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摘要：变电站是供电环节中最为重要的部分，它主要是将电力资源的电压进行调节，然后按照不同的需求输送给用户。变电站电压的转换以及输电等环节，都离不开变电站的电气一次设备等设施，所以这些设备的工作情况将会对变电站的正常工作产生极大的影响。本文主要探究了变电站电气一次设计的基本要求，现状及其雷击问题的优化对策。
关键词：变电站；电气设计；雷击防护
引言：随着我国社会经济的迅猛发展，电力产业逐渐成为热点产业，并被人们高度关注，这就使得变电站电气一次设计存在的问题不断显露。为了提高变电站的服务质量，电力企业必须重视变电站电气的一次设计。由此可见，详细研究变电站电气一次设计现状及改善对策是非常必要的，它能够在一定程度上提高变电站的服务质量，从而满足人们的用电需求。
一、变电站电气一次设计的基本要求
变电站电气一次设计是变电站提高服务质量的重要基础，对其提高重视，不仅能够扩充变电站的功能，还能够促进变电站运行的稳定性。因此，在实际设计的过程中，不可盲目进行，需要按照基本要求内容进行设计。以下对变电站一次设计的基本要求进行分析。首先，接线方式的选择要合理化、标准化。由于变电站在电力系统中有着重要作用，如果使用不合格的接线方式那么就会对变电站的运行操作影响，所以要注重接线方式，保证变电站能够安全稳定的运行。其次，变电站的设计要在满足地方用电需求的基础上进行，结合实际情况对设计内容进行完善。再次，变电站的设计结构的好坏，也关系到其服务质量的高低，因此，在结构设计的过程中，要合理的选择电气机械，保证电气机械具有良好的综合性能，以此减少不必要的经济投入。最后，在变电站内部设计的过程中，电气设计尤为重要，合理的电气设备能够保证变电站安全稳定的运行。所以，电力企业要对变电站内部电气进行科学的设计，只有这样，才能够使变电站的作用得到全面的发挥。
二、变电站电气一次设计现状分析
1、主接线设计问题
变电站运行的稳定性和安全性是促进其服务质量提升的基础，由于电力系统涉及的范围较为广泛，其主接路线较为复杂，这不仅提高了设计难度，还增加了相关费用，同时对变电站的设计还有着一定的影响。另外，对于电力系统的维护而言，仍缺乏成熟的技术，尤其是复杂线路的维护，其难度较大，这些问题均会对变电站一次设计造成影响。
2、电气设备选用问题
变电站的功能是改变电压，所以相关变电站的设备包括断路器、隔离开关、变压器以及电流互感器，该方面设备的选择比较统一，然而在电气的选择上则存在一定难度。电气的选择主要通过短路电流计算后的结果分析确定。如果相关计算产生失误，造成设备选择不当，则影响到线路的安全性，容易发生线路烧毁的情况，使得设备的使用寿命受到影响，甚至埋下重大事故的安全隐患。
3、雷击问题
雷电是雷云层接近大地时，地面感应出相反电荷，当电荷积聚到一定程度，产生云和云之间以及云和大地之间放电，迸发出光和声的现象。供电系统在正常运行时，电气设备的绝缘处于电网的额定电压作用之下，但是由于雷击的原因，供配电系统中某些部分的电压会大大超过正常状态下的数值，通常情况下变电站雷击有两种情况：一是雷直击于变电站的设备上，二是架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电站。其具体表现形式如下：
（1）直击雷过电压。雷云直接击中电力装置时，形成强大的雷电流，雷电流在电力装置上产生较高的电压，雷电流通过物体时，将产生有破坏作用的热效应和机械效应。
（2）感应过电压。
当雷云在架空导线上方，由于静电感应，在架空导线上积聚了大量的异性束缚电荷，在雷云对大地放电时，线路上的电荷被释放，形成的自由电荷流向线路的两端，产生很高的过电压，此过电压会对电力网络造成危害。
（3）雷电侵入波。架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电站，是导致变电站雷害的主要原因，若不采取防护措施，势必造成变电站电气设备绝缘损坏，引发事故。
三、变电站中雷击问题的优化对策
变电站电气一次设计中主要存在主接线设计问题、电气设备选用问题以及雷击问题，下面主要对雷击问题的优化对策进行分析。
1、避雷针设置
避雷针是有效防护直接雷击的手段，在户外变电站上均应安装避雷针预防直接雷击。在安装之前，必须调研变电站的占地面积、地形地貌以及周围建筑物的高度和分布情况，在此基础上，通过雷电防护设计来计算避雷针的安装数量和位置。户外变电站的避雷针一般都安装在专用铁塔上，避雷针针长为1～2m，采用圆钢时直径应大于20mm。现在市场上出现了许多非常规避雷针，目前还没有通过实践证明其效果和经济性优于常规避雷针，我国及IEC国际防雷标准都没有推荐使用。这一点在雷电防护设计中认真考虑，在变电站雷电防护中更应该引起注意。避雷针不仅是最有效的防雷击手段，也是最广为人知的防雷手段。避雷针的原理很简单，即有带电云块出现在避雷针上空时，地面上因大气中出现带电云块而感应到的电荷积累到避雷针上，由此形成尖端放电。此时，避雷针是保护范围的最高点，其他物体受避雷针保护则不会受到直接电击。只要设计合理，静电感应过电压和电磁感应过电就会在安全范围以内。
2、安装独立接闪杆
为了能够更好地防止变电站遭受雷击，安装独立的接闪杆是最好的方法。为了更好地防止直接遭受雷击，尤其应该采用独立的接闪杆进行全方位地保护。在对户外变电站独立接闪杆进行安装之前，都应该对变电站中的各种情况进行全方位地调研。包括变电站整体的占地面积、变电站周围建筑的分布情况、变电站的高度和变电站周围的地形地貌等信息。只有充分了解了这些相关的信息后，才能够方便我们更好地对独立接闪杆的数量进行准确的计算，并更加科学有效地设计独立接闪杆，最终能够便于安装。
3、雷电防护接地
雷电防护接地是指为防止雷击事故，通过一定的技术手段，将直接雷击后产生的数十至数百kA的电流通过引下线接入大地。只有能够在发生直接雷击后，防止产生的静电感应过电压与电磁感应过电压引起危害，才能算是合格的接地。目前国际上通用的接地电阻值设计规范规定为不大于10Ω。接地电阻值越小，直接雷击诱发的静电感应过电压和电磁感应过电压危害越小。比如，雷电电流幅值和接地电阻值分别为60Ω和30Ω时，对地面的电压可达1800kV；当接地电阻值变为10Ω时，对地面的电压则只有600kV。前者产生的跨步电压比后者多了三分之二。由此可见，接地措施的重要性。为了防止雷击的威化扩大，必须做好接地措施并改善不合理的设计，所以变电站的雷电防护接地设计一定要和相关设计规范的要求保持一致。
四、结束语
综上所述，作为变电站建设的重要基础，变电站的电气一次设计的合理与否直接关系到变电站的投资成本以及后期的使用体验。所以，电气设计者在进行电气一次设计的时候要从实际电力情况出发，按照本地区的电力供需情况设定变电站规模，本着安全第一的原则进行总体设计，在此之后，再进行电力设备、主接线、防雷等具体的设计工作。
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