220KV变电站一次系统设计及防雷保护研究 (2).doc

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1、摘要在当今，社会各个地方对于电力使用十分重要。而电网的重要性自然不言而喻。所以电网必须要越稳定越好，而电站是电网当中的核心部分，影响着电网的稳定性。变电站的一次设备能够将电网做调整处理，这个设备的运行状况也是电网稳定的因素之一。通过上述描述，本篇论文就220KV变电站一次系统的设计与防雷保护做出研究。关键词 220KV变电站；一次系统设计；防雷保护AbstractKEY WORD 220KV substation; Primary system design; Lightning protection 目录摘要IAbstractII第一章 引言1第二章 220kV变电站一次系统的重要性分析2第

2、三章 220 kV变电站一次系统的设计要点3第一节 加强系统设计论证3第二节 重视变压器的选择3第三节 优化电气接线形式3第四节 完善配电装置设计5第四章 220kV变电站遭受雷击的危害及原因6第一节 雷击的危害6第二节 受雷击的原因6一、感应过电压6二、直接雷过电压6三、雷电波6第五章 220 kV变电站一次系统防雷保护设计要点及保护措施7第一节 防雷设计要点7一、避雷器种类7二、避雷器的选择7第二节 保护措施8一、进线保护8二、内加装避雷针8三、变压器保护8结束语10谢辞11参考文献12III电子科技大学毕业论文（设计） 220KV变电站一次系统设计及防雷保护研究第一章 引言在当今社会，随

3、着经济不断进步，各个地方都要求供电稳定重组，并且这种需求越来越高。电力在全世界扮演着重要的角色，如果说一个社会没有电力支持，那么这个社会是很难维持秩序的。因此，采取怎样的手段来保障电力的稳定供应应该是我国电力企业需要考虑的核心问题。变电站的一次设备作为调控电网的设备，如何对其进行完美的调控影响着电力能否安全稳定的输送。变电站也是电力系统里重要的一环，它能够改变电力系统的电压，以及将电力系统的电能做聚集并且运输电力，而变电站的一次系统着对整个电网的安全性与稳定性起到作用。因此，要设计一个合理的一次系统，才能保证整个电力系统的可靠性。有上述可知，220kV变电站的一次系统设计，重心要放在整个一次系

4、统的硬件设计方面，尤其是工程选址与设备配装等，要做到设计充分合理，为整个电力系统提供完善的保障。第二章 220kV变电站一次系统的重要性分析就整个电力系统来说，其所有环节大致有如下几个，分别是发电与变电，以及输电和配电等。而变电站在电力系统中主要讲电压进行变压，并且集中产生的电能并输送电能等。这其中的一次系统设计是很重要的，在一次系统设计不足的情况下，整个电力系统的安全性和稳定性都不能得到保障。因此220kv变电站必须要重视这方面的设计模式。220kv变电站的设计，必须要以现实情况为标准，要满足整个电力系统的需求，要做到诸如最大效率、全面协调以及可持续发展等方面。而要满足这些方面，对变电站一次

5、系统的要求是很高的，所以其设计方案必须要经过不断完善，最后得出最完美的方案来满足各个方面的需求，适应整个电力系统所处的环境。第三章 220 kV变电站一次系统的设计要点第一节 加强系统设计论证整个一次系统设计，重心要放到整体结构上来，对于整个变电站的环境要调查清楚，尤其是水文与气象环境等，充分调研后才能确定变电站的选址。整个变电系统的各项数值要进行范围确定，如符负荷水平与功率因数等，并且变电站的整体结构设计完成后，要不段进行讨论完善，这一部分探讨必须包括变电站的地理位置、发展规模以及系统设备等方面，只有经过充分论证，才能确保整个变电站的安全可靠。第二节 重视变压器的选择变压器作为改变电压的设备

6、，可以频繁的改变不相等电压之间的功率互换以及输送，因此变压器的选择十分重要。如果变压器的选择不够准确，整个电力系统的配置都会受到影响，甚至会出现部分设备故障损坏，必须耗费财力及时修理与更换。所以选用变压器时，必须要根据实际情况，在多个电原始资料做参考，同时做出未来的科学预期下进行规格的确定，从而做出合适的选用。在选用时，因为要保证整个电力系统持续供电，所以必须购入两台以上的变压器，这样，当发生故障顺坏时，就有设备可以作为替代，以避免无法供电的现象。具体例子，一个220kV变电站选用了1台180MVA变压器，并且同时预期将为3台该容量的变压器当成主要改变规模，而这个180MVA则是通过计算得到的

7、。下表1就是最后确定的各个参数。表1 某一220k变电站中主变压器的主要参数参数名称主变容量主变压器额定抽头抗阻电压调压方式接线组别参数及内容180MVA23081.25%/121/11KVUk12%=14%Uk13%=54%Uk23%=38%有载调压方式YN，yn0，d11这样的220kv变电站，要做到很高的可靠性，并且接地必须严格要求，在接地方面经常使用中电性接地，这样在发生故障如单项短路时，整个变电站可以及时重合闸，从而讲发生的故障停止。这样对整个系统的设备做了一次高效的保护，从而避免了设备的损坏造成的经济层面损失。220kv变电站中的主变压器要保证安全性，其110kv与220kv的中性

8、点隔离开关要直接接地。除了上述提到的功能之外，使用如容性补偿技术，也能够对电力系统的适应性做加强。第三节 优化电气接线形式电气接线形式必须要不断优化，因为整个电气系统的内部接线影响的方面很多，可以说一个好的接线形式影响着整个电力系统的可靠性，同时能够很大程度上节约金额投入，并且接线形式决定了所有设备的参数与选用，因此电气接线形式的优化也应该是变电站需要考虑的重点之一。目前来说，主要有两种接线形式，其一是单母线与分段接线，这样的接线形式操作起来很简单，但同时这种形式不能够做到及时调整，可靠性很低，还有一种是双母线与分段接线，这样的接线形式可变性强，其可靠性很高，但是对接线工作水平要求极高，整个接

9、线工作难度很大，维护起来也很吃力。因此，在进行电气接线形式的设计时，要从各方面如灵活性或经济效益等进行考量。举例来说，某个地方的接电形式通过早期预测，结合各方面因素，最终认为双母线形式投入金额小，并且空间占用低，但是其安全可靠性与双母线双分段形式相比很不好，并且这种双分段的方式很有利于后续扩建等，根据综合考虑最终以双分段接地的方式进行接线。下图1就是其主线接线形式的表达。图1 某一变电站220 kV侧电气主接线形式整个变电站的实际运行中，故障的发生是不可避免地。而其中的短路故障是很严重的一种，这种短路故障对整个系统的破坏力大，并且短路故障的形成原因很难确定，短路故障不单单只是造成停电，更严重的

10、是对整个系统的设备进行损毁甚至破坏，必须要针对性的做出短路预测。（1）科学计算短路电流。通过科学计算，最终能个得出相应的参数，而这些参数就是日后的设备选择与设计的标准参考。三相堆成短路的发生率比较低，在五个百分点以下，但是三相堆成电路如果发生故障，其后果是最严重的。因此，三相短路电流在整个接线形式、设备校验中都是重中之重的参考标准，只有满足了三相短路电流必要条件，才能对发生此短路的电路运行提供保证。（2）优化电气设备选择。当进行科学计算后，能够得到一个计算结果，根据这个计算结果来选用整个电气设备。在这个计算结果下，电气设备的整个工作电压与额定电流等都能满足实际需要，尤其是在故障时也能做到保障，

11、并且优化电器设备选择对整体经济效益以及系统的可靠性也是一次提高。在设备选择时，通常一种类型的设备都选用一个型号，比如一个GIS出线间隔采用3150A/50kA断路器等，那么相应的，避雷器的规格应该是204/532kV。第四节 完善配电装置设计要完善配电装置的设计。配电装置的功能就是对整个系统进行保护的设备，当电力系统某处发生故障时，可以立刻检测出故障发生并且就故障发生处进行故障源的切断，通过这种切断的方式来维持整个系统的正常工作。这种配电装置的设计必须要满足可靠性、灵活性以及安全性等方面的要求，对于配电装置的选取，也要结合具体情况。就一般情况来说，一个220KV的过电压控制水平在1.3p.u.

12、，220kV进出线间隔需设置避雷器，并且这些设备的绝缘设置要与规定相符，就比如内部绝缘对地额定冲击电压与避雷器动作过电压应的匹配系数最低要大于1.15等。就接地设计方面，作为避雷工作的重要部分，避雷针不仅要与地网相连，还要做到链接集中接地装置，其地体长度不低于十五米，接地阻值不超过10；避免反击现象出现，整个主变压器构架不用设置避雷针。从接地方面来说，要结合具体情况做好各个部分的配置，并且整个系统的站用照明等也要完善配电装置。第四章 220kV变电站遭受雷击的危害及原因第一节 雷击的危害雷击对整个变电站的危害十分巨大，有研究统计过，变电站的事故接近一半是由于雷击造成。当雷电打在变电站的设备上时

13、，会将设备进行击穿，导致整个绝缘子顺坏严重，可以说变电站的正常运行极大受到影响，并且雷云下的感应过电压等也会影响到电力设备的正常运行，由此可见对于雷击的危害整个电力系统企业应该着重关心。第二节 受雷击的原因一、感应过电压感应过电压是导致变电站受雷击的重要原因之一。其具体原理是静电感应，在雷云聚集下的架空导线会受到静电感应，其上方会聚集很多异性电荷，这些异性电荷依附于架空导线，这就导致了当发生打雷时，整个架空线路上的异性电荷得以释放，进而形成自由电荷，导致过电压的产生。二、直接雷过电压雷云放电中，雷电直击电力设备就叫做直接雷过电压，当雷电直击设备后，整个电力设备会受到巨大的打击，大量的电流进入设

14、备从而形成巨大电压。并且这些雷电形成的电流通过热效应，经常发生火灾等，对于整个变电站的安全运行是一次巨大的威胁。三、雷电波雷电波的就是由于以上两种雷击电压而产生的，这种雷电波会以架空线路为路线进入变电站内部，当整个变电站对于雷电的防护不达标时，也会造成整个变电站的部分电气设备损坏，经常导致电力事故的发生，很多企业因此而损失了大量的资金。第五章 220 kV变电站一次系统防雷保护设计要点及保护措施第一节 防雷设计要点一、避雷器种类要对变电站的防雷工作进行详细要求，当今的防雷方案大概有两方面：一方面是针对直击雷直击变电站；一方面是雷电波的入侵。就直击雷直击变电站来说，经常设立避雷针和避雷线。一般的

15、标准是220kv于110kv的全线设置避雷线,而不足35kv的不架设避雷线，使用避雷针做防雷措施。110kv以上的避雷针假设与房顶上作为架构避雷针。而在电雷波入侵防范方面，常常安装避雷器，避雷器主要是在电压过大时，通过避雷器进行放电，就减小了过电压，对整个电气设备的安全做了一次保障。避雷器种类：（1） 保护间隙：这种保护间隙与自动重合闸结合，其启动时间很久，残压高，又因为其断流能力不具备，所以经常残生续流。这种保护间隙无法对部分伏秒特性平坦的设备进行保护，这是由于其本身的特性导致的。（2）管式避雷器：就是保护间隙的一次升级版本，不足之处是其本身也会产生截波，影响设备绝缘。保护间隙和管式避雷器仅

16、仅使用在线路保护方面。（3）阀式避雷器：只用于220KV以下电力系统。（4）金属氧化物避雷器（MOA）：目前全球范围风评最好的避雷器，各个方面性能优异，多数变电站采用MOA作为防雷保护。二、避雷器的选择避雷器选择技术条件：（1）额定电压Un：与系统额定电压相等。（2）灭弧电压Umh：与避雷器产生的过电压作比较的参数（3）工频放电电压Ugf：中性点不接地电网中，Ugf要大于运行相电压最大值的3.5倍。中性点直接接地电网中，Ugf运行相电压最大值的的3倍。Ugf要大于1.8倍Umh（4）冲击放电电压Ucf：冲放电在1.5-20us内的最小放电电压值。该值一般已经做好适配工作。（5）残压Ure：Ur

17、e是冲击电流流过阀片上产生的电压降。安装原则：220kv于110kv的全线设置避雷线,而不足35kv的不架设避雷线，使用避雷针做防雷措施。110kv以上的避雷针假设与房顶上作为架构避雷针。第二节 保护措施一、进线保护在220kv变电站的防雷措施中，经常运用到进线保护技术。进线保护对通过避雷器的雷击电流幅值与雷电波做调试，通过这种进线保护，来对整个电气设备做保护。具体情况来说，当进线保护的规格不足时，雷击所形成的电流以及电波就会将整个变电站的设备造成影响。所以进线保护措施必须要严格执行。一般来说，在这种规模的变电站进出线处添加避雷线就可以做到一定的保护，而这种避雷线的实际安装位置也要结合实际情况

18、来确定，通常情况下安装位置选在出现一到二千米处的吸纳路上。二、内加装避雷针避雷针的安装也是一种高效的保护手段，通过安装避雷针，可以把雷电产生的电流传入地面，这样就能防范这些电流渗入各个设备而造成过高电压从而导致设备的顺坏。避雷针针对的是直接雷，通过安置避雷针，可以防范整个变电站中的电力设备与路线遭受直接雷的雷击，更进一步来说，避雷针并不会因为雷电直击而产生反击现象，综上所述，内加装避雷针对于整个变电站的防雷措施很有成效。同时，变电站的避雷针安装要特别注意，其与各个电力设备或电力电路的距离必须在五米及以上，同时避雷针引下线的接地电阻不能超过10Q，而且整个避雷针的安装必须要结合实际情况以及不同变

19、电站的具体需要，总而言之避雷针的安装得避免反击事故发生，只有满足了这些条件，220kv防电站的防雷水平才能得以提升，从而减少雷击以及其后果对变电站带来的危害。三、变压器保护变压器是整个变电站的重要一环，而能够对变压器造成危害的因素主要来源于雷电产生的雷电波，如果没有任何保护措施，雷电波进入变压器后，不仅极大的影响了变压器的工作效率，最严重的后果是变压器发生运行故障，导致整个变电站发生故障，从而使得变电站的安全性以及可靠性大大降低。所以防雷保护措施必须也要重视变压器保护。常用的方法有，在变压器附近安置避雷器，这些避雷器的功能就是针对雷电产生的雷电波，通过这些避雷器来避免雷电波入侵电压器。同样，加

20、装变压器避雷器也要注意很多方面，首先避雷器的连线长度越低越好，连线长度越低，雷电产生的电流压降也就越低，连线长度很低的避雷器可以为变压器提供更高水平的防雷保护。同时，变电站需要在每一组分段母线以及主母线上加装阀式避雷器，通过这些壁垒设备的安装来同时满足电气设备与变压设备的保护要求，并且，这些避雷器必须要连接到变电装置中的接地总网上，每一个连线必须满足最短接线长度的标准要求。防雷针的防雷效率要最大化，就要尽量满足防雷针的安装位置需求，越靠近受保护设备的中心位置，避雷针的防雷效果越好。还需要注意的是，避雷器的接地线与变压器外壳在安装时要与低压侧中性点连接到一起后，再接入地网。只有通过这样的操作，才

21、能更加提高变压器的防雷能力，从而为整个变电站提供一个安全可靠的高效工作环境。结束语220kv变电站的一次系统设计十分重要,可以说一次系统设计是整个变电站的生命关键。一次系统设计必须要做到合理完美，一个好的一次系统设计对于整个变电站的工作水平以及安全可靠性都是一次质的飞跃，要联系实际，选用适应情况的各种设备，不断优化连线模式，对于各个参数进行准确计算，科学地做出保护措施，让整个变电站高效进行工作。并且，除了对于220kv变电站的一次设计要重视之外，整个变电站的防雷工作也应该被划分到重心上面去，变电站的防雷水平如果不达标，那么影响的不单单是变电站的设备与经济损失，更重要的是极大程度的影响了人民的正

22、常生活用电，大范围的停电现象发生，整个供电系统不在可靠稳定。通过本文的描述，雷电对于变电站的主要威胁因素有感应过电压与雷电入侵波等等方面，本文也结合实际，就220kv变电站的防雷工作进行了细致的分析与说明，作者期望本文能够在各个电力企业进行防雷设计时起到一定的参考价值，从而提高220kv变电站整体的防雷水平。谢辞参考文献1郭约华.变电站一次系统电气主接线设计分析J.低碳世界,2020,10(11):77-78.2王树清,崔磊,曾江华,徐则诚,董晓宁,刘江.巴基斯坦卡洛特水电站电气一次设计J.水利水电快报,2020,41(03):86-91.3陈赛男.变电站一次系统电气主接线设计方案分析J.科技

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