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终端 变电所 电气 一次 系统 设计 03

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华 北 电 力 大 学 科 技 学 院毕 业 设 计（论 文）附 件外 文 文 献 翻 译学 号： 081901090233 姓 名： 张敏 所在系别： 电力工程系 专业班级： 农电08k2 指导教师： 赵飞 原文标题： Smart GridA Reliability Perspective 2012年6月8日可靠性的角度来看智能电网 Khosrow. Moslehi，会员，IEEE，兰吉特库马尔，高级会员，IEEE摘要面对日益复杂的电网增长需求，如何利用通信和信息技术提高电网的可靠性、安全性和效率性以及在关注环境和能源的可持续发展问题上仍需要一个飞跃。这一种凝聚力集成这些技术的框架加快了所需标准的融合和促进达成的协议，并需要实施必要的分析能力。本文批判性的回顾了主要智能电网对可再生能源可预见性靠性的影响,需求和存储。我们观察到，这些资源的理想组合最终导致一个平稳的净需求，从而进一步突出了可靠性问题。因此我们提出了宽带IT架构的框架，以适应可靠性的挑战。这种架构支持多种地理上和时间上的层次协调,能够。索引术语-智能电网，电网，IT基础设施，架构，分布式智能，自治系统，软件代理，全球协调，协调时间，执行周期，快速的本地控制，实时性，大规模系统，分布式系统，电力系统运行，电力系统控制，运转协调，电力系统的安全性，动力系统的可靠性，自愈电网。一、引言近几年来公用事业行业一直利用通信和信息技术的优势提高了效率，可靠性，安全性和服务质量。面对管理日益复杂的散装电网，在对环境问题的日益关注，能源的可持续性和老化资产独立性的前提下，需求的增长和服务质量的追求，继续加剧了应用这种技术的发展。种在电网方面的明智的飞跃就是现在被广泛熟知的“智能网格”。智能电网（SG）的设想采用了现代技术改造电网的所有优势，其功能更加智能化，以实现以下功能： 更好的环境意识和经营者的援助。 自主控制行动，以提高可靠性增加弹性。消除或减少对组件故障的自然灾害，受停电的频率和幅度监管政策的控制，操作要求，设备限制和客户的喜好。通过这种控制行动可以最大限度地提高资产的效率,利得比人工操作更快的响应。 凭借弹性反对实现物理和IT安全协议。 包括太阳能在内的可再生资源的整合，风能，各类储能。这样的整合可能发生在网格中的任何位置。从消费品零售场所集中的植物。这将有助于解决环境问题并提供一个真正的路径朝通过“绿色”全球可持续发展包括电动运输技术。 实时通信之间的消费和实用程序，以便最终用户能够积极参与和根据个人喜好（价格，环境问题等）调整自己的能源消耗。 通过创新提高市场产品类型效率的解决方案（能源，配套服务，风险等）提供给所有类型的市场参与者和大小。 更高的服务质量 - 电压骤降的尖峰以及其他干扰和中断 - 经济日益增长的数字式供电。 由于政策和监管措施，近来“智能电网”的前景已出现上升势头,例如文件中声明。众多和不同利益的相关者正在努力实现上述智能电网的目标，通过推进和部署各种技术。这些努力能分为以下趋势： 可靠性 可再生资源 需求响应 电存储 电能运输上述趋势也确认为优先功能领域中的“智能电网联邦能源管制委员会的政策声明”。在这些趋势中，系统的可靠性一直是现代电网的设计和操作区域的一大重点。其他趋势涉及到了在独特的智能电网的资源类型中多种影响的可靠性。由于可再生资源波动的,尽管补充了电网的发电能力和一直解决环境问题，但是仍然加剧了他的可靠性。需求响应和电是解决电网经济所必需的存储资源, 也被认为能支持电网的可靠性通过缓解高峰用电需求和负荷变动。电动运输资源有利于达到环境指标,多样化地减轻对环境的负荷。平衡这些资源类型的多样性,意味着在维护电网可靠性方面的挑战。满足这些可靠性指标的挑战，同时有效的整合上述资源，依赖于通信和信息技术一个质的飞跃。一项揉和这些技术来促进标准和协议的达成已变得迫不及待急需加快部署这项技术。通过对现代电网可靠性挑战以及小型智能电网对资源组合的影响的理解,我们可以实现这样的技术。本文首先概述了电网的可靠性的挑战，然后提出了对上述四个智能电网的资源类型的可靠性的影响严格审查的要点。我们观察到，这些平稳的净需求的理想组合将最终导致资源可靠性问题进一步加剧。为了适应这种挑战，需要协调电网提供的广泛的IT基础设施，监测和控制电网。然后，我们提出了设计IT基础设施一个架构框架。这个框架用来支持众多地理上和时间上的协调层次, 实现高达指数级别毫秒级的时间尺度的监测和控制。这种能力要充分利用现代测量技术（如电源管理单元）和控制设备（如事实）。该架构是设计和发展多种多样组件的IT标准也是小型智能电网的需要的根本协议。二、可靠性挑战可靠性一直处于电网设计和操作的前列由于停电给客户造成的成本损失。在美国，2002年的全年的因停电损失的费用估计在79亿万美元,这大约相当于三分之一的电力总零售收入249亿万美元。类似的2008年零售收入估计为109亿万美元。其他报告也显示了更高的预估。现代电网的可靠性问题已经变得更加具有挑战性。具有挑战性的因素包括： 由于对环境和能源可持续性问题的关注加重了电网阻塞不确定因素的多样性。电源实时流模式显著不同那些考虑脱线分析的设计。 越来越多的长距离传输增加了电网的波动性也减少可靠性利润率。这种现象加剧了能源市场得危机。 电网在其边缘处也实现了经营管理,这往往是因为:O投资的不足和有限的权力; O能源消耗的增加和需求高峰的出现使得有限的传输能力变得紧张; O基础设施的老化; O最大限度地实现资产的驱动通过利用现代科技工具来监测，分析和控制。 综合经营上升到实体更大的“脚印”,同时也带来更加复杂的问题，需要较小的误差范围和更少的决定次数。这个问题可能会加剧因退休而导致经验丰富的工作人员的下岗。大规模的利用不可再生资源利用率倾向于模糊传输和分配之间的区别，也会突出和电网运行的复杂性和波动性。三、主要类型的SG资源对可靠性的影响以下是主要类型的资源对智能电网可靠性的影响。 可再生资源： 风能和太阳预计是最恢复最迅速的可再生资源。在美国，风力预计将从2008年总供应量（1.3）31TWh1160TWh增长到2030（风5800总供应量的20的能源目标亿千瓦时）。风能资源的不可预测性表明其低容量因素（通常是20至40），这比传统发电机低得多。图1显示的是一个典型的CAISO风力资源的多样性。图1：范例 - 风能资源输出的多样性控制和增加电网的可靠性方面是一个棘手的问题。这从图2就可以看出来。 风能的多变性和负载的关联度不大，因此对符合ERCOT要求的高峰负荷有很小的影响。尽管这台风电装机的预期容量只有18万千瓦。图2：范例 - 18万千瓦的风力发电能力的影响风力发电的可变性设计影响设备以及它们的地理分布。大规模的风力资源，是典型的远负载，因此面临各种传输的限制，包括热，电压和稳定性问题。风力发电预测误差也提出调度问题。根据地形，预测范围和预测方法，测误差可能超过25。风力发电机组也提出关于低电压穿越（LVRT）的问题。风力变异性对监管要求有不利影响相对较小。 太阳能是最丰富的能源来源。每年到达地球表面的太阳能约是目前世界各地每年化石燃料消耗1000倍。累计安装的太阳能发电量预计2020年将达到16GW。两个当时的技术是光伏发电和热太阳能资源。太阳能资源的变化是非常影响气候和阳光的可用性。光伏能量因素通常是10至20。对于太阳能热电站，这可能达到70，与存储。大型太阳能资源可能远离负荷和因此面对各种传输限制。另一方面，太阳能资源丰富，有一个正相关关系，在温暖的气候与空调负荷的需求。 可再生资源一般有不利影响电网的可靠性，由于下列因素：变异性和低容量的因素，使净需求剖面陡（图2描绘） 低负荷曲线相关，尤其是在风的情况下 相对较高的预测误差，特别是为更长的视野 由于大型装置的传输水平和分配水平，由于分散的资源拥塞问题 经营业绩的问题，如电压和监管按照惯例，水电，抽水存储和燃气涡轮机已被用来作为补救措施，以解决变异的净需求。从长远来看，可再生能源增长，增加需求响应，存储设备和渗透利用插件电动汽车（学券计划）补充传统的补救措施。 需求响应/负荷管理需求响应允许消费者在应对紧急情况和高价格条件的电网负荷减少。这样的条件是在高峰负荷或拥挤的操作更为普遍。非紧急需求响应在系统高峰负荷5至15的范围内可以提供实实在在的好处，在减少需要额外的资源和降低实时电价，需求响应。不大幅改变能源消费总量自在负荷削减期间节约能源的很大一部分消耗在时机从而依赖负荷。 加载拒绝作为应急资源，保护电网从中断被很好地理解和实施通过系统操作命令或通过低频和/或欠电压继电器。在智能电网，在甩负荷计划可以采取更增强智能和基于顾客参与。价格的需求响应/负荷管理系统一直没有得到广泛支持，平衡需求和供给尚未通过。通常一直涉及参与的高峰负荷14在5以下。在智能电网，实时价格信息使更广泛的消费者自愿参与。需求响应可以实现通过自动或手动的价格信号的反应，或通过直接通信的投标过程之间的消费者和市场/系统操作员或通过聚合或当地公用事业，如中介机构（图3）。 除了能力扁平化的负荷曲线，需求反应可以作为一个辅助资源。由于这样的需求响应计划可以提高可靠性。3通信需求响应 存储设备现有的存储资源，大部分是水电和抽水存储电站。然而，对这些资源存储的增长潜力远小于需求，则必要反击日益严重的净需求变化，从而提出了风能和太阳能资源。不同的存储技术正在兴起，以填补了国内空白。电池储能因技术的改进以及规模经济似乎是最有前途的。 存储资源，往往使净需求配置处于奉承地位，因此，预计将提高可靠性。此外，大多数电池的存储设备可以在一秒回应时间尺度。因此，他们可以成为在智能电网的快速控制宝贵的推动者。各种存储资源的大小可以从最终使用不等电网主要变电站和中央电站的负荷来区分。这功能可以帮助减轻传输拥塞和分配水平。 电动运输由于环境问题的增加，插入式电动汽车（的PEV ECAR，等）继续变得更受欢迎。他们是一个重要手段，以减少温室气体（温室气体）和对化石燃料的依赖。他们将是一个重大负荷增长的因素，100英里的旅程15一个潜在的最终消费，假设30千瓦时600TWh/year在美国的200万车辆每年10000英里采用全电动汽车，补给问题不得不被解决。长的充电时间导致普遍不可接受的程度及使用车辆和短期补给有可能增加拥塞，尤其是在分布水平。从纯粹的可靠性角度看，电动运输同时需要响应资源和功能类似存储资源。由于学券计划提出一个重要的因素负荷增长，这也加剧需求变化相关的可靠性问题，取决于充电计划和消费行为模式。四、神光资源极限可靠性的影响作为描绘图4，理想的条件下，需求响应，存储和电动汽车将密切所有其他资源的协调与净负荷个人资料将是近持平。这意味着，电网将操作接近接近峰值负载条件下，几乎所有的时间。最初，净负荷曲线的扁平化趋向提高可靠性，减少高峰。然而，在时间，随着负载的增长，力量最佳的传输和配电资产利用率将推动净负荷接近系统的操作限制。因此，该系统将接近其“边缘”更频繁，从而导致更高的敏感性，要失败和重读的可靠性问题，因此，有必要设计“智能电网”解决方案。图4神光资源的终极可靠性的影响五、资讯基础设施智能电网智能电网的前景的实现需要满足不断提高利用现代的可靠性挑战通信和信息技术使IT基础设施，来提供全网协调监测和控制能力。应该是这样的IT基础设施能够提供失败的证明和几乎瞬间从所有设备之间的双向通信对全网的控制中心，包括所有的单个负载在分配和传输的重要设备水平。这涉及到处理大量的数据数量交易分析和自动化。这需要一个高能够提供快速的性能的基础设施智能本地分一秒的反应与协调更高层次的全球性分析，以防止或包含迅速发展的不良事件。集中式系统是过多为此慢。一个分布式体系结构框架可以使高性能的基础设施，与当地智能分一秒的反应，利用现代技术依据：更好的遥测：利用PMU的技术更快，时间戳记，精度更高，亚秒级扫描到能及时全网的态势感知。 更快的控制装置：基于电力电子技术，以使电压快速自动化控制行动，在两个传输功率流的管理和分配水平。更强大的控制：主动和自适应调整对广域的保护和控制设置监测和控制，包括故意孤岛（超出目前聘用特设计划）。 嵌入式智能设备（IED）的使实施适应性和智能控制： O设备级故障诊断和坏数据鉴定 O操作在限制远程规定系统经营者或控制中心 O“智能”的RAS/动植物卫生检疫措施等。O自主恢复设备O民族自治地方的控制行动 集成和安全的通讯：高度基于分布式和普及的通信开放标准，允许灵活的网络可配置，以确保防故障监测和自动化和之间的双向通信所有运营商和代理商。 增强的计算能力：防故障和安全可靠的分析系统，以支持运营商决定和自治功能的智能代理策划整个地理时间协调电网范围内的IT层次基础设施。互联网技术：互联网协议，以方便数据交换，过程控制和网络安全实施基于标准的分布式体系结构开放的接口。插件和播放的硬件和在面向服务架构的软件组件基于标准如面向消息技术中间件和Web服务，使在整个IT情报的无缝集成从装备水平的IED所有的基础设施达到更高的水平。 建筑 一个系统的“业务驱动”的方法，因为反对特设的“方法驱动”的办法，采用发展提出上述建筑框架。这考虑所有关键的操作方法是基于关注类，如性能增强，设备的限制，经营限制，系统的保护，迅速恢复。所产生的建筑要求必要的功能任务分配与协调在虚拟的层次结构（图5）在三个层面： 组织/控制（网格，区域，控制区域，区/附近，变电站，馈线，顾客等）代 表业务职责 地理区域（区域1. J，变电站1，.，N等） 功能（预测，报警，电压控制等） 自主智能代理的部署，根据需要，对整个基础设施的全网计算网络提供必要的服务领域的执行功能任务：数据采集和模型管理 系统监控（例如，状态估计，安全分析，look-ahead/forecasting） 性能增强（例如，高效率增强，纠正/预防措施，安全约束调度） 控制（如AGC，自动紧急控制，特别保障计划）图5：智能电网的分层结构这些功能的任务，可能适用于每一个次一级别的客户资源，馈线，整个电网的变电站（例如，一个变电站可能执行其自己的国家的估计份额，而不是仅仅提供原始数据）。代理促进更无处不在使用本地控制协调全球分析，实时调整控制参数，自动布防和解除武装的行动中实时控制，以及功能层次结构中的协调，在于多个时间尺度。虚拟架构允许各级情报的无缝集成，使具体的服务和数据的位置是虚拟化和透明化，其涉及到网络基础设施安全。这种模块化，灵活性及可扩展的基础设施满足全球的业务需求和允许的进化及大规模的实施。它可以实际响应稳态和瞬态工况实时，更有效地依赖于传统的解决方案进行分析。代理经营范围从不同的时间表小时对应的电网的物理毫秒现象。他们的行动以周期来实行。一个执行周期是指在时间上协调执行了一套相关的职能任务、方式。活动周期的特定时期和配置根据经营关系，物理现象来控制反应时间，计算负担和工程实践。在每个周期中，在每个层次一级代理是为一个特定的功能，并作为一个负责任的电网的特定部分，如需求部分。基于任务的允许延迟，周期可以分为慢，快的。通讯技术对这种二分法在1-2秒左右。如这样，所有子第二周期必须驻留最接近的物理系统。一般情况下，速度较慢的周期能够更大的收购数据部分系统和更广泛的执行计算所需的全系统的协调性能和控制策略。更快的循环使用数据从变电站及周边地区，以解决当地的分析需求响应事件，须迅速控制策略发展较慢的周期。执行周期通过事件触发器互相交换，来控制参数、性能指标、应急警报等。执行周期涉及的时间尺度的代表组从10毫秒到1小时不等的描绘图 6。具体的数据和需要执行一个给定的算法任务（例如，需求预测），可以改变不同的周期，等级层次。图6：执行周期的时空协调根据上一个周期的层次位置、具体任务分配给循环解决可能的任何或所有各自的目标。例如，在目标周期可能包括各种应急分析和资源调度/调度活动。在1秒周期，目标可能包括延长缓解缓慢振荡。100毫秒的周期，可重点检测含有不稳定，而10毫秒的周期是致力于执行智能的RAS设计和部署在较慢的周期，根据发出的有关指引部署时间。第二小组控制在10或100所需采取的行动毫秒周期的到来可能导致同步测量和事实根据的快速重复控制行动。全球最准确的数据同步到微秒的挑战是自适应地选择所需的数据。使用各种测量验证过滤/回归方法（10或100毫秒“状态估计”代理人在可能的最低水平）（设备水平，海湾水平等）。计算根本不同于传统的状态估计，因为只有约半工频周期可以观察。要估计的数据可能包括振幅、频率和相位角各相电流的瞬时值和电压。估计这些参数的变化率也可能是至关重要的。非传统加以解决的错误包括可能出现的相位不平衡，饱和度，开关瞬变和整个品种的其他控制行动系统。通信延迟是总的响应时间一个重要的组成部分。在这些周期中的位置，每个代理分配考虑单向延迟，以尽量减少延误（约0.2毫秒内变电站和6毫秒变电站之间）。对个人的进一步详细信息及不同周期和多层次的任务，加上必要的分析方法见。六、与现行做法的协同作用所提出的架构提供了一个广义设计和开发的框架，有利于IT基础设施和出现的各种组件智能电网所需的必要的标准和协议特别是与可靠性相关的问题。其当前状态在电网改造的建筑方式的必要性，以“智能电网”是类似的iPhone范式，在其智能电话系统的改造20世纪的形式（按键式电话代表如图 7）。这是不是因为是iPhone“手机”革命性的几个具体应用，但其架构导致功能爆炸。图7：类比转换技术所提出的架构，使类似的转变成为今天的“聪明”电网的电网。它提供了一个创新的应用系统来开发新的框架和现有的应用集成，以满足不同可靠性问题，并促进各种智能电网资源一体化。实施框架是技术上可行的演变及行业惯例。 技术可行性该架构的技术可行性依赖于近距离传感器，电信等领域以及进展计算，网络技术，电力设备，和电源系统的分析。设计的灵活性和可扩展性通过已经建立的一个非常定量分析来实现，例如大电网组成的10个地区，每个20个控制区，并在每个地区的500变电站17,18。这种分析包括监测，分析的要求，控制和排除人机界面的要求。据分析，大小的数据快照描述瞬时状态之间变电站2.5kBytes整个电网250Mbytes的变化。但是最高的数据大约传输速率为8.1 MB /秒水平（变电站集群）。快照的延迟范围在几毫秒变电站在电网水平的几秒钟。但是，它是可以提供选择一个小的信息的子集在电网以1秒的延迟水平。尽管大范围在潜伏期，使用电源管理单元提供的时间戳，如果需要的话它是尽可能限制在任何级别的数据歪斜的时间为1毫秒或更少。这些要求完全可行性的领域内使用当代技术。 行业发展趋势目前所提出的架构是在协同行业惯例。智能电网需要的许多技术已经到位并实现。这种实现的例子包括广域监测和控制，特别保障计划，状态估计和预测。 广域监测和控制已获得全球兴趣。这涉及到数据收集和通过使用时间控制的大区域电网同步相量测量单元（PMU）。关键应用领域包括：相角监控慢速扩展振荡监测电压稳定/传输能力增强热线监控/动态评价PMU增强状态估计地磁扰动识别 目前，北美同步相倡议（NASPI）赞助一个强大的设计和开发以及广泛使用和安全的同步数据互连的北美电力系统。数据设计高速公路（NASPINET）正在进行中。特别保护计划/补救行动计划（卫生和植物检疫/ RAS）系统的增殖可以被视为智能代理的前体。在目前的执行情况布防/撤防计划是防止其不适应。他们是通常定制并建立和维护过于昂贵。拟议的架构将提高其效力通过频繁的更新，从更高层次和更大的使用当地的情报，因此智能SPS/ RAS或互联网服务供应商/ IRAS。这也将有助于降低成本通过使用插头和发挥各级的组成部分。该架构还为众多计划的近实时协调和控制行动。这种协调也正在追求由行业特设的方式 。状态估计功能为电力系统目前的经营状况运营商和使用要求提供了可靠的知识所有分析功能及信息。在目前的做法，因为所有的分析功能是集中的，一个典型的状态估计也是集中。在整个电网，及时的状态，以提供情报估计必须提供所有必要的地方各级执行周期/时间尺度（包括分包秒）。正因为如此，它是必不可少的分布式，在每三个层次的功能代理为层次结构来完成局部分析。例如，变电站一级代理从本地获取必要的数据及其他附近变电站内的“电”。它解决了拓扑错误，识别并拒绝错误的测量，并在必要时在变电站级或其他级别，获得其他功能的替代数据（例如，总线负载估计或预测）。其他更高一级代理商，以协调他们的估计以及比较低层次的解决方案，作为规定的时间标记。这是一个协调良好的可扩展性方法。通常是在需求和资源方面预测宏观层面，如控制区和承载区。然而，需要更多的离散和智能的地方控制的增加，将会更好地在地方一级预测所需的需求和分布式资源。建议架构为整个预测代理人电网，通信和访问所需的数据和信息以产生更精确的负载和下一代模型贯穿整个系统。例如，在变电站的水平，代理商可以预测数据总线负载和资源。任何操作建议由更高一级代理商的约束要占n为预测数据。较高的代理水平可以有较低的水平，折叠成自己的预测数据。这可以提高资产利用率和控制能力。倡议的主要标准是由NIST正在进行赞助和IEEE协会（IEEE203024）。我们相信，这些努力将收获越快，一个共同的愿望是智能电网的结构是由各方共享。七、结论智能电网的主要设想作为一个质的飞跃,利用通信和信息技术提高电网的可靠性使其一体化如智能电网的可再生资源，需求资源响应，电动仓储，交通和电力。基于严格审查了这些资源的可靠性的影响，它得出的结论是智能电网资源的理想组合平坦的净需求，最终突出进一步的可靠性问题。因此，会议的中心内容强调实现智能电网的可靠性。 迎接这些挑战，需要一个系统化的方法一个能凝聚全网一体化发展共同发展的IT技术。一个框架建议作为一个具体表现共同的愿景，方便设计、开发和智能电网各个组件的集成，以及智能电网所需的标准和协议的出现。该架构支持多种防故障地理上和时间上的协调层次从时间尺度的监测和控制行动业务规划地平线毫秒。该架构通过一个虚拟的层次提供高性能众多的地方选区和功能方面软件代理和服务的运作组织。这高性能的基础设施可以被看作是一个“超级环境管理体系”组成的网络。概念设计允许执行的进化基础设施。一个建筑的方法是至关重要的转型电网,“智能电网”作为iPhone建筑范式是在手机的转变。这不是因为几个iPhone的具体应用革命性的“手机”,但其体系结构，导致爆炸功能。八履历 khosrow Moslehi收到来自美国加州大学伯克利分校博士学位。他是在加利福尼亚州圣克拉拉ABB网络产品的开发主任。 Moslehi博士拥有在电力系统的分析，并在研究和发展的经验优化，系统集成和架构，以及电力市场超过25年的经验。他自2002年以来，已经涉及在智能电网研究的各个方面的研究。 兰吉特库马尔从密苏里大学罗拉分校（现为密苏里科技大学）获得博士学位。他拥有超过30多年的经验，研究和开发的算法和电力系统的设计，操作和实时控制及软件市场提出了几个相关的电力系统稳定方面的贡献燃料资源调度和动态安全性分析。自2003年以来他一直活跃在智能电网研究的各个方面。迎接这些挑战，需要一个系统化的方法。12华北电力大学科技学院毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告学生姓名： 张敏 班级： 农电08k2 所在系别：电力工程系 所在专业：农业电气化与自动化 设计（论文）题目：终端变电所电气一次系统设计： 110/10kV 进/出线回数2/9 指导教师： 赵飞 2012 年 04 月01日毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告一、结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写不低于2000字的文献综述。（另附）二、本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一、设计主要内容： 1. 变压器台数、容量确定及主接线设计。 2. 短路计算。 3. 电气设备选择及校验。 4. 室内外配电装置设计。 5. 防雷及接地系统设计。二、 设计方法：通过对负荷资料的分析，确定主变压器台数，容量及型号。 根据变电站的规划容量、负荷性质、线路、变电站连接元件总数、设备特点等条件，并综合考虑供电可靠性、运行灵活性、操作检修方便、投资节约和便于扩建等要求确定主接线。然后根据电力系统接线图及本所电气主接线图，制定短路计算等值网络图，拟订必要的短路计算点进行短路计算，根据短路计算的结果，并兼顾经济性和可靠性来完成对电器设备的选择，并按照短路情况下校验其动稳定性跟热稳定性。最后根据短路计算、当地的雷暴日、土壤电阻率等因素进行防雷及接地系统的设计，从而完成了变电站电气一次系统的设计。三、指导教师意见：1 对“文献综述”的评语： 2对学生前期工作情况的评价（包括确定的研究方法、手段是否合理等方面）：指导教师： 年 月 日终端变电所电气一次系统设计：110/10kV 进/出线回数2/9 题 目 毕 业 设 计(论文)院 系电力工程系专业班级农电08k2班学生姓名张敏指导教师赵飞二一二年六月华北电力大学科技学院毕业设计（论文） 终端变电所电气一次系统设计：110/10kV 进/出线回数2/9 摘 要电能是现代城市发展的主要能源和动力。随着现代文明的发展与进步，社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。城市供电系统的核心部分是变电所。变电所是电力系统的重要组成部分，是组成电网的基本单元之一，其运行的安全与否，直接关系到电网的安全和稳定，对国民经济和社会的发展至关重要。因此，设计和建造一个安全、经济的变电所，是极为重要的。本变电所设计除了注重变电所设计的基本计算外，对于主接线的选择与论证等都作了充分的说明，其主要内容包括：变电所主接线方案的选择，进出线的选择；变电所主变压器台数、容量和型式的确定；短路点的确定与短路电流的计算，电气设备的选择 （断路器，隔离开关，电压互感器，电流互感器，避雷器）；配电装置设计和总平面布置；防雷保护与接地系统的设计。另外，制了五张图纸，包括：电气主接线图，电气总平面布置图，防雷接地图，110kV 接线断面图。图纸规格与布图规范都按照了电力系统相关的图纸要求来进行绘制。 关键词：变电所；电气主接线；电气设备；设计 THE DESIGN OF TERMINAL SUBSTATION ELECTRICAL SYSTEM （110/10kV，in and out2/9）Abstract Electric energy is the main energy and dynamism of modern city development. With development and progress of modern civilization, social production and is it put forward high request more and more to quality and management that electric energy supply to live. The core of city for supplying power is transformer. It is very important to design and build one safe and economical transformer substation. Beside paying attention to basic calculation of design for substation. Substation is the important part of power system, is composed of the basic unit of power grid, the safety of its operation or not, directly related to the safety and stabilization of power grid, to the national economy and social development. So, the design makes satisfying narration toward choice and argumentation of main connection. The main content of this design include the choice of main connection for substation; the choice of pass in and out line; the certainty of number, capacitance and model for main transformer; the certainty of short circuit points and calculation of short circuit; the choice electric equipment (breaker, Insulate switch, voltage mutual-inductance implement, current mutual-inductance implement, arrester);the design for distribution and disposal for chief plane; the design for lightning proof protection and earth system. In addition, drawing five blueprints include the main wiring diagram; the disposal drawing of electric plane; the drawing of lightning proof protection and earth system; the drawing of 110kV connection; the drawing of 35kV connection. Both the specification of drawing and the criterion of disposal are based on requirement of drawing to electric power system.Key words: Substation; main connection; electric equipment; design 1目录摘 要IAbstractII1前言12 主变压器的选择22.1 概述22.2 变电站总布置设计技术规程中有关变电站主变压器选择的规定22.3 主变压器选择的一般原则与步骤22.3.1 主变压器台数的确定原则22.3.2 主变压器形式的选择原则22.3.3 主变压器容量的确定原则22.4 主变压器的计算与选择32.4.1 主变压器容量的计算32.4.2 变压器型号选择33电气主接线的设计43.1 概述43.2主接线方式的简介43.2.1 单母接线43.2.2 单母分段43.2.3 带旁路母线53.2.4 双母接线53.2.5 一台半断路器（3/2）接线53.2.6 桥形接线53.2.7 角形接线63.3 主接线设计的基本要求63.3.1 主接线可靠性的要求63.3.2 主接线灵活性的要求63.3.3 主接线经济性的要求73.4 电气主接线的比较和选择73.4.1 主接线方案的拟订73.4.2 主接线各方案的讨论比较93.4.3 主接线方案的最终选择104短路计算114.1 概述114.2 短路电流计算的目的及原则114.3 短路点的选择与各短路点的短路电流的计算115导体和电气设备的选择和设计135.1 概述135.2 断路器的选择135.2.1 断路器选择原则与技术条件135.2.2 断路器型号的选择及校验145.3 隔离开关的选择155.3.1 隔离开关的选择原则及技术条件155.3.2 隔离开关型号的选择及校验155.4 电流互感器的选择165.4.1 110kV侧电流互感器的选择175.4.2 10kV电压等级电流互感器的选择175.5 电压互感器的选择175.6 绝缘子的选择185.7 导线的选择195.7.1 导线的选择原则195.7.2 对于硬导线进行热稳定校验和动稳定校验方法195.7.3 导线型号的选择196屋内外配电装置设计226.1 概述：226.2 配电装置形式的设计：226.2.1 中型配电装置226.2.2 半高型配电装置236.2.3 高型配电装置236.3 屋内配电装置236.4 结论247防雷保护257.1 概述257.2 避雷装置的配置原则257.2.1 避雷针的配置原则257.2.2 避雷器的配置原则257.3 避雷器的选择257.3.1 110kV避雷器的选择267.3.2 10kV避雷器的选择267.4 避雷针的设计267.4.1 避雷针的作用267.4.2 避雷针的保护范围及计算268接地系统的设计288.1 设计说明288.2 接地体的设计288.3 接地网间距的设计及选择29结论31参考文献32致谢331前 言变电站是电力系统的重要组成部分，是组成电网的基本单元之一，其运行的安全与否，直接关系到电网的安全和稳定，对国民经济和社会的发展至关重要 。随着电网的发展及超高压大容量的形成，变电所运行设备和运行操作一旦发生事故而不能及时消除或处理不当，就将危机电网的安全运行，严重时甚至酿成大面积停电。对一个中小型变电站的主接线就毋须要求过高的可靠性，也就没有必要采取太复杂的接线形式；而对于超高压变电站，由于它们在电力系统中的地位很重要，供电容量大、范围广，发生事故可能使系统稳定运行遭破坏，甚至瓦解，造成巨大损失，所以就要求较高的可靠性。时代的要求使我们电力人应以高度的热忱和认真的态度去对待工作的各个环节1。目前，我国城市电力网和农村电力网正进行大规模的改造，与此相应，城乡变电所也正不断的更新换代 。我国电力网的现实情况是常规变电所依然存在，小型变电所，微机监测变电所，综合自动化变电所相继出现，并得到迅速的发展。然而，所有的变化发展都是根据变电设计的基本原理而来，因此对于变电设计基本原理的掌握是创新的根本。本毕业设计的内容为 110kV 降压变电所电气一次系统设计，正是最为常见的常规变电所，并根据变电所设计的基本原理设计，务求掌握常规变电所的电气一次系统的原理及设计设计过程2。 变电所是联系电网的纽带，是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施,主要是通过变压器将各级电压的电网联系起来,起着变换和分配电能的作用,其运行的可靠和安全与否直接关系到整个电网的安全运行3。本次毕业设计的内容为110kV终端变电所电气一次系统设计，是最为常见的常规变电所，设计过程中需要进行主变压器的选择，主接线的设计，短路电流的计算，断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等电气设备的选择和校验，屋内外配电装置的设计，防雷接地系统的设计等内容。本次设计完全按照任务书的要求进行，制作内容可能尚有欠缺，欢迎各位老师能够批评指正。2 主变压器的选择2.1 概述 在各级电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电站安全可靠供电和网络经济运行的保证。特别是我国当前的能源政策是开发与节约并重，近期以节约为主。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济效益4。2.2 变电站总布置设计技术规程中有关变电站主变压器选择的规定1) 主变容量和台数的选择，应根据电力系统设计技术规程有关规定和审批的电力规划设计决定进行。凡有两台及以上主变的变电站，其中一台事故停运后，其余主变的容量应保证供应该站全部负荷的70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。2) 根据电力负荷的发展和潮流的变化，结合系统短路电流、系统稳定、系统继电保护、对通信线路的影响、调压和设备制造等条件允许时，应采用自耦变压器。3) 主变调压方式的选择，应符合电力系统设计技术规程的有关规定。2.3 主变压器选择的一般原则与步骤2.3.1 主变压器台数的确定原则为保证供电的可靠性，变电站一般应装设两台主变，但一般不超过两台主变。当只有一个电源或变电站的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。对大型枢纽变电站，根据工程的情况，应装设24台主变。当变电站装设两台变压器的时候当一台停运时，一台检修时，另一台应该能够70%以上的负担。2.3.2 主变压器形式的选择原则1) 110kV主变一般采用三相变压器。2) 当系统有调压方式时，应采用有载调压变压器。对新建的变电站，从网络经济运行的观点考虑，应采用有载调压变压器。2.3.3 主变压器容量的确定原则1) 为了准确选择主变的容量，要绘制变电站的年及日负荷曲线，并从该曲线得出变电站的年、日最高负荷和平均符合5。2) 主变容量的确定应根据电力系统510年发展规划进行。3) 变压器最大负荷按下式确定： （2-1） 式中PM变电所最大负荷； 负荷同时系数； 按负荷等级统计的综合用电负荷。对于两台变压器的变电站，其变压器的容量可以按下式计算： （2-2）2.4 主变压器的计算与选择2.4.1 主变压器容量的计算在电力工程电气设计手册可知：装有两台级及以上主变压器的变电所中，当断开一台主变时，其余主变压器的容量应能保证用户的一级和二级负荷，其主变压器容量应满足“不应小于”70%的全部负荷。已知10kV侧最大负荷为7MW，由计算可知单台主变的最大容量为： （2-3）结论：选择两台8MVA的变压器并列运行。2.4.2 变压器型号选择设负荷同时率为0.85因为本次设计中有两个电压等级，所以选用双绕组变压器。所以本设计用双绕组变压器，绕组排列顺序为 （由内向外）：10 kV、110 kV。 综上所述： 主变压器选用双绕组有载调压、全封闭节能型降压变压器。 型 号：SFZ7-8000/110容 量：8000kVA 接线方式：YN, d11空载损耗：15.0KW负载损耗：50KW空载电流：1.4%阻抗电压：10.5%重 量：25.4t调压方式：有载调压冷却方式：风冷3电气主接线的设计3.1 概述 变电所的电气主接线是由高压设备通过连接线组成的接受和分配电能的电路，又称一次接线或电气主系统。变电站电气主接线是电力系统接线的主要组成部分。它表明了发电机、变压器、线路、和断路器等的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成发电、变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全站电器设备的选择、配电装置的布置和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。主接线的设计是一个综合性的问题。必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠6。对于6220kV电压配电装置的接线，一般分两类：一为母线类，包括单母线、单母线分段、双母线、双母线分段和增设旁路母线的接线；其二为无母线类，包括桥形接线和角形接线等。应视电压等级和出线回数，酌情选用。3.2主接线方式的简介3.2.1 单母接线 单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，当母线或母线隔离开关发生开断故障或检修时，必须断开全部电源，造成全站停电。此外，在断路器检修时，也将停止回路工作。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器7。 单母接线适用于： 110200kV配电装置的出线回路数不超过两回，3563kV，配电装置的出线回路数不超过3回，610kV配电装置的出线回路数不超过5回，才采用单母线接线方式。3.2.2 单母分段 单母线借分段器FD进行分段，可提高供电可靠性和灵活性。这不仅便于分段检修母线，而且可减少母线故障影响范围。对重要用户可从不同分段上引线，当一段母线发生故障时，自动装置将分段断路器FD跳开，保证正常段母线不间断供电。在可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，故障时将短时停电，拉开隔离开关FG后，完好段即可恢复供电。分段的数目，取决于电源数量和容量，段数分的越多，故障时停电范围越小，但使用断路器等设备的数目也增多，配电设备运行也就越复杂，通常以2-3段位宜。 单母分段适用于： 110kV220kV配电装置的出线回路数不超过4回，3560kV配电装置的出线回路数不超过8回，610kV配电装置每段容量不宜超过25MW3.2.3 带旁路母线 断路器经过长期运行和切断数次短路电流后，都需要检修。为了检修出线断路器，不致中断该回路供电，可增设旁路母线PM和旁路断路器PD，旁路母线经旁路隔离开关PG与每一出线连接。正常运行时，PG和PD断开。当检修某出线断路器DL时，先闭合PG和PD，然后断开DL及两侧的线路隔离开关XG和母线隔离开关MG，这样DL就退出工作了，由旁路断路器PD执行其任务。 旁路母线适用于： 多用于35kV以上系统中，因电压越高，断路器检修需要的时间越多，停电损失越大，有旁路短路器可弥补这点缺陷。但断路器价格高昂，一般在电压为35kV而出线在8回以上、110kV在6回以上、220kV在4回以上的屋外配电装置都加设旁路母线。但当采用可靠性较高的SF6断路器时，可不装置旁路母线。而610kV屋内配电装置，一般不装设旁路母线。3.2.4 双母接线 它具有两组母线，工作母线和备用母线，每回线路都经一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线连接，母线之间通过母线联络断路器连接。在检修任一母线时，不会停止对用户连续供电，可把全部电源和线路倒换到备用母线上。在线路断路器检修时，可临时用母联断路器代替。它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点。双母接线适用于： 对于，110kV220kV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110kV220kV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达7回时，一般应装设专用旁路母线。3.2.5 一台半断路器（3/2）接线两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器，它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一条母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。一台半断路器（3/2）接线适用于：220kV以上的超高压、打容量系统中。但使用设备较多，特别是断路器和电流互感器，投资较大，二次控制接线和继电保护都比较复杂。3.2.6 桥形接线 当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，依照连接桥的位置它可分为内桥和外桥接线。运行时，桥臂上联络断路器处于闭合状态。 内桥接线：适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时。当变压器故障时，需断开相应的线路。外桥接线：适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率时。为检修断路器LD，不致引起系统开环，有时增设并联旁路隔离开关以供检修LD时使用。当线路故障时需停相应的变压器。 桥形接线由于使用断路器少，布置简单，造价低，往往在35kV220kV配电装置中广为采用。3.2.7 角形接线 当母线闭合成环形，并按回路数利用断路器分段，即可构成角形接线。角形接线中，断路器数等于回路数，且每个回路都与两台断路器相连接，检修任何一台断路器都不致中断供电，隔离开关只用于检修，从而具有较高的可靠性和灵活性，运行操作方便。 角形接线适用于：角形接线不便于扩建，这种接线多用于最终规模较明确的110kV及以上的配电装置中，且以不超过六角形为宜。3.3 主接线设计的基本要求变电站的电气主接线应根据该变电站所在电力系统中的地位，变电站的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。3.3.1 主接线可靠性的要求可靠性的工作是以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践。主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二次部分在运行中可靠性的综合。因此，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。评价主接线可靠性的标志是：1) 断路器检修时是否影响停电；2) 线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否对重要用户的供电；3) 变电站全部停电的可能性。3.3.2 主接线灵活性的要求主接线的灵活性有以下几个方面的要求：1) 调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。2) 检修要求。可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备进行安全检修，且不致影响对用户的供电。3) 扩建要求。可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最少。3.3.3 主接线经济性的要求 在满足技术要求的前提下，做到经济合理。1) 投资省：主接线简单，以节约断路器、隔离开关等设备的投资；占地面积小：电气主接线设计要为配电装置布置创造条件，以节约用地、架构、导线、绝缘子及安装费用。2) 电能损耗少：经济选择主变压器型式、容量和台数，避免两次变压增加电能损失。3.4 电气主接线的比较和选择3.4.1 主接线方案的拟订高压侧是2回出线，可选择线路变压器组，单母分段带旁路母线，桥型接线。低压侧是9回出线，均可以采用单母线，单母分段，单母分段带旁路和双母线接线。在比较各种接线的优缺点和适用范围后，提出如下四种方案：方案A 高压侧：单元接线；低压侧：单母分段图2-1 方案A主接线图方案B 高压侧：内桥接线；低压侧：单母分段带旁路 图2-2 方案B主接线图方案C 高压侧：外桥接线；低压侧：双母线 图2-3 方案C主接线图方案D 高压侧：内桥接线；低压侧：单母线分段 图2-4 方案D主接线图3.4.2 主接线各方案的讨论比较方案A：110kV侧：采用单元接线。优点：接线简单，开关设备少，节省投资，操作简单。不过缺点也相当突出：任一个元件发生故障或经行检修时，整个单元需停止工作。 10kV 侧均采用单母线分段的方式。可提高供电可靠性和灵活性。这不仅便于分段检修母线，而且可减少母线故障影响范围。对重要用户可从不同分段上引线，当一段母线发生故障时，自动装置将分段断路器FD跳开，保证正常段母线不间断供电。 方案B：110kV 侧：采用内桥接线。高压侧断路器数量较少，线路故障少，维修简单方便，是终端变电站最常用的主接线形式。10kV侧：采用单母线分段带旁路母线的接线方式。此方案该接线方法具有单母分段接线优点的同时可以在不中断该回路供电的情况下检修断路器或母线，从而得到较高的可靠性。方案C：110kV 侧：采用外桥法接线。该接线形式所用断路器少，四个回路只需三个断路器，具有可观的经济效益。连接桥断路器接在线路断路器的内侧。因此，线路的投入和切除比较方便。当线路发生故障时，仅线路断路器断开，不影响其他回路运行。但是当变压器发生故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了一回未发生故障的运行。由于变压器是少故障元件，一般不经常切换，因此，系统中应用内桥接线较多，以利于线路的运行操作。 10kV 侧:采用双母线接线。优点：供电可靠.通过两组母线隔离开关的倒换操作,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后能迅速恢复供电,检修任一回路母线的隔离开关时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离开关相连的该组母线，其他线路均可通过另一组母线继续运行。调度灵活,各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化地需要；通过倒换操作可以组成各种运行方式扩建方便。 缺点:增加一组母线和多个隔离开关，一定程度上增加一次投资.当母线故障或检修时， 隔离开关作为倒换操作电器,容易误操作。方案D： 110kv侧与方案B保持一致。10kV 侧：采用单母分段接线的形式使得重要用户可从不同线分段引出两个回路，使重要用户有两个电源供电。单母线分段接法可以提供单母线运行，各段并列运行，各段分列运行等运行方式，便于分段检修母线，减小母线故障影响范围。任一条母线发生故障时，继电线或断路器时会造成停电，特别在保护装置可使分段断路器跳闸，保证正确母线继续运行。 当然这种接线也有它本身的缺点，那就是在检修母线。夏季雷雨较多时，断路器经常跳闸，因此要相应地增加断路器的检修次数，这使得这个问题更加突出。3.4.3 主接线方案的最终选择综上所得，通过分析原始资料,可以知道该变电站在系统中的地位较重要，年运行小时数较高，因此主接线要求有较高的可靠性和调度的灵活性.根据以上各个方案的初步经济与技术性综合比较,兼顾可靠性，灵活性，我选择方案B。4短路计算4.1 概述 短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。 在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。 电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性8。4.2 短路电流计算的目的及原则 计算短路电流的目的主要是为了选择断路器等电气设备或对这些设备提出技术要求；评价并确定网络方案，研究限制短路电流措施；为继电保护设计与调试提供依据；分析计算送点线路对通讯设施的影响等。 在电力系统设计中，短路电流的计算应按远景规划水平年来考虑，远景规划水平一般取工程建成后510年中的某一年。计算内容为系统在最大运行方式时，某个枢纽点的三相短路电流和单相接地短路电流，并列表供查用。假若短路电流过大，应采取措施将其限制在合理水平。4.3 短路点的选择与各短路点的短路电流的计算系统简化阻抗短路图如下：图4-1 系统阻抗简化图由任务书上可知：系统等值电抗为0.16选取为基准容量， 则 变压器电抗标幺值 （4-1）1)短路点的短路电流标幺值：转化为有名值： （4-2）短路电流的冲击值： (取冲击系数) （4-3）短路容量： （4-4）2)短路点的短路电流标幺值：转为有名值： 短路电流的冲击值：短路容量：5导体和电气设备的选择和设计5.1 概述电气设备选择的一般原则是：1) 应满足导体和电器正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；2) 应按当地环境条件校验；3) 应力求技术先进和经济合理；4) 选择导体时应尽量减少品种；5) 扩建工程应尽量使新老电器的型号一致；6) 选用的新品，均应有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。5.2 断路器的选择5.2.1 断路器选择原则与技术条件高压断路器的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或者退出运行，起着控制作用；当设备或电路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，能起保护作用。高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备。其最大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流9。目前国产的高压断路器在110kV主要是少油断路器。断路器选择的具体技术条件简述如下：1) 电压：（电网工作电压）。2) 电流：（最大持续工作电流）。由于高压断路器没有持续过载的能力， 其额定电流取最大工作持续电流 3) 开断电流（或开断容量）： (或) （5-1）式中 断路器实际开断时间 t 秒的短路电流周期分量；断路器 t 秒的开断容量；断路器的开断容量；断路器额定开断容量。 断路器的实际开断时间t ,为继电保护主保护动作时间与断路器固有分闸时间之和。4) 动稳定： （5-2）式中三相短路电流冲击值； 断路器极限通过电流峰值。5) 热稳定： （5-3） 式中稳态三相短路电流； 短路电流发热等值时间（又称假想时间）； 断路器 t 秒热稳定电流。 其中b，由和短路电流计算时间。5.2.2 断路器型号的选择及校验1) 电压选择110kV侧：10kV侧：2) 电流选择：110kV侧： （5-4）10KV侧变压器回路： 10kV出线侧： 3) 开断电流：110kV侧： 10kV侧： 4) 最大短路冲击电流：110kV侧：10kV侧： 根据以上数据，选定断路器如下：A. 110kV侧 选定为SW3-110/1200,各项技术数据如下： 额定电压：110kV 额定电流：1200A 额定开断电流：18.4kA 极限通过电流（峰值）：41kA 额定开断容量：3500MVA 热稳定电流（5s有效值）：21kAB. 10kV侧 选定为SN2-10/400，各项技术数据如下： 额定电压：10kV 额定电流：400A 额定开断电流：20kA 极限通过电流（峰值）：52kA额定开断容量：250MVA 热稳定电流（5s有效值）：20kAC. 10kV侧变压器回路： 选定为SN2-10/600，各项技术数据如下： 额定电压：10kV 额定电流：600A 额定开断电流：20kA 极限通过电流（峰值）：52kA 额定开断容量：250MVA 热稳定电流（5s有效值）：20kA校验：满足动稳定，即 满足热稳定，即 其中 （5-5）a) 110kV侧 ，满足动稳定； 当取5s时， ,所以满足热稳定。b) 10kV侧 ，满足动稳定； 当取5s时，,所以满足热稳定。c) 10kV侧变压器回路 ，满足动稳定； 当取5s时，,所以满足热稳定。5.3 隔离开关的选择5.3.1 隔离开关的选择原则及技术条件隔离开关形式的选择，应根据配电装置的布置特点和使用要求等要素，进行综合的技术经济比较后确定。隔离开关的配置原则10：1) 断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时行程明显的断口，与电源侧隔离；2) 中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；3) 接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母线上宜装设1-2组接地刀闸或接地器；4) 按在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关；5) 当馈线电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如果费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定的项目相同，但由于隔离开关不用来接通和切断电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。5.3.2 隔离开关型号的选择及校验根据短路电流计算结果及选择要求，选定设备如下：1) 110kV侧 选定GW8-110，各项技术数据如下： 额定电压：110kV 额定电流：600A 动稳定电流（峰值）：15kA 热稳定电流（5s有效值）：5.6kA2) 10kV侧 选定GW1-10，各项技术数据如下： 额定电压：10kV 额定电流：400A动稳定电流（峰值）：25kA 热稳定电流（5s有效值）：14kA3) 10kV侧变压器回路 选定GW1-10，各项技术数据如下： 额定电压：10kV 额定电流：600A动稳定电流（峰值）：35kA 热稳定电流（5s有效值）：20kA校验：满足动稳定，即 满足热稳定，即 其中 a) 110kV侧 ，满足动稳定； 当取5s时， ,所以满足热稳定。b) 10kV侧 ，满足动稳定； 当取5s时， ,所以满足热稳定。c) 10kV侧变压器回路 ，满足动稳定； 当取5s时， ,所以满足热稳定。5.4 电流互感器的选择 电流互感器是一次系统和二次系统间的联络元件，将一次系统的高电流转变二次回路标准的小电流。使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于安装。使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全11。 电流互感器的一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测量电路的负荷，而与二次电流大小无关；二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择，对于6kV-20kV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器，对于35kV及以上配电装置，一般用油浸箱式绝缘结构的独立式电流互感器，有条件时应尽量采用套管式电流互感器。电流互感器的二次侧额定电流有5A和1A两种，一般弱电系统用1A，强电系统用5A,当配电装置距离控制室较远时，也可考虑用1A. 5.4.1 110kV侧电流互感器的选择1） 额定电压的选择：2） 额定电流的选择： 根据以上数据，可以初步选择LCWD-110型电流互感器，主要技术参数为：表5-1 LCWD-110（GYW2）型户外独立式电流互感器额定电压kV额定电流A准确级Is热稳定倍数额定动稳定倍数1102100/5D1D2 / 0.53460热稳定校验： （5-6） （5-7）动稳定校验：所选电流互感器满足要求。5.4.2 10kV电压等级电流互感器的选择 初步选择LMC-10型电流互感器，主要技术参数为:表5-2 LMC-10型电流互感器额定电压kV额定电流A级次组合Is热稳定倍数动稳定倍数102000 / 50.5/375150热稳定校验：动稳定校验：满足要求。5.5 电压互感器的选择电压互感器的选择12：1) 形式的选择：620kV屋内配电装置，可采用油浸绝缘结构。35110kV屋外配电装置也一般采用油浸绝缘结构。2) 电压互感器的装配原则：a) 35kV及以上输电线路对端有电源时，为了监视线路有无电压。b) 进行同步和设置重合，装有一台单相电压互感器。c) 变压器低压侧有时为了满足同期或继电保护的要求设有一组电压互感器。3) 按照额定电压选择电压互感器：要求电压互感器的一次额定电压与所接入电网电压相适应，即。（1.1和0.9是允许的一次电压波动范围）4) 准确级：用于发电机、变压器、调相机、厂用（或所用）馈线，出线等回路中的电度表，供所有计算电费的电度表，其准确级等级要求为0.5。各电压等级电压互感器的选择结果：110kV侧上电压互感器110kV侧选择JCC2110单相（屋外式）型电压互感器表5-3 JCC2-110单相屋外型电压互感器额定一次电压比kV额定负载VA准确级最大容量VA500/10001/3P200010kV侧上电压互感器：10kV侧选择 JDZ-10单相屋内油浸式电压互感器:表5-4 JDZ-10单相油浸式电压互感器额定变比额定负载VA准确级最大容量VA10/0.150/80/2000.5/1/3P4005.6 绝缘子的选择1) 形式：用于屋外时，一般采用联合胶装额多棱式支柱绝缘子，用于屋外时，一般采用棒式支柱绝缘子。2) 额定电压选择：3) 动稳定校验： ：绝缘子抗弯破坏负荷 ：短时作用在绝缘子上的最大力4) 110kv悬式绝缘子的选择根据条件选择ZS-110支柱式绝缘子表5-5 ZS-110支柱式绝缘子参数型号额定电压（kV）高度（mm）机械破坏负荷（kg）ZS-11011010604005）10kv悬式绝缘子的选择表5-6 ZS-10悬式绝缘子参数型号额定电压（kV）高度（mm）机械破坏负荷（kg）ZS-10102105005.7 导线的选择5.7.1 导线的选择原则导线的选择原则：按经济电流密度J选择： （5-8） 式中:J为导体的经济电流密度。 5.7.2 对于硬导线进行热稳定校验和动稳定校验方法对于硬导线进行热稳定校验和动稳定校验方法13：1) 热稳定校验应满足的条件： （5-9） 式中：根据热稳定决定的导体最小允许截面积 C热稳定系数，查表可得 稳态短路电流（A） 短路电流等值时间 2) 动稳定校验： 其中：-母线材料的允许应力（硬铝为6.9107Pa，硬铜为137106Pa，钢为157106Pa）； -作用在母线上的最大计算应力。对于软导线只进行热稳定校验。5.7.3 导线型号的选择1) 110kV导线的选择和校验14110kV最大持续工作电流 由于,查表 ,可选导线LGJ-95/15,70时的长期载流量是357A 热稳定校验： 查表得热稳定系数C=87, 满足热稳定要求的最小截面为： 可见，前面所选母线截面， 满足短路热稳定要2) 按经济电流密度选择10kV母线截面10kV最大持续工作电流 ， 查表选择单条平放矩形铝导体，可选取导线尺寸636.3 ，长期允许载流量为872A，导体尺寸为（宽厚）636.3（) 热稳定校验：查表得热稳定系数C=87, 满足热稳定要求的最小截面为：可见，前面所选母线截面,满足短路热稳定要求。3) 按经济电流密度选择10kV侧出线10kV最大持续工作电流 , 可选导线LGJ-185/10,70时的长期载流量是539A。 热稳定校验： 查表得热稳定系数C=87, 满足热稳定要求的最小截面为： 可见，前面所选母线截面, 满足短路热稳定要求。4) 10kV侧变压器回路导线选择变压器回路的最大持续工作电流 ，选导线LGJ-300/15，70时的长期载流量是735A。 热稳定校验：查表得热稳定系数C=87,满足热稳定要求的最小截面为： 可见，前面所选母线截面，满足短路热稳定要求。6屋内外配电装置设计6.1 概述：配电装置是变电站的重要组成部分。它是根据主接线的连接方式，由开关电气、保护和测量电气、母线和必要的辅助设备组建而成，用来分配电能的装置。其总的要求为：1) 配电装置的设计必须按照国家的有关规定，应尽量减少占地。2) 配电装置的布置，应便于检修、巡视和操作。设备的检修和搬运不影响运行设备的安全。在保证安全可靠的条件下，尽量降低造价。同时应考虑扩建过度方便。3) 除防空有特殊要求外，凡不是严重污秽地区的35kV以上的配电装置，都不应采用屋内配电装置。4) 各级配电装置之间，以及它们和各种建筑物之间的距离和相对位置，应结合远景规划通盘考虑，一般以近期为主。6.2 配电装置形式的设计：配电装置的形式主要分为屋内配电装置与屋外配电装置15：屋内配电装置的特点：1) 由于允许安全净距小可以分层布置，故占地面积较小；2) 维修、巡视和操作在室内进行，不受气侯影响；3) 外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量；4) 房屋建筑投资大。屋外配电装置的特点：1) 土建工程量和费用较小，建设周期短；2) 扩建比较方便；3) 相邻设备之间距离较大，便于带电作业；4) 占地面积大；5) 受外界空气影响，设备运行条件较差，顺加绝缘；6) 外界气象变化对设备维修和操作有影响。本变电所两个电压等级：即110kV、10kV，根据电力工程电气设计手册规定，110kV多为屋外配电装置，10kV采用屋内配电装置。根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可以分为中型、中高型和高型等。6.2.1 中型配电装置中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作售货员能在地面安全地活动，中型配电装置母线所在的水平面稍高于电器所在的水平面。这种布置特点是：布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，所用钢材较少，造价低，但占地面积大，此种配电装置用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不大的地方，并宜在地震烈度较高地区建用。这种布置是我国屋外配电装置普遍采用的一种方式，而且运行方面和安装抢修方面积累了比较丰富的经验。中型配电装置广泛应用于110kV-500kV电压等级。6.2.2 半高型配电装置半高型配电装置是将母线及母线隔离开关抬高将断路器，电压互感器等电气设备布置在母线下面，具有布置紧凑、清晰、占地少等特点，其钢材消耗与普通中型相近，一般半高型宜用于110kV配电装置，其优点有：1) 占地面积约在中型布置减少30%；2) 节省了用地，减少高层检修工作量；3) 旁路母线与主母线采用不等高布置实理进出线均带旁路很方便。缺点：层隔离开关下方未设置检修平台，检修不够方便。6.2.3 高型配电装置高型配电装置是将母线和隔离开关上下布置，母线下面没有电气设备。该型配电装置的断路器为双列布置，两个回路合用一个间隔，因此可大大缩小占地面积，约为普通中型的5%，多用于220kV，但其耗钢多，安装检修及运行中条件均较差，一般适用下列情况：1) 配电装置设在高产农田或地少人多的地区；2) 原有配电装置需要扩速，而场地受到限制；3) 场地狭窄或需要大量开挖。6.3 屋内配电装置屋内配电装置的结构域布置形式，主要取决于以下因素：电气主接线的形式、开关电器的型式、电压等级、母线结构、出线回路数和出现方式、有无电抗器，以及施工、检修条件和运行经验等。在发电厂和变电站中，6kV10kV屋内配电装置常见的有三层式、二层式和单层式。三层式是将所有电气设备依其轻重及操作、维护方便分别布置在各层中。第一层放置电抗器、隔离开关等。第二层放置断路器和电压互感器等带油设备，母线隔离开关和油断路器的操作机构集中在第二层的中央操作走廊，以便实现断路器和隔离开关的的连锁及确保在发生隔离开关误操作时人员的安全。位于第三层的是母线和母线隔离开关，母线有时布置成双列以减少配电装置的长度。这种形式的配电装置特点是安全，可靠性较高，占地面积小，但是结构复杂，造价高。二层式是将断路器、线路隔离开关、电压互感器和电抗等布置在第一层，断路器及隔离开关的操作集中在第一层走廊内。母线跟母线隔离开关放在第二层，母线为单列布置。与三层式比较，其特点是造价低、运行和维修较方便。单层式是把所有设备都布置在第一层，其占地面积大，如果容量不太大，通常采用成套开关以减少占地面积。6.4 结论本次所设计的变电站所用土地工程量不大，且不占良田，若采用半高型配电装置，虽占地面积较少，但检修不方便，操作条件差，耗钢量多。选择配电装置，首先考虑可靠性、灵活性及经济性，所以，本次设计的变电所不适合用半高型配电装置， 110kV电压等级采用普通中型配电装置，具有运行维护、检修且造价低、抗震性能好、耗钢量少而且布置清晰，运行可靠，不易误操作。10kV 配电装置一般采用屋内布置 ，出线不带电抗器时，一般采用成套开关柜单层布置。7防雷保护7.1 概述 雷电所引起的大气过电压将会对电气设备和变电所的建筑物产生严重的危害，因此，在变电所和高压输电线路中，必须采取有效的防雷措施，以保证电气设备的安全。变电所的雷害来自两个方面，一是雷电直击变电所，二是雷击输电线路后产生的雷电波沿线路向变电所侵入，对直击雷的保护，一般采用避雷针和避雷线，使所有设备都处于避雷针（线）的保护范围之内，此外还应采取措施，防止雷击避雷针时不致发生反击。对侵入波防护的主要措施是变电所内装设阀型避雷器，以限制侵入变电所的雷电波的幅值，防止设备上的过电压不超过其耐压值，同时在距变电所适当距离内装设可靠的进线保护16。7.2 避雷装置的配置原则7.2.1 避雷针的配置原则1) 电压110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上，但在土壤电阻率大于1000的地区，宜装设独立的避雷针。2) 独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，其工频接地电阻不超过10。3) 35kV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易引起反击。4) 在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形架距变压器较近，装设避雷针后，构架的集中接地装置，距变压器金属外壳接地点在装置中距离很难达到不小于15m的要求17。7.2.2 避雷器的配置原则1) 配电装置的每组母线上，应装设避雷器。2) 220kV以下变压器和并联电抗器处必须装设避雷器，并尽可能靠近设备本体。3) 220kV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。4) 三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。5) 110kV-220kV线路侧一般不装设避雷器。7.3 避雷器的选择因氧化锌避雷器残压低，无法与放电间隙无法配合，故选用阀型避雷器。在中性点非直接接地的电网中，避雷器的灭弧电压不低于设备最高运行线电压，在中性点直接接地的电网中，应取设备最高运行线电压的80%。在中性点绝缘或经阻抗接地的电网中，工频放电电压一般应大于最大运行相电压的3.5倍，在中性点直接接地的电网，则应大于其3倍，工频放电电压应大于灭弧电压的1.8倍18。7.3.1 110kV避雷器的选择1) 避雷器的灭弧电压：2) 避雷器的工频放电电压：3) 避雷器的残压：4) 避雷器的冲击放电电压：根据以上数据，查表得，110kV 避雷器应选择FZ110型阀型避雷器。7.3.2 10kV避雷器的选择1) 避雷器的灭弧电压： 2) 避雷器的工频放电电压： 3) 避雷器的残压：4) 避雷器的冲击放电电压： 根据以上数据，查表得，10kV 避雷器应选择FZ-10型阀型避雷器。7.4 避雷针的设计7.4.1 避雷针的作用避雷针是装设防直击雷最常用的措施，它是由金属制成，比被保护设备高，具有良好接地的装置，其作用是将雷吸引到自己身上并安全导入地中，从而保护了附近比它矮的设备或建筑免受雷击。所谓避雷针的保护范围是指被保护物在此空间范围内不致遭受雷击而言。它是在实验中用冲击电压下小模型的放电结果求出的，由于它与近似直流电压的雷云对空间极长间隙下的放电有很大差异，所以这一保护范围并没有得到科学界的公认，但我们可以把它看成一种用以决定避雷针高度与数目的工程办法。7.4.2 避雷针的保护范围及计算本变电所采用四支避雷针联合保护，计算公