质，来合理选择主变压器容量。变电站有重要负荷的情况下，需保证在其中一台变压器运行停止的情况下，在允许时间范围内其余变压器可以实现对一、二级负荷的正常供电。一般变电站，在一项主变压器运行停止后，其余变压器容量可以满足全部负荷中70%～80%。

3）主变压器设置中，不可过多设置同等级的单台降压变压器，要保证其标准化。

（二）高压电气设备选择

在110kv 变电站的高压电气设备选择设计中，常见有室内和室外两种布置方式。室内布置则有3 种主要类型，即普通变压器是捏布置方案、110kV 配电室内布置和SF6 全封闭电器组合式室内布置。其中，SF6 全封闭电器组合式室内布置具有占地面积方面优势，但实际投资成本较高。室外布置方案中，可选择室外中型、外高型、高型布置方案，当前室外中型布置方案比较常见。这种方案以母线线路为载体，将相关电器设备安装在母线线路上，可以减少设备安装中支架消耗，同时线路布置更清晰，兼具技术要求低、经济性等优势。采用半高型方案布置，则会增加部分变电站进出线环节下的一次回路，而半高型布置方案则可在很大程度上控制相关配电设置的跨度，并兼顾好母线线路间分离。

（三）主接线设计

电气主接线设计应根据负荷容量大小、负荷性质、电源条件、变压器容量及台数、设备特点以及进出线回路数等综合分析来确定。主结线应力求简单、运行灵活、供电可靠，操作检修方便、节约投资和便于扩建等。在满足供电要求和可靠性的条件下，宜减少电压等级和简化接线。对于110kV 有两回路以上出线时，宜采用单母线或分段单母线接线。当110kV 线路为6 回及以上时，宜采用双母线接线。变电站有两回路电源进线和两台主变压器时，主接线宜采用桥形接线。当电源线路较长时，宜采用内桥接线，为了提高可靠性和灵活性，可增设带隔离开关的跨条。当电源线路较短，需经常切除变压器或桥上有穿越功率时，应采用外桥接线。常用 110kV 电气主接线有双母线接线、单母线接线、分段单母线接线、内桥接线、扩大内桥接线、外桥接线、扩大外桥接线和线路-变压器组接线等多种型式。设计中应进行经济技术比较与分析，选择最优主接线设计方案、绘制主接线图。以110kV进出线4 回路的变电站为例，其主接线方式主要可采取图1 与图2 所示方式。

图2 110kV侧双母线带旁路母线接线方式

三、110kV变电站防雷保护策略

（一）变电站进线保护

在实施变电站进线防雷保护中，主要就是对雷电电流流经避雷器的幅值和雷电波陡度进行限制。线路出现过电压的情况下，变电所会受到线路绝缘50%的重回及闪络电压波向运动，线路上冲击耐压要高于变电站设备，因此主要就是在变电站临近进线设置避雷线实施保护。在未架设避雷线的情况下，雷击会影响到靠近变电站的进线，其流经电流幅值和陡度会加大，而破坏线路。110kV 输电线路一般应沿全线架设地线，在山区和强雷区应架设双地线，在少雷区可不全线架设地线，但应装设自动重合闸装置，且在变电站进线1～2km 的进线端架设地线，降低出现雷电波的概率。线路如果绝缘水平较高，则选择设置管型避雷器在进线端首端，以对入侵雷电波幅值加以限制。一般110kV 避雷器与变压器之间的距离与进线路数和进线长度有关，应不超过避雷器的最大保护距离。在线路首端设置管型避雷器、保护间隙。

（二）防雷接地屏蔽技术

电力系统有保护接地、防雷接地与工作接地，雷电保护接地是保护装置将雷电流泄放到大地，以保护电气设备安全。连接电网的各项设备均需接地，二次设备需采取等电位连接保护措施，防雷保护装置应设置好接地措施。可利用自然接地体作为基础接地装置，防雷接地装置应与接地体垂直，泄放电流的进出线构架的接地需设置人工集中接地，独立避雷针设置独立接地装置，要控制好接地电阻。将需隔离的部分用低电阻材料包裹，以避免外界干扰自身电磁场敷设，利用建筑和金属结构连接形成初级屏蔽网，线缆屏蔽则可使用屏蔽电缆。

四、结束语

110kv 变电站作为电网系统的核心内容，需要遵循灵活性、时效性等原则不断优化完善电气设备，加强防雷保护措施，促进其供电稳定性发展，保证变电站运行水平。