某110KV变电站初步设计河南理工资料

1、某 110KV 变电站初步设计 摘要 变电站作为电力系统中的重要组成部分， 直接影响整个电力系统的安全与经 济运行。 本论文设计的中间变电站， 不仅增强了当地电网的网络结构， 而且为当 地的工农业生产提供了足够的电能， 从而达到使本地区电网安全、 可靠、 经济运 行的目的。 本论文通过对原始资料的分析及根据变电站的总负荷选择主变压器， 同时根 据主接线的经济可靠、 运行灵活的要求， 选择了两种主接线方案， 并且进行技术 比较，淘汰较差的方案，确定了变电站的电气主接线方案。 其次进行短路电流计算， 从三相短路计算中得到当短路发生在各自电压等级 的母线时， 其短路稳态电流和冲击电流的值。 再根据计

2、算结果及电压等级的额定 电压和最大持续工作电流进行主要电气设备选择及校验 （包括断路器、隔离开关、 电流互感器、电压互感器等） ，其中也包括智能设备的选择和校验。 最后，并绘制了电气主接线图、 电气总平面布置图、 防雷保护配置图等相关 设计图纸。 关键词 电气主接线设计 短路电流计算 电气设备选择 智能设备选择 1 引言 110KV 降压变电站作为一个中间变电站，将发电厂与负荷中心连接起来， 起到了交换功率或长距离输电线路分段的作用， 它的投入使用给我们带来了极大 的便利。 在我国，电力工业正迅速发展，因此对发电厂（变电所）的设计也提出了更 高的要求，而在发电厂（变电所）的设计组成中，电气设计

3、是一重要组成部分， 需要我们认真地研究对待。 随着高新技术的发展和应用， 对电能质量和供电可靠提出了新的要求， 高压、 超高压变电站的控制和保护系统必须适应这种新形势， 因此，改善电网结构， 提 高供电能力与可靠性以及综合自动化程度， 以满足日益增长的社会需求是电力企 业的首要目标。 在我国近几年发展迅速， 产品的更新换代及定型也越来越快。 从 这几年应用和实践看，数字化变电站给变电站设计安装、调试和运行、维护、管 理等方面都带来了一系列自动化技术的变革。 但是，目前国内数字化变电站的运 用还不够成熟，因此，我们应该努力朝着数字化变电站 1 ，以及智能电网 2方 向发展。近年来 110kV 变

4、电站的建设迅猛发展。科学的变电站设计方案能够提 升配电网的供电能力和适应性， 降低配电网损耗和供电成本， 减少电力设施占地 资源，体现“增容、升压、换代、优化通道”的技术改造思路。同时可以增加系 统的可靠性，节约占地面积， 使变电站的配置达到最佳， 不断提高经济效益和社 会效益。为了保障我国经济的高速发展， 以及持续的城镇化进程， 我国电力系统 进入了一个快速发展阶段，电网建设得到进一步完善。目前，我国 110KV 及以 上变电站的智能化程度总体水平较低。所以迫切需要提高变电站的智能化水平。 本次设计在一般变电站的基础上增加智能化的设备，例如在 110KV 侧智能 断路器，电子式互感器等， 提

5、高了变电站的智能化水平， 迎合了国内变电站的发 展需求。在变电站自动化领域中，智能化电气的发展，特别是智能化开关、光电 式互感器等机电一体化设备的出现， 变电站自动化技术即将进入新阶段。 变电站 自动化系统是在计算机技术和网络通信技术基础上发展起来的。它以其简单可 靠、可扩展性强、 兼容性好等特点逐步为国内用户所接受， 并在一些大型变电站 监控项目中获得成功的应用。 随着智能化开关， 光电式电流电压互感器、 一次运 行设备在线状态检测及自诊断、 变电站运行操作培训仿真这些新技术的日趋成熟 以及广泛应用必将对现有变电站自动化技术产生深刻的影响， 带来全数字化的变 电站新概念。 引入了智能化设备，

6、提高变电站的综合自动化水平 3 是本次设计的亮点。 但从整体上来讲， 其设计与一般变电站相似， 那么，本设计将分别阐释原始资料， 主接线设计，短路电流计算，相关电气设备选择，变电站的整体布置，配电装置 的安装，以及保护监测设备的使用，还有母线选择布置，无功补偿等等。本设计 将会全面的讲述 110KV 降压变电站的初步设计内容，以及相关计算，选型和校 验。从经济型，安全性，可靠性，实用性等多方面考虑，认真探讨研究了 110kv 变电站的一次部分初步设计。 2 原始资料 系统至 110kV 母线的短路容量 1000MVA，功率因数为 0.85。 最大负荷利 用小时数为 5000h/年，变电所 10

7、kV 出线保护最长动作时间为 1.5s。110kV 架空 线路两回路供电，型号 LGJ185，长度为 25KM ，；10kV侧 16回出线，功率因数 为 0.8 ： 1# ：负荷为 900kW，长度为 3KM ，负荷类型为民用； 2# ：负荷为 900kW，长度为 3KM ，负荷类型为民用、市政； 3# ：负荷为 1000kW，长度为 1.5KM ，负荷类型为市政； 4# ：负荷为 1000kW，长度为 1.5KM ，负荷类型为市政； 5# 、6# ：负荷为 6000kW，长度为 2.5KM ，负荷类型为机械制造厂； 7# 、8# ：负荷为 1800 kW，长度为 2KM ，负荷类型为纺织厂；

8、 9# 、10#：负荷为 600 kW，长度为 5KM ，负荷类型为医院； 11#：负荷为 1000 kW，长度为 4.5KM ，负荷类型为机械加工厂； 12#：负荷为 1000 kW，长度为 4.5KM ，负荷类型为食品加工厂； 13# 、14#：负荷为 950kW，长度为 3KM ，负荷类型为印染厂 15# ：负荷为 1600kW，长度为 1.5KM ，负荷类型为化工厂； 16# ： 负荷为 1600kW，长度为 1.5KM ，负荷类型为化工厂。 设计中应考虑保证扩建时， 不中断原有负荷的供电， 扩建后应保证功率因素 为 0.9，该变电所海拔高度为 1000M，历史最高温度为 40 摄氏度

9、， 最低温度为 -7 摄氏度。最高月平均温度为 34 摄氏度。该所附近地势平坦，交通便利，可不考 虑环境污染影响。 3 电气主接线设计和选择 3.1 概述 电气主接线是变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。 主接线的确定对电力系统及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相 关，并且对电气设备选择， 配电装置布置， 继电保护和控制方式的拟定有较大影 响。因此必须正确处理好各方面的关系， 全面分析有关影响， 通过技术经济比较， 合理确定主接线。 在选择电气主接线时， 应以下列各点作为设计依据： 变电所在 电力系统中的地位和作用， 负荷大小和重要性等条件确定， 并且满足可靠性、

10、灵 活性和经济性三项基本要求。 1. 可靠性 可靠性是电力生产和分配的首要要求。主接线首先应满足这个要求。 主接线可靠性的具体要求： 1) 断路器检修时，不宜影响对系统的供电 2) 断路器或母线故障以及母线检修时， 尽量减少停运的回路数和停运时间， 并要保证对一级负荷及全部或部分二级负荷的供电。 3) 尽量避免发电厂、变电所全部停运。 2. 灵活性 主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。 1) 调度时，应可以灵活地投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满 足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。 2) 检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安

11、全检 修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。 3) 扩建时，可以容易地从初期接线过度到最终接线，在不影响连续供电或 停电时间最短的情况下投入新设备并且对一次和二次部分的改建工作最少。 3. 经济性 主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下，做到经济合理 (1) 投资省。 1) 主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避 雷器等一次设备。 2) 要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备控制电缆。 3) 如能满足系统安全运行及继电保护要求， 110KV 及以下终端或分支变电 所可采用简易电器。 (2) 占地面积小。主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面 积减

12、少。 (3) 电能损失少。经济合理地选择主变压器的种类(双绕组、三绕组、自 耦变压器)，容量、数量，要避免两次变压器而增加电能损失。 3.2 电气主接线方式的选择 3.2.1 电气主接线 根据电力系统和变电站具体条件确定的， 它以电源和出线为主体， 在进出线 较多时（一般超过 4 回），为便于电能的汇集和分配， 常设置母线作为中间环节， 使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。本次所设计的变电站 110KV 进出线有 2 回， 10KV 进出线有 16 回，所以采用有母线的连接。 （1）单母线接线 优点：接线简单，操作方便，设备少、经济性好，并且母线便于向两端延伸， 扩建方便。 缺点：可靠

13、性差。 母线或母线格力开关检修或故障时， 所有回路都要停止运 行；调度不方便，电源只能并列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电 流。所以这种接线形式一般只用在发电机容量小、 太熟较多而符合较近的小型电 厂和出现回路少，并且没有重要负荷的发电厂和变电站中。 （2）单母线分段接线 优点：单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性，不 致使重要用户停电； 缺点：这种接线当进出线较多或需要对重要负荷采用两回出线供电时， 增加 了出线数目，且常使架空线交叉跨越，使整个母线系统的可靠性受到限制； 适用范围：在具有两回进线电源的条件下，采用单母线分段接线比较优越。 1610KV 配电装置出

14、线回路数为 6 回及以上时； 2 35KV 配电装置出线回路数为 48 回时； 110220KV 配电装置出线回路数 34回时。 （3）双母线接线 双母线接线有两组母线， 并且可以相互备用， 两组母线之间的联络， 通过母 线联络断路器来实现。具有供电可靠、调度灵活、扩建方便的优点，与单母线接 线相比，投资有所增加，但使运行的可靠性和灵活性大为提高。其缺点是：当母 线故障或检修时， 需要隔离开关进行倒闸操作， 容易发生误操作事故， 需要隔离 开关和断路器之间装设可靠的联锁装置，对运行人员的要求比较高。 适用范围：610KV 配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时， 35KV 配电装置，当出

15、线回路数超过 8回时或连接的电源较多、 负荷较大时；110220KV 配电装置，出线回路数为 5 回及以上时，或 110220KV 配电装置在系统中站重 要地位，出线回路数 4 回及以上时。 （4）桥形接线 当只有两台变压器和两条线路时， 宜采用桥型接线。 内桥接线在线路故障或 切除、投入时，不影响其余回路工作，并且操作简单；而在变压器故障或切除、 投入时，要使相应线路短时停电且操作复杂。 因而该接线一般适用于线路较长和 变压器不需要经常切换的情况。 外桥接线在运行中的特点与内桥接线相反， 使用 于线路夹断和变压器需啊哟经常切换的情况。桥形接线投资省，但可靠性不高， 只使用于小容量发电厂或变电

16、站。 3.2.2 110KV 侧方案拟定 方案一：采用单母分段接线 考虑到 110 侧只有两条进线，因而可以选用单母分段接线。 其优点是：单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性， 不致使重要用户停电； 缺点是：这种接线当进出线较多或需要对重要负荷采用两天出现供电时， 增 加了出现数目，且常使架空线交叉跨越，使整个母线系统的可靠性受到限制； 方案二：内桥型接线 110KV 侧以双回路与系统相连，只有两台变压器，在线路故障或切除、投 入时，不影响其余回路工作，而且线路较长，但不经常投切，因此可采用内桥式 接线。 优点是：高压器少，布置简单，造价低，经适当布置可较容易地过渡成单母 线

17、分段或双母线接线。 缺点是：可考性不是太高，切换操作比较麻烦。 对于 110KV 侧来说，因而它要供给较多的一类、二类负荷、因此其要求有 较高的可靠性。对比以上两种方案，单母分段接线供电可靠性、灵活性较差，桥 型接线供电可靠性比单母分段接线高， 且有利于以后扩建， 而且比较简单， 设备 少，投资也不大， 因此，对于 110KV 侧选用内桥接线。 3.2.3 10KV 侧主接线拟定 方案一：单母分段接线 优点：单母线用分段断路器进行分段， 可以提高供电可靠性和灵活性， 不致 使重要用户停电； 缺点：这种接线当进出线较多或需要对重要负荷采用两天出现供电时， 增加 了出现数目，且常使架空线交叉跨越，

18、使整个母线系统的可靠性受到限制； 方案二：双母线接线 双母线接线有两组母线， 并且可以相互备用， 两组母线之间的联络， 通过母 线联络断路器来实现。具有供电可靠、调度灵活、扩建方便的优点，与单母线接 线相比，投资有所增加，但使运行的可靠性和灵活性大为提高。其缺点是：当母 线故障或检修时， 需要隔离开关进行倒闸操作， 容易发生误操作事故， 需要隔离 开关和断路器之间装设可靠的联锁装置，对运行人员的要求比较高。 对比以上两种方案， 均能满足主接线要求， 但采用双母线要经济性差， 采用 单母线分段技能满足负荷供电要求， 又节省大量资金， 而且其中有重要负荷， 此 种接线能给重要负荷提供双回路供电，所

19、以这是一种较理想的接线方式。 综合以上所选主接线方式，画出主接线图，如图所示。 图1 4 主变压器的选择 4.1 概述 变压器4是变电站中的主要电器设备之一，它的主要作用是变换电压以利 于功率的传输，电压经升压变压器升压后， 可以减少线路损耗， 提高了经济效益， 达到远距离送点的目的。 而降压变压器的容量、 台数直接影响主接线的形式和配 电装置的结构。 因此，主变压器的选择除依据资料外， 还取决于传输功率的大小， 与系统的紧密程度，同时兼顾负荷的增长速度等方面，并根据电力系统 510 年 发展规划，综合分析，合理选择。否则，将造成经济技术上的不合理。如果变压 器容量选得过大、台数过多，不仅增加

20、投资，增大占地面积，而且也增加运行电 能损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选得小，将可能“封锁”发电机剩余功 率的输出或者会满足不了电站负荷的需要，这在技术上是不合理的。 4.2 主变压器的型号选择 4.2.1台数 由原始资料可知，我们本次设计的变电站是一个 110KV 降压变电站，主要 是接受 110KV 的功率， 通过主变向 10KV 线路输送，是一个一般地区的变电站。 由于出线有多回一类负荷， 停电会对生产造成重大的影响。 因此选择主变台数时， 要确保供电的可靠性。 为了提高供电的可靠性， 防止一台主变压器故障或检修时影响整个变电站的 供电，变电站中一般装设两台主变压器， 互为备用， 可

21、以避免因主变检修或故障 而造成对用户的停电。而且该变电站的电源来自两座变电站，即 2 有两条进线， 所以选择两台主变压器。 4.2.2容量 主变压器容量一般按变电站建成后 510 年的规划负荷选择，并适当考虑到 远期 1020 年的负荷发展，对于城郊变电站主变压器容量应与城市规划相结合， 该变电站近期和远期负荷都已给定， 所以，应该近期和远期总负荷来选择主变容 量。对重要变电站， 需要考虑当一台主变压器停运时， 其余变压器容量在计及过 负荷能力允许时间内， 应满足一类及二类负荷的供电； 对一般性变电站， 当一台 主变压器停运时，其余变压器应能满足全部负荷的 70%80%。 P单 =19.39M

22、W P总=27.7MW cos 0.85 P总10 27.7 Sn 0.7 总 (1 5%)10 0.7* 1.629 37.16MVA cos 0.85 1 P1 19.39 Sn单 (1 5%)10* 1.629 53.08MVA 0.7 cos0.7 0.85 所以 Sn选择 50MVA 4.2.3相数，绕组数和联结组号 容量为 300MW 及以下机组单元接线的主变压器和 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，但是，由于变压器的制 造条件和运输条件的限制， 特别是大型变压器需要

23、考虑其运输的可能性。 因此本 变电站应选用三相绕组。而且因为该电站是 110KV 到 10KV 的降压变电站，所 以应选用双绕组。 在发电厂和变电站中，一般考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选用 YNd11 常规接线。 综上所述，主变压器的型号选择为 SZ9-5000/110,115 8.25%/0.5KV，YNd11 ， Uk=15%。 主变压器参数表 额定容量 KVA 额定电压 KV 阻抗电压 % 损耗 W 空载电流 % 高压 低压 空载 短路 5000 115 10.5 15 5000 25000 4.0 5 短路电流计算 5.1

24、短路电流计算的目的 在发电厂和变电所电气设计中， 短路电流计算是其中的一个重要环节， 其计 算的目的主要有以下几个方面： 1、选择电气设备。在选择各种电气设备时，需要计算出可能通过电气设备 的最大短路电流及其产生的电动力效应及热效应， 以便检验电气设备的动稳定性 和热稳定性； 2、配置和整定继电保护装置。系统中应配置哪些继电保护以及参数整定， 都必须对电力系统各种短路故障进行计算分析； 3、选择限流电抗器。当短路电流过大时，会造成设备选择困难或不经济， 这时可在供电线路中串接电抗器来限制短路电流。 通过短路电流的计算， 决定是 否使用限流电抗器，并确定所选电抗器的参数； 4、确定供电系统的接线

25、和运行方式。供电系统的接线和运行方式不同，短 路电流的大小也不同。 只有在计算出在某种接线和运行方式下的短路电流， 才能 判断这种接线及运行方式是否合理； 5、设计屋外高压配电装置时，需按短路电流为依据；接地装置的设计，也 需用短路电流。 5.2 短路电流的计算条件 验算导体和电器时所用短路电流，一般有以下规定： 1、计算的基本情况 (1) 电力系统中所有电源均在额定负荷下运行： (2) 所有同步电机都具有自动调整励磁装置 (包括强行励磁 )； (3) 短路发生在短路电流为最大值的瞬间； (4) 所有电源的电动势相位角相同： (5) 应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻

26、。 对异步电动机的作用， 仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考 虑。 2、接线方式计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流 的正常接线方式 (即最大运行方式 )，而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接 线方式。 3、计算容量应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规 划(一般考虑本工程建成后 510 年)。 4、短路种类一般按三相短路计算。若发电机出口的两相短路，或中性点直 接接地系统以及自耦变压器等回路中的单相 (或两相 )接地短路较三相短路情况 严重时，则应按严重情况的进行校验。 5、短路计算点在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的地点，

27、称为短路计算点。对于带电抗器的 610kV 出线与厂用分支线回路，在选择母 线至母线隔离开关之间的引线、 套管时， 短路计算点应该取在电抗器前。 选择其 余的导体和电器时，短路计算点一般取在电抗器后。 5.3 短路电流的计算过程 选取基准容量 SB =1000MVA ，同时取各级电压的平均额定值为基准值， 既有 U B =115kV UB1=115kV U B2 =10.5kV 再计算系统到母线的电抗标幺值（双回路供电） ： SB Xs1= SB 1 Xs1=Xs2 SS 线路阻抗： 1000 XL =XL 0.4 25 2 0.76 L1 L21152 变压器电抗标幺值： XT1=XT2 1

28、0.5% 1000 / 50 2.1 5.3.1 110kV 侧最大短路电流计算： 1、系统阻抗不并联，合上联络断路器时，阻抗图如图2 所示： S L1 XX XS2 X L2 图2 X总= 1+0.76 2 =0.88 1 I f总= X1 =1.136A X总 I f1 =I f2 =0.568A 2、系统阻抗不并联，合上联络断路器时，阻抗如图3 所示： f 1 f 1 图3 X总1 =X总2 =1.76 I f1 =I f2 =0.568A f1 f 2 3、 1 XS2 XS 1 图4 X总 =0.5+0.76=1.26 I f =0.794 1000 I f 0.793 3.98kA

29、 115 3 所以， f1 的短路电流的有名值为 3.98 kA。 5.3.2 10KV 侧最大短路电流计算 1、110KV 侧联络断路器断开， 10KV 联络断路器合上时，阻抗如图所示： S 11 X XL XT XX 2 22 SLT XXX X总 =(1+0.76+2.1)/2=1.93 I f 0.518 I f1 I f2 0.259 f1 f2 2、110KV 侧联络断路器合上， 10KV 联络断路器断开时，阻抗如图 6 所示： S L1 2 X X f f XS2 X L 2 图6 X总 =(1+0.76)/2+2.1=2.98 I f 0.336 1000 I f =0.336

30、=18.48kA 10.5 3 所以，综合得， f 2短路时的最大短路电流的有名值为 18.48 kA 5.4 额定电流计算 5.4.1 110KV 侧额定电流计算 U 115kV 1.05 P 3 U cos 1.05 19.39 3 115 0.85 0.12kA 所以最大额定工作电流为 Imax 0.12kA max 短路电流前面计算得： I f 3.98kA 由此得冲击电流为： I sh 1.9 3.98 2 10.69kA 5.4.2 10KV 侧额定电流计算 U 10.5kV I 1.05 P 3 U cos 1.05 19.39 3 10.5 0.85 1.31kA 所以最大额定

31、工作电流为 Imax 1.31kA 短路电流前面计算得 ： I f 18.48kA 由此得冲击电流为： I sh 1.9 18.48 2 49.66kA 5.4.3 负荷侧电流计算 由于每回负荷线路断路器可采用所有负荷中最大的负荷值计算，所以 U 10.5kV P=0.6MW I 1.05 P 3 U cos 1.05 0.6 3 10.5 0.85 0.04kA 所以最大额定工作电流为 Imax 0.04kA max 短路电流前面计算得 I f 18.48kA 由此得冲击电流为 I sh 1.9 18.48 2 49.66kA 综上所述，制成表格，如下列表所示： 110KV 侧参数表 额定电

32、压（ kV） 最大额定工作电流 （kA） 最大短路电流 （kA） 短路冲击电流 （kA） 110 0.12 3.98 10.69 10KV侧上方 额定电压（ kV） 最大额定工作电流 （kA） 最大短路电流 （kA） 短路冲击电流 （kA） 10 1.31 18.48 49.66 10KV侧下方 额定电压 （kV） 最大额定工作电流 （kA） 最大短路电流 （kA） 短路冲击电流 （kA） 10 0.04 18.48 49.66 6 电气设备的选择和校验 6.1 智能断路器和电子式互感器 本设计 110KV 侧采用了智能断路器和电子式互感器，大大的提高了该变电 站的智能化水平。 6.1.1 智

33、能断路器 智能断路器 11实现电子操动，变机械能为电容储能，变机械传动为变频器 经电机直接驱动， 机械运动部件减少到一个， 机械系统的可靠性提高， 智能断路 器具有数字化的接口， 可以将位置信息、 状态信息、 分合闸命令通过网络方式传 输。控制回路中电子电路的寿命、 可靠性将成为智能断路器技术工程化应用的关 键。 （1）智能断路器工作原理与工作模式 智能断路器是用微电子、计算机技术和新型传感器建立新的断路器二次系 统。其主要特点是由电力电子技术、 数字化控制装置组成执行单元， 代替常规机 械结构的辅助开关和辅助继电器。 新型传感器与数字化控制装置相配合， 独立采 集运行数据， 可检测设备缺陷和

34、故障， 在缺陷变为故障前发出报警信号， 以便采 取措施避免事故发生。 在目前阶段， 智能断路器得到了相应的发展， 具有智能操作功能的断路器是 在现有断路器的基础上引入智能控制单元， 它由数据采集、 智能识别和调节装置 3 个基本模块构成。工作原理见图 1 ，图中实线部分为现有断路器和变电站的有 关结构和相互关联。 智能识别模块是智能控制单元的核心， 由微处理器构成的微 机控制系统， 能根据操作前所采集到的电网信息和主控制室发出的操作信号， 自 动地识别操作时断路器所处的电网工作状态， 根据对断路器仿真分析的结果决定 出合适的分合闸运动特性， 并对执行机构发出调节信息， 待调节完成后再发出分 合

35、闸信号 ;数据采集模块主要由新型传感器组成，随时把电网的数据以数字信号 的形式提供给智能识别模块，以进行处理分析 ;执行机构由能接收定量控制信息 的部件和驱动执行器组成， 用来调整操动机构的参数， 以便改变每次操作时的运 动特性。此外，还可根据需要加装显示模块、通信模块以及各种检测模块，以扩 大智能操作断路器的智能化功能。 智能断路器基本工作模式是根据监测到的不同故障电流， 自动选择操作机构 及灭弧室预先设定的工作条件， 如正常运行电流较小时以较低速度分闸， 系统短 路电流较大时以较高速度分闸，以获得电气和机械性能上的最佳分闸效果。 这种智能操作要求断路器具有机构动作时间上的可控性， 目前断路

36、器常用的气动 操作机构， 液压操作机构和弹簧操作机构由于中间转换介质等因素， 控制时间离 散性大，其运动特性很难达到理想的可控状态。采取电磁操作机构 13 的断路器 利用电容储能、永磁保持、电磁驱动、电子控制 14 等技术，当机构确定后运动 部件只有一个，没有中间转换介质 12，分合闸特性仅与线圈参数相关 15 ，可 以通过微电子技术来实现微秒级的控制， 通过对于速度特性控制实现断路器的智 能化操作 16 。 智能操作断路器的工作过程是 :当系统故障由继电保护装置发出分闸信号或 由操作人员发出操作信号后， 首先启动智能识别模块工作， 判断当前断路器所处 的工作条件，对调节装置发出不同的定量控制

37、信息而自动调整操动机构的参数， 以获得与当前系统工作状态相适应的运动特性，然后使断路器动作。 随着电力系统向大容量、超高压和特高压方向发展 ,电力设备越要求小型化、智 能化、高可靠性。 （2）智能断路器技术的优点 和传统的断路器相比较，智能断路器有着其自身的优点 : 1、采用智能断路器技术后，对于非故障性的操作，断路器都可以在较低的 速度下断开， 减少断路器断开时的冲击力和机械磨损， 从而提高断路器的使用寿 命，在工程上达到较好的经济效益和社会效益。 2、采用智能断路器技术可以实现有关高压开关设备的检测、保护、控制和 通信等智能化功能。 3、传统的重合闸采用重合闸继电器，正常运行时，重合闸继电

38、器的电容进 行充电，当发生故障断路器断开后， 电容进行瞬间放电从而到达重合目的， 当重 合于故障时， 由于电容未再进行充电， 因此重合闸只能进行一次。 采用智能断路 器技术后有可能改变目前的试探性自动重合闸的工作方式， 实现自适应自动重合 闸，即做到在短路故障开断后， 如故障仍存在则拒绝重合闸， 只有当故障消失后 才进行重合。采用智能技术后就会避免传统重合闸只能重合一次的弊端。 4、实现定相合闸，降低合闸操作过电压，取消合闸电阻，进一步提高可靠 性;实现选相分闸，控制实际燃弧时间，使断路器起弧时间控制在最有利于燃弧 的相位角，不受系统燃弧时差要求限制，从而提高断路器实际开断能力。 随着微机技术

39、、 微电子技术、 计算机网络和数字通信技术的飞速发展， 以及人工 智能技术在产品研发和研究领域的应用， 能断路器将会从简单的采用微机控制取 代传统继电器功能的单一封闭装置， 发展到具有完整的理论体系和多学科交叉的 电器智能化系统， 成为电气工程领域中电力开关设备、 电力系统继电保护、 工业 供配系统及工业控制网络技术新的发展方向。 （3）智能断路器特点 1、监测控制回路特点 以微电子、计算机技术和新型传感器建立新的断路器二次系统， 实现断路器 的智能化， 使其具有按电压波形调节通断角度， 精确控制通断过程时间和灭弧室 工况。电力电子装置取代传统的机械操动机构，使断路器动作性能大大提高。 二次系

40、统通过有效地监视断路器运行状态， 可以动态评估断路器寿命， 分析故障 遮断能力， 实现断路器运行监视， 进行寿命周期评估和失效率评估， 提高断路器 的可用率。主要的监视环节有：统计动作次数。统计断口开断电流值。监视通断 线圈电流波形，判断故障。监视灭弧室内绝缘介质的压力、温度及密度等。监视 触头通断速度和操动机构状态。 新型微控制器 （DSP）的广泛使用，使得上述功能的实现和完善成为可能。 2、数据通信回路特点 数字化变电站背景下的断路器智能化使得断路器线圈动作方式发生了根本变化。 传统断路器动作信号由二次电缆传递至断路器控制箱， 而智能化断路器的控制信 号依据 IEC61850 规约中的 G

41、OOSE 通信协议，以通信报文形式通过变电站二次 通信光缆传递至断路器的智能控制器， 不仅节省大量电缆而且其可靠性和实时性 都得到极大提高。 6.1.2 电子式互感器 目前电力系统中广泛应用常规电磁式电流、 电压互感器或电容式电压互感器 因系统电压增高 ,使互感器的绝缘结构复杂、 体积增加 ,造价也随之升高 ,同时电磁 式互感器还有磁饱和、铁磁谐振、动态范围小等缺点 ,难以满足电力系统应用的 发展要求。而新型电子式互感器结构紧凑、体积小、抗电磁干扰、不饱和及易于 数字信号传输 ,能顺应电力工程的发展要求。 新型互感器大致可分为两类：一是电子式互感器；二是光电式互感器。 电子式互感器的传感原理与

42、传统互感器的相同， 即应用变压器原理、 分压器原理， 有的也用霍尔效应。 与传统互感器的区别只是它的传感器部分不传送功率而只送 信号，再由电子放大后送到负荷， 它依靠光导纤维传递光信号， 并作为互感器高 低压侧之间的绝缘。 光电式电流互感器的原理是： 利用材料的慈光效应或光电效应， 将电流的变 化转换成激光或光波， 经过光通道传送到低压侧， 再转变成电信号经放大后供仪 表和继电器使用。 光电式电压互感器是利用材料的泡克耳斯效应， 材料在电场作 用下，出现双折射作用，两种折射率之差 与电场强度 E 成正比，通过 波长板 和检光板变成强光信号输出。 （1）电子式互感器标准依据 电子式互感器必须在标

43、准规范下进行设计、制造、试验和运行, IEC6004427电 子式电压互感器 、 IEC6004428电子式电流互感器 、IEC61850变电站网络 和系统等标准的相继颁布 ,相应国标报批稿也已经定稿 ,为电子式互感器的推广 应用奠定了基础。 （2）电子式互感器与常规互感器的对比 1、定义的区别 根据标准描述 ,电子式互感器是具有模拟量电压或数字量输出 ,供频率 15 100 Hz 的电气测量仪器和继电保护装置使用的电流电压互感器。可见其功能、 应用范围和常规互感器完全一致 ,区别在于输出量 ,是可供二次设备直接使用的模 拟电压信号或数字量 , 如电子式电流互感器 （ETA） 模拟量输出标准值

44、为 22. 5 ,150 ,200 ,225 mV （测量用） 和 4 V （保护用） , 数字量输出标准值为 2D41H （测 量用） 和 01CFH（保护用 ） ,而常规电流互感器 （常规 TA） 输出为电流信号 ,这直接 导致了包括设备铭牌参数在内的一系列不同 ,如电子式互感器可根据需要通过软 件设定变比 ,而不再使用常规形式如 600/ 300/ 5 来定义。 电子式互感器的精度等级与常规的差别不大。以电流互感器 （TA） 为例 ,测量 用 TA 的标准精度为 0. 1 ,0. 2 ,0. 5 ,1 ,3 ,5 级,供特殊用途的为 0. 2S 和 015S 级; 保护用 TA 的标准精

45、度为 5P , 10P , 和5 TPE ,其中 5 TPE 的特性考虑短路电流中 有非周期分量的暂态情况 ,其稳态、暂态误差限值分别与 5P级、TPY级常规 TA 相 同。 2、结构的区别 ETA 结构，在高电位等势体内 , 完成一次电流传变、二次信号采集、数字信 号调制和光信号输出 ,光纤从等势体出线 ,通过绝缘支柱走线到地电位 ,进入光缆 引至位于集控室的合并器单元。常规 TA 不论正置式或倒置式 ,都要把地电位引 至二次线圈 ,使高低电位之间的绝缘距离为线圈内半径。因采用光纤绝缘体,电子 式互感器将高低电位间的绝缘距离扩大至整支绝缘柱高度。 3、性能的区别 1）绝缘性能 由前文可知 ,

46、电子式互感器的绝缘性能远优于常规互感器 ,尤 其在超、特高压系统中 ,它的应用将使其可靠性得到极大提高。 2）系统精度 应用常规互感器的系统存在若干独立误差环节 ,如二次小信号 变换误差、采样误差、传输误差等 ,且互感器要求暂态试验 ,但二次小信号传变器 的暂态特性往往不能满足要求 ,从而增加了系统误差。而对于电子式互感器 ,其额 定误差是指数字信号与标准一次信号间的比差和相角差,即以上没有被计入常规 互感器误差项目 ,在电子式互感器误差中被计入 ,其输出直接供给二次设备使用 , 降低了系统误差。 3）负载特性 常规互感器对负载要求严格 , TA 二次不能开路 ,电压互感器 （ TV） 二次不

47、能短路 ,负载特性试验要在额定负载下完成。 电子式互感器输出为数 字量 ,通过光纤传递至二次设备而基本无损耗 ,无负载要求 ,避免了可能导致危及 设备或人身安全的问题。 4）体积造价 常规互感器为满足绝缘、负荷和暂态等方面要求 ,设备体积较 大 ,且随着电压等级上升 ,体积越加庞大 ,造价昂贵。而 ETA 由于采用的罗哥夫斯 基线圈为非磁性线圈 ,不会出现磁饱和及磁滞现象 ,具有良好的线性度和暂态特性 用于保护可轻易达到 5 TPE 级而体积很小 ;用于测量计量的低功率铁心线圈 ,输 出功率微小 ,因此可用较小的截面达到精度要求。在超高压和特高压等级 ,电子式 互感器的体积造价均远小于常规互感

48、器。 4 应用的区别 常规互感器二次输出侧以 1 A 、5 A 或 100 V 的信号形式与电能表计、 控制 保护等二次设备相连接 ,目前绝大多数二次设备厂商提供的产品也是按此匹配 的。而电子式互感器的二次输出参数则完全不同 ,继电保护、计量仪表及测控装 置等二次装置适合数字化 ,与电子式互感器的应用较为接近。因此 ,互感器的精度 等级、二次侧输出参数和与之相连的二次设备匹配和无缝连接,是电子式互感器 应用于工程的关键所在 。 6.2 电气设备选择的一般条件 电气设备总是在一定的电压、 电流、 频率和工作环境下工作的， 电气设备的 选择除了满足正常工作条件下安全可靠运行，还应满足在短路故障条件

49、下不损 坏，开关电器还必须具有足够的断流能力，并适应所处的位置（户内或户外） 、 环境温度，海拔高度及防尘、防火、防腐、防爆等环境条件。 1、 按环境条件选择电气设备。根据电气装置所处的位置（户内或户外） 、 使用环境和工作条件，选择电气设备的型号； 2、 按工作电压选择电气设备的额定电压 ，电气设备的额定电压 应不低于 其所在电网的额定电压 U，即 ； 3、按长期工作电流选择电气设备的额定电流 ，电气设备的额定电流应不 小于通过它的长时最大工作电流（即 30min 平均最大负荷电流，以 表示），即 4、按短路条件校验电气设备的热稳定和动稳定。为保证电气设备在短路故 障时不致损坏，就必须按最大

50、可能的短路电流校验电气设备的热稳定和动稳定， 即 ， ； 5、开关电器断流能力的校验。 断路器和熔断器等电气设备负担着切断短路 电流的任务， 通过最大短路电流时必须可靠切断， 包括开断电流和短路关合电流 的校验， 即 ， 。 智能断路器与电子式互感器的选型与传统的选型相似， 基本可以参照普通的 选型。 6.3 相关电气设备选择和校验 6.3.1 电流互感器选择 1、110KV 侧电子式电流互感器 1) 选择：型号为 HT E CT-110 额定电压： 110KV 额定电流： 600A 热稳定电流： 12KA, 1S 动稳定电流： 30KA 2) 校验： 电压：U N U (110KV=110K

51、V) 电流： IN Imax (600A120A) 动稳定 : ies i sh (30KA10.69KA) 热稳定： tk tp tin ta 1.5 0.6 0.6 1.62 (tp 为继电保护动作时间， tin 为断路器固有分闸时间， ta为断路器开端时电弧持续时间 ) 因为 tk 1s I 10I tk/2 Itk 所以 Qk Qp12tk/2 tk tk = = I2*tk =3.98*3.98*1.62 =25.66 2 It2* t 12*12*1 144 Qk 综合考虑得： 110KV 侧电流互感器 20为 HT E CT-110 ;600/5;10P/10P/0.5/0.2

52、2、10KV 侧电流互感器 1)10KV 上侧 1 选择： 型号为 LZZBJ9-10 额定电压： 10KV 额定电流： 2000A 热稳定电流： 100KA, 1S 动稳定电流： 160KA 2) 校验： 电压：U N U (10KV=10KV) 电流： IN Imax (2000A1310A) 动稳定 : ies i sh (160KA49.66KA) 热稳定： tk tp tin ta 1.5 0.6 0.6 1.62 (tp 为继电保护动作时间，tin 为断路器固有分闸时间， ta为断路器开端时电弧持续时间 ) 因为 tk 1s 所以 I 210I t2k/2It2k 12 I2*tk

53、 =341.5 10000 Qk 2 It2* t 100*100*1 2)10KV 下侧 1 选择： 型号为 LZZBJ9-10 额定电压： 10KV 额定电流： 600A 热稳定电流： 65KA, 1S 动稳定电流： 130KA 2 校验： 电压：U N U (10KV=10KV) 电流： IN Imax (600A40A) 动稳定 : ies i sh (130KA49.66KA) 热稳定： tk tp tin ta 1.5 0.6 0.6 1.62 (tp 为继电保护动作时间， tin 为断路器固有分闸时间， ta为断路器开端时电弧持续时间 ) 因为 tk 1s I 10I tk/2

54、Itk 所以 Qk Qp12tk/2 tk tk = = I2*tk =341.5 2 It2* t 65*65*1 4225 Qk 6.3.2 电压互感器选择 1) 110KV 侧电子式电压互感器 选择：型号为 HT E VT-110 110/ 0. 2/ 0. 2 33 2) 10KV 侧电压互感器 选择： 型号为 JDZ-10 6.3.3 断路器选择 1、110KV 侧智能断路器 1) 选择： PASS M0 额定电压： 110kV 额定电流： 2000A 额定开断电流： 40kA 极限通过电流： 80kA 热稳定电流： 40kA, 4S 2) 校验： 额定电压： UN U (110kV

55、=110kV) 额定电流： IN Imax (2000A120A) 开断电流： I nbr I f (40kA3.98kA) 动稳定 : ies i sh (80kA10.69kA) 热稳定： tk tp tin ta 1.5 0.6 0.6 1.62 (tp 为继电保护动作时间， tin为断路器固有分闸时间， ta 为断路器开端时电弧持续时间 ) 因为 tk 1s 所以 Qk Qp I 2 10I t2k/2 It2k 12 tk I2*tk =25.66 2 It2* t 40*40*4 6400 Qk 2、10KV 侧断路器 1) 10KV 靠近变压器侧 1 选择：型号为 VD4-12/

56、3150A 额定电压： 10kV 额定电流： 3.15kA 额定开断电流： 50kA 极限通过电流： 125kA 热稳定电流： 50kA,4S 2 校验： 额定电压： UN U (10kV=10kV) 额定电流： IN Imax (3150A1310A) 开断电流： I nbr I f (125kA49.66kA) 动稳定 : ies i sh (80kA10.69kA) 热稳定： tk tp tin ta 1.5 0.6 0.6 1.62 (tp 为继电保护动作时间， tin 为断路器固有分闸时间， ta为断路器开端时电弧持续时间 ) 因为 tk 1s QQI 10I tk/2Itkt 所以

57、 QkQp 12tk/2tktk= = I2*tk =341.5 2 It2* t 50*50*4 10000 Qk (2)负荷侧 1 选择：型号为 ZN5-10/630 额定电压： 10kV 额定电流： 630A 额定开断电流： 20kA 极限通过电流： 50kA 热稳定电流： 20kA, 4S 2 校验： 额定电压： UN U (10kV=10kV) 额定电流： IN Imax (630A40A) 开断电流： I nbr I f (20kA18.48kA) 动稳定 : ies i sh (125kA49.66kA) 热稳定： tk tp tin ta 1.5 0.6 0.6 1.62 (t

58、p 为继电保护动作时间， tin为断路器固有分闸时间， ta 为断路器开端时电弧持续时间 ) a 因为 tk 1s 所以 Qk Qp I 2 10I t2k/2 It2k 12 tk I 2* tk =341.5 2 It2* t 20*20*4 1600 Qk 6.3.4 隔离开关的选择 1、110KV 侧隔离开关 1) 选择： GW4-110D/1000-80 额定电压： 110KV 额定电流： 1000A 极限通过电流： 80KA 热稳定电流： 21.5KA, 5S 2) 校验： 额定电压： UN U (110kV=110kV) 额定电流： IN Imax (1000A120A) 动稳定

59、 : ies i sh (80kA10.69kA) 热稳定： tk tp tin ta 1.5 0.6 0.6 1.62 (tp 为继电保护动作时间， tin 为断路器固有分闸时间， ta为断路器开端时电弧持续时间 ) in a 因为 tk 1s I 2 10I 2 I 2 所以 Qk Qp I 10I tk/2 Itk tk = = k p 12 k I2*tk =25.66 2 It2* t 21.5*21.5*5 2311.25 Qk 2、10KV 侧接地开关 GN2-10/2000-85 1) 选择：型号为 GN2-10/2000-85 额定电压： 10KV 额定电流： 2000A 极限通过电流： 85KA 热稳定电流： 51KA,5S 2) 校验： 额定电压： UN U (10kV=10kV) 额定电流： IN Imax (2000A1310A) 动稳定 : ies i sh (85kA49.66kA) 热稳定： tk tp tin ta 1.5 0.6 0.6 1.62 (tp 为继电保护动作时间， tin 为断路器固有分闸时间， ta为断路器开端时电弧持续时间 ) 因为 tk 1s Q Q I 10I tk/2 Itk t 所以 Qk Qptk/2 tk tk = = k p 1