110kV变电站的电气设计与防雷保护研究

110kV变电站的电气设计与防雷保护研究

黄海鹏

广东辰誉电力科技有限公司

摘要：随着我国国民经济的快速发展，电力行业也取得了长足的进步与提升，在国家的大力支持下，全国各地的电网都得到了大幅度的扩容。在变电站的建设中，雷电是一个很重要的影响因素。本文主要介绍110KV变电站的电气设计与防雷保护的方案。

关键词：110kV变电站；电气设计；防雷保护

引言

近年来，伴随着人们生活水平的不断提高，电能质量的要求越来越高，对电网的稳定性标准也需要更为严格，变电站作为电力网络电能传输的重要一环，需要保证变电站稳定运行，变电站防雷保护作为变电站设计的其中一个重点，如何合理选择保护措施，是电力设计中的一个非常关键的问题。

一、110kV变电站的电气设计与防雷保护概述

变电所的防雷保护是指在变电站的正常工作情况下，对电气设备以及线路进行合理的接地和防护，防止雷电的侵入和破坏[1]。在我国，110kV变电站的主变压器的主要作用是将电网线路的高电压安全高效的转换为更低电压，方便电能输送下一级变电站和用户中；对于110KV主变压器，为了保证其不直接遭受雷击，因此在设计时，必须要考虑到对直击雷的保护问题。对于站内110kV配电装置，需要选择合适的防雷保护措施作为过电压保护。根据实际的工程环境来分析，确定最佳的方案来进一步改进设计的内容。

二、110kV变电站的电气设计

（一）主接线的设计

主接线的设计主要是指变电所的一次电路的设计方案和电气主设备的选择等[2]。在进行主接设计时，应根据变电所的具体情况，合理地分析各种因素，并与电网的实际运行相结合，使其能够满足供电可靠性的要求；同时，还应考虑到未来可能出现的扩建或改建的需要；在对二次回路的布置方式、站内分期建设的规模以及电源进近的远近等条件下，对配电线的数量和出线回数的确定都应该有充分的思考和全面的安排；最后，还应对配电装置的布局做出简单的规定并力求减少占地面积，节约投资。在110kV配电装置的防雷保护中，根据其主接线形式，在线路侧，主变进线侧安装避雷器作为过电压保护；在配电装置构架上安装避雷针形成构架避雷针结构。

（二）主变压器的合理选择

变压器在电力系统中扮演着重要的角色：它是电能转换的关键设备，也是连接发电厂和用户的中间环节，其容量大小直接决定了变电站的电压等级、主接线形式和继电保护等方面的要求；同时，它也影响着电网的安全运行。因此，在选择变压器时，必须考虑其安全性、经济性以及可靠性。主变压器的选择原则：(1)对于大型的变电站，应选用两台或多台或多台的主变压器，以保证当一台机组发生故障或检修时，另一台的负荷不会中断供电，使整个变电站继续工作；(2)对小型的或功率小的用电小的用电的专用型的变压器宜选用，而对大中型的配电装置，则要优先采用单母线分段或者双分段的方式配置并应满足当其中一个单元出现问题时，其他部分都能正常运转[3]。(3)在进行主接线设计的时候，应该尽量减少占地面积，充分利用土地，尽可能降低成本，使投资费用最低化，。(4)主变压器容量按变电站建成后5年的规划负荷选择，并适当考虑到远期电网110kV变电站布点能按规划实现的前提下10～20年的负荷发展。

（三）高压配电装置的设计

高压配电装置是变电站的主要电气设备，它在整个电力系统中承担着重要的作用。110kV变电站配电装置包括110kV配电装置与10kV配电装置，110kV配电装置包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器，10kV配电装置主要是10kV开关柜及其次元器件，包括断路器手车，电流互感器、电压互感器、电容器、站用变、接地变、避雷器等，当出现雷电过电压的情况时，会导致配地装置的引起内部的绝缘强度降低，造成击穿保险，所以配电装置在设计时需要与避雷器配合，考虑绝缘水平，这样在发生雷击事故时，能够起到保护和限制的功能，当受到雷击的时候，可以将故障部分进行隔离，避免产生对人身的危害因此。在实际工程的运行当中，还需要根据具体的情况选择合适的避险措施。一般采用的避险方法有：装设避灾墙、绝缘子设置屋面避雷带，绝缘子等。对于110kV的变电站，由于其负荷的容量较大，所以其110kV侧的高压配电装置的数量也较多，并且其中的绝缘子的规格也，较为特殊，为了保证该变电站的安全稳定运行，必须要选用具有良好延展性的材料来对其进行合理的设计和安装。

表1 某110KV变电站施工规划

三、110KV变电站防雷保护方案

（一）防雷保护措施

通常情况下，变电站的防雷保护主要包括以下几种措施：

(1)装设避雷针。在一般的雷电活云中，避雷针的作用是用来防护直击的入侵行为，它能够将被保护物体吸引的能量吸收，从而避免被保护设备的损坏；同时，还可以起到限制感应过电压的效果； (2)装设避秽线。当遭受到直击时，避闪器的性能会受到影响，其阻抗会发生变化，此时需要在线路上增设阻值比较高的金属护套，以有效的防止由于电力电缆对大地造成的短路现象。(3)安装接地装置。接地的功能是为了保证电气工作人员，确保供电系统的稳定性和安全性。因此，在实际的接地点置的时候，要充分考虑到其对地的要求和危害，并且还要做好相应的预防工作。(4)装设自动操作开关。 当发生故障的时候，往往会出现停电的问题，且不能及时的进行处理，所以要配备手动控制的开关来完成这一动作。

图1 供电系统防雷配置图

（二）二次系统防雷

变电站二次系统的雷电防护应遵循从加强设备自身抗雷电电磁干扰能力入手，以加装SPD防雷器件为补充的原则。

（1）信号防雷。同步时钟对时系统主时钟的天线接口处应安装相应SPD，主控室远动柜至通信柜的语音线或RS-232 等信号线，应在远动柜侧安装相应SPD，变电站综合自动化系统与其他系统的通信线（如RS-232、RS-485 等）应在两端安装相应SPD ，从高压场地到控制室的通信线路（如RS-232、RS-485等）应在控制室相应柜柜处安装相应SPD。SPD 正常或故障时，应有能正确表示其状态的标志或指示灯，且宜具备远程集中监测或集中告警的接点。

（2）电源系统防雷。直流充电柜的交流充电电源入口处应安装交流电源电压限制型SPD，直流柜的直流母线输出端宜安装直流电源SPD，交流不间断电源系统输入端宜配置交流电源限压SPD。

（三）接地屏蔽技术保护

接地技术是指利用金属外壳或钢片将电气设备与大地之间的直接接触，从而实现对人身安全的一种保护措施。其主要的作用是通过机械的方式来防止外部的雷电电磁能量的泄露和内部的过电压。主控室、主变压器室、110kV配电装置室及10kV配电装置室室内均敷设二次接地网，二次接地网由截面不小于120mm2铜排构成，并以截面不小于120mm2铜缆与变电站主地网引下线可靠连接。主变压器室、110kV配电装置室及10kV配电装置室二次地网通过截面不小于120mm2铜缆与主控室二次地网可靠连接。

在变电站的电力系统中，由于各种不同的电气装置的工作状态的差异较大，因此在进行接地时，需要根据实际的情况来选择合适的连接点，并且还需设置相应的保护设施，以避免发生意外事故。对于防雷的具体要求，本文给出了以下几点：第一，根据配电装置绝缘要求配合选择合适的避雷器；第二，确保屋面避雷带所保护范围满足配电装置的布置规划；第三，当线路的绝缘水平较低时，应采取有效的防腐处理，以降低闪络的概率性。总之，变电站防雷保护是否到位，关系到整个电力网络的可靠性、稳定性，也对供电的质量产生重要影响。

结语

本文主要研究了110kV的变电站的防雷保护，通过分析变电站主接线、变压器选型，配电装置与防雷保护配合，并结合变电站设计中使用的防雷保护措施，进行了深入的研究，分别从避雷器的选型、二次系统防雷、变电站内接地网设计等方面来考虑，同时还从技术经济的角度出发，提出一些可行性的方案。

参考文献：

[1]贾德刚.110 kV变电站的电气设计与防雷保护分析[J].工程建设与设计，2022(14)：42-44.

[2]王宝英.110kV变电站电气设计及其防雷保护[J].电气技术与经济，2021(01)：34-35.

[3]乔丽丽.110KV变电站的电气设计与防雷保护[J].黑龙江科学，2020，11(16)：92-93.