某KV變電站初步設(shè)計河南理工

1、某110KV變電站初步設(shè)計摘要變電站作為電力系統(tǒng)中的重要組成部分，直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運行。本論文設(shè)計的中間變電站，不僅增強了當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且為當(dāng)?shù)氐墓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了足夠的電能，從而達(dá)到使本地區(qū)電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運行的目的。本論文通過對原始資料的分析及根據(jù)變電站的總負(fù)荷選擇主變壓器，同時根據(jù)主接線的經(jīng)濟(jì)可靠、運行靈活的要求，選擇了兩種主接線方案，并且進(jìn)行技術(shù)比較，淘汰較差的方案，確定了變電站的電氣主接線方案。其次進(jìn)行短路電流計算，從三相短路計算中得到當(dāng)短路發(fā)生在各自電壓等級的母線時，其短路穩(wěn)態(tài)電流和沖擊電流的值。再根據(jù)計算結(jié)果及電壓等級的額定電壓和最大持續(xù)工作電流進(jìn)行主要

2、電氣設(shè)備選擇及校驗（包括斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器等），其中也包括智能設(shè)備的選擇和校驗。最后，并繪制了電氣主接線圖、電氣總平面布置圖、防雷保護(hù)配置圖等相關(guān)設(shè)計圖紙。關(guān)鍵詞 電氣主接線設(shè)計 短路電流計算 電氣設(shè)備選擇 智能設(shè)備選擇1引言110KV降壓變電站作為一個中間變電站，將發(fā)電廠與負(fù)荷中心連接起來，起到了交換功率或長距離輸電線路分段的作用，它的投入使用給我們帶來了極大的便利。在我國，電力工業(yè)正迅速發(fā)展，因此對發(fā)電廠（變電所）的設(shè)計也提出了更高的要求，而在發(fā)電廠（變電所）的設(shè)計組成中，電氣設(shè)計是一重要組成部分，需要我們認(rèn)真地研究對待。隨著高新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，對電能質(zhì)量和供電可靠

3、提出了新的要求，高壓、超高壓變電站的控制和保護(hù)系統(tǒng)必須適應(yīng)這種新形勢，因此，改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高供電能力與可靠性以及綜合自動化程度，以滿足日益增長的社會需求是電力企業(yè)的首要目標(biāo)。在我國近幾年發(fā)展迅速，產(chǎn)品的更新?lián)Q代及定型也越來越快。從這幾年應(yīng)用和實踐看，數(shù)字化變電站給變電站設(shè)計安裝、調(diào)試和運行、維護(hù)、管理等方面都帶來了一系列自動化技術(shù)的變革。但是，目前國內(nèi)數(shù)字化變電站的運用還不夠成熟，因此，我們應(yīng)該努力朝著數(shù)字化變電站1，以及智能電網(wǎng)2方向發(fā)展。近年來110kV變電站的建設(shè)迅猛發(fā)展?？茖W(xué)的變電站設(shè)計方案能夠提升配電網(wǎng)的供電能力和適應(yīng)性，降低配電網(wǎng)損耗和供電成本，減少電力設(shè)施占地資源，體現(xiàn)“增容、

4、升壓、換代、優(yōu)化通道”的技術(shù)改造思路。同時可以增加系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約占地面積，使變電站的配置達(dá)到最佳，不斷提高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。為了保障我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，以及持續(xù)的城鎮(zhèn)化進(jìn)程，我國電力系統(tǒng)進(jìn)入了一個快速發(fā)展階段，電網(wǎng)建設(shè)得到進(jìn)一步完善。目前，我國110KV及以上變電站的智能化程度總體水平較低。所以迫切需要提高變電站的智能化水平。本次設(shè)計在一般變電站的基礎(chǔ)上增加智能化的設(shè)備，例如在110KV側(cè)智能斷路器，電子式互感器等，提高了變電站的智能化水平，迎合了國內(nèi)變電站的發(fā)展需求。在變電站自動化領(lǐng)域中，智能化電氣的發(fā)展，特別是智能化開關(guān)、光電式互感器等機電一體化設(shè)備的出現(xiàn)，變電站自動化技術(shù)即將進(jìn)入新

5、階段。變電站自動化系統(tǒng)是在計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它以其簡單可靠、可擴展性強、兼容性好等特點逐步為國內(nèi)用戶所接受，并在一些大型變電站監(jiān)控項目中獲得成功的應(yīng)用。隨著智能化開關(guān)，光電式電流電壓互感器、一次運行設(shè)備在線狀態(tài)檢測及自診斷、變電站運行操作培訓(xùn)仿真這些新技術(shù)的日趨成熟以及廣泛應(yīng)用必將對現(xiàn)有變電站自動化技術(shù)產(chǎn)生深刻的影響，帶來全數(shù)字化的變電站新概念。引入了智能化設(shè)備，提高變電站的綜合自動化水平3是本次設(shè)計的亮點。但從整體上來講，其設(shè)計與一般變電站相似，那么，本設(shè)計將分別闡釋原始資料，主接線設(shè)計，短路電流計算，相關(guān)電氣設(shè)備選擇，變電站的整體布置，配電裝置的安裝，以及保護(hù)監(jiān)測設(shè)

6、備的使用，還有母線選擇布置，無功補償?shù)鹊?。本設(shè)計將會全面的講述110KV降壓變電站的初步設(shè)計內(nèi)容，以及相關(guān)計算，選型和校驗。從經(jīng)濟(jì)型，安全性，可靠性，實用性等多方面考慮，認(rèn)真探討研究了110kv變電站的一次部分初步設(shè)計。2原始資料系統(tǒng)至110kV母線的短路容量1000MVA，功率因數(shù)為0.85。 最大負(fù)荷利用小時數(shù)為5000h/年，變電所10kV出線保護(hù)最長動作時間為1.5s。110kV架空線路兩回路供電，型號LGJ185，長度為25KM，；10kV側(cè)16回出線，功率因數(shù)為0.8：1# ：負(fù)荷為900kW，長度為3KM，負(fù)荷類型為民用；2# ：負(fù)荷為900kW，長度為3KM，負(fù)荷類型為民用、市

7、政；3# ：負(fù)荷為1000kW，長度為1.5KM，負(fù)荷類型為市政；4# ：負(fù)荷為1000kW，長度為1.5KM，負(fù)荷類型為市政；5# 、6# ：負(fù)荷為6000kW，長度為2.5KM，負(fù)荷類型為機械制造廠；7# 、8# ：負(fù)荷為1800 kW，長度為2KM，負(fù)荷類型為紡織廠；9# 、10#：負(fù)荷為 600 kW，長度為5KM，負(fù)荷類型為醫(yī)院；11#：負(fù)荷為 1000 kW，長度為4.5KM，負(fù)荷類型為機械加工廠；12#：負(fù)荷為 1000 kW，長度為4.5KM，負(fù)荷類型為食品加工廠；13# 、14#：負(fù)荷為950kW，長度為3KM，負(fù)荷類型為印染廠15# ：負(fù)荷為1600kW，長度為1.5KM，

8、負(fù)荷類型為化工廠；16# ： 負(fù)荷為1600kW，長度為1.5KM，負(fù)荷類型為化工廠。設(shè)計中應(yīng)考慮保證擴建時，不中斷原有負(fù)荷的供電，擴建后應(yīng)保證功率因素為0.9，該變電所海拔高度為1000M，歷史最高溫度為40攝氏度，最低溫度為-7攝氏度。最高月平均溫度為34攝氏度。該所附近地勢平坦，交通便利，可不考慮環(huán)境污染影響。3電氣主接線設(shè)計和選擇3.1概述電氣主接線是變電站電氣設(shè)計的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的確定對電力系統(tǒng)及變電所本身運行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，并且對電氣設(shè)備選擇，配電裝置布置，繼電保護(hù)和控制方式的擬定有較大影響。因此必須正確處理好各方面的關(guān)系，全面分析有

9、關(guān)影響，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，合理確定主接線。在選擇電氣主接線時，應(yīng)以下列各點作為設(shè)計依據(jù)：變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用，負(fù)荷大小和重要性等條件確定，并且滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性三項基本要求。1. 可靠性可靠性是電力生產(chǎn)和分配的首要要求。主接線首先應(yīng)滿足這個要求。主接線可靠性的具體要求：1) 斷路器檢修時，不宜影響對系統(tǒng)的供電2) 斷路器或母線故障以及母線檢修時，盡量減少停運的回路數(shù)和停運時間，并要保證對一級負(fù)荷及全部或部分二級負(fù)荷的供電。3) 盡量避免發(fā)電廠、變電所全部停運。2. 靈活性主接線應(yīng)滿足在調(diào)度、檢修及擴建時的靈活性。1) 調(diào)度時，應(yīng)可以靈活地投入和切除變壓器和線路，調(diào)配電源和負(fù)荷

10、，滿足系統(tǒng)在事故運行方式、檢修運行方式以及特殊運行方式下的系統(tǒng)調(diào)度要求。2) 檢修時，可以方便地停運斷路器、母線及其繼電保護(hù)設(shè)備，進(jìn)行安全檢修而不致影響電力網(wǎng)的運行和對用戶的供電。3) 擴建時，可以容易地從初期接線過度到最終接線，在不影響連續(xù)供電或停電時間最短的情況下投入新設(shè)備并且對一次和二次部分的改建工作最少。3. 經(jīng)濟(jì)性主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下，做到經(jīng)濟(jì)合理（1）投資省。1) 主接線應(yīng)力求簡單，以節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)、電流和電壓互感器、避雷器等一次設(shè)備。2) 要能使繼電保護(hù)和二次回路不過于復(fù)雜，以節(jié)省二次設(shè)備控制電纜。3) 如能滿足系統(tǒng)安全運行及繼電保護(hù)要求，110KV及以下

11、終端或分支變電所可采用簡易電器。（2）占地面積小。主接線設(shè)計要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，盡量使占地面積減少。（3）電能損失少。經(jīng)濟(jì)合理地選擇主變壓器的種類（雙繞組、三繞組、自耦變壓器），容量、數(shù)量，要避免兩次變壓器而增加電能損失。3.2電氣主接線方式的選擇3.2.1 電氣主接線根據(jù)電力系統(tǒng)和變電站具體條件確定的，它以電源和出線為主體，在進(jìn)出線較多時（一般超過4回），為便于電能的匯集和分配，常設(shè)置母線作為中間環(huán)節(jié)，使接線簡單清晰，運行方便，有利于安裝和擴建。本次所設(shè)計的變電站110KV進(jìn)出線有2回，10KV進(jìn)出線有16回，所以采用有母線的連接。（1）單母線接線優(yōu)點：接線簡單，操作方便，設(shè)備少、經(jīng)濟(jì)

12、性好，并且母線便于向兩端延伸，擴建方便。缺點：可靠性差。母線或母線格力開關(guān)檢修或故障時，所有回路都要停止運行；調(diào)度不方便，電源只能并列運行，并且線路側(cè)發(fā)生短路時，有較大的短路電流。所以這種接線形式一般只用在發(fā)電機容量小、太熟較多而符合較近的小型電廠和出現(xiàn)回路少，并且沒有重要負(fù)荷的發(fā)電廠和變電站中。（2）單母線分段接線 優(yōu)點：單母線用分段斷路器進(jìn)行分段，可以提高供電可靠性和靈活性，不致使重要用戶停電；缺點：這種接線當(dāng)進(jìn)出線較多或需要對重要負(fù)荷采用兩回出線供電時，增加了出線數(shù)目，且常使架空線交叉跨越，使整個母線系統(tǒng)的可靠性受到限制；適用范圍：在具有兩回進(jìn)線電源的條件下，采用單母線分段接線比較優(yōu)越。

13、1610KV配電裝置出線回路數(shù)為6回及以上時；2 35KV配電裝置出線回路數(shù)為48回時；110220KV配電裝置出線回路數(shù)34回時。（3）雙母線接線 雙母線接線有兩組母線，并且可以相互備用，兩組母線之間的聯(lián)絡(luò)，通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器來實現(xiàn)。具有供電可靠、調(diào)度靈活、擴建方便的優(yōu)點，與單母線接線相比，投資有所增加，但使運行的可靠性和靈活性大為提高。其缺點是：當(dāng)母線故障或檢修時，需要隔離開關(guān)進(jìn)行倒閘操作，容易發(fā)生誤操作事故，需要隔離開關(guān)和斷路器之間裝設(shè)可靠的聯(lián)鎖裝置，對運行人員的要求比較高。適用范圍：610KV配電裝置，當(dāng)短路電流較大，出線需要帶電抗器時，35KV配電裝置，當(dāng)出線回路數(shù)超過8回時或連接的

14、電源較多、負(fù)荷較大時；110220KV配電裝置，出線回路數(shù)為5回及以上時，或110220KV配電裝置在系統(tǒng)中站重要地位，出線回路數(shù)4回及以上時。（4）橋形接線當(dāng)只有兩臺變壓器和兩條線路時，宜采用橋型接線。內(nèi)橋接線在線路故障或切除、投入時，不影響其余回路工作，并且操作簡單；而在變壓器故障或切除、投入時，要使相應(yīng)線路短時停電且操作復(fù)雜。因而該接線一般適用于線路較長和變壓器不需要經(jīng)常切換的情況。外橋接線在運行中的特點與內(nèi)橋接線相反，使用于線路夾斷和變壓器需啊喲經(jīng)常切換的情況。橋形接線投資省，但可靠性不高，只使用于小容量發(fā)電廠或變電站。3.2.2 110KV側(cè)方案擬定方案一：采用單母分段接線考慮到11

15、0側(cè)只有兩條進(jìn)線，因而可以選用單母分段接線。其優(yōu)點是：單母線用分段斷路器進(jìn)行分段，可以提高供電可靠性和靈活性，不致使重要用戶停電；缺點是：這種接線當(dāng)進(jìn)出線較多或需要對重要負(fù)荷采用兩天出現(xiàn)供電時，增加了出現(xiàn)數(shù)目，且常使架空線交叉跨越，使整個母線系統(tǒng)的可靠性受到限制；方案二：內(nèi)橋型接線110KV側(cè)以雙回路與系統(tǒng)相連，只有兩臺變壓器，在線路故障或切除、投入時，不影響其余回路工作，而且線路較長，但不經(jīng)常投切，因此可采用內(nèi)橋式接線。優(yōu)點是：高壓器少，布置簡單，造價低，經(jīng)適當(dāng)布置可較容易地過渡成單母線分段或雙母線接線。缺點是：可考性不是太高，切換操作比較麻煩。對于110KV側(cè)來說，因而它要供給較多的一類、

16、二類負(fù)荷、因此其要求有較高的可靠性。對比以上兩種方案，單母分段接線供電可靠性、靈活性較差，橋型接線供電可靠性比單母分段接線高，且有利于以后擴建，而且比較簡單，設(shè)備少，投資也不大，因此，對于110KV側(cè)選用內(nèi)橋接線。3.2.3 10KV側(cè)主接線擬定方案一：單母分段接線優(yōu)點：單母線用分段斷路器進(jìn)行分段，可以提高供電可靠性和靈活性，不致使重要用戶停電；缺點：這種接線當(dāng)進(jìn)出線較多或需要對重要負(fù)荷采用兩天出現(xiàn)供電時，增加了出現(xiàn)數(shù)目，且常使架空線交叉跨越，使整個母線系統(tǒng)的可靠性受到限制；方案二：雙母線接線雙母線接線有兩組母線，并且可以相互備用，兩組母線之間的聯(lián)絡(luò)，通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器來實現(xiàn)。具有供電可靠、調(diào)

17、度靈活、擴建方便的優(yōu)點，與單母線接線相比，投資有所增加，但使運行的可靠性和靈活性大為提高。其缺點是：當(dāng)母線故障或檢修時，需要隔離開關(guān)進(jìn)行倒閘操作，容易發(fā)生誤操作事故，需要隔離開關(guān)和斷路器之間裝設(shè)可靠的聯(lián)鎖裝置，對運行人員的要求比較高。對比以上兩種方案，均能滿足主接線要求，但采用雙母線要經(jīng)濟(jì)性差，采用單母線分段技能滿足負(fù)荷供電要求，又節(jié)省大量資金，而且其中有重要負(fù)荷，此種接線能給重要負(fù)荷提供雙回路供電，所以這是一種較理想的接線方式。綜合以上所選主接線方式，畫出主接線圖，如圖所示。圖14主變壓器的選擇4.1 概述變壓器4是變電站中的主要電器設(shè)備之一，它的主要作用是變換電壓以利于功率的傳輸，電壓經(jīng)升

18、壓變壓器升壓后，可以減少線路損耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到遠(yuǎn)距離送點的目的。而降壓變壓器的容量、臺數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。因此，主變壓器的選擇除依據(jù)資料外，還取決于傳輸功率的大小，與系統(tǒng)的緊密程度，同時兼顧負(fù)荷的增長速度等方面，并根據(jù)電力系統(tǒng)510年發(fā)展規(guī)劃，綜合分析，合理選擇。否則，將造成經(jīng)濟(jì)技術(shù)上的不合理。如果變壓器容量選得過大、臺數(shù)過多，不僅增加投資，增大占地面積，而且也增加運行電能損耗，設(shè)備未能充分發(fā)揮效益；若容量選得小，將可能“封鎖”發(fā)電機剩余功率的輸出或者會滿足不了電站負(fù)荷的需要，這在技術(shù)上是不合理的。4.2 主變壓器的型號選擇4.2.1臺數(shù)由原始資料可知，我們本次設(shè)計

19、的變電站是一個110KV降壓變電站，主要是接受110KV的功率，通過主變向10KV線路輸送，是一個一般地區(qū)的變電站。由于出線有多回一類負(fù)荷，停電會對生產(chǎn)造成重大的影響。因此選擇主變臺數(shù)時，要確保供電的可靠性。為了提高供電的可靠性，防止一臺主變壓器故障或檢修時影響整個變電站的供電，變電站中一般裝設(shè)兩臺主變壓器，互為備用，可以避免因主變檢修或故障而造成對用戶的停電。而且該變電站的電源來自兩座變電站，即2有兩條進(jìn)線，所以選擇兩臺主變壓器。4.2.2容量主變壓器容量一般按變電站建成后510年的規(guī)劃負(fù)荷選擇，并適當(dāng)考慮到遠(yuǎn)期1020年的負(fù)荷發(fā)展，對于城郊變電站主變壓器容量應(yīng)與城市規(guī)劃相結(jié)合，該變電站近期

20、和遠(yuǎn)期負(fù)荷都已給定，所以，應(yīng)該近期和遠(yuǎn)期總負(fù)荷來選擇主變?nèi)萘?。對重要變電站，需要考慮當(dāng)一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量在計及過負(fù)荷能力允許時間內(nèi)，應(yīng)滿足一類及二類負(fù)荷的供電；對一般性變電站，當(dāng)一臺主變壓器停運時，其余變壓器應(yīng)能滿足全部負(fù)荷的70%80%。 所以選擇50MVA4.2.3相數(shù)，繞組數(shù)和聯(lián)結(jié)組號容量為300MW及以下機組單元接線的主變壓器和330KV及以下電力系統(tǒng)中，一般應(yīng)選用三相變壓器。因為單相變壓器組相對投資大、占地多、運行損耗也較大，同時配電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也增加了維修工作量，但是，由于變壓器的制造條件和運輸條件的限制，特別是大型變壓器需要考慮其運輸?shù)目赡苄?。因此本變電站?yīng)選用

21、三相繞組。而且因為該電站是110KV到10KV的降壓變電站，所以應(yīng)選用雙繞組。在發(fā)電廠和變電站中，一般考考慮系統(tǒng)或機組的同步并列要求以及限制3次諧波對電源的影響等因素，主變壓器聯(lián)結(jié)組號一般選用YNd11常規(guī)接線。綜上所述，主變壓器的型號選擇為SZ9-5000/110,115±8.25%/0.5KV，YNd11，Uk=15%。主變壓器參數(shù)表額定容量KVA額定電壓KV阻抗電壓%損耗W空載電流%高壓低壓空載短路500011510.5155000250004.05短路電流計算5.1 短路電流計算的目的在發(fā)電廠和變電所電氣設(shè)計中，短路電流計算是其中的一個重要環(huán)節(jié)，其計算的目的主要有以下幾個方面

22、：1、選擇電氣設(shè)備。在選擇各種電氣設(shè)備時，需要計算出可能通過電氣設(shè)備的最大短路電流及其產(chǎn)生的電動力效應(yīng)及熱效應(yīng)，以便檢驗電氣設(shè)備的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；2、配置和整定繼電保護(hù)裝置。系統(tǒng)中應(yīng)配置哪些繼電保護(hù)以及參數(shù)整定，都必須對電力系統(tǒng)各種短路故障進(jìn)行計算分析；3、選擇限流電抗器。當(dāng)短路電流過大時，會造成設(shè)備選擇困難或不經(jīng)濟(jì)，這時可在供電線路中串接電抗器來限制短路電流。通過短路電流的計算，決定是否使用限流電抗器，并確定所選電抗器的參數(shù)；4、確定供電系統(tǒng)的接線和運行方式。供電系統(tǒng)的接線和運行方式不同，短路電流的大小也不同。只有在計算出在某種接線和運行方式下的短路電流，才能判斷這種接線及運行方式是否合

23、理；5、 設(shè)計屋外高壓配電裝置時，需按短路電流為依據(jù)；接地裝置的設(shè)計，也需用短路電流。5.2 短路電流的計算條件驗算導(dǎo)體和電器時所用短路電流，一般有以下規(guī)定：1、計算的基本情況(1) 電力系統(tǒng)中所有電源均在額定負(fù)荷下運行：(2) 所有同步電機都具有自動調(diào)整勵磁裝置(包括強行勵磁)；(3) 短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間；(4) 所有電源的電動勢相位角相同：(5) 應(yīng)考慮對短路電流值有影響的所有元件，但不考慮短路點的電弧電阻。對異步電動機的作用，僅在確定短路電流沖擊值和最大全電流有效值時才予以考慮。2、接線方式計算短路電流時所用的接線方式，應(yīng)是可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式(即最大運行方式

24、)，而不能用僅在切換過程中可能并列運行的接線方式。3、計算容量應(yīng)按本工程設(shè)計規(guī)劃容量計算，并考慮電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃(一般考慮本工程建成后510年)。4、短路種類一般按三相短路計算。若發(fā)電機出口的兩相短路，或中性點直接接地系統(tǒng)以及自耦變壓器等回路中的單相(或兩相)接地短路較三相短路情況嚴(yán)重時，則應(yīng)按嚴(yán)重情況的進(jìn)行校驗。5、短路計算點在正常接線方式時，通過電器設(shè)備的短路電流為最大的地點，稱為短路計算點。對于帶電抗器的610kV出線與廠用分支線回路，在選擇母線至母線隔離開關(guān)之間的引線、套管時，短路計算點應(yīng)該取在電抗器前。選擇其余的導(dǎo)體和電器時，短路計算點一般取在電抗器后。5.3短路電流的計算過程

25、選取基準(zhǔn)容量，同時取各級電壓的平均額定值為基準(zhǔn)值，既有 再計算系統(tǒng)到母線的電抗標(biāo)幺值（雙回路供電）： 線路阻抗：變壓器電抗標(biāo)幺值：5.3.1 110kV側(cè)最大短路電流計算：1、 系統(tǒng)阻抗不并聯(lián)，合上聯(lián)絡(luò)斷路器時，阻抗圖如圖2所示：圖22、 系統(tǒng)阻抗不并聯(lián)，合上聯(lián)絡(luò)斷路器時，阻抗如圖3所示：圖33、 系統(tǒng)阻抗并聯(lián)，斷開聯(lián)絡(luò)斷路器時，如圖4所示圖4所以，的短路電流的有名值為3.98 kA。5.3.2 10KV側(cè)最大短路電流計算1、110KV側(cè)聯(lián)絡(luò)斷路器斷開，10KV聯(lián)絡(luò)斷路器合上時，阻抗如圖所示：圖52、110KV側(cè)聯(lián)絡(luò)斷路器合上，10KV聯(lián)絡(luò)斷路器斷開時，阻抗如圖6所示：圖6所以，綜合得，短路時

26、的最大短路電流的有名值為18.48 kA。5.4 額定電流計算5.4.1 110KV側(cè)額定電流計算 所以最大額定工作電流為 短路電流前面計算得：由此得沖擊電流為：5.4.2 10KV側(cè)額定電流計算所以最大額定工作電流為短路電流前面計算得 ： 由此得沖擊電流為：5.4.3 負(fù)荷側(cè)電流計算由于每回負(fù)荷線路斷路器可采用所有負(fù)荷中最大的負(fù)荷值計算，所以P=0.6MW所以最大額定工作電流為 短路電流前面計算得由此得沖擊電流為綜上所述，制成表格，如下列表所示：110KV側(cè)參數(shù)表額定電壓（kV）最大額定工作電流（kA）最大短路電流（kA）短路沖擊電流（kA）1100.123.9810.6910KV側(cè)上方額定

27、電壓（kV）最大額定工作電流（kA）最大短路電流（kA）短路沖擊電流（kA）101.3118.4849.6610KV側(cè)下方額定電壓（kV）最大額定工作電流（kA）最大短路電流（kA）短路沖擊電流（kA）100.0418.4849.666電氣設(shè)備的選擇和校驗6.1 智能斷路器和電子式互感器本設(shè)計110KV側(cè)采用了智能斷路器和電子式互感器，大大的提高了該變電站的智能化水平。6.1.1 智能斷路器智能斷路器11實現(xiàn)電子操動，變機械能為電容儲能，變機械傳動為變頻器經(jīng)電機直接驅(qū)動，機械運動部件減少到一個，機械系統(tǒng)的可靠性提高，智能斷路器具有數(shù)字化的接口，可以將位置信息、狀態(tài)信息、分合閘命令通過網(wǎng)絡(luò)方式傳

28、輸?？刂苹芈分须娮与娐返膲勖?、可靠性將成為智能斷路器技術(shù)工程化應(yīng)用的關(guān)鍵。（1）智能斷路器工作原理與工作模式智能斷路器是用微電子、計算機技術(shù)和新型傳感器建立新的斷路器二次系統(tǒng)。其主要特點是由電力電子技術(shù)、數(shù)字化控制裝置組成執(zhí)行單元，代替常規(guī)機械結(jié)構(gòu)的輔助開關(guān)和輔助繼電器。新型傳感器與數(shù)字化控制裝置相配合，獨立采集運行數(shù)據(jù)，可檢測設(shè)備缺陷和故障，在缺陷變?yōu)楣收锨鞍l(fā)出報警信號，以便采取措施避免事故發(fā)生。在目前階段，智能斷路器得到了相應(yīng)的發(fā)展，具有智能操作功能的斷路器是在現(xiàn)有斷路器的基礎(chǔ)上引入智能控制單元，它由數(shù)據(jù)采集、智能識別和調(diào)節(jié)裝置3個基本模塊構(gòu)成。工作原理見圖1，圖中實線部分為現(xiàn)有斷路器和變

29、電站的有關(guān)結(jié)構(gòu)和相互關(guān)聯(lián)。智能識別模塊是智能控制單元的核心，由微處理器構(gòu)成的微機控制系統(tǒng)，能根據(jù)操作前所采集到的電網(wǎng)信息和主控制室發(fā)出的操作信號，自動地識別操作時斷路器所處的電網(wǎng)工作狀態(tài)，根據(jù)對斷路器仿真分析的結(jié)果決定出合適的分合閘運動特性，并對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出調(diào)節(jié)信息，待調(diào)節(jié)完成后再發(fā)出分合閘信號;數(shù)據(jù)采集模塊主要由新型傳感器組成，隨時把電網(wǎng)的數(shù)據(jù)以數(shù)字信號的形式提供給智能識別模塊，以進(jìn)行處理分析;執(zhí)行機構(gòu)由能接收定量控制信息的部件和驅(qū)動執(zhí)行器組成，用來調(diào)整操動機構(gòu)的參數(shù)，以便改變每次操作時的運動特性。此外，還可根據(jù)需要加裝顯示模塊、通信模塊以及各種檢測模塊，以擴大智能操作斷路器的智能化功能。智

30、能斷路器基本工作模式是根據(jù)監(jiān)測到的不同故障電流，自動選擇操作機構(gòu)及滅弧室預(yù)先設(shè)定的工作條件，如正常運行電流較小時以較低速度分閘，系統(tǒng)短路電流較大時以較高速度分閘，以獲得電氣和機械性能上的最佳分閘效果。這種智能操作要求斷路器具有機構(gòu)動作時間上的可控性，目前斷路器常用的氣動操作機構(gòu)，液壓操作機構(gòu)和彈簧操作機構(gòu)由于中間轉(zhuǎn)換介質(zhì)等因素，控制時間離散性大，其運動特性很難達(dá)到理想的可控狀態(tài)。采取電磁操作機構(gòu)13的斷路器利用電容儲能、永磁保持、電磁驅(qū)動、電子控制14等技術(shù)，當(dāng)機構(gòu)確定后運動部件只有一個，沒有中間轉(zhuǎn)換介質(zhì)12，分合閘特性僅與線圈參數(shù)相關(guān)15，可以通過微電子技術(shù)來實現(xiàn)微秒級的控制，通過對于速度特

31、性控制實現(xiàn)斷路器的智能化操作16。智能操作斷路器的工作過程是:當(dāng)系統(tǒng)故障由繼電保護(hù)裝置發(fā)出分閘信號或由操作人員發(fā)出操作信號后，首先啟動智能識別模塊工作，判斷當(dāng)前斷路器所處的工作條件，對調(diào)節(jié)裝置發(fā)出不同的定量控制信息而自動調(diào)整操動機構(gòu)的參數(shù)，以獲得與當(dāng)前系統(tǒng)工作狀態(tài)相適應(yīng)的運動特性，然后使斷路器動作。隨著電力系統(tǒng)向大容量、超高壓和特高壓方向發(fā)展,電力設(shè)備越要求小型化、智能化、高可靠性。（2）智能斷路器技術(shù)的優(yōu)點和傳統(tǒng)的斷路器相比較，智能斷路器有著其自身的優(yōu)點:1、采用智能斷路器技術(shù)后，對于非故障性的操作，斷路器都可以在較低的速度下斷開，減少斷路器斷開時的沖擊力和機械磨損，從而提高斷路器的使用壽命

32、，在工程上達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。2、采用智能斷路器技術(shù)可以實現(xiàn)有關(guān)高壓開關(guān)設(shè)備的檢測、保護(hù)、控制和通信等智能化功能。3、傳統(tǒng)的重合閘采用重合閘繼電器，正常運行時，重合閘繼電器的電容進(jìn)行充電，當(dāng)發(fā)生故障斷路器斷開后，電容進(jìn)行瞬間放電從而到達(dá)重合目的，當(dāng)重合于故障時，由于電容未再進(jìn)行充電，因此重合閘只能進(jìn)行一次。采用智能斷路器技術(shù)后有可能改變目前的試探性自動重合閘的工作方式，實現(xiàn)自適應(yīng)自動重合閘，即做到在短路故障開斷后，如故障仍存在則拒絕重合閘，只有當(dāng)故障消失后才進(jìn)行重合。采用智能技術(shù)后就會避免傳統(tǒng)重合閘只能重合一次的弊端。4、實現(xiàn)定相合閘，降低合閘操作過電壓，取消合閘電阻，進(jìn)一步提高可靠

33、性;實現(xiàn)選相分閘，控制實際燃弧時間，使斷路器起弧時間控制在最有利于燃弧的相位角，不受系統(tǒng)燃弧時差要求限制，從而提高斷路器實際開斷能力。隨著微機技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，以及人工智能技術(shù)在產(chǎn)品研發(fā)和研究領(lǐng)域的應(yīng)用，能斷路器將會從簡單的采用微機控制取代傳統(tǒng)繼電器功能的單一封閉裝置，發(fā)展到具有完整的理論體系和多學(xué)科交叉的電器智能化系統(tǒng)，成為電氣工程領(lǐng)域中電力開關(guān)設(shè)備、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、工業(yè)供配系統(tǒng)及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)新的發(fā)展方向。（3）智能斷路器特點1、監(jiān)測控制回路特點以微電子、計算機技術(shù)和新型傳感器建立新的斷路器二次系統(tǒng)，實現(xiàn)斷路器的智能化，使其具有按電壓波形調(diào)節(jié)通斷角度

34、，精確控制通斷過程時間和滅弧室工況。電力電子裝置取代傳統(tǒng)的機械操動機構(gòu)，使斷路器動作性能大大提高。二次系統(tǒng)通過有效地監(jiān)視斷路器運行狀態(tài)，可以動態(tài)評估斷路器壽命，分析故障遮斷能力，實現(xiàn)斷路器運行監(jiān)視，進(jìn)行壽命周期評估和失效率評估，提高斷路器的可用率。主要的監(jiān)視環(huán)節(jié)有：統(tǒng)計動作次數(shù)。統(tǒng)計斷口開斷電流值。監(jiān)視通斷線圈電流波形，判斷故障。監(jiān)視滅弧室內(nèi)絕緣介質(zhì)的壓力、溫度及密度等。監(jiān)視觸頭通斷速度和操動機構(gòu)狀態(tài)。新型微控制器(DSP)的廣泛使用，使得上述功能的實現(xiàn)和完善成為可能。2、數(shù)據(jù)通信回路特點數(shù)字化變電站背景下的斷路器智能化使得斷路器線圈動作方式發(fā)生了根本變化。傳統(tǒng)斷路器動作信號由二次電纜傳遞至斷

35、路器控制箱，而智能化斷路器的控制信號依據(jù)IEC61850 規(guī)約中的GOOSE 通信協(xié)議，以通信報文形式通過變電站二次通信光纜傳遞至斷路器的智能控制器，不僅節(jié)省大量電纜而且其可靠性和實時性都得到極大提高。6.1.2 電子式互感器目前電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用常規(guī)電磁式電流、電壓互感器或電容式電壓互感器,因系統(tǒng)電壓增高,使互感器的絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積增加,造價也隨之升高,同時電磁式互感器還有磁飽和、鐵磁諧振、動態(tài)范圍小等缺點,難以滿足電力系統(tǒng)應(yīng)用的發(fā)展要求。而新型電子式互感器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、抗電磁干擾、不飽和及易于數(shù)字信號傳輸,能順應(yīng)電力工程的發(fā)展要求。新型互感器大致可分為兩類：一是電子式互感器；二是光電

36、式互感器。電子式互感器的傳感原理與傳統(tǒng)互感器的相同，即應(yīng)用變壓器原理、分壓器原理，有的也用霍爾效應(yīng)。與傳統(tǒng)互感器的區(qū)別只是它的傳感器部分不傳送功率而只送信號，再由電子放大后送到負(fù)荷，它依靠光導(dǎo)纖維傳遞光信號，并作為互感器高低壓側(cè)之間的絕緣。光電式電流互感器的原理是：利用材料的慈光效應(yīng)或光電效應(yīng)，將電流的變化轉(zhuǎn)換成激光或光波，經(jīng)過光通道傳送到低壓側(cè)，再轉(zhuǎn)變成電信號經(jīng)放大后供儀表和繼電器使用。光電式電壓互感器是利用材料的泡克耳斯效應(yīng)，材料在電場作用下，出現(xiàn)雙折射作用，兩種折射率之差 與電場強度E成正比，通過 波長板和檢光板變成強光信號輸出。（1）電子式互感器標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)電子式互感器必須在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范下進(jìn)行

37、設(shè)計、制造、試驗和運行, IEC6004427電子式電壓互感器、IEC6004428電子式電流互感器、IEC61850變電站網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)等標(biāo)準(zhǔn)的相繼頒布,相應(yīng)國標(biāo)報批稿也已經(jīng)定稿,為電子式互感器的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。（2）電子式互感器與常規(guī)互感器的對比1、定義的區(qū)別根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)描述,電子式互感器是具有模擬量電壓或數(shù)字量輸出,供頻率15100 Hz 的電氣測量儀器和繼電保護(hù)裝置使用的電流電壓互感器?？梢娖涔δ?、應(yīng)用范圍和常規(guī)互感器完全一致,區(qū)別在于輸出量,是可供二次設(shè)備直接使用的模擬電壓信號或數(shù)字量,如電子式電流互感器(ETA) 模擬量輸出標(biāo)準(zhǔn)值為22. 5 ,150 ,200 ,225 mV (測量

38、用) 和4 V (保護(hù)用) , 數(shù)字量輸出標(biāo)準(zhǔn)值為2D41H (測量用) 和01CFH(保護(hù)用) ,而常規(guī)電流互感器(常規(guī)TA) 輸出為電流信號,這直接導(dǎo)致了包括設(shè)備銘牌參數(shù)在內(nèi)的一系列不同,如電子式互感器可根據(jù)需要通過軟件設(shè)定變比,而不再使用常規(guī)形式如600/ 300/ 5來定義。電子式互感器的精度等級與常規(guī)的差別不大。以電流互感器(TA) 為例,測量用TA 的標(biāo)準(zhǔn)精度為0. 1 ,0. 2 ,0. 5 ,1 ,3 ,5 級,供特殊用途的為0. 2S 和015S 級; 保護(hù)用TA 的標(biāo)準(zhǔn)精度為5P , 10P , 和5 TPE ,其中5 TPE 的特性考慮短路電流中有非周期分量的暫態(tài)情況,其

39、穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)誤差限值分別與5P級、TPY級常規(guī)TA 相同。2、結(jié)構(gòu)的區(qū)別ETA結(jié)構(gòu)，在高電位等勢體內(nèi),完成一次電流傳變、二次信號采集、數(shù)字信號調(diào)制和光信號輸出,光纖從等勢體出線,通過絕緣支柱走線到地電位,進(jìn)入光纜引至位于集控室的合并器單元。常規(guī)TA 不論正置式或倒置式,都要把地電位引至二次線圈,使高低電位之間的絕緣距離為線圈內(nèi)半徑。因采用光纖絕緣體,電子式互感器將高低電位間的絕緣距離擴大至整支絕緣柱高度。3、性能的區(qū)別1) 絕緣性能 由前文可知,電子式互感器的絕緣性能遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)互感器,尤其在超、特高壓系統(tǒng)中,它的應(yīng)用將使其可靠性得到極大提高。2) 系統(tǒng)精度 應(yīng)用常規(guī)互感器的系統(tǒng)存在若干獨立誤差環(huán)

40、節(jié),如二次小信號變換誤差、采樣誤差、傳輸誤差等,且互感器要求暫態(tài)試驗,但二次小信號傳變器的暫態(tài)特性往往不能滿足要求,從而增加了系統(tǒng)誤差。而對于電子式互感器,其額定誤差是指數(shù)字信號與標(biāo)準(zhǔn)一次信號間的比差和相角差,即以上沒有被計入常規(guī)互感器誤差項目,在電子式互感器誤差中被計入,其輸出直接供給二次設(shè)備使用,降低了系統(tǒng)誤差。3) 負(fù)載特性 常規(guī)互感器對負(fù)載要求嚴(yán)格, TA二次不能開路,電壓互感器( TV) 二次不能短路,負(fù)載特性試驗要在額定負(fù)載下完成。電子式互感器輸出為數(shù)字量,通過光纖傳遞至二次設(shè)備而基本無損耗,無負(fù)載要求,避免了可能導(dǎo)致危及設(shè)備或人身安全的問題。4) 體積造價 常規(guī)互感器為滿足絕緣、

41、負(fù)荷和暫態(tài)等方面要求,設(shè)備體積較大,且隨著電壓等級上升,體積越加龐大,造價昂貴。而ETA 由于采用的羅哥夫斯基線圈為非磁性線圈,不會出現(xiàn)磁飽和及磁滯現(xiàn)象,具有良好的線性度和暫態(tài)特性,用于保護(hù)可輕易達(dá)到5 TPE 級而體積很小;用于測量計量的低功率鐵心線圈,輸出功率微小,因此可用較小的截面達(dá)到精度要求。在超高壓和特高壓等級,電子式互感器的體積造價均遠(yuǎn)小于常規(guī)互感器。4應(yīng)用的區(qū)別常規(guī)互感器二次輸出側(cè)以1 A 、5 A或100 V 的信號形式與電能表計、控制保護(hù)等二次設(shè)備相連接,目前絕大多數(shù)二次設(shè)備廠商提供的產(chǎn)品也是按此匹配的。而電子式互感器的二次輸出參數(shù)則完全不同,繼電保護(hù)、計量儀表及測控裝置等二

42、次裝置適合數(shù)字化,與電子式互感器的應(yīng)用較為接近。因此,互感器的精度等級、二次側(cè)輸出參數(shù)和與之相連的二次設(shè)備匹配和無縫連接,是電子式互感器應(yīng)用于工程的關(guān)鍵所在。6.2 電氣設(shè)備選擇的一般條件電氣設(shè)備總是在一定的電壓、電流、頻率和工作環(huán)境下工作的，電氣設(shè)備的選擇除了滿足正常工作條件下安全可靠運行，還應(yīng)滿足在短路故障條件下不損壞，開關(guān)電器還必須具有足夠的斷流能力，并適應(yīng)所處的位置（戶內(nèi)或戶外）、環(huán)境溫度，海拔高度及防塵、防火、防腐、防爆等環(huán)境條件。1、 按環(huán)境條件選擇電氣設(shè)備。根據(jù)電氣裝置所處的位置（戶內(nèi)或戶外）、使用環(huán)境和工作條件，選擇電氣設(shè)備的型號；2、 按工作電壓選擇電氣設(shè)備的額定電壓 ，電氣

43、設(shè)備的額定電壓 應(yīng)不低于其所在電網(wǎng)的額定電壓U，即 ；3、 按長期工作電流選擇電氣設(shè)備的額定電流 ，電氣設(shè)備的額定電流應(yīng)不小于通過它的長時最大工作電流（即30min平均最大負(fù)荷電流，以 表示），即 4、按短路條件校驗電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。為保證電氣設(shè)備在短路故障時不致?lián)p壞，就必須按最大可能的短路電流校驗電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定，即 ， ；5、 開關(guān)電器斷流能力的校驗。斷路器和熔斷器等電氣設(shè)備負(fù)擔(dān)著切斷短路電流的任務(wù)，通過最大短路電流時必須可靠切斷，包括開斷電流和短路關(guān)合電流的校驗，即 ， 。 智能斷路器與電子式互感器的選型與傳統(tǒng)的選型相似，基本可以參照普通的選型。6.3 相關(guān)電氣設(shè)備選擇和

44、校驗6.3.1 電流互感器選擇1、110KV側(cè)電子式電流互感器1) 選擇：型號為HT E CT-110額定電壓：110KV額定電流：600A熱穩(wěn)定電流：12KA, 1S動穩(wěn)定電流：30KA2) 校驗：電壓：(110KV=110KV)電流： (600A>120A)動穩(wěn)定: (30KA>10.69KA)熱穩(wěn)定： (為繼電保護(hù)動作時間， 為斷路器固有分閘時間，為斷路器開端時電弧持續(xù)時間) 因為 所以 = = =3.98*3.98*1.62 =25.66 綜合考慮得：110KV側(cè)電流互感器20為 HT E CT-110 ;600/5;10P/10P/0.5/0.22、10KV側(cè)電流互感器1

45、）10KV上側(cè)1選擇： 型號為 LZZBJ9-10額定電壓：10KV額定電流：2000A熱穩(wěn)定電流：100KA, 1S動穩(wěn)定電流：160KA2) 校驗：電壓：(10KV=10KV)電流： (2000A>1310A)動穩(wěn)定: (160KA>49.66KA)熱穩(wěn)定： (為繼電保護(hù)動作時間， 為斷路器固有分閘時間，為斷路器開端時電弧持續(xù)時間) 因為 所以 =341.5 2）10KV下側(cè)1選擇： 型號為 LZZBJ9-10額定電壓：10KV額定電流：600A熱穩(wěn)定電流：65KA, 1S動穩(wěn)定電流：130KA2校驗：電壓：(10KV=10KV)電流： (600A>40A)動穩(wěn)定: (1

46、30KA>49.66KA)熱穩(wěn)定： (為繼電保護(hù)動作時間， 為斷路器固有分閘時間，為斷路器開端時電弧持續(xù)時間) 因為 所以 = = =341.5 6.3.2 電壓互感器選擇1) 110KV側(cè)電子式電壓互感器選擇：型號為 HT E VT-110 2) 10KV側(cè)電壓互感器選擇： 型號為 JDZ-10 6.3.3 斷路器選擇1、110KV側(cè)智能斷路器1) 選擇： PASS M0 額定電壓：110kV 額定電流：2000A 額定開斷電流：40kA 極限通過電流：80kA 熱穩(wěn)定電流：40kA, 4S2) 校驗：額定電壓：(110kV=110kV)額定電流： (2000A>120A)開斷電

47、流： (40kA>3.98kA)動穩(wěn)定: (80kA>10.69kA)熱穩(wěn)定： (為繼電保護(hù)動作時間， 為斷路器固有分閘時間，為斷路器開端時電弧持續(xù)時間) 因為 所以 = = =25.66 2、10KV側(cè)斷路器1）10KV靠近變壓器側(cè) 1選擇：型號為 VD4-12/3150A 額定電壓：10kV 額定電流：3.15kA 額定開斷電流：50kA 極限通過電流：125kA 熱穩(wěn)定電流：50kA,4S 2校驗：額定電壓：(10kV=10kV)額定電流： (3150A>1310A)開斷電流： (125kA>49.66kA)動穩(wěn)定: (80kA>10.69kA)熱穩(wěn)定： (

48、為繼電保護(hù)動作時間， 為斷路器固有分閘時間，為斷路器開端時電弧持續(xù)時間) 因為 所以 = = =341.5 (2)負(fù)荷側(cè)1選擇：型號為 ZN5-10/630 額定電壓：10kV 額定電流：630A 額定開斷電流：20kA 極限通過電流：50kA 熱穩(wěn)定電流：20kA, 4S2校驗：額定電壓：(10kV=10kV)額定電流： (630A>40A)開斷電流： (20kA>18.48kA)動穩(wěn)定: (125kA>49.66kA)熱穩(wěn)定： (為繼電保護(hù)動作時間， 為斷路器固有分閘時間，為斷路器開端時電弧持續(xù)時間) 因為 所以 = = =341.5 6.3.4 隔離開關(guān)的選擇1、110KV側(cè)隔離開關(guān)1) 選擇： GW4-110D/1000-80 額定電壓：110KV 額定電流：1000A 極限通過電流：80KA 熱穩(wěn)定電流：21.5KA, 5S2) 校驗：額定電壓：(110kV=110kV)額定電流： (1000A>120A)動穩(wěn)定: (80kA>10.69kA)熱穩(wěn)定： (為繼電保護(hù)動作時間， 為斷路器固有分閘時間，為斷路器開端時電弧持續(xù)時間) 因為 所以 = = =25.66 2、10KV側(cè)接地開關(guān)GN2-10/2000-851) 選擇：型號為 GN2-10/2000-85額定電壓：10KV額定電流：2000A極限通過電流：85KA熱穩(wěn)定電流：51KA,5