內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司巴彥淖爾供電分公司變電管理一處 候 敏

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，各地對求供電穩(wěn)定可靠性要求越來越高。電力在全世界扮演著重要的角色，因此采取什么方法來保障電力的穩(wěn)定供應(yīng)，是我國電力企業(yè)需要考慮的核心問題。變電站的一次設(shè)備作為電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，如何對其進(jìn)行調(diào)控，影響著電力能否安全穩(wěn)定地輸送。本文就220kV變電站的一次系統(tǒng)，重心要放在整個(gè)一次系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方面，尤其是工程選址與設(shè)備配裝等，要做到設(shè)計(jì)充分合理，為整個(gè)電力系統(tǒng)提供保障。

1 220kV變電站一次系統(tǒng)的重要性分析

就整個(gè)電力系統(tǒng)來說，其所有環(huán)節(jié)大概有以下幾個(gè)方面，分別是發(fā)電與變電以及輸電和配電等。而變電站在電力系統(tǒng)中主要對電壓進(jìn)行變壓，并且集中產(chǎn)生的電能并進(jìn)行輸送電能等[1]。其中，一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為重要，在一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)不足的情況下，整個(gè)電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性都得不到保障。因此，220kV變電站必須重視該方面的設(shè)計(jì)模式。

220kV變電站的設(shè)計(jì)必須以現(xiàn)實(shí)情況為標(biāo)準(zhǔn)，要滿足整個(gè)電力系統(tǒng)的需求，要做到最大效率、全面協(xié)調(diào)以及可持續(xù)發(fā)展等方面。而要滿足這些方面，對變電站一次系統(tǒng)的要求較高，所以其設(shè)計(jì)方案必須經(jīng)過不斷完善，最后得出好的方案來滿足各個(gè)方面的需求，適應(yīng)整個(gè)電力系統(tǒng)所處的環(huán)境。

2 220kV變電站遭受雷擊的危害及原因

2.1 雷擊的危害

雷擊對整個(gè)變電站的危害較大，有研究統(tǒng)計(jì)過，變電站的事故接近一半是由于雷擊造成[2]。當(dāng)雷電打在變電站的設(shè)備上時(shí)，會(huì)將設(shè)備進(jìn)行擊穿，導(dǎo)致整個(gè)絕緣子損壞嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了變電站的正常運(yùn)行，并且雷云下的感應(yīng)過電壓等也會(huì)影響到電力設(shè)備的正常運(yùn)行，由此可見對于雷擊的危害整個(gè)電力系統(tǒng)企業(yè)應(yīng)該著重關(guān)心。

2.2 受雷擊的原因

2.2.1 感應(yīng)過電壓

感應(yīng)過電壓是導(dǎo)致變電站受雷擊的重要原因之一。其具體原理是靜電感應(yīng)，在雷云聚集下的架空導(dǎo)線會(huì)受到靜電感應(yīng)，其上方會(huì)聚集很多異性電荷，這些異性電荷依附于架空導(dǎo)線，這就導(dǎo)致了當(dāng)發(fā)生打雷時(shí)，整個(gè)架空線路上的異性電荷得以釋放，進(jìn)而形成自由電荷，導(dǎo)致過電壓的產(chǎn)生[3]。

2.2.2 直擊雷過電壓

雷云放電中，雷電直擊電力設(shè)備就叫做直擊雷過電壓，當(dāng)雷電直擊設(shè)備后，整個(gè)電力設(shè)備會(huì)受到巨大的打擊，大量的電流進(jìn)入設(shè)備從而形成巨大電壓。并且這些雷電形成的電流通過熱效應(yīng)，對于整個(gè)變電站的安全運(yùn)行威脅較大。

2.2.3 雷電波

雷電波是由于以上兩種雷擊電壓而產(chǎn)生的，這種雷電波會(huì)以架空線路為路線進(jìn)入變電站內(nèi)部，當(dāng)整個(gè)變電站對于雷電的防護(hù)不達(dá)標(biāo)時(shí)，也會(huì)造成整個(gè)變電站的部分電氣設(shè)備損壞，導(dǎo)致電力事故的發(fā)生，造成企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。

3 220kV變電站一次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 加強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論證

整個(gè)一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)重心要放到整體結(jié)構(gòu)上來，對于整個(gè)變電站的環(huán)境要調(diào)查清楚，尤其是水文與氣象環(huán)境等，充分調(diào)研后才能確定變電站的選址。整個(gè)變電系統(tǒng)的各項(xiàng)數(shù)值要進(jìn)行范圍確定，如負(fù)荷水平與功率因數(shù)等，并且變電站的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，要不斷進(jìn)行討論完善，該部分探討必須包括變電站的地理位置、發(fā)展規(guī)模以及系統(tǒng)設(shè)備等方面，只有經(jīng)過充分論證，才能確保整個(gè)變電站的安全可靠[4]。

3.2 重視變壓器的選擇

變壓器作為變換電壓的設(shè)備，可以改變不相等電壓之間的功率互換以及輸送，因此變壓器的選擇較為重要，從而做出合適的選用，如一個(gè)220kV變電站選用了1臺(tái)180MVA變壓器，并且同時(shí)預(yù)期將為3臺(tái)該容量的變壓器當(dāng)成主要改變規(guī)模，而這個(gè)180MVA則是通過計(jì)算得到的（見表1）。

表1 220kV變電站中主變壓器的主要參數(shù)

為了保障220kV變電站的安全性和可靠性，需要嚴(yán)格規(guī)范接地工作，采用中性點(diǎn)接地方法，能夠在發(fā)生故障時(shí)使變電站啟動(dòng)保護(hù)跳閘，將故障在第一時(shí)間隔離，減少單相短路情況發(fā)生，從而避免由于變電站設(shè)備損壞而造成的經(jīng)濟(jì)損失。

3.3 優(yōu)化電氣接線形式

目前，主要有兩種接線形式，一是單母線分段接線，操作簡單，但不能夠做到及時(shí)調(diào)整，可靠性較低；二是雙母線分段接線，可變性強(qiáng)，其可靠性較高，但是對接線水平要求極高，整個(gè)接線工作難度加強(qiáng)，維護(hù)起來也較為煩瑣。因此，在進(jìn)行電氣接線形式的設(shè)計(jì)時(shí)，要從各方面（如靈活性或經(jīng)濟(jì)效益等）進(jìn)行考量。如某地接線形式通過早期預(yù)測，結(jié)合各方面因素，最終認(rèn)為雙母線接線方式投入資金少，并且空間占用低，但是其安全可靠性與單母線雙分段方式相比略差，并且單母線接線方式不利于后續(xù)擴(kuò)建等，根據(jù)綜合考慮最終以雙母線接線方式進(jìn)行接線。圖1為主線接線形式的表達(dá)。

圖1 220kV變電站側(cè)電氣主接線形式

3.3.1 科學(xué)計(jì)算短路電流

在變電站實(shí)際運(yùn)行中，故障的發(fā)生是不可避免的。而其中的短路故障是較為嚴(yán)重的一種，這種短路故障對整個(gè)系統(tǒng)的破壞力大，并且短路故障的形成原因很難確定，短路故障不單單只是造成停電，更嚴(yán)重的是對整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行損毀甚至破壞，必須有針對性的做出短路預(yù)測。

三相短路的發(fā)生率比較低，因此三相短路電流在整個(gè)接線形式、設(shè)備校驗(yàn)中都是重中之重的參考標(biāo)準(zhǔn)，只有滿足了三相短路電流的必要條件，才能對發(fā)生此短路的電路運(yùn)行提供保證。

3.3.2 優(yōu)化電氣設(shè)備選擇

當(dāng)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算后，能夠得到一個(gè)計(jì)算結(jié)果，根據(jù)這個(gè)計(jì)算結(jié)果來選用電氣設(shè)備。在這個(gè)計(jì)算結(jié)果下，電氣設(shè)備的整個(gè)工作電壓與額定電流等都能滿足實(shí)際需要，尤其是在發(fā)生故障時(shí)也能得到保障，并且優(yōu)化電氣設(shè)備選擇對整體經(jīng)濟(jì)效益以及系統(tǒng)的可靠性也是一次提高。

3.4 完善配電裝置設(shè)計(jì)

配電裝置的功能就是對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)的設(shè)備，當(dāng)電力系統(tǒng)某處發(fā)生故障時(shí)，可以立刻檢測出故障發(fā)生并且就故障發(fā)生處進(jìn)行故障源的切斷，通過這種切斷的方式來維持整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。這種配電裝置的設(shè)計(jì)必須要滿足可靠性、靈活性以及安全性等方面的要求，對于配電裝置的選取，也要結(jié)合具體情況。

4 220kV變電站一次系統(tǒng)防雷保護(hù)要點(diǎn)及保護(hù)措施

4.1 防雷保護(hù)要點(diǎn)

4.1.1 避雷器種類

要對變電站的防雷工作進(jìn)行詳細(xì)要求，目前防雷方案有以下兩方面：一是針對直擊雷直擊變電站；二是雷電波的入侵。就直擊雷直擊變電站來說，經(jīng)常設(shè)立避雷針和避雷線。110kV以上的避雷針假設(shè)以房頂上作為架構(gòu)避雷針。避雷針種類可分為以下幾點(diǎn)：

第一，保護(hù)間隙：這種保護(hù)間隙與自動(dòng)重合閘結(jié)合，其啟動(dòng)時(shí)間很久，殘壓高，又因?yàn)槠鋽嗔髂芰Σ痪邆?，所以?jīng)常殘生續(xù)流。

第二，管式避雷器：即保護(hù)間隙的一次升級版本，不足之處是其本身也會(huì)產(chǎn)生截波，影響設(shè)備絕緣。保護(hù)間隙和管式避雷器僅僅使用在線路保護(hù)方面。

第三，閥式避雷器：只用于220kV以下電力系統(tǒng)。

第四，金屬氧化物避雷器（MOA）：目前，全球范圍風(fēng)評最好的避雷器，各個(gè)方面性能優(yōu)異，多數(shù)變電站采用MOA作為防雷保護(hù)。

4.1.2 避雷器的選擇

避雷器選擇技術(shù)條件：一是額定電壓Un：與系統(tǒng)額定電壓相等。二是滅弧電壓Umh：與避雷器產(chǎn)生的過電壓作比較的參數(shù)。三是工頻放電電壓Ugf：中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中，Ugf要大于運(yùn)行相電壓最大值的3.5倍。中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中，Ugf運(yùn)行相電壓最大值的3倍。Ugf要大于1.8倍Umh。四是沖擊放電電壓Ucf：沖放電在1.5～20us內(nèi)的最小放電電壓值。該值一般已經(jīng)做好適配工作。五是殘壓Ure：Ure是沖擊電流流過閥片上產(chǎn)生的電壓降。

安裝原則：220kV與110kV的全線設(shè)置避雷線，而不足35kV的不架設(shè)避雷線，使用避雷針做防雷措施。110kV以上的避雷針假設(shè)以房頂上作為架構(gòu)避雷針。

4.2 保護(hù)措施

4.2.1 進(jìn)線保護(hù)

在220kV變電站的防雷措施中，經(jīng)常運(yùn)用到進(jìn)線保護(hù)技術(shù)。進(jìn)線保護(hù)對通過避雷器的雷擊電流幅值與雷電波做調(diào)整，通過這種進(jìn)線保護(hù)來對整個(gè)電氣設(shè)備做保護(hù)。一般來說，在這種規(guī)模的變電站進(jìn)出線處添加避雷線就可以做到一定的保護(hù)，而這種避雷線的實(shí)際安裝位置也要結(jié)合實(shí)際情況來確定，通常情況下安裝位置選在出線1000～2000m處的進(jìn)線上。

4.2.2 內(nèi)加裝避雷針

避雷針的安裝也是一種高效的保護(hù)手段，通過安裝避雷針，可以把雷電產(chǎn)生的電流傳入地面，這樣就能防范這些電流滲入設(shè)備而造成過高電壓從而導(dǎo)致設(shè)備的損壞。內(nèi)加裝避雷針對于整個(gè)變電站的防雷措施很有成效。同時(shí)，變電站的避雷針安裝要特別注意，其與各個(gè)電力設(shè)備或電力電路的距離必須在5m以上，并且避雷針引下線的接地電阻不能超過10Ω，從而減少雷擊以及其后果對變電站帶來的危害。

4.2.3 變壓器保護(hù)

變壓器是整個(gè)變電站的重要一環(huán)，而能夠?qū)ψ儔浩髟斐晌：Φ囊蛩刂饕獊碓从诶纂姰a(chǎn)生的雷電波，如果沒有任何保護(hù)措施，雷電波進(jìn)入變壓器后，不僅影響了變壓器的工作效率，還會(huì)使變電站的安全性以及可靠性大大降低。同時(shí)，變電站需要在每一組分段母線以及主母線上加裝閥式避雷器，通過這些避雷設(shè)備的安裝來滿足電氣設(shè)備與變壓設(shè)備的保護(hù)要求，并且這些避雷器必須聯(lián)結(jié)到變電裝置中的接地總網(wǎng)上，每一個(gè)連線必須滿足最短接線長度的標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)語

變電站防雷工作至關(guān)重要，變電站的防雷水平如果不達(dá)標(biāo)，造成大范圍的停電現(xiàn)象發(fā)生，影響供電系統(tǒng)可靠穩(wěn)定性。本文所提到的觀點(diǎn)在各個(gè)電力企業(yè)進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)時(shí)希望起到一定的參考價(jià)值，從而提高220kV變電站整體的防雷水平。