牛莊變電站110kV系統(tǒng)改造的研究及可靠性分析

人們開始越來越關(guān)注電力系統(tǒng)的供電可靠性和供電質(zhì)量，電力行業(yè)也面臨了很多機遇和挑戰(zhàn)。目前各地市供電公司都開始加快了對城市和農(nóng)村電網(wǎng)的改造。改造老化設(shè)備，引進新型可靠性高的配電裝置成為了電力系統(tǒng)改造浪潮中的主流。因此有必要對提高電力配網(wǎng)可靠性的技術(shù)措施進行探討，從而達到配網(wǎng)建設(shè)符合國民經(jīng)濟發(fā)展需求的目標(biāo)。本文針對焦作地區(qū)牛莊變電站電氣設(shè)備老化、供電不足的現(xiàn)象，從安全性、效能與成本、政策適應(yīng)性三個方面分別討論，提出對牛莊變電站配電裝置進行改造；選擇單母二分段接線形式作為牛莊變電站110kV的電氣主接線；將110kV母線出作為短路點，進行110kV短路計算；根據(jù)短路計算數(shù)據(jù)結(jié)果，進行了110kV斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、避雷器的選擇；總結(jié)了現(xiàn)階段定量計算變電站可靠性的方法，建立了可靠性模型，并選擇最小割集算法作為本文計算可靠性的依據(jù)，最后通過對牛莊變電站可靠性定量分析，驗證了進行110kV配電裝置GIS改造后可靠性大幅度提高。關(guān)鍵詞：配電裝置；GIS;可靠性；變電站IElectricpowerindustryistheforerunnerofthenaChina'seconomicdevelopmentandpeople'slivingsthecountriesarebeginningTransformationofagingequipmentandintroductionofnewhigh-reliabidistributionunitsbecomethemainstreaminthewaveofelectricitydistributionnetworktoachievethegoalthatdistbeinlinewiththeneedsofnationaleconomicnthispaper,takingintoaccountofelectricalequipmentagingafcostandpolicyflexibility.ThetransformationofsubstationdistributNiuzhuangisproposed.Asinglemotherintheformoftwo110kVsegmentedbusesisresultsoftheshort-circuitcalcucalculationmethodofsubstationreliabilityissummarized.Thenareliabilitymominimalcutsetsalgorithmisproposed.Finally,quantitativeanalysisofKeywords:distributioI華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 Abstract 1.1課題的研究意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.2.2可靠性算法研究現(xiàn)狀 51.3本文主要工作 6第2章牛莊變電站現(xiàn)狀及改造必要性 72.1牛莊變電站現(xiàn)狀 72.1.1電氣一次部分 72.1.2其他部分 82.2牛莊變電站改造必要性 92.2.1安全性分析 92.2.2效能與成本分析 2.2.3政策適應(yīng)性分析 2.2.4決策 2.3牛莊變電站改造目標(biāo)及原則 12.4牛莊變電站改造方案的選擇 2.4.1項目可選技術(shù)方案 2.4.2技術(shù)方案比選 2.4.3技術(shù)方案選擇 2.5牛莊變電站改造規(guī)模 2.6本章小結(jié) 3.1主接線的選擇 3.1.1電氣主接線的設(shè)計原則 3.1.2電氣主接線的基本要求 3.1.3牛莊變電站電氣主接線的形式 3.2短路電流的計算 3.3主要電氣設(shè)備的選擇 3.3.1電氣設(shè)備選擇的一般條件 3.3.2斷路器的選擇 3.3.3隔離開關(guān)的選擇 3.3.4電流互感器的選擇 3.3.5電壓互感器的選擇 3.3.6避雷器的選擇 3.4二次及其他部分 3.4.1電氣二次部分 3.4.2土建部分 3.4.3調(diào)度自動化部分 3.4.4通信部分 I華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文3.5本章小結(jié) 第4章可靠性分析算法 4.1供電可靠性的評價指標(biāo) 4.1.1一般的可靠性指標(biāo) 4.1.2電力系統(tǒng)的可靠性指標(biāo) 34.2理論算法 4.2.1可靠性模型的建立 4.2.2可靠性評估算法 4.2.3考慮保護裝置的影響 4.2.4對可靠性的靈敏度分析 4.3本章小結(jié) 第5章牛莊變電站的可靠性分析 5.1牛莊變電站電氣主接線簡介 5.1.1牛莊變電站主接線概況 5.1.2牛莊變電站主接線形式特點分析 5.1.3其他主接線形式特點比較 5.2牛莊變電站的可靠性定量分析 5.2.1基本參數(shù) 5.2.2保證一條出線能正常供電的可靠性指標(biāo) 5.2.3保證所有出線不停電時的可靠性指標(biāo) 5.2.4GIS改造對可靠性的影響分析 5.3本章小結(jié) 6.1結(jié)論 6.2展望 參考文獻 作者簡介 第一章緒論電力工業(yè)是國民經(jīng)濟的先導(dǎo)[1-2]。近年來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們開始越來越關(guān)注電力系統(tǒng)的供電可靠性和供電質(zhì)量，電力行業(yè)也面臨了很多機遇和挑戰(zhàn)[3-5]。目前我國正處于工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型期，而焦作作為河南的工業(yè)基地，第一、第二產(chǎn)業(yè)正穩(wěn)步發(fā)展，新興工業(yè)方興未艾，用電量逐年迅猛增長，這對于焦作地區(qū)電力行業(yè)來說，可謂喜憂參半。喜的是，用電量猛增與近些年經(jīng)濟高速增長和居民用電市場被激活直接相關(guān)，缺電發(fā)出了經(jīng)濟增長的強烈信號，是電力系統(tǒng)發(fā)展的重要機遇。憂的是，一些地區(qū)工業(yè)生產(chǎn)因缺電已經(jīng)受到一定影響?？梢哉f，電力需求增長迅速是一個好現(xiàn)象，是綜合實力增強、經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平提高的一個重要標(biāo)志。但電力發(fā)展不能拖累經(jīng)濟發(fā)展，電力發(fā)展要為經(jīng)濟發(fā)展提供一個較寬松的背景，這就給電力行業(yè)提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。因此，各地市供電公司都開始加快了對城市和農(nóng)村電網(wǎng)的改造。改造老化設(shè)備，引進新型可靠性高的配電裝置成為了電力系統(tǒng)改造浪潮中的主流。特別是中原經(jīng)濟區(qū)建設(shè)被納入國家發(fā)展戰(zhàn)略這一舉措，必然會加快焦作地區(qū)小城鎮(zhèn)的建設(shè)，也將有利于促進城鄉(xiāng)一體化進程、打破城鄉(xiāng)二元經(jīng)濟格局，促進焦作經(jīng)濟社會更快更好的焦作人口眾多，隨著城鎮(zhèn)化進程的加快，工業(yè)和居民用電比重將會繼續(xù)穩(wěn)步提高，這也可能導(dǎo)致電量的更快增加。牛莊變電站位于焦作市區(qū)長青路中段，占地面積8268.8平方米，于1977年5月31日建成投運，主要擔(dān)負著市區(qū)東部的工業(yè)、農(nóng)業(yè)及居民生活用電。雖然牛莊變電站經(jīng)過多次單體設(shè)備改造，但是整體設(shè)備狀況水平較差，不能滿足電網(wǎng)運行的可靠性要求。站內(nèi)構(gòu)支架已經(jīng)老化且出現(xiàn)裂痕，存在嚴重的安全隱患，對牛莊變電站的改造迫在眉睫。同時，我們也應(yīng)該對提高配電網(wǎng)可靠性的技術(shù)措施進行探討，從而達到配網(wǎng)建設(shè)符合國民經(jīng)濟發(fā)展需求的目標(biāo)。由于生活質(zhì)量的提高，人們對供電質(zhì)量以及供電可靠性的要求越來越高，這就要求發(fā)供電企業(yè)進一步提高供電可靠性。因此，需要對現(xiàn)有變電站進行配電裝置的改造增容，需要對配電裝置的可靠性進行研究。對可靠性的研究，美國、英國、加拿大等發(fā)達國家起步較早。這些國家甚至將供電可靠性作為配電網(wǎng)調(diào)度決策的一項重要依據(jù)，還設(shè)立專項部門負責(zé)整理電網(wǎng)可靠性數(shù)據(jù)，研究配電裝置的可靠性，建立可靠性研究的評估指標(biāo)體系。這些舉措都使得可靠性1萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)的研究取得了很好的成果，供電可靠性得到了很大的提高，同時也提高了電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)濟效益。我國關(guān)于供電可靠性的研究，較發(fā)達國家起步有些晚[6-10]。但是隨著電力事業(yè)的發(fā)展以及國民經(jīng)濟水平的提高，可靠性的研究管理已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)階段電力行業(yè)發(fā)展的重點。在負荷高峰期，尤其是夏季，由于設(shè)備老化以及容量的限制，許多地區(qū)都會發(fā)生停電事故，這給居民生活帶來了嚴重的困擾，也造成了巨大的經(jīng)濟損失。供電企業(yè)逐漸意識到了供電可靠性的重要性，許多地區(qū)都針對配電裝置可靠性提出了很多改進措施，也取得了很好的效果。例如，濟南供電公司曾經(jīng)在2012年開始，針對濟南市配網(wǎng)特點，進行了一系列配網(wǎng)升級改造工程，具體包括優(yōu)化配網(wǎng)網(wǎng)架、淘汰老化配電裝置、完善配電自動化體系等。在供電可靠性理論研究方面，學(xué)者們提出了許多可靠性的指標(biāo)體系[11-14],例如供電可靠率。影響供電可靠性的因素主要有配電設(shè)備安裝實驗不合格、巡視力度不夠等人為原因，也有配電設(shè)備本身絕緣性能、機械性能不好，故障率高等設(shè)備原因。在眾多提高供電可靠性的方法中，提高配電裝置可靠性是最基本也最切實有效的方法，而提高配電裝置可靠性的具體措施主要有采用可靠性高的配電設(shè)備、減小配電裝置檢修時間和檢修次數(shù)等。值得注意的是，近年來由于GIS的發(fā)展以及普及，設(shè)備的故障率和檢修次數(shù)明顯減少。因此GIS成套配電裝置是以提高配電裝置可靠性為目標(biāo)的變電站設(shè)計與改造中近年來，電氣設(shè)備逐漸向小型化、無油化、免維護(或者少維護)、高可靠性等方向發(fā)展。世界上幾大電氣公司都將研發(fā)方向定為了GIS組合電器，GIS組合電器因此得到了廣泛應(yīng)用。目前在我國，GIS全封閉組合電器已經(jīng)成功應(yīng)用于110kV及以上電壓等級的變電站中。這些GIS組合電器不僅極大的節(jié)省了土地面積，也大大提高了配電裝置的可靠性。GIS組合電器將是未來我國電氣設(shè)備發(fā)展的一個主流方向。GIS設(shè)備采用六氟化硫氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)，六氟化硫氣體是一種無色、無味的氣體[6-8]。1900年，H.MoiSSan和P.Lebean通過化學(xué)反應(yīng)生成了六氟化硫氣體。1920年，六氟化硫氣體的絕緣性能被發(fā)現(xiàn)。1937年，六氟化硫氣體首次被用作電氣設(shè)備的絕緣介質(zhì)。1940年，六氟化硫氣體的滅弧性能被發(fā)現(xiàn)。1947年，美國將六氟化硫氣體實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。六氟化硫氣體實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)后，六氟化硫斷路器得到了迅速發(fā)現(xiàn)。六氟化硫斷路器的發(fā)展可以分為以下幾個階段。20世紀60年代末，以美國為首開始了對雙壓式SF?斷路器的研究應(yīng)用。220世紀70年代到20世紀80年代，單壓式SF?斷路器得到了迅速發(fā)展。20世紀80年代末到20世紀90年代初，人們對SF?斷路器開始向高電壓、大容量20世紀末期，自能式SF?斷路器得到了發(fā)展。了110kV的GIS設(shè)備。之后，GIS逐步被應(yīng)用于各大電廠。大亞灣、秦山核電站、廣州抽水蓄能電站、四川二灘水電站等，都開始使用GIS設(shè)備。從20世紀80年代開始，國產(chǎn)的GIS設(shè)備也開始投入電網(wǎng)運行，共達407個間隔，較大的有三峽電廠的500kVGIS設(shè)備。目前國內(nèi)生產(chǎn)GIS設(shè)備的廠家主要有：西安、沈陽、平頂山等開關(guān)廠。(1)可靠性高因為設(shè)備全部封裝在外殼內(nèi)，所以GIS設(shè)備不受天氣影響，不會出現(xiàn)因為外部短路引發(fā)的短路事故。內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，機械故障少。外殼接地，沒有觸電危險。六氟化硫為絕緣、不可燃氣體，不會發(fā)生火災(zāi)而引發(fā)爆炸事故。(2)占地面積少GIS設(shè)備可大量節(jié)省配電裝置在的占地面積，電壓等級越高，效果越顯著。110kVGIS設(shè)備與常規(guī)設(shè)備占地面積的比較如下表1-1所示。設(shè)備種類單元間隔數(shù)量占地面積(m2)110kV常規(guī)設(shè)備進線1110kVGIS設(shè)備進線1從表1-1中可以看出，110kVGIS設(shè)備的占地面積比常規(guī)設(shè)備減少了69.3%。(3)受環(huán)境影響小無論外界環(huán)境如何，GIS設(shè)備均不受影響。這使得GIS設(shè)備在環(huán)境惡劣的地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，例如鹽霧、潮濕、沙漠、高海拔等地區(qū)。同時，由于金屬外殼的靜電屏蔽，GIS設(shè)備也不受無線電干擾和噪聲影響。(4)維護量小GIS設(shè)備平時不需要沖洗絕緣子，觸頭很少氧化，斷路器檢修周期長。在使用壽命(5)建設(shè)速度快GIS設(shè)備土建和安裝調(diào)試工作量小，運輸方便，施工費用少。(6)沒有無線電干擾和噪音干擾3由于金屬外殼的靜電屏蔽，所以GIS設(shè)備不受無線電干擾和噪聲影響。同時，金屬外殼屏蔽了內(nèi)部母線等設(shè)備產(chǎn)生的電磁場、噪聲和無線電干擾，也不會對外部設(shè)備進行2.GIS設(shè)備的主要缺點第一，需要的金屬多。第二，不方便擴建。第三，對工藝、金屬、材料要求高。第四，造價高。(1)斷路器GIS組合電器中，斷路器是核心元件。斷路器中的滅弧室內(nèi)填充一定的六氟化硫，用于滅弧、開斷負荷電流。按照滅弧原理的不同，斷路器可以分為：壓氣式、混合式和熱膨脹式斷路器。需要注意的是，GIS組合電器中，斷路器設(shè)置單獨間隔，是與其他設(shè)備隔開的，這是因為：一方面由于滅弧產(chǎn)生的電弧會與六氟化硫發(fā)生作用產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)，因此斷路器比其他設(shè)備更需要經(jīng)常放氣檢修，將斷路器設(shè)置單獨間隔，方便檢修。操動機構(gòu)是斷路器的另一重要組成部分，按照操動原理的不同，操動機構(gòu)可分為：液壓、彈簧、液壓彈簧和氣動機構(gòu)。(2)隔離開關(guān)隔離開關(guān)用于在沒有負荷電流的回路中形成一個斷開點，構(gòu)造較為復(fù)雜。在選擇隔離開關(guān)時，需要經(jīng)過多次試驗，找到一個既能夠開斷一個特定的小電流而又不產(chǎn)生過大電壓的型號。隔離開關(guān)的操動機構(gòu)通常都會與接地開關(guān)的操動機構(gòu)設(shè)計為一個整體，這樣的設(shè)置是為了實現(xiàn)機械閉鎖和電器閉鎖。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，隔離開關(guān)可以分為直動式和轉(zhuǎn)動式。根據(jù)性能的不同，隔離開關(guān)可以分為普通型和快速隔離開關(guān)。(3)接地開關(guān)工作接地開關(guān)，關(guān)合速度最慢，操動機構(gòu)有手動和機械傳動兩種。在設(shè)備需停電時，首先斷開快速接地開關(guān)，然后再斷開工作接地開關(guān)。保護接地開關(guān)，關(guān)合速度最快，主要是用于熄滅閃絡(luò)電弧。(4)電壓互感器GIS成套配電裝置所使用的電壓互感器，大部分為感應(yīng)式電壓互感器，而且常將三相電壓互感器裝于一個殼中。按照原理，可將電壓互感器分為：電容分壓式、電磁式電磁式。按照絕緣的不同，可將電壓互感器分為：環(huán)氧澆注式、SF6氣體絕緣式等。環(huán)氧4華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文澆注式電壓互感器常用于110kV和220kV的電壓等級中。SF6氣體絕緣式電壓互感器常用于300kV及以上電壓等級中。(5)電流互感器電流互感器的發(fā)展較快，已經(jīng)由電磁式逐漸向光電電子發(fā)展。新型電流互感器體積小，沒有鐵芯，因此沒有磁飽和現(xiàn)象，不受溫度影響。(6)避雷器與常規(guī)避雷器相比，GIS配電裝置的避雷器結(jié)構(gòu)緊湊，性能穩(wěn)定。整個避雷器都與空氣隔離開來，用六氟化硫氣體絕緣，因此留有很大的裕度，放電電壓小。(7)母線母線分為兩種，一種是三相分別密封，另一種是三相密封于一起。對于三相分別密封的母線，最大的優(yōu)點是不會發(fā)生三相短路事故。盡管可以適當(dāng)減小每一項母線外殼的直徑，但是它的造價仍舊很高，占地面積大。對于三相密封于一個殼中的母線，主要優(yōu)點是占地面積小，產(chǎn)生于外殼的渦流也很小。缺點是會發(fā)生三相短路，而且三相母線間還會產(chǎn)生點動力。總結(jié)目前國內(nèi)外可靠性的研究成果，主要的可靠性算法有：解析法、模擬法和人工智能算法。近年來，有些學(xué)者又提出了將解析法、模擬法結(jié)合起來的混合算法。1.解析法求出具體的可靠性指標(biāo)。這種方法在實際工程中經(jīng)常用到，但是這種方法的確定只適用于小規(guī)模系統(tǒng)，對于系統(tǒng)比較復(fù)雜的情況，計算量將是指數(shù)增長。2.模擬法模擬法又稱為蒙特卡羅法。這種方法是將要研究的系統(tǒng)中每個設(shè)備的概率用隨機數(shù)表示，通過計算機模擬出系統(tǒng)的實際情況，用概率計算出可易于接受，同時可以發(fā)現(xiàn)一些不容易被發(fā)現(xiàn)的故障。但是顯著的缺點是計算時間長。3.智能算法人工智能算法是新興的一種算法，它主要是模仿生物模式，進而通過簡化處理復(fù)雜的問題。人工智能算法主要包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊算法等。目前學(xué)者們用智能算法解決可靠性問題主要是希望縮短求解時間、減小計算量?；旌戏ǖ乃枷胧蔷C合利用解析法和模擬法的優(yōu)點。由于解析法、蒙特卡羅模擬法各有所長，且各自的優(yōu)缺點相互補充。如果有一種方法，分地發(fā)揮各自的優(yōu)點則是最理想的可靠性評估方法生的。近年來，該方法一直是電力系統(tǒng)可靠性評估研究中的熱點。5華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文混合法的基本思想是：由于解析法模型、物理概念清楚，在能用解析法的地方充分利用解析法，在求解規(guī)模超過解析法的求解能力時，應(yīng)用蒙特卡羅模擬法，在模擬過程中，盡可能地利用解析法所能提供的信息，以降低模擬統(tǒng)計量的方差，從而顯著減少蒙特卡羅模擬法所消耗的CPU時間。目前，混合法的理論研究已經(jīng)取得了一定的成果，本文針對焦作地區(qū)牛莊變電站電氣設(shè)備老化、供電不足的現(xiàn)象，提出對牛莊變電站(1)分析當(dāng)前國內(nèi)外電力行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，提出了進行變電站GIS改造的必要性。同時分析了GIS設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀與優(yōu)缺點以及可靠性算法發(fā)展現(xiàn)狀；(2)分析牛莊變電站的基本情況、負荷資料、設(shè)備狀況等原始資料，提出對牛莊變(3)研究幾種常用的電氣主接線，選擇單母二分段接線形式作為牛莊變電站110kV的電氣主接線；將110kV母線作為短路點，進行110kV短路計算；根據(jù)短路計算數(shù)據(jù)結(jié)果，進行了110kV斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、避雷器的選擇；(4)總結(jié)了現(xiàn)階段定量計算變電站可靠性的方法，建立了可靠性模型，并選擇最小割集算法作為本文計算可靠性的依據(jù)；(5)最后通過對牛莊變電站可靠性定量分析，從理論上驗證了110kV配電裝置GIS改造可以提高供電可靠性。6第二章牛莊變電站現(xiàn)狀及改造必要性焦作110千伏牛莊變電站位于焦作市區(qū)長青路中段，占地面積8268.8平方米，于1977年5月31日建成投運，主要擔(dān)負著市區(qū)東部的工業(yè)、農(nóng)業(yè)及居民生活用電。1998年11月改造后實現(xiàn)無人值班。牛莊變電站有110kV、10kV兩個電壓等級110kV采用半高型布置，110kV出線四回，分別與春林變、北郊變、馬村變聯(lián)接，是焦作市區(qū)主要牛莊變電站經(jīng)過多次增容、升壓、擴建、改造，現(xiàn)已成為擁有2臺容量為31.5MVA主變壓器，母線電壓等級為110kV和10kV,該站主要供電負荷為煤礦、冶金、化工、規(guī)模：主變壓器2臺，容量2×31.5MVA,電壓等級110/10kV。110kV出線4回，分別與馬村變、春林變、牛莊變和北郊變聯(lián)網(wǎng)，即北牛線、春牛線、馬牛南線、馬牛北線；10kV出線24回，其中包括用戶專線、工配線路。接線方式：110kV、10kV配電裝置均為為單母分段接線方式。配電裝置為戶內(nèi)柜式布置，布置在站區(qū)的南側(cè)，電纜出線。主控制室布置在10kV配電室西側(cè)；兩臺主變位于110kV配電裝置和10kV配電室之間。站區(qū)大門向西開，進入站區(qū)后，站內(nèi)主道路將110kV設(shè)備區(qū)和10kV設(shè)備區(qū)自然分列在南北兩側(cè)。下表給出了牛莊變電站110kV設(shè)備型號，具體如下表2-1所示。序號名稱型號及規(guī)范單位數(shù)量1斷路器LW25-126/3150A/40KA臺3斷路器臺42隔離開關(guān)GW5-110GWD/600A組隔離開關(guān)組63電流互感器LCWB6-110GW2*300/5B/B/0.5組2電流互感器LCWB6-110GW2*300/5D/D/0.5組57表2-1(續(xù)表)序號名稱型號及規(guī)范單位數(shù)量4電壓互感器只4電壓互感器只2牛莊變電站在2005年進行了全站的控制電纜更換和綜合自動化改造，現(xiàn)在牛莊變2.土建部分牛莊變電站110kV配電裝置區(qū)位于站區(qū)北側(cè)，為戶外半高型布置；10kV配電室和主控室裝置位于站區(qū)南側(cè)，10kV配電室為戶內(nèi)柜式布置；主控制室緊鄰布置在10kV配電室西側(cè)；兩臺主變區(qū)位于110kV配電裝置區(qū)和10kV配電室之間。3.調(diào)度自動化部分(1)調(diào)度關(guān)系(2)調(diào)度自動化現(xiàn)狀1200波特，數(shù)字通道32路，傳輸速率為9600波特，同步或異步規(guī)約接入。目前，焦南集控站采用東方電子生產(chǎn)的DF1000型集控系統(tǒng)，現(xiàn)有模擬通道8路，傳輸速率為600、1200波特，同步或異步規(guī)約接入。目前，牛莊變電站遠動信息傳輸方式采用數(shù)字通道，傳(1)調(diào)度關(guān)系8目前，110kV牛莊變電站由焦作地調(diào)調(diào)度，由焦南集控站集控管理，本期改造后，規(guī)劃由春林集控站集控管理。(2)有關(guān)通信現(xiàn)狀光通信：牛莊變電站處于焦作地調(diào)光纖環(huán)網(wǎng)上，一個方向通過110千伏北牛線架設(shè)的16芯ADSS光纜連接于焦北變環(huán)網(wǎng)光機，一個方向通過110千伏馬牛南線架設(shè)的16芯ADSS光纜連接于馬村變環(huán)網(wǎng)光機。載波通信：110千伏線路載波通道均可退出運行。1.2牛莊變電站改造必要性從110kV牛莊變電站在電網(wǎng)中的地位，安全性、全壽命周期成本、可行性以及政策適應(yīng)性等方面分析本工程存在的問題，論述項目必要性。1.焦作供電區(qū)概況焦作供電區(qū)位于河南電網(wǎng)的北部，豫北電網(wǎng)西南部，南與鄭州、西與洛陽供電區(qū)相接，東與新鄉(xiāng)供電區(qū)連接，其供電范圍為一市區(qū)六縣(市)(焦作市、修武縣、武陟縣、博愛縣、沁陽市、孟州市、溫縣)。全市總面積4071平方公里，是一座以能源為主、冶金、建材、輕工、化工、機械、電子等工業(yè)門類完備的綜合類工業(yè)和旅游城市，工業(yè)發(fā)展速度居河南省前列。(1)供電區(qū)電網(wǎng)概況截止2012年底，焦作電網(wǎng)共有500kV變電站2座，即博愛變、竹賢變，主變5臺，變電容量4900MVA;220kV變電站15座，變電容量5640MVA,其中220kV公用站12座，變電容量4050MVA;220kV用戶站3座，變電容量1590MVA。所轄220千伏線路47條，761公里。焦作220kV西部電網(wǎng)以500kV博愛變?yōu)橹危?1回220kV出線分別兼顧沁陽、孟州、博愛和溫縣四縣(市)電網(wǎng)，并通過220kVI、Ⅱ春太線和I、Ⅱ博覃線與焦作東部電網(wǎng)互聯(lián)互通，220kV澳苗線與濟源供電區(qū)相聯(lián)，正常方式下不作為聯(lián)絡(luò)線運行，僅由苗店變饋線方式運行為沁澳鋁業(yè)提供備用電源；東部電網(wǎng)以竹賢變作為電源支撐，目前220kV電網(wǎng)已與新鄉(xiāng)電網(wǎng)斷開聯(lián)絡(luò)。220kV電網(wǎng)已初步形成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，220kV西部電網(wǎng)已形成博愛一懷慶一載育一博愛雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，博愛一廉橋一載育一博愛為單三角環(huán)網(wǎng)。110千伏變電站63座，變電容量6177MVA,其中公用變電站43座，變電容量3225MVA;用戶變電站20座，變電容量2960MVA。所轄110千伏線路102條，847.19焦作市區(qū)110kV電網(wǎng)目前主要依托春林、嶺南、韓王、修武、潭王、覃懷等220kV站為電源，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式較多，以雙鏈、單鏈、雙輻射、單輻射和T接為主，目前尚未形成完整的環(huán)網(wǎng)。縣域110kV電網(wǎng)與市區(qū)電網(wǎng)類似，由于220kV電源點有限，尚未有完整環(huán)網(wǎng)形成，(2)供電區(qū)電源概況截至2012年底，焦作供電區(qū)共有發(fā)電廠21座，裝機總?cè)萘?620MW。其中統(tǒng)調(diào)電廠3座，容量980MW;地方及企業(yè)自備電廠18座，容量6400MW。接入220kV及以上電網(wǎng)2座，容量710MW;接入110kV電網(wǎng)8座，容量752兆瓦；接入35kV及以下電網(wǎng)11座，容量158MW。(3)供電區(qū)負荷電量情況2012年，焦作供電區(qū)全社會用電量197億kwh;全社會最高用電負荷為3040MW。(4)焦作供電區(qū)規(guī)劃到2015年供電區(qū)最大負荷4700MW,“十二五”遞增率達到11.3%。清化變(規(guī)劃2013年3月投運)、220kV中心變、220kV新區(qū)變、220kV司馬變，并對220kV武陟變進行擴建，新增主變?nèi)萘?800MVA。焦作供電區(qū)目前已形成以兩座500kV變電站為核心、以四回500kV通道為依托，東西部雙環(huán)網(wǎng)架格局，構(gòu)成堅強完牛莊變電站自從1977年建設(shè)投運以來，經(jīng)過升壓、改造，早已成為焦作市110kV增加較快，經(jīng)計算，2015年牛莊變電站110kV母線短路電流為9.91kA,10kV母線短110kV配電裝置采用軟母線戶外半高型布置，其中少油斷路器4臺，型號為SW3-110,沈高1983年產(chǎn)品，運行超過20年，均屬淘汰產(chǎn)品，備品備件組織困難，需更新改造。110kV刀閘共16組，型號為GW5-110DW,平高1983年產(chǎn)品，運行超過20年，機械缺陷頻繁，主要為分合不到位，軸承銹蝕，導(dǎo)電部位發(fā)熱，機構(gòu)密封設(shè)計不合理，陰雨天易造成二次接地等。2000年將110kV少油斷路器更換為六氟化硫斷路熱電廠、石灰廠等高污染企業(yè)，現(xiàn)在牛莊變地區(qū)已發(fā)展為IV類污穢區(qū)，原室外設(shè)備已不華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文另外，站內(nèi)構(gòu)支架已經(jīng)老化且出現(xiàn)裂痕，存在嚴重的安全隱患。主變、110kV構(gòu)架和支架均為混凝土構(gòu)件組裝而成，運行幾十年來，經(jīng)歷了風(fēng)吹、雨淋、日曬，已有部分2002年對室外所有的構(gòu)支架采用纖維布進行整體包裹加固，以減緩老化速度，加強構(gòu)支架的整體支撐能力。年該站110kV母線短路電流將達到9.91kA,當(dāng)發(fā)生短路故障時會對構(gòu)支架的安全性構(gòu)成嚴重的威脅。綜上所述，不僅單個設(shè)備更新改造效果不好，而且構(gòu)支架的改造難度很大。為了確保牛莊變電站運行的安全可靠性，有必要對站區(qū)室外110kV配電裝置進行全面改造，以滿足該供電區(qū)用電的需要，避免由供電原因給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成更大的損失。目前，110kV牛莊變電站是焦作東部及北部地區(qū)的主要供電電源，為該地區(qū)的工農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟的發(fā)展提供了基礎(chǔ)支撐，是居民生活不可或缺的工程項目，變電站的長期安全可靠運行是該地區(qū)經(jīng)濟生活的基本保障。牛莊變電站110kV配電裝置為AIS半高型布置，有些裝置已運行超過20年，設(shè)備部分老化，損耗高，缺陷多，檢修維護費用高，設(shè)備支架銹蝕嚴重，可靠性得不到保障，威脅到配電裝置的安全運行。因此，急需對牛莊變電站進行改造。國家電網(wǎng)公司《關(guān)于編制2012年生產(chǎn)技術(shù)改造、設(shè)備大修和固定資產(chǎn)零星購置計劃建議的通知》(生技改〔2011〕223號)文件要求：2012年生產(chǎn)技術(shù)改造和設(shè)備大修計劃編制重點、變電(換流站)設(shè)備改造要求加強變電站高型、半高型配電裝置構(gòu)支架狀態(tài)檢測和評估，依據(jù)評估結(jié)果，對存在安全隱患的構(gòu)支架要制定改造計劃，逐步實施改造，并明確了2012年高型、半高型配電裝置構(gòu)支架的改造計劃。綜上所述，為滿足該供電區(qū)用電的需要，確保牛莊變電站運行的安全可靠運行，避免由于供電原因給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成損失，因此有必要對110k牛莊變電站進行全面改造。1.2牛莊變電站改造目標(biāo)及原則110kV牛莊變電站改造工程計劃2012年建成投運，設(shè)計水平年為2012年，遠景水平年為2020年。配電裝置型式結(jié)合工程實際情況，因地制宜，與變電站總體布置協(xié)調(diào)，通過技術(shù)經(jīng)濟比較最終確定。配電裝置的形式，布置，導(dǎo)體、電氣設(shè)備、架構(gòu)的選擇，華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文在考慮設(shè)備全壽命周期成本前提下，滿足在當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件下正常運行、安裝、檢修、短路和過電壓時的安全要求，滿足規(guī)劃容量要求，并滿足在改造過程中不全站停電，各出線回路停電時間最短的要求。電氣主接線應(yīng)根據(jù)變電站的規(guī)劃容量，線路、變壓器連接元件總數(shù)，設(shè)備特點等條件確定。結(jié)合“兩型一化”要求，電氣主接線應(yīng)綜合考慮供電可靠性、運行靈活性、操作檢修方便、節(jié)省投資、便于過渡或擴建等要求。技術(shù)原則依據(jù)電力行業(yè)相關(guān)設(shè)計規(guī)定，結(jié)合國網(wǎng)公司通用設(shè)計、通用設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)施工工藝及兩型一化相關(guān)要求。1.3牛莊變電站改造方案的選擇目前110kV牛莊變電站已經(jīng)運行多年，室外電氣元件的現(xiàn)狀和構(gòu)支架的承載能力將是該站安全運行存在的最大安全性問題。牛莊變電站110kV配電裝置為戶外半高布保護環(huán)境等設(shè)計原則，初步選定三個改造方案。對牛莊110kV配電裝置進行改造，考慮了有三個方案：方案一：將原有的單母線分段接線、半高型布置的配電裝置進行GIS改造，拆除所有110kV出線構(gòu)架及主變進線架構(gòu)，接線形式為單母線分段接線。方案二：將原有的單母線分段接線、半高型布置的配電裝置進行GIS改造，保留110kV出線構(gòu)架及主變進線架構(gòu)，接線形式為單母線分段接線。方案三：將原有的單母線分段接線、半高型布置的配電裝置進行AIS改造，拆除所有的進出線構(gòu)架以及設(shè)備支架，接線形式為單母線分段接線。按照資產(chǎn)全壽命周期管理要求，從提高設(shè)備可靠性和電網(wǎng)安全性、提升輸電能力、降低壽命周期內(nèi)成本等方面對方案一、二、三進行比較論證，以綜合指標(biāo)最優(yōu)作為最終1.安全方面比較方案一：本方案進行GIS設(shè)備基礎(chǔ)施工和設(shè)備安裝，GIS安裝完畢后各出線過渡到由GIS設(shè)備供電需要較長的時間，在此過程中，部分出線負荷可考慮轉(zhuǎn)移，因此不會影響到電力用戶的用電，但對系統(tǒng)的運行方式有一定的影響，在部分停電情況下進行施工對現(xiàn)場安全管理要求較高，要求提高現(xiàn)場安全管理水平，做好現(xiàn)場的施工安全管華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文快地過渡到由GIS設(shè)備供電，出線停電時間短，且對系統(tǒng)運行方式影響小，力用戶的供電，電網(wǎng)運行可靠性高，能有效消除現(xiàn)場安全管理水平。此方案保留了出線及主變進線構(gòu)架，而這些構(gòu)架建成時間幾十年，部分出線分化露筋，對配電裝置安全運行有一定的威脅。方案三：根據(jù)現(xiàn)場的實際位置，采用AIS布置必須要先安裝母線構(gòu)架和母線，所以施工時需要110千伏上、下母線全部停電進行，才能確保施工時安全可靠，變電站停電方案二保留的出線構(gòu)架對配電裝置的安全運行有一定的威脅，因此從安推薦方案一。2.效能方面比較方案三：本方案施工時需要110千伏設(shè)備全部停電，按今年的平均負荷，按停電3個月計算將損失電量2.16億千瓦時，直接經(jīng)濟損失2千萬元，社會效益損失將更大。本方案可以利用斷路器、電流互感器、電壓互感器等原有設(shè)備，極大地節(jié)省費用。從效能方面比較，方案三利用了部分原有設(shè)備接損失無法估量，因此不推薦用方案三。3.設(shè)備全壽命周期成本比較方案二采用GIS設(shè)備后設(shè)備運行可靠，故障率低，設(shè)備維護量小，節(jié)約人力資源，按照設(shè)備壽命30年計算，每年可以節(jié)約維護費6萬元，減少設(shè)備異常停電2次，減少直接經(jīng)濟損失8萬元。方案三為常規(guī)設(shè)備，設(shè)備維護量大，設(shè)備缺陷多，可能造成設(shè)備的異常停電。方案一：一次性投資(700萬元)+維護費(6*30)=880萬元方案二：一次性投資(588萬元)+維護費(6*30)=768萬元方案三：一次性投資(400萬元)+施工停電損失(2000萬元)+維護費(12*30)+故障供電損失(8*30)=3000萬元。由于方案二保留了出線構(gòu)架，而這些出線構(gòu)架已建成了幾十年，剩余的壽命與G的壽命不配套，將來還是要對出線及主變進線構(gòu)從全壽命周期成本比較，推薦使用方案一。為了保障該站能夠長期安全可靠的運行，根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備水平，選用技術(shù)成熟、科技含量高的產(chǎn)品。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，110kV配電裝置采用戶外六氟化硫金屬封閉式組合電器GIS。由于對本站進行GIS改造具有安裝方便，停電時間短，改造完成后具有可靠性高，安全性能高，維護方便，檢修周期長，維護工作量小等優(yōu)點，因此推薦綜合指標(biāo)最優(yōu)的方案一作為項目改造實施方案。1.110kV配電裝置采用單母線分段接線方式，出線4回，拆除原有設(shè)備和構(gòu)支架，安裝組合電器，建設(shè)配套鋼構(gòu)支架。2.對電氣二次系統(tǒng)進行補充。3.110kV區(qū)構(gòu)架、設(shè)備基礎(chǔ)和支架、電容器進行基礎(chǔ)改造。4.對通信系統(tǒng)進行補充。具體見下表2-2:序號變電站名稱改造項目1牛莊變110kV配電裝置改造2牛莊變二次系統(tǒng)改進3牛莊變110kV區(qū)構(gòu)架、設(shè)備基礎(chǔ)和支架、電容器基礎(chǔ)改造4牛莊變通信系統(tǒng)改進本章首先對牛莊變電站的電氣一次以及其他部分的現(xiàn)狀進行了簡述。通過變電站的安全性、效能與成本、政策適應(yīng)性三方面的分析，本文認為牛莊變電站現(xiàn)階段的供電水平已經(jīng)不能夠滿足該供電區(qū)用電的需要，為避免由于供電原因給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成損失，有必要對110kV牛莊變電站進行全面改造。同時，本文根據(jù)變電站的改造目標(biāo)以及原則，給出了三種可選方案，通過對三種方案進行對比，選擇方案一，即110kV配電裝置GIS改造，作為項目改造實施方案。最后分析了牛莊變電站需要改造的具體規(guī)模，包括110kV配電裝置、110kV區(qū)構(gòu)架、設(shè)備基礎(chǔ)和支架、電容器基礎(chǔ)改造，電氣二次系統(tǒng)、通信系統(tǒng)改進。華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文第3章牛莊變電站110kV系統(tǒng)改造3.1.1電氣主接線的設(shè)計原則并且根據(jù)本地實際，因地制宜，滿足可靠供電、靈活調(diào)度、方便操作的要求，兼顧設(shè)備1.結(jié)合需改造的變電站在電力系統(tǒng)所處的位置變電站在電力系統(tǒng)所處的位置決定了該變電站的電氣主接線方式。根據(jù)變電站在電力系統(tǒng)所處的不同位置，可將變電站分為：分支變電站、企業(yè)用戶變電站、樞紐變電站等。變電站所處的位置不同，對主接線的基本要求也不同，因此，變電站在電力系統(tǒng)所處的位置是選擇變電站的電氣主接線方式的關(guān)鍵因素。2.結(jié)合變電站中長期發(fā)展規(guī)劃選擇變電站主接線方式時，需要結(jié)合變電站中長期發(fā)展規(guī)劃。設(shè)計人員應(yīng)充分考慮未來5到10年里負荷的增長情況，可根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)負荷情況，預(yù)測負荷增長變化情況，最終確定變電站主接線的方式、電源數(shù)量以及出線回路數(shù)。3.結(jié)合電力負荷的性質(zhì)按照負荷對供電可靠性的要求，可將電力負荷分為三類：一級負荷、二級負荷、三一級負荷：中斷供電將造成人身傷亡、重要設(shè)備損壞，為國民經(jīng)濟帶來重大損失。二級負荷：中斷供電將造成設(shè)備損壞、生產(chǎn)減產(chǎn)，為國民經(jīng)濟帶來一定損失。三級負荷：除了一級、二級負荷之外的成為三級負荷。對于一級負荷、二級負荷，應(yīng)選擇供電可靠性較高的電氣主接線形式，并且保證有兩個電源。對于三級負荷，可以只設(shè)一個電源。4.結(jié)合主變壓器的臺數(shù)和出線回路數(shù)主變臺數(shù)以及出線回路數(shù)的設(shè)置會直接影響變電站主接線的選擇，如果主變臺數(shù)和出線回路數(shù)較多，一般采用有母線的接線形式，如果主變臺數(shù)和出線回路數(shù)較少，可以采用單元接線或角型接線等無母線形式。華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文1.可靠性可靠性是指系統(tǒng)在一定條件下保證連續(xù)無故障供電的能力。保證系統(tǒng)安全、可靠的供電是電力系統(tǒng)的首要任務(wù)，因此也是選擇變電站主接線形式時首要考慮的因素。根據(jù)電能不能大量儲存的特點，在發(fā)電、輸電、變電、配電任何一個部門出現(xiàn)故障都會導(dǎo)致供電中斷。故障停電不僅會對電力設(shè)備造成損害，同時也有可能是國民經(jīng)濟遭受重創(chuàng)。根據(jù)變電站在系統(tǒng)中所處的位置不同，對供電可靠性的要求也不同，因此主接線的形式也不同。在選擇主接線時，需考慮很多因素。(1)考慮在斷路器停電或檢修時，對系統(tǒng)供電情況的影響；(2)考慮在斷路器拒動或者線路中出線故障時，對系統(tǒng)供電情況的影響；(3)考慮變電站中的斷路器、線路、母線等設(shè)備停電或者檢修時，是否能夠保證對重要用戶連續(xù)供電。2.靈活性靈活性是指變電站的主接線形式可以適應(yīng)各種系統(tǒng)運行狀態(tài)，同時也能夠靈活的轉(zhuǎn)換為各種運行方式。電氣主接線的靈活性包括以下幾個方面：(1)靈活調(diào)度。變電站可以根據(jù)調(diào)度要求，靈活的改變運行方式。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，能夠迅速的隔離故障元件，恢復(fù)對非故障元件的供電。(2)方便操作。主接線在滿足供電可靠性的基礎(chǔ)上，接線盡量簡單，以減少操作步驟，能夠方便的進行斷路器投切。斷路器、母線等主設(shè)備需要檢修時，能夠不影響正(3)方便擴建。變電站需要根據(jù)電力增長和負荷變化進行擴建。擴建時，應(yīng)盡可能保證新擴建的設(shè)備不影響正常的負荷供電，主接線能夠最終過度到需擴建的形式，對3.經(jīng)濟性選擇變電站主接線時，在保證可靠性、靈活性的基礎(chǔ)上，應(yīng)該盡量減小成本，考慮經(jīng)濟性，主要有以下幾個方面：(1)盡可能減少投資。由于不同的主接線，會造成不同的投資。因此在選擇主接線時，應(yīng)盡可能的減少投資，減少變電站的安裝、建筑、設(shè)備采購等費用。(2)減少占地面積。主接線的選擇，應(yīng)該配合高壓配電裝置的布置，盡可能的減少設(shè)備數(shù)量、土地資源、安裝費用等。(3)減少電能損耗。據(jù)統(tǒng)計，變電站在正常運行時的電能損耗主要是主變產(chǎn)生的，所以在選擇主接線時，應(yīng)該結(jié)合主變的情況。站，需改造的配電裝置為110kV,110kV出線數(shù)目為4回，選擇單母線分段接線作為牛莊變電站110kV的電氣主接線。具體見附錄。3.2短路電流的計算電氣設(shè)備的選擇需要知道短路電流，計算變電站短路電流的一般步驟為：(1)選定基準(zhǔn)容量、基準(zhǔn)電壓，計算各元件電抗的標(biāo)么值。(2)將系統(tǒng)簡化為等值網(wǎng)絡(luò)。(3)選擇合適的短路點。(4)計算短路點的等值電抗的標(biāo)么值。(5)計算短路電流的標(biāo)么值、有名值。牛莊變電站電壓等級為110/10kV,變電站有一個電源系統(tǒng)，容量為600MW,系統(tǒng)容抗為0.38。電源系統(tǒng)與牛莊變電站通過雙回路連接，線路長30km,型號LGJQ-150.具體如下圖3-1所示：電源系統(tǒng)牛莊變電站牛莊變電站電源到變電站的等值電路如圖3-2所示：線路型號LGJQ-150,雙回線，線路長為30km,單位電抗為0.199Ω/km,線路的華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文3.3主要電氣設(shè)備的選擇(1)額定電壓對于一般的電器和電纜，當(dāng)電網(wǎng)的額定電壓為220kV及以下時，電網(wǎng)最高運行電(2)額定電流當(dāng)變壓器的壓降小于5%時，保持其出力不變，相應(yīng)的回其中1為額定電流。(3)按溫度進行修正其中，K,一溫度修正系數(shù)θ,一設(shè)備正常發(fā)熱允許的最高溫度目前，我國生產(chǎn)的電氣設(shè)備的額定溫度為θ。=40℃,裸導(dǎo)體的額定溫度為+25℃。2.按短路情況進行校驗選定額定電流之后，需要按照短路情況進行動、熱穩(wěn)定校驗。校驗時，一般取三相短路的短路電流。(1)熱穩(wěn)定校驗熱穩(wěn)定的校驗條件為：Q一三相短路電流的熱效應(yīng)Q,一設(shè)備允許的短路熱效應(yīng)t一額定熱穩(wěn)定校驗時間I—t時間內(nèi)熱穩(wěn)定電流t一校驗熱穩(wěn)定所用的計算時間，計算公式為：t?一繼電保護的動作時間，當(dāng)電壓在110kV以下時，t?一般取主保護的動作時間，當(dāng)電壓在110kV以上時，t?一般取后備保護的動作時間。(2)動穩(wěn)定校驗動穩(wěn)定的校驗條件為：萬方數(shù)據(jù)一短路沖擊電流的有效值1一設(shè)備的動穩(wěn)定校驗電流高壓斷路器是變電站中最重要的電氣設(shè)備之一，由于具備滅弧能力，斷路器用于開斷負荷電流。同時，斷路器還參與調(diào)整系統(tǒng)的運行方式，出現(xiàn)故障時切斷短路電流，隔根據(jù)滅弧原理，斷路器可以分為真空斷路器、SF?斷路器、少油斷路器等。目前少油斷路器使用的較少。電壓等級為10kV時一般采用真空斷路器，電壓等級為35kV一220kV時一般采用SF?斷路器。1.額定電壓2.額定電流牛莊變電站共有2臺主變，容量為31.5MW,因此：3.額定開斷電流斷路器的額定開斷電流I應(yīng)不小于最大短路電流的有效值I,即：Le—斷路器的額定開斷電流I,一最大短路電流的有效值，一般采用三相短路電流。根據(jù)短路電流的計算結(jié)果，110kV三相短路電流值為：I"=6.345(kA)4.額定關(guān)合電流萬方數(shù)據(jù)如果在斷路器合閘之前線路上就已經(jīng)有短路故障存在，則在斷路器的合閘過程中，觸頭間會通過巨大的短路電流。為了保證斷路器能夠正常合閘而能夠承受短路電流的沖擊，需要校驗額定關(guān)合電流。斷路器的額定關(guān)合電流不得小于短路電流的最大沖擊電流，IN一斷路器的額定關(guān)合電流,一短路電流的最大沖擊值對于牛莊變電站斷路器的選擇，有：選擇110kV配電裝置斷路器參數(shù)為：SF6斷路器額定電壓110kV,額定電流2000A,動穩(wěn)定電流40kA,熱穩(wěn)定電流100kA。5.開斷時間的選擇當(dāng)電壓等級為10kV及以上的電網(wǎng)，應(yīng)該盡可能快速的切除故障，要求斷路器的分閘時間不應(yīng)大于0.045秒，而對于制動回路的斷路器，要求其合閘時間應(yīng)大于0.04秒。6.熱穩(wěn)定校驗短路計算時間：后備保護動作時限t取4s,斷路器全開斷時間t為0.07s,因此短路持續(xù)時間t為：因為t?>1s,故不計及短路電流非周期分量的影響。短路電流周期熱效應(yīng)：查周期分量等值表得4s的熱穩(wěn)定電流為15.8kA,即：Pt=15.82×4=998.56(kA)≥Q=10符合熱穩(wěn)定要求。7.動穩(wěn)定校驗華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文符合動穩(wěn)定要求，斷路器計算數(shù)據(jù)與選擇結(jié)果如下表3-1所示。額定電壓(kV)額定電流(A)動穩(wěn)定電流熱穩(wěn)定電流熱效應(yīng)(kA)所選產(chǎn)品數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)隔離開關(guān)的作用是在在回路中形成明顯的斷開點，并且配合斷路器進行倒閘操作。由于隔離開關(guān)沒有滅弧能力，不能開斷負荷電流，所以在操作隔離開關(guān)時需要注意操作順序。停電時，先拉開斷路器，再拉開線路側(cè)隔離開關(guān)，后拉開母線側(cè)隔離開關(guān)。送電時與之相反。1.隔離開關(guān)的配置原則為：(1)為了在回路中形成明顯的斷開點，斷路器兩側(cè)應(yīng)安裝隔離開關(guān)。(2)對于普通變壓器需要將其中性點接地時，應(yīng)通過隔離開關(guān)接地。(3)當(dāng)負荷側(cè)沒有電源時，斷路器線路側(cè)可以不設(shè)置隔離開關(guān)。但是有些變電站也設(shè)置隔離開關(guān)，為了防止雷電過電壓。(4)變壓器出線上的避雷器可以不安裝隔離開關(guān)。在母線上的電壓互感器和避雷器，可以設(shè)置一個共同的隔離開關(guān)。2.牛莊變電站隔離開關(guān)選擇如下：(2)額定電流牛莊變電站共有2臺主變，容量為31.5MW,因此：選擇110kV配電裝置隔離開關(guān)參數(shù)為：額定電壓110kV,定電流40kA。(3)熱穩(wěn)定校驗短路計算時間：萬方數(shù)據(jù)額定電流2000A,動穩(wěn)華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文后備保護動作時限tm取4s,斷路器全開斷時間t查周期分量等值表得4s的熱穩(wěn)定電流為15.8kA,即：(4)動穩(wěn)定校驗隔離開關(guān)選擇如下表3-2所示：額定電壓(kV)額定電流(A)動穩(wěn)定電流(kA)熱效應(yīng)(kA)所選產(chǎn)品數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)3.3.4電流互感器的選擇都有偏差。因此在選擇電流互感器時，應(yīng)確定好電流互感器的準(zhǔn)確度等級。1.10%誤差曲線10%誤差曲線是指保持電流互感器的誤差在10%以內(nèi)，最大二次負載阻抗Z?,與電即可，因此對準(zhǔn)確度要求不高。對于測量用電流互感器，其準(zhǔn)確度等級要求較高。華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文2.額定容量選擇合理額定容量可以確保電流互感器的準(zhǔn)確度等級，要求電流互感器的二次負荷S?不能大于額定容量，即：Z??=Z,+Z,+Z+Z1.?一額定二次側(cè)電流Z?一最大允許二次負載Z,—測量儀表的電流線圈阻抗Z,一繼電器阻抗Z,一回路導(dǎo)線的阻抗Z,一接觸電阻，一般取0.1Ω確定額定容量后，二次側(cè)導(dǎo)線的允許最小截面為：3.額定電流的選擇電流互感器的一次側(cè)額定電流應(yīng)大于回路中正常的工作電流，而且電流互感器的工作電流應(yīng)接近額定電流，以保證準(zhǔn)確度等級。對于測量用電流互感器，一次側(cè)額定電流應(yīng)為回路中正常工作電流的1.3倍。1.,—一次側(cè)額定電流1gmax—一次側(cè)回路的最大工作電流4.額定電壓的選擇一次側(cè)額定電壓的選擇應(yīng)滿足：U一所在電網(wǎng)的額定電壓U.—一次額定電壓萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)5.型式和種類的選擇在選擇型式和種類時，應(yīng)考慮到保護裝置以及測量儀表的要求。根據(jù)安裝地點的不同可以選擇屋內(nèi)、屋外電流互感器。根據(jù)安裝方式的不同可以選擇穿墻式、支持式、裝入式等電流互感器。6.熱穩(wěn)定檢驗電流互感器的熱穩(wěn)定校驗通常是校驗1秒內(nèi)允許通過的電流。K,—1s內(nèi)允許通過的一次側(cè)額定電流的倍數(shù)I.—1s內(nèi)允許通過的一次額定電流7.動穩(wěn)定校驗電流互感器動穩(wěn)定的校驗條件為：電流互感器常以允許通過一次額定電流最大值(√21a)的倍數(shù)K,(動穩(wěn)定電流倍數(shù))表示其內(nèi)部動穩(wěn)定能力，故內(nèi)部動穩(wěn)定可用下式校驗：K,一允許通過的一次側(cè)額定電流最大值的倍數(shù)√2I?一允許通過的一次側(cè)額定電流的最大值需要注意的是，在校驗動穩(wěn)定時，不僅校驗短路電流對本電力互感器的沖擊，還需要校驗三相短路電流之間相互作用而產(chǎn)生的沖擊，即三相電流互感器之間的動穩(wěn)定校如果是瓷絕緣的母線型電流互感器，可以按下式校驗：牛莊變電站電流互感器選擇如下表3-3所示：型號電壓等級(kV)數(shù)量(只)華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文電壓互感器的選擇原則為：(1)型號和種類的選擇需要根據(jù)安裝地點的環(huán)境；(2)一次側(cè)額定電壓不應(yīng)低于電網(wǎng)的額定電壓；(3)二次側(cè)額定電壓應(yīng)滿足測量電壓為100V。(1)避雷器的選擇應(yīng)該與繼電保護相配合。避雷器的VA特性、VS特性均應(yīng)與所在元件的保護裝置的VA特性、VS特性一致。(2)避雷器的選擇應(yīng)該與所在電網(wǎng)相配合。避雷器的滅弧電壓應(yīng)與所在電網(wǎng)的最高電壓相一致。(3)管型避雷器應(yīng)注意：管型避雷器上限遮斷電流為大于等于線路最大短路電流；管型避雷器下限遮斷電流為小于等于線路最小短路電流；管型避雷器只能與線路保護配合，而不能用作過電壓保護；(4)閥型避雷器應(yīng)注意：閥型避雷器需注意與電氣設(shè)備的距離；閥型避雷器需對工頻放電電壓、沖擊放電電壓、額定電壓和殘壓進行校驗；閥型避雷器的保護比需根據(jù)額定電壓來確定；閥型避雷器可以分為普通閥型避雷器、磁吹閥型避雷器。(5)氧化鋅避雷器應(yīng)注意：氧化鋅避雷器需考慮被保護設(shè)備與殘壓的配合；氧化鋅避雷器的額定電壓不應(yīng)小于電網(wǎng)的工頻過電壓。牛莊變電站避雷器選擇結(jié)果如下表3-4所示：型號電壓等級(kV)數(shù)量(只)3.4二次及其他部分1.綜合自動化系統(tǒng)牛莊變電站于2005年進行了綜合自動化改造，該工程于當(dāng)年結(jié)束，新設(shè)備投入運行。牛莊變電站現(xiàn)有運行的是南瑞科技股份有限公司的NS2000綜合自動化系統(tǒng)。目前電氣二次設(shè)備運行穩(wěn)定。主控室布置在一樓，現(xiàn)有屏位19面，其中直流系統(tǒng)7面，計量1面，監(jiān)控及保護用10面，預(yù)留屏位1面。本期工程110kV配電裝置需更換為GIS,由于測控遙信量的增大，主變測控裝置需要增加屏內(nèi)配線，110kV線路及分段部分需要增加測控裝置，原室內(nèi)至110kV配電裝置部分電纜需要全部更換，主控室部分電纜需要改接，改良后可滿足電氣一次設(shè)備的更換要求。原有變電站遙視系統(tǒng)僅在主控室內(nèi)布點，且無對室外的配電裝置布點。在控制室外部，原來設(shè)置有一臺槍式攝像機進行全站全景的監(jiān)視，而且由于運行時間較長，運行環(huán)境較差，圖像質(zhì)量已達不到監(jiān)控效果。本期建議圖像監(jiān)控系統(tǒng)重新布點，在變電站主控室、110kV設(shè)備區(qū)、10kV設(shè)備區(qū)、電容器室、所變室及進站大門裝設(shè)遙視探頭，組成遙視系統(tǒng)，滿足全站的安全、防火、防盜及無人值守功能。安全警衛(wèi)系統(tǒng)報警接點信號可遠傳至集控中心或調(diào)度端。3.火災(zāi)報警系統(tǒng)原有變電站沒有配置火災(zāi)報警系統(tǒng)，本期需要在變電站內(nèi)設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，以滿足集控站的要求。報警區(qū)域包括控制室、10KV配電室、電容器室等重要場所?；馂?zāi)報警控制器的容量、性能要求及相應(yīng)接口均按照終期規(guī)?？紤]。根據(jù)安裝位置的不同，采用不同類型和原理的探測器?；馂?zāi)報警控制器宜設(shè)在變電站的主控制室內(nèi)，當(dāng)有火情發(fā)生時，火災(zāi)報警控制器可及時發(fā)出聲光報警信號，顯示發(fā)生火警的地點，并可通過通信接口將信息送至變電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)或通過光纜將信息傳至集控站，同時還可以通過數(shù)據(jù)網(wǎng)傳至調(diào)度端。4.電氣二次設(shè)備本次改造所需電氣二次設(shè)備材料具體如下表3-5所示：序號名稱型號單位數(shù)量1110kV測控柜一面12遙視系統(tǒng)擴充套13火災(zāi)報警系統(tǒng)一套14控制電纜ZRKVVP-22多種型號米5電力電纜VV22多種型號米6接地銅網(wǎng)米7多股銅線米本次110kV牛莊變電站土建部分改造都是由電氣方案決定的。本次改造土建工程量如下所述：(1)改造拆除部分：原110kV區(qū)構(gòu)架及基礎(chǔ)12組、構(gòu)架鋼梁6架；原110kV區(qū)設(shè)備基礎(chǔ)和支架4個間隔；原主變構(gòu)架及基礎(chǔ)4組、鋼梁2架；原室內(nèi)電容器基礎(chǔ)2組；拆除部分電纜溝。(2)改造新建部分：新建110kV區(qū)構(gòu)架及基礎(chǔ)9組、構(gòu)架鋼梁6架；新建110kV區(qū)GIS設(shè)備基礎(chǔ)和支架、避雷器基礎(chǔ)及支架6組；新建主變構(gòu)架及基礎(chǔ)4組、構(gòu)架鋼梁2架；新建部分電纜溝；改造電容器室室內(nèi)基礎(chǔ)2組。(3)本次改造發(fā)生的土建工程造成對設(shè)備區(qū)硬化、石子鋪設(shè)以及破除道路修復(fù)。牛莊變電站改造部分信息要接入地調(diào)主系統(tǒng)，應(yīng)為地調(diào)主站開列模擬屏修改費，主站系統(tǒng)有關(guān)軟件數(shù)據(jù)庫修改費，遠動主站系統(tǒng)與分站間調(diào)試配合費等。牛莊變電站改造部分信息要接入春林集控站主系統(tǒng)，應(yīng)為集控主站開列有關(guān)軟件數(shù)據(jù)庫修改費、主站系統(tǒng)與分站間調(diào)試配合費等。牛莊變電站綜自系統(tǒng)可滿足本次技改項目遠動信息的接入需要。調(diào)度自動化部分主要材料如下表3-6所示：序號名稱型號及規(guī)范單位數(shù)量1地調(diào)主站系統(tǒng)修改配合主站系統(tǒng)模擬屏、數(shù)據(jù)庫、報表、信息畫面修改套12集控主站系統(tǒng)修改配合主站系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、報表、信息畫面修改套1牛莊變電站110千伏配電裝置改造為GIS形式，站區(qū)內(nèi)與之相關(guān)的架構(gòu)、電纜溝將跟著改變。牛莊變電站區(qū)內(nèi)的進站阻燃光纜若有隨架構(gòu)、電纜溝的改變而受影響的，需要在本工程中予以更換，其它不變。在改造過程中，牛莊變電站對焦作地調(diào)和集控站之間的通信運行方式不變，機房內(nèi)所有通信設(shè)備不遷移、不變更。改造過程中，在新的纜線沒有敷設(shè)完成前，應(yīng)保持原保護通道、通信通道繼續(xù)運行。地調(diào)光纖環(huán)網(wǎng)牛莊變節(jié)點，除提供通信通道外，還擔(dān)負著南山變至春林變220千伏線路2M復(fù)用保護通道的任務(wù)，因此，在進行光纜接續(xù)時，必須快速準(zhǔn)確，必要時需制訂施工臨時方案。站區(qū)內(nèi)原架構(gòu)上的載波加工設(shè)備全部停用并拆除。通信部分主要設(shè)備材料具體如下表3-7所示：序號名稱型號及規(guī)范單位數(shù)量1集束尾纖12芯根42跳纖10米雙頭根43站內(nèi)阻燃光纜米4鍍鋅鋼管米5PVC保護管米6余纜架-個27進站光纜接頭盒24芯個28引下線夾套本章主要對牛莊變電站的主接線和配電裝置的GIS改造進行了具體的分析。選擇單母二分段接線形式作為牛莊變電站110kV的電氣主接線；對牛莊變電站所在系統(tǒng)進行簡化處理，得到短路計算模型，將110kV母線出作為短路點，進行110kV短路計算；討論了電氣設(shè)備選擇的基本依據(jù)，并且總結(jié)了斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、避雷器的選擇條件和注意事項；根據(jù)短路計算的數(shù)據(jù)結(jié)果，進行了110kV斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、避雷器的選擇；最后，本章也給出了變電站二次以及其他部分的改造規(guī)模。第4章可靠性分析算法近年來隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展以及人們生活水平的提高，人們對用電可靠性和用電質(zhì)量的要求越來越高。如何滿足人們?nèi)找嬖鲩L的電力需求已經(jīng)成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展中需要考慮的重要因素，而與用戶聯(lián)系最密切的配電裝置的可靠性也成為了電力系統(tǒng)工目前，國內(nèi)外學(xué)者公認的對可靠性的定義為：“元件、設(shè)備、系統(tǒng)等在規(guī)定條件下和預(yù)定時間內(nèi)，完成其規(guī)定功能的概率”。對不同的環(huán)境，“完成規(guī)定功能”中的“功能”不同，可靠性的定義也不相同。在電力系統(tǒng)中，主要任務(wù)是向用戶提供連續(xù)可靠的電能，因此，以在一定時間內(nèi)是否能夠向用戶提供其要求的電能作為電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)[38]。如果用數(shù)值來定量衡量電力系統(tǒng)的可靠性，主要有四類可靠性指標(biāo)，如下表4-1所表4-1可靠性指標(biāo)表指標(biāo)含義概率頻率時間期望值例如設(shè)備完成一定目標(biāo)的概率例如變電站一定時間內(nèi)發(fā)生單相短路故障的次數(shù)例如變電站發(fā)生短路故障的持續(xù)時間例如一定時間內(nèi)變電站出現(xiàn)短路故障的期望天數(shù)電力系統(tǒng)中，設(shè)備的可靠性指標(biāo)是衡量該設(shè)備的一個重要指標(biāo)。根據(jù)學(xué)者們的一致意見，認為電力設(shè)備可以分為可修復(fù)設(shè)備(Repairablecomponent)和不可修復(fù)設(shè)備(Non-repairablecomponent)這兩個大類。而在電力系統(tǒng)中，大部分的設(shè)備往往是可修復(fù)設(shè)備。根據(jù)設(shè)備的性質(zhì)，也可以將電力系統(tǒng)分為可修復(fù)電力系統(tǒng)(RepairableSystem)以及不可修復(fù)電力系統(tǒng)(Non-repairableSystem)兩大類。下面給出了可修復(fù)電力系統(tǒng)的幾個可靠性指標(biāo)。1.故障率萬方數(shù)據(jù)華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文故障率是指設(shè)備在規(guī)定時間內(nèi)出現(xiàn)故障的次數(shù)，通常用來表示。實際應(yīng)用中一般按照線路的單位長度、在同一桿架設(shè)的線路等進行計算。公式為：c?一故障次數(shù)2.修復(fù)時間修復(fù)時間是指如果一個設(shè)備發(fā)生故障時，對其進行修復(fù)使其正常工作所需要的時間。這個時間通常包括：故障尋找時間、故障清理時間、故障校核時間。故障修復(fù)率就3.計劃檢修率計劃檢修率是指設(shè)備在規(guī)定的暴露時間內(nèi)計劃檢修的次數(shù)。c,一計劃檢修次數(shù)μ—計劃檢修率4.計劃檢修時間計劃檢修時間是指某一設(shè)備經(jīng)計劃檢修需要的時間。5.拒動概率拒動概率是指設(shè)備繼電保護出現(xiàn)故障而引起設(shè)備該動作時不動作的次數(shù)。C一拒動次數(shù)6.可靠度可靠度是指某一設(shè)備初始狀態(tài)為正常運行，在一個特定的時間區(qū)間內(nèi)，該設(shè)備不發(fā)生故障的概率。R(t)一在一個特定的時間區(qū)間t內(nèi)的可靠度電力系統(tǒng)中常用的幾個供電可靠性指標(biāo)有：(1)供電可靠率P供電可靠率P,可以表示為：p一事件i發(fā)生時設(shè)備的可使用率F—系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致停電的事件總和，即引起系統(tǒng)供電不足(有負荷需要停電)的事件集合。(2)年平均停電時間T,年平均停電時間T,可以表示為：T—一年中的有效時間λ1一事件i的故障率(3)停電頻率f,停電頻率f可以表示為：(4)電力不足時間概率LOLP電力不足時間概率LOLP可以表示為：(5)缺電時間期望值LOLE缺電時間期望值LOLE可以表示為：萬方數(shù)據(jù)目前國內(nèi)外學(xué)者對于電力系統(tǒng)可靠性的研究，主要有兩個方向：網(wǎng)絡(luò)方法和狀態(tài)空間法[39-40]。網(wǎng)絡(luò)方法重在分析網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點是否連通，計算時間短，但是計算結(jié)果并不能包含網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的連通狀態(tài)。狀態(tài)空間法主要通過列舉出所有可能出現(xiàn)的狀態(tài)來計算，這種方法計算量大而復(fù)雜，隨著節(jié)點數(shù)的增多以及元件的增多，系統(tǒng)可能出現(xiàn)的狀態(tài)越來越多，狀態(tài)空間法的計算量呈指數(shù)增長，這使得這種方法僅適用于簡單的系統(tǒng)，在計算復(fù)雜系統(tǒng)時難以運用。目前國內(nèi)外在計算變電站可靠性時主要運用網(wǎng)絡(luò)方法。這種方法在計算大電力系統(tǒng)時計算量小，優(yōu)點十分突出，但是其計算結(jié)果的是否真實可信還需進一步分析。如果以線路的連通與否作為可靠性指標(biāo)，即以出線斷路器連通的頻率和概率作為定量衡量本線路可靠性的指標(biāo)，這在一定程度是反映了線路在一定時間內(nèi)出現(xiàn)故障的概率和頻率，但是并不能反映出該變電站的接線特點。目前的網(wǎng)絡(luò)方法的研究主要集中在對可靠性模型的改進上，本文結(jié)合變電站的特點，對影響可靠性的各元件模型進行優(yōu)化，希望逐步提高計算結(jié)果的可信水平。將設(shè)備狀態(tài)擴展為五種，即：正常運行狀態(tài)、短路狀態(tài)、開路狀態(tài)、故障檢修狀態(tài)、計劃檢修狀態(tài)，具體如圖4-1所示：圖4-1可靠性模型圖N—正常運行狀態(tài)Fs—短路狀態(tài)R—故障檢修狀態(tài)M—計劃檢修狀態(tài)華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文S一故障切換率λ一計劃檢修率H一計劃修復(fù)率1.事故類型在電力系統(tǒng)中，在不同地點發(fā)生不同事故的情況非常多，難以一一列舉，同時在研究中也是完全沒有必要的。本文中，只對那些出現(xiàn)次數(shù)較高的故障以及那些雖然出現(xiàn)次數(shù)不太多但是一旦發(fā)生影響十分巨大的故障進行分析。分析時，結(jié)合了電壓等級以及所處的位置，不同情況區(qū)別對待，本文主要選擇了三相對稱的短路故障以及開路故障作分主要的事故類型如下表4-2所示：表4-2主要的事故類型元件事故類型斷路器母線隔離開關(guān)變壓器發(fā)電機進出線短路、誤動短路短路短路短路、開路短路、斷線2.基于最小割集算法的偶發(fā)事故枚舉法的基本思路一般的偶發(fā)事故枚舉法，在選擇偶發(fā)事故時，是根據(jù)潮流計算等算法選擇的。選擇事故類型之后，再根據(jù)事故的影響程度、事故發(fā)生的概率進行排序。選擇偶發(fā)事故的原依次類推。通過運用潮流計算等方法得到一組預(yù)想事故，根據(jù)這些事故對系統(tǒng)的影響，通過連通性算法計算可靠性的基本思路是：根據(jù)變電站的電氣主接線，建立設(shè)備的拓撲關(guān)系；找到系統(tǒng)正常運行的所有事件，對這些事件進行不交化處理，從而推導(dǎo)出系統(tǒng)正常運行的表達式；根據(jù)這些表達式，找到影響系統(tǒng)可靠性的因素，最終進行可靠性計算本文應(yīng)用了最小割集算法，即建立變電站內(nèi)設(shè)備的拓撲關(guān)系，通過拓撲結(jié)構(gòu)找到待研究的線路與電源的關(guān)系，從而分析引發(fā)線路停電的可能事件，最終定量計算可靠性。與連通性算法相比，最小割集算法不需要對系統(tǒng)正常運行狀態(tài)進行計算，只需要找到待研究線路與電源之間的最小路，因此高階事件中不會出現(xiàn)低階事件。具體流程如圖4-23.基于最小割集算法的偶發(fā)事故枚舉法的具體算法根據(jù)基于最小割集算法的偶發(fā)事故枚舉法的基本思想，在進行可靠性計算的計算方法是：首先對要研究的主接線圖進行分析，列舉出所有影響線路停電的割集事故，再分析該事故發(fā)生所引起的概率和頻率。對于故障的搜索，可以按照如下的方法：分析主接線圖，找到每一回路出線到源點的最小路徑，也就是最小割集。其中包括對應(yīng)于一重事故、二重事故、三重事故的一階割集、二階割集、三階割集。本文中忽略三階割集以上，因為三重以上的事故幾乎不可能發(fā)生。找到一階割集、二階割集、三階割集之后，按照下面方法進行可靠性計算。一階割集：對應(yīng)于一重事故。由于一重事故表示單個設(shè)備發(fā)生故障。所以一階割集的故障率就是單個設(shè)備發(fā)生故障的概率，即單個設(shè)備的故障率。一階割集的故障修復(fù)時間就是單個設(shè)備發(fā)生故障時的故障修復(fù)時間。如果這個設(shè)備存在備用設(shè)備，該設(shè)備的故障修復(fù)時間就是備用設(shè)備投運時間。二階割集：對應(yīng)于二重事故。下面分析計劃修停運與強迫停運同時發(fā)生的情況。λ、2一兩個設(shè)備強迫停運的故障率x、r?一兩個設(shè)備強迫停運的故障恢復(fù)時間二階割集的強迫停運時間r,為：計劃修停運與強迫停運同時發(fā)生可能有兩種情況：(1)設(shè)備1處于檢修狀態(tài)，設(shè)備2處于強迫停運狀態(tài)(2)設(shè)備2處于檢修狀態(tài)，設(shè)備1處于強迫停運狀態(tài)這兩個設(shè)備的停運率r,可表示為：λm、λm一兩個設(shè)備的計劃檢修停運率m、rm?一兩個設(shè)備的計劃檢修停運時間三階割集：對應(yīng)于三重事故。三階割集也應(yīng)考慮計劃修停運與強迫停運同時發(fā)生的情況。但是實際中檢修時一般只有一個設(shè)備檢修，因此只分析一個設(shè)備檢修兩個設(shè)備停運的情況。計算時，只需要先將兩個同時停運的設(shè)備的故障率、停運時間等效為一個元件的故障率和停運時間，然后再根據(jù)公式4-10、11、12、13,計算即可。4.計算可靠性指標(biāo)根據(jù)上面的分析求出故障率和修復(fù)時間之后，就可以求出各個判據(jù)下可靠性指標(biāo)，包括故障停電平均持續(xù)時間、可用率、年停電的平均時間、停電頻率。華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文通過對整個變電站設(shè)備的可靠性靈敏度的分析，可以找到對變電站可靠性影響較大的設(shè)備，從而找到變電站中的薄弱環(huán)節(jié)，就可以針對這些薄弱環(huán)節(jié)采取一些提高供電可靠性的措施，例如加強巡視等，進而提高整個變電站的可靠性，這就是對設(shè)備可靠性進行靈敏度分析的最終目的。第i臺設(shè)備發(fā)生故障時，對變電站供電可靠性的靈敏度系數(shù)為：S,—第i臺設(shè)備發(fā)生故障的靈敏度系數(shù)P?一變電站供電可靠率P一最小割集狀態(tài)k的等值可用率本章主要對變電站的可靠性算法進行了深入研究。首先分析了變電站可靠性的指標(biāo)體系，總結(jié)了現(xiàn)階段關(guān)于變電站供電可靠性的可靠性指標(biāo)；通過簡化建立了設(shè)備的可靠性指標(biāo)模型；總結(jié)了現(xiàn)階段定量計算變電站可靠性的方法，并選擇最小割集算法作為本文計算可靠性的依據(jù)。最后，本章從理論上研究了保護裝置對可靠性的影響，同時給出了供電可靠性的靈敏度計算公式。華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文第5章牛莊變電站的可靠性分析5.1牛莊變電站電氣主接線簡介牛莊變電站于1977年5月31日建成投運，主要擔(dān)負著市區(qū)東部的工業(yè)、農(nóng)業(yè)及居民生活用電。1998年11月改造后實現(xiàn)無人值班。牛莊變電站有110kV、10kV兩個電壓等級110kV采用半高型布置，110kV出線四回，分別與春林變、北郊變、馬村變聯(lián)接，是焦作市區(qū)主要的電源聯(lián)絡(luò)點。牛莊變電站主接線形式如下表5-1所示。110kV系統(tǒng)運行方式為，春牛線向110kVI段母線供電，馬牛南線向110kVⅡ段母線供電；110kVI、Ⅱ段母線通過牛110開關(guān)并列運行；牛111開關(guān)、牛112開關(guān)帶兩臺主變運行；110kV北牛線、春牛線接于I段母線，110kV馬牛北線、馬牛南線接于Ⅱ段母線。主接線形式運行方式110kV單母分段I段母線：北牛線，春牛線Ⅱ段母線：馬牛北線，馬牛南線10kV單母分段I段母線：崗水北線，百間房線等Ⅱ段母線：四水東線，冶煉西線等單母分段接線如圖5-1所示。這種接線的特點是，兩組母線通過斷路器(或隔離開關(guān))分段，所有回路通過斷路器和隔離開關(guān)連接到各段母線上。(1)接線簡單、明了、清晰。(2)配電裝置造價低、設(shè)備布置簡單。(3)操作方便，隔離開關(guān)和斷路器之間的防誤閉鎖裝置易于實現(xiàn)，母線發(fā)生故障(4)擴建方便。(1)如果母線出現(xiàn)故障或者母線檢修，需要中斷與其所連的的電源。(2)如果母線需要檢修或者故障時，需要將其斷開，母線上連接的出線需要停電。華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文(3)如果出線斷路器故障或者檢修時，該回線需要停電。單母線接線及單母分段接線的運行方式有：(1)單母線并列(分段斷路器接通)運行。例如圖5-1中的典型單母線接線。單母線分列(分段斷路器斷開)運行，將單母線分段并利用斷路器將分段母線連接起來，就得出單母線分段接線形式。(2)一段母線工作一段母線檢修運行。若一段母線的隔離開關(guān)故障需檢修時，可以斷開分段斷路器，將母線分為兩段，一段母線正常運行，另一段故障母線進行檢修。由于出線斷路器檢修或者故障時，本回線需停電?？梢詫文妇€接線、單母線分段接線擴展為單母線分段帶旁母接線。單母線分段帶旁路接線與單母接線相比，一方面具有單母線的接線簡單、經(jīng)濟的優(yōu)提高了供電可靠性。單母線分段帶旁路接線的主要缺點是：如果母線需要檢修或者故障時，需要將其斷開，母線上連接的出線需要停電。增加一條旁路母線，增加了一部分投資。雙母線接線如圖5-2所示，雙母線分段接線如圖5-3所示，其主要優(yōu)點有：(1)運行方式靈活。如果將電源的出線分別分配在兩組母線上，同時運行母聯(lián)斷路器，就可以使兩個母線同時運行。也可以斷開母聯(lián)斷路器，使得一組母線運行，一組母線備用。(2)母線檢修時不需要中斷供電。當(dāng)一組母線需要檢修時，可以將該母線上的所有回路通過隔離開關(guān)轉(zhuǎn)移到另一母線上，同時斷開母聯(lián)斷路器，不中斷任何線路。(3)一組工作母線故障，僅短時停電。如果一組工作母線發(fā)生故障，