220kV智能变电站的设计论文

.四川理工学院毕业设计（论文） 220kV智能变电站的初步设计学 生：赵波学 号：11021043625专 业：电气工程及其自动化班 级：2011.6指导教师：周爱华 四川理工学院自动化与电子信息系二O一五年五月摘要 伴随着工业的发展，世界上正面临着能源短缺与经济发展的矛盾。怎样高效、节约的使用这些不可再生能源？成为当今社会所面临的巨大问题与挑战。我们居住的地球正面临着气候变暖带来的巨大威胁，低碳经济是人类得以延续和生存的必经之路。 21世纪80年代末，世界发达国家相继开展了智能变电站的研究与探索，国内外智能电网和智能变电站的成为当今社会的必然趋势，IEC 61850协议的制定对为今智能变电站奠定了坚实的基础。智能变电站的建设与发展不仅仅大大的降低了能源的损耗，而且也使得成本得到了大大的降低，本文将从220kV智能变电的一次电气部分设计。首先对原始资料的分析，主变压器的选择，在此基础上提出主接线的设计方案，再进行短路计算和设备的选择。关键词：智能变电站，IEC 61850，主接线方案，设备选择Abstract With the development of industry,the worldis facingthe contradiction betweenthe shortage of energyand economic development.How efficient,economical use ofthese non renewable energy?Become enormousproblems and challengesfacing society today.The earth on which we liveis facing a hugethreat of climatewarming,the low-carbon economy isthe only way which must be passedtothe continuation ofhumansurvival. In twenty-first Century 80at the end of the 1970s,the developed countries in the worldhave carried out theresearch and explorationof intelligent substation has become an inevitable trendin todays society,thedomesticsmart grid andintelligent substation,IEC 61850protocol has laid a solid foundationforthesmart substation.The construction and development of Smart Substationis not onlygreatly reduces theenergyconsumption,but also makes the cost ofgreatlyreduced,anelectrical part of the designin this paperfrom the 220kVintelligent substation.First,the analysis of raw data,the choice of the main transformer,on the basis of thedesign ofthe main wiring,short-circuitcalculation and the equipmentofchoice.Keywords: intelligent substation,IEC 61850,the main wiring scheme,equipment selection.目录第一章 绪论61.1 智能变电站的概念71.1.1 一次设备的智能化71.1.2 以太网通信技术在智能变电站中的应用81.1.3 国际标准IEC 61850的发布和推广应用81.2 智能变电站主要研究内容81.2.1 智能变电站技术体系81.2.2 智能变电站工程实施81.2.3 论文的主要研究内容91.3 原始资料的分析9第二章 电气主接线的选择及设计102.1 电气主接线的简述102.2 电气主线设计的基本要求102.2.1 可靠性102.2.2 灵活性112.2.3 经济性112.3 电气主接线的设计程序112.4 电气主接线的设计原则112.5 电气主接线方案的拟定与选择112.5.1 方案的拟定122.5.2 不同接线方式的优缺点122.5.3 各个方案的综合评价132.6 方案的比较152.7 方案的确定15第三章 变压器的选择和短路计算163.1 变压器的概述：163.2 变压器型式和结构的选择原则：173.2.1 相数173.2.2 绕组数与结构173.2.3 绕组链接组号173.2.4 阻抗和调压方式173.2.5 冷却方法173.3 主变压器的选择结果：183.4 短路的概述183.5 计算短路电流目的183.6 三相短路实用计算的基本假设193.7 三相短路计算的基准值的选择及其计算方法193.7.1 基准值的选择193.7.2 短路计算的方法：193.8 短路计算：193.8.1 变压器的各绕组的短路电压的计算203.8.2 220kV侧的短路计算213.8.3 110kV侧的短路计算223.8.4 10kV侧的短路计算:22第四章 智能高压设备的选择244.1 智能高压设备概述244.2 智能变压器244.2.1 智能变压器的组成244.2.2 智能变压器功能254.3 智能开关设备294.3.1 高压断路器的选择294.3.2 智能断路器334.3.3 隔离开关的选择及校验：364.3.4 智能G1S384.3.5 智能高压开关柜384.4 智能容性设备404.4.1 智能容性设备组成404.4.2 智能容性设备功能41第五章 电子式互感器425.1 电子式互感器的概述425.1.1 传统互感器425.1.2 电子式互感器相对于传统互感器的优点435.2 电子式互感器的分类455.2.1 型号含义465.3 电子式互感器的基本结构及其工作原理475.3.1 有源电子式电流互感器475.3.2 有源电子式电压互感器495.3.3 电子式互感器的发展趋势495.3.4 电子式互感器应用中面临的问题50第六章 智能变电站防雷保护和接地保护526.1 智能变电站雷电危害526.1.1 雷电侵入电站的途径526.1.2 雷电的危害526.1.3 智能变电站防雷保护分析526.2 直击雷和雷电侵入波的防护536.2.1 直击雷的防护536.2.2 雷电侵入波的防护54致谢56结束语57参考文献58第一章 绪论 智能变电站概述变电站是电网的重要组成部分，肩负着变换电压等级、汇聚电流、电能的分配、电能流向的控制、调整电压和保证电能质量的功能。智能变电站是保证变电站安全、可靠的高质量运行而建立起来基于微型电子技术、信息技术、计算机技术综合在一起进行协同控制的一整套智能化的系统。随着电子式互感器、智能高压电气元件、高速网络通信技术等的发展，能够为变电站提供更高层次的稳定、可靠、开放式的智能变电站体系随之出现了。智能变电站的发展，将会对电网的运行安全以及电力企业高效的利用电能提供有力的支撑。1.1 智能变电站的概念 将全站数字化、网络通信技术、信息共享和处理技术，并采用先进、集成、可靠、低碳、环保的智能设备。自动的完成从信息的采集、处理、控制、保护和监控等功能。并可以根据电网的需要进行实时自动控制、自动调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站称为智能变电站，智能变电站的构成包括：智能高压一次设备、电子式互感器、合并单元（Merging Unit，MU）、智能化终端（包括智能开关操作箱和主本主体智能终端）、数字化保护测控设备、数字化计量仪表、同步时钟系统、工业级网络交换机、光纤以太网及IEC 61850通信标准所组成的全智能化分层分布式变电站。1.1.1 一次设备的智能化 变电站中的二次设备和开关设备之间存在着位置信号、开关报警信号、开关控制信号等信息量的传输，在传统的变电站中，这些信息的传输往往通过电缆，这样就形成了电缆沟，电缆层这样一个庞大的二次电缆设备群。二次设备间采用电缆进行连接，由于电缆易受感应电磁干扰和一次设备传输过电压可能引起的二次设备运行的异常等原因，传统的信息传输已经不能适应恶劣的环境。随着适应恶劣环境的光纤通信技术的引入，这样就要求开关一次设备具有数字化通信接口，能够最佳时机对断路器和其他开关设备进行分、合闸操作。国际电工委员会发布的高压开关设备的数字化接口的国际标准是：IEC 62271-3：High-voltage switchgear and control gear-Part3:Digital interfaces based on IEC 61850。 智能化的一次高压设备主要包括：智能断路器/隔离开关、智能变压器、以及其他智能电气的辅助设备。智能变电站二次回路中常规的继电器及逻辑回路可被可编程微处理器代替，常规的强点模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。 电子式互感器的发展，也是智能变电站重要技术保证因素之一。电子互感器具有不受电磁干扰（或影响很小）、不饱和、测量范围大、频带宽、体积小、重量轻等优点。电子式互感器是利用光电技术的数字化设备，可以直接与数字化设备接口。1.1.2 以太网通信技术在智能变电站中的应用 一次设备的智能化他们的信息传递会对变电站的通信网络系统提出更高的要求，因此，支持高速的网络通信的变电站二次设备就成了智能变电站的另一主要推动力。 变电站的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展的在线状态检测装置等设备全部可以基于标准化、模块化的微处理器来设计和制造，他们之间的通信全部可以采用高速的网络通信技术来实现信息的传递和处理，通过网络来实现数据的共享。目前100Mbit/s甚至1000Mbit/s的以太网技术已经成为已经成为网络通信的主流。1.1.3 国际标准IEC 61850的发布和推广应用IEC 61850，变电站通信网络和系统（Communication Networks and Systems in Substations)是国际电工委员会为了适应电力行业的高速发展所带来的高效、共享互操作、工程集成等要求而制定的针对变电站内IED设备的网络通信的国际标准，由技术委员会TC57负责，2004年全部标准发布完毕。IEC 61850标准共包含14个部分，内容涉及变电站自动化的功能规范、硬件指标、信息模型、通信映射、工程描述等，是事实智能变电站系统的国际性标准。1.2 智能变电站主要研究内容1.2.1 智能变电站技术体系智能变电站是研究其内涵、外延、发展阶段、技术要求和待解决的难题等内容。国内外对智能变电站的现状、技术体系、具体实施进程等进行全面研究及评估，以寻求更加合理的方案。研究智能变电站装备体系以及功能体系；研究智能变电站保护剂测控体系结构。1.2.2 智能变电站工程实施尽管IEC 61850标准对智能变电站的功能实现，从各方面进行了标准化，但是在实施过程中，各个厂商对其的理解不太一致，和标准本身的灵活性、待完善之处，仍导致互操作、集成等方面的困难。为了保证智能变电站的工程实施中通信系统的实时性、完整性、可靠性、安全性、稳定性的要求，以及设备互操作、互换的要求，必须对其灵活性(如功能的分配)、扩展度（如模型及扩充）加以限制，除必须按照IEC 61850，研究国内外的差异同时，并制定适合国内的智能变电站自动化结构系统、设备物理接口、功能非配、通信网络和接口等方面的实施和设计规范。1.2.3 论文的主要研究内容 220kV智能变电站设计包括了：(1)所设计智能变电站一般简述；（2）所设计智能变电站的主接线的设计；（3）所设计智能变电站变压器的选择和短路电流的计算；（4）所设计智能变电站主要设备的选择；（5）所设计智能变电站的防雷保护；（6）将本设计的各种方案进行整合给出成果。1.3原始资料的分析 毕业设计（论文）的主要内容及基本要求1）设计要求：本期建设成2台220kV、180MVA 变压器；最终规模3台220kV、180MVA 变压器；220kV出线6回（其中备用2回）；110kV出线10回（其中备用2回）；10kV出线12回（其中备用2回）。2）完成智能变电站体系结构的设计，掌握智能变电站的关键技术，选择电气主接线形式及变压器的选择。3）进行短路电流计算。在短路电流计算的基础上，选择并校验主要电气设备。4）进行防雷保护和接地装置的规划设计。5) 论文条理清楚、通顺，论述要求充分，符合技术用语要求，符号统一，编号齐全，书写工整。第2章 电气主接线的选择及设计2.1 电气主接线的简述 电气主接线表明电能汇集和分配关系以及各种运行方式，电气主接线是变电站电气设计的主要部分和需要首要考虑的和设计的步骤，也是构成电力系统的主要环节。电气主接线又称为电气的一次接线，它是将电气设备按照规定的图形符号，按照电能的生产、传输、分配的顺序并根据相关要求绘制的单相电气接线图。主要表达展示了变电站高电压，大电流电气部分的主体构造，是电力系统网络构成的重要组成部分。他直接影响着电力生产运行的可靠性、灵活性，同时对电气设备的选择、电气设备的布置、继电保护、自动控制装置等许多方面有决定性的因素。2.2 电气主线设计的基本要求根据电力系统的运行和变换，电气主接线的基本要求概括应包括：可靠性、灵活性和经济性三个主要方面，三者的关系是统一一体的缺一不可。2.2.1 可靠性安全可靠是电力生产、运行的首要任务，保证供电的可靠性是电气主接线最基本要求。可靠性的确定可以通过以下几方面来考虑：（1） 变电站在电力系统中的作用和地位。（2） 负荷的性质和类别。（3） 设备的制造水平。（4） 在生活中长期运行中的实践经验。2.2.2 灵活性电力的运行情况是复杂多变的，电气主接线能根据实时的情况适应各种运行状态，并能根据需要灵活的变换相应的运行状态。灵活性包括以下几个方面：（1） 操作的方便性。（2） 调度的方便性。 （3）扩建的方便性。2.2.3 经济性电气的主接线，他们之间的主要矛盾发生在可靠性和经济性之间。所以，在生活实际和设计中往往在满足可靠性、灵活性的基础上合理的满足经济性。经济性也可以归结为以下几个方面：（1） 节省一次投资。（2） 占地面积少。（3） 电能损耗小。2.3 电气主接线的设计程序电气主接线的设计伴随着变电站整体设计进行的。按照国家规定，变电站的基本建设的程序一般可分为：初步可行性研究、可行性研究、初步设计、施工图设计四个阶段。电气主接线设计在各个阶段的要求、任务的不同，其深度、广度也有所差异，但总体的设计原则，设计方法，设计的步骤基本相同。2.4 电气主接线的设计原则 电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、运行灵活、维护方便等基本要求下，力争节约投资，降低造价，并尽可能采用先进技术，坚持供电可靠、技术先进、安全使用、经济美观的原则。 2.5 电气主接线方案的拟定与选择 根据任务书的要求，在原始资料的分析基础上，根据对电源的进出线回路数、电压等级、变压器容量、台数以及母线的结构等的不同考虑，可拟定出若干种主接线的方案（本期和远期）。根据主接线的内容和要求，出技术上论证淘汰一些明显不合理的方案，最终保留23中在技术上相当、又能满足设计的要求的方案，再进行经济比较。对于再主接线中占有重要地位的大容量发电厂，变电站主接线，还应进行可靠性定量分析计算比较，最终确定出在技术上合理、经济上可行的方案。2.5.1 方案的拟定 表2-1主接线方案的拟定主接线方案220kV110kV10kV方案一双母线单母线带旁路母线单母线方案二双母线分段双母线单母线方案三双母线带旁路母线双母线分段单母线分段2.5.2 不同接线方式的优缺点单母线接线优点：（1）接线简单，操作方便；（2）设备少，经济性好；（3）母线便于向两端延伸，扩建方便。单母线接线缺点：（1）可靠性差；（2）调度不方便适用范围：单母接线只能用于某些出线回数较小，对供电可靠性要求不高的，没有重要负荷的校容量发电厂和变电所中。单母线分段接线优点：（1）接线简单清晰，经济性好；（2）有一定灵活性（运行方式）；（3）任一母线或母线隔离开关检修时，仅停检修段；（4）任一段母线故障时，继电保护装置可使分段断路器跳闸，减小了母线故障影响范围，保障了重要用户的供电，提高了可靠性。单母线分段接线缺点：（1）当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开接在该分段上的全部电源和出线，这样就减少了系统的发电量，并使该段单回路供电的用户停电；（2）任一出线断路器检修时，该回路必须停止工作适用范围：单母线不分段接线不满足时采用。双母线优点：（1）供电可靠；（2）调度灵活；（3）扩建方便双母线缺点：（1）检修任一回路断路器时，该回路仍需停电；（2）母线断路器故障时，要导致两组母线停电；（3）变更运行方式时，要用各回路母线侧的隔离开关进行倒闸操作，操作步骤较为复杂，容易出现误操作；（4）增加了大量的母线隔离开关盒母线长度，双母线的配电装置结构较复杂，占地面积大，投资大。适用范围：广泛应用于对可靠性要求高、出线回路数较多的6220KV配电装置中；一般35kV出线回路为8回， 110 220kV出线为4回及以上的220kV母线。双母线分段优点：有较高的供电可靠性与运行灵活性;双母线分段缺点：所使用的电气设备较多，使投资增大。适用范围：双母线分段接线常用于大中型发电厂的发电机电压配电装置中。双母线带旁路母线优点：可靠性、灵活性都相当高，双母线带旁路母线缺点：用的电气设备数量较多，操作、接线及配电装置较复杂，占地面积较大，经济性较差，但在要求供电性可靠性比较高的场合十分必要。适用范围：220kV出线4回及以上时，110KV出线在6回及以上时，宜采用有专用旁路断路器的旁路母线接线。2.5.3 各个方案的综合评价方案一：220kV采用双母线接线，出线6回（其中备用2回）保证了基本的可靠性；110kV采用单母线带旁路母线，出线10回（其中备用2回）适用于110kV及以下电压等级的母线；10kV采用单母线，出线12回（其中备用2回）接线简单，操作方便；设备少，经济性好；母线便于向两端延伸，扩建方便。图2-1方案一主接线方案二：220kV采用双母线分段接线，出线6回（其中备用2回）比双母线可靠性更高；110kV采用双母线，出线10回（其中备用2回）使运行的灵活性和可靠性大为提高；10kV采用单母线，出线12回（其中备用2回）接线简单，操作方便；设备少，经济性好；母线便于向两端延伸，扩建方便。图2-2方案二主接线图方案三：220kV采用双母线带旁路母线接线，出线6回（其中备用2回）比双母线分段接线可靠性进一步得到了提高，虽然设备增加了，但这对于对供电可靠要求较高的场合是必须的；110kV采用双母线分段接线，出线10回（其中备用2回）使其可靠性更高；10kV采用单母线分段接线，出线12回（其中备用2回），供电的可靠性和灵活性得到了相应的提高。图2-3方案三主接线图2.6 方案的比较方案要求方案一方案二方案三可靠性220kV侧双母线接线可靠性较好，接线较为简单，但故障停电时间较长220kV侧比双母线可靠性更高，故障停电时间短可靠性进一步得到提高灵活性220kV侧相对简单，灵活性比较差，有利于发展的扩建220kV侧相对简单，灵活性得到了提高调度灵活有利于发展和扩建经济性设备简单，建设初次投资少，费用少设备增加了，建设成本增加占地面积也比较大，设备增加，不经济2.7 方案的确定 分析比较三种方案双母线供电比单母线可靠性高，双母线带旁路母线供电比双母线供电可靠性更高，单母线分段接线简单，便于扩建。综合以上三种方案的优缺点和对供电的基本要求可靠性、灵活性以及经济型的综合考虑。应选择方案三相对合理。第3章 变压器的选择和短路计算3.1 变压器的概述： 变压器是电力系统进行各种电压等级变化的重要设备，也是智能变电站的主要电气设备之一，用来向电力系统或用户输送功率，用于两种电压等级之间交换功率的重要作用。变压器的选择除了根据传递容量基本原始资料，还应根据电力系统510年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。不宜过大，也不宜过小；容量选得过大，台数过多，不仅增加了投资，增大了占地面积，而且增加了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能“封锁”发电机剩余功率的输出或者满足不了变电站负荷的需要。这在技术上是不合理的，因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦变电设备的投资。由此可见，主变压器选择得合理适当是非常重要的。 智能变电站的主变压器的选择，还应根据城市规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定其容量。对重要变电站，需要考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足I类及II类负荷的供电；对一般性变电站，当主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70%80%。3.2 变压器型式和结构的选择原则：3.2.1 相数 容量在300MW及以下机组单元连接的主变压器和330kV及以下电力系统中，一般应选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资大、占地多、运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。3.2.2 绕组数与结构 电力变压器按其每相的绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。在变电站中采用三绕组变压器的台数一般不多于3台，以免由于增加了中间侧引线构架，造成布置的复杂和困难；同时，三绕组变压器比同容量的双绕组变压器价格要贵40%50%,而且台数过多会造成中压侧短路容量过大，故对其使用要加以限制。3.2.3 绕组链接组号变压器三项绕组的联结组号必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星形“Y”和三角形“d”两种。因此，变压器三相绕组的联结方式应根据具体工程来确定。再发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制3次谐波对电源的影响等因素，主变压器联结组号一般都选用YNd11常规接线。3.2.4 阻抗和调压方式变压器阻抗实质是绕组间的漏抗，当变压器的电压比、型式、结构和材料确定之后，其阻抗大小一般和变压器容量关系不大，各侧阻抗值的选择应从电力系统稳定、潮流方向、无功分配、短路电流、继电保护、系统内的调压手段和并联运行等方面综合考虑，以对具体工程起决定性的因素确定。为了保证变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内。通过变压器的分接头开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。3.2.5 冷却方法 根据使用场合和容量的不同，变压器的冷却方式也根据条件选择合适的冷却方式。3.3 主变压器的选择结果： 根据原始资料，本期建设成2台220kV、180MVA 变压器；最终规模3台220kV、180MVA 变压器，变压器容量已经明确给出,但是其型号和其他条件尚未给出。1. 型号：SFSZ7-180/2202. 电压比（降压变压器）高压（无励磁调压）： 中压：115KV低压：10.5KV3. 联络组标号：YN/yn0/d114. 短路阻抗：高-中：13% 高-低：23% 中-低：8%5. 冷却方式：强迫油循环冷却3.4 短路的概述电力系统的各种电气设备，在运行过程中有时会发生某故障，其中短路是电力系统中最严重故障。短路发生时，系统将会从正常的运行状态剧变到另一种不正常运行的状态，并伴随着复杂的暂态现象。所谓短路，就是一切不正常的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生同路的情况。正常运行时，相与相之间或相与地之间是绝缘的。如果由于某种原因使其绝缘破坏而构成了通路，这就出现了短路故障。总结下简单短路故障共有四种类型：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中三相短路又称为对称短路，其他三种短路都称为不对称短路，在日常的运行经验表明，单相接地短路发生的几率最大，两相短路较少，三相短路发生几率最少，但其后果较严重，因此要对我们引起足够的重视。我们通常都是按照最坏情况来选择电气设备的，所以三相短路计算是必要的。3.5 计算短路电流目的 计算短路电流是解决一系列电力技术问题和设备的选择依据，所以短路计算是智能变电站不可缺少的基本计算。在智能变电站的设计及整个电力系统的设计、运行、均以短路计算结果作为重要根据；是电力系统继电保护设计和整定的基础；是比较和选择电气主接线的依据；根据他可以确定限制短路电流的措施，总之短路电流的计算是智能变电站乃至整个电气设计所必需的。3.6 三相短路实用计算的基本假设（1） 负荷只作近似估计，或当作恒定电抗，或当作某种临时附加电源，视具体情况而定。（2） 不计此路饱和，系统各元件的参数都是恒定的，可以运用叠加原理。（3） 对称三相系统，实际的电力系统都当作是对称的。（4） 忽略高压输电线的电阻和电容，忽略变压器的电阻和励磁电流，即发电、输电、变电和用电的元件均用纯电抗表示。（5） 金属性短路，就是不计过度电阻的影响。3.7 三相短路计算的基准值的选择及其计算方法3.7.1 基准值的选择 在高压的短路计算中一般只考虑电气元件的电抗值，通常采用标幺值的加算方法，为了使计算方便通常采用以下基准值：基准容量:基准电压：(kV) 10.5 115 2303.7.2 短路计算的方法：（1） 首先作出整个系统的等值电路；（2） 然后进行网络变换与化简；（3） 将网络化简成只保留电源节点和短路点。3.8 短路计算：系统阻抗：（）220kV电源侧，规算到该智能变电站母线上的阻抗标幺值为X=0.0187；110KV侧电源容量为500MVA，归算至本所110KV母线侧阻抗标幺值为0.17（），10KV侧为无穷大系统，变压器型号为SFPS7180000/220。SN=180MVA其中高中、高低、中低阻抗电压（%）分别为13、23、8；简化图如下图所示：3.8.1 变压器的各绕组的短路电压的计算根据各绕组的短路电压可得等值电阻的计算公式（取）： 得：3.8.2 220kV侧的短路计算根据短路电流标幺值计算公式： 可得：有名值：3.8.3 110kV侧的短路计算3.8.4 10kV侧的短路计算:表3-1 短路计算汇总表短路点基准电压短路电流冲击电流短路容量S(K)(KA)(KA)(MVA)220kv侧23117.8645.547145.85110kv侧1159.1423.274635.0510kv侧10.584.59215.7 3922.84第4章 智能高压设备的选择4.1 智能高压设备概述 智能高压设备是根据我国智能电网的发展建设要求提出的一种新型设备技术，是实现变电站智能化的重要组成部分，他是在一次设备的基础上集成了测量、控制、保护、计量和在线监控等智能化技术，实现设备的自我诊断、自我动作等功能，并通过光纤将数据传输至变电站信息一体化平台。智能高压设备必须配备各种数字化接口（能够反映设备所有的一次、二次信息），具备测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化等五项技术特征。4.2 智能变压器 电力变压器是变电站的核心部分，完成电能的输送与变换等功能，其运行可靠性要求的提高，以及传感、检测和通信等技术的飞速发展，智能变电站对电力变压器的测量、控制、计量、监测和保护等部分提出了新的要求。变压器的智能化可以提供电力变压器的状态信息、优化运行方案、降低运行和维护费用、提高设备利用率。4.2.1 智能变压器的组成智能变压器由变压器本体和智能单元组成，包括内置或外置于本体的传感器、测量、控制、计量、监测以及各类IED等。通过变压器本体、有载调压开关、套管上安装各种传感器和执行器，并将运行信息通过互联网的通信技术传输至相应的IED，并采用IEC 61850协议经光纤上传至信息一体化平台（或监测控制主体），实现变压器的智能化。目前，对于大多数改造的智能变电站，保护一般置于继电室，在线监测就地化布置；对于新建智能变电站，变压器主体保护装置和各种在线检测单元就地布置，配置变压器智能汇控柜。4.2.2 智能变压器功能 智能变压器除具有变换电压、传输电能、稳定电压的基本功能外，还可以通过集中或分布式微处理器系统和数据采集单元实现资源共享、智能管理，具有测量、控制、计量、保护、监测、报警、通信、信息交互等高级功能。各部分的功能的简单描述如下： 1.智能变压器的测量功能 智能变压器应具备参量获取和处理的数字化功能，包括电力系统运行和控制中需获取的各种电参量和反映电气设备自身状态的电、光、放电、振动等物理量，具备数据采集和处理单元，各种参量以数字形式提供，信息的后续传播、处理与存储也是数字化形式进行。具体运行数据包含电流、电压、有功功率、无功功率、功率因素、温度、油位以及其他必要的统计数据。其常规测量项目见下表4-1表4-1 变压器常规测量项目及技术要求测量参量应用技术要求主油箱油面温度过热、冷却装置异常1C（不确定度）气体继电器触电信息内部严重放电、短路0差错压力释放器状态信号内部严重放电、短路0差错主油箱油位上限、下限1cm（不确定度）分接开关油箱油位上限、下限1cm（不确定度）风扇电机电流、电压风扇及风扇电机状态1.5%（不确定度）油流继电器信号（如有）油泵异常指示0差错有载分接开关驱动电源电压操动电源状态1.5%（不确定度）有载分接开关切换次数机械寿命0差错有载分接开关当前分接位置状态量0差错各侧负荷电流及中性点电流保护、状态感知符合设计要求2. 智能变压器的控制功能 智能变压器应具有强大的自适应控制能力。依靠数字技术，根据实际工作的环境和状况对操作过程进行自适应调节，实现最优化过程控制。如进行智能温控、负荷控制、运行控制、有载调压、自动补偿功能、优化运行和实现系统经济运行（如根据负荷情况的变换变压器的运行方式，按照最优经济运行曲线运行实现最低的电能损耗）。 智能变压器控制单元的配置基于变压器本体测控参量，通过约定的通信协议将本体控制箱与智能汇控柜的控制单元IED进行连接。智能变压器控制单元IED的主要功能是接收来自间隔层或站控层的命令，向间隔层或站控层发送数据和进行有效的数据存储。变压器冷却系统与有载分接开关控制的相关参量及要求分别见表4-2和表4-3。表4-2 变压器冷却系统控制的相关参量及要求测量参量功能简述技术要求主油箱油面温度过热、冷却装置异常1C（不确定度）主油箱底部油温（如有）过热、冷却装置异常1C（不确定度）绕组光纤测温（如有）过热、冷却装置异常2C（不确定度）冷却装置开启组数冷却装置运行状态0差错铁芯接地电流是否存在多点接地2.5%（不确定度）变压器各侧电流发热原因判断、温度预测1.5%（不确定度）变压器各侧电压是否过励磁1.4%（不确定度）环境温度发热原因判断、温度预测1C（不确定度）表4-3 有载分接开关控制的相关参量及要求控制参量功能简述技术要求分接位置控制参考量0差错变压器各侧电压控制参考量1.5%（不确定度）变压器各侧电流控制参考量1.5%（不确定度）变压器状态智能控制85%专家一致性3.智能变压器的计量功能 智能变压器的计量主要采用电子式互感器。ECT正常运行时可以测量几十安至几千安的电流，故障条件下可反映几万安甚至几十万安的电流，输出的数字接口实现了变电站运行实时信息数字化和电网动态观测，在提高继电器保护可靠性等方面具有重要作用。准确的电流、电压动态测量，为提高电力系统运行控制的整体水平奠定了计量基础。如果主设备继承了计量互感器，可以将计量功能集成到智能组件中，实现一体化设计。4. 智能变压器的在线监控功能 智能变电站在线监测包括本体监测和辅助设备设备监测两部分，监测单元具有自我监测和诊断能力。其本体监测项目主要有温度及负荷监测、油中溶解气体及微水监测、铁芯接地电流监测、局部放电监测和套管绝缘监测；辅助设备监测有冷却器监测、有载分接开关监测和保护功能器件监测。目前，国家电网公司各试点站的变压器状态监测参量基本实现了对油色谱、局部放电、油温和铁芯接地电流等参量的监测，能实时监测变压器运行参数（局放、油绝缘等），掌握变压器的运行状态和故障部位以及故障发生原因，从而减少人力维修成本，提高设备运行的可靠性。国家电网公司建议新造变压器以及已运行变压器的监测项目见表4-4和表4-5.表4-4 新造变压器监测项目监测项目电压等级应用建议局部放电110/220kV可采用500kV及以上宜采用油中溶解气体110/220kV可采用500kV及以上宜采用油中含水量220kV及以上可采用绕组光纤测温220500kV可采用750kV可采用气体聚集量（轻瓦斯）110/220kV可采用500kV及以上宜采用主油箱底部油温220kV及以上宜采用110/220kV 可采用铁芯接地电流500kV及以上宜采用侵入波500kV及以上可采用电容式套管电容量220kV及以上可采用套管介质损耗因数220kV及以上可采用变压器振动波谱500kV及以上可采用变压器声学指纹500kV及以上可采用表4-5 已运行变压器监测项目监测项目电压等级应用建议局部放电500kV及以上可采用油中溶解气体110/220kV可采用500kV及以上宜采用油中含水量220kV及以上可采用气体聚集量（轻瓦斯）110/220kV可采用500kV及以上宜采用铁芯接地电流110/220kV可采用500kV及以上宜采用电容式套管电容量220kV及以上可采用套管介质损耗因数220kV及以上可采用变压器振动波谱500kV及以上可采用变压器噪声500kV及以上可采用5. 智能变压器的保护、报警功能 智能变压器应具有保护和报警功能。对于过压、过流及内部器件损坏引起的故障应有完善的保护，智能保护单元与系统的微机保护装置进行接口通信，实现保护智能化；在变压器供电区域内发生故障时，能够发送故障数据，并在上级管理系统中显示故障点、故障类型、故障数据等，帮助检修人员快速定位故障和安排检修计划。220kV及以上变压器电量保护按双重化配置，每套保护包含完整的主、后备保护功能；110kV变压器电量保护建议按双重化配置，采用主、后备保护一体化；主变压器电量保护直接采样，直接跳开各侧断路器。变压器非电量保护采用瓦斯信号、油温信号、绕组温度信号、压力释放阀信号及冷却设备全停信号等，非电量保护采用就地直接电缆跳闸方式。6. 智能变压器的通信和信息交互功能 除以上功能外，智能变压器还应具备通信和信息交互功能。通信方式采用RS-485/RS232或者光纤、GPRS等，通信协议应符合相应标准，并满足与主控室及信息一体化平台交换数据的实时性和可靠性要求。智能变压器通过网络连接进行信息传播，记录设备运行参数，综合计算变压器使用寿命，为状态检修和设备管理提供信息。 综上所述，对所选择的变压器进行一系列配套设备的安装和成套的监测和操动机构的集成化处理，这样就形成了我们智能变电站设计中所需要的智能化设计要求，这样不仅可以大大的节约了电能而且也能迅速对故障作出调整和安排人员进行故障的处理，来实施智能变电站的智能化控制。4.3 智能开关设备4.3.1 高压断路器的选择1.断路器种类和型式的选择按照断路器采用的灭弧介质可分为油断路器(多油、少油)、压缩空气断路器、六氟化硫断路器、真空断路器等。（1）油断路器:采用油作灭弧介质，按绝缘结构分为多油式与少油式断路器。多油式断路器的油同时兼作灭弧介质和带电体与不带电体之间的绝缘介质，耗油大，现已淘汰。而少油式断路器。多油式断路器的油同事兼作灭弧介质和带电与不带电之间的绝缘介质，耗油量大，现已淘汰。而少油式断路器的油只作灭弧和触头间弧隙的绝缘介质，断路器中的带电导体与接地部件之间的绝缘主要采用瓷件，油量少，占地少，价廉，已有长期运行经验，当前在110kV220kV电压等级配电装置中仍占有一席之地。由于油断路器的开断性能差，且110kV电压以上产品为积木式、多断口的结构，很难实现断日电压均衡，因而其在500kV及以上电压等级禁止运用。 （2）压缩空气断路器:采用压缩空气做灭弧介质，具有大容量下开断能力强及开断时间短的特点，但结构复杂、尚需配置压缩空气装置，价格较贵，而且合闸时排气噪音大，所以主要用于220kV以上电压的屋外配电装置。（3） 六氟化硫断路器:采用不可燃和有优良绝缘与灭弧性能的六氟化硫气体作灭弧介质。六氟化硫断路器运行可靠性高，维护工作量少，故适用于各电压等级，特别在220kV及以上配电装置中得到最广泛的运用。但是，六氟化硫断路器在35kV及以下屋内配电装置中使用较少，这是因为六氟化硫气体虽无毒，但分解物有毒，而且六氟化硫式量比空气大5.1倍，所以六氟化硫断路器布置在屋内，需要良好的通风、排风和可靠的检漏与检测设备，以防人员（特别是电缆沟内工作人员）中毒及窒息。 需要注意的是，六氟化硫气体是一种很强的温室效应气体，其温室效应作用数万倍于二氧化碳气体，1997年联合国气候变暖框架公约缔约国会议已将六氟化硫气体列入6种必须加以限制排放的温室效应气体之一，而全世界六氟化硫气体产量的一半均用于高压断路器，因此对断路器的六氟化硫气体防漏，检测及回收显得十分重要。（4） 真空断路器：利用真空的高介质强度灭弧，具有灭弧时间快、低噪声、高寿命及可频繁操作的优点，已在35kV及以下配电装置中获得最广泛的采用。真空断路器切断短路电流及分合电动机负荷时，会产生截流过电压，需采用氧化锌避雷器等过电压保护措施。 选择断路器型式时，应根据各类断路器的特点及使用环境、条件决定。2.翻定电压和电流选择 高压断路器的额定电压和电流选择需满足式中：3开断电流选择 高压断路器的额定开断电流（）是指在额定电压下能保证证正常开断的最大短路电流，它是表征高压断路器开断能力 的重要参数。高压断路器在低于额定电压下，开断电流可以提高，但由于灭弧装置机械强度的限制，故开断电流仍有一极限值，该极限值称为极限开断电流，即高压断路器开断电流不