电力行业培训课件：特高压变电站及其电气设备

1、特高压变电站及其电气设备主要内容主要内容n特高压变电站特高压变电站n特高压并联电抗器及可控电抗器特高压并联电抗器及可控电抗器n特高压潜供电流限制技术特高压潜供电流限制技术n特高压避雷器特高压避雷器n特高压断路器及其开关设备系统特高压断路器及其开关设备系统n特高压电压和电流互感器特高压电压和电流互感器n特高压变压器特高压变压器n特高压户外变电站绝缘配合特高压户外变电站绝缘配合n特高压户外变电站工频电磁场特高压户外变电站工频电磁场特高压变电站类型n常规户外变电站常规户外变电站nHGIS户外变电站户外变电站nGIS户外变电站户外变电站特高压变电站电气主结线（1）特高压变电站电气主结线（2）特高压变电

2、站电气主结线（3）特高压变电站电气主结线（4）特高压电抗器及可控电抗器n限制工频过电压技术限制工频过电压技术n特高压并联电抗器结构与参数特高压并联电抗器结构与参数n特高压输电的有功一无功特性特高压输电的有功一无功特性n特高压可控电抗器特高压可控电抗器限制工频过电压主要技术措施n利用中间开关站，将长线路分为较短线路；n线路两端加装并联电抗器；n选择合理特高压和超高压电网结构；n避雷器限制暂时高幅值工频过电压；n避免线路单端跳闸，选用合适继电保护和过电压保护实现线路两端联动跳闸。特高压输电工频过电压限制水平特高压并联电抗器结构特高压并联电抗器参数特高压输电的有功一旡功特性特高压可控电抗器主要类型n

3、可控饱和并联电控器（SCR）n晶闸管控制并联电抗器（TCR）n磁阀式可控电抗器n晶闸管可控变压器（TCT）n绝缘栅极晶体管可控变压器（IGBTCT）可控并联电抗器调节规律n线路不接入系统时，电抗器处于100%的补偿待命状态；线路空载合闸时，100%补偿容量投入以限制工频过电压；线路空载时，电抗器处于100%补偿状态；随着线路输送功率增加，平滑地减少电抗器补偿容量，使线路电抗消耗的无功部份由线路电容产生的无功来平衡。如果它的调节规律满足如前图所示的负的无并联电抗器时有功无功曲线，线路电压将保持恒定。三相断路器跳闸甩负荷时，快速反应使电抗补偿容量增加到最大值，以限制甩负荷的工频过电压。n可控并联电

4、抗器快速调节特性是实现限制工频过电压、潜供电流和电压无功调节及改善稳定性的协调控制的关键。可控电抗器动态响应特性n可控饱和并联电抗器、磁阀式可控电抗器动态响应时间较长 nTCR、TCT、IGBTCT可控并联电抗器动态响应时间均可控制在10ms以内n绝缘栅双极晶闸管控制变压器（IGBTCT）和普通晶闸管控制变压器（TCT）对于特高压和超高压输电系统来说是最有应用前景的可控并联电抗器。 可控变压器（TCT、IGBTCT）磁阀式可控电抗器特高压潜供电流限制技术n特高压输电潜供电流特点n并联电抗器中性点小电抗接地n高速接地开关特高压线路潜供电流特点n特高压输电线路相间耦合电容（互电容）和相间互电感，均

5、比超高压线路大。在单相接地故障后，线路两端断路器切除故障过程中，非故障两相导线的高电压和大电流将在接地故障点产生比超高压线路大得多的潜供电流和恢复电压。据计算，潜供电流在没有任何限制措施情况下，可达30A/100km。大的故障潜供电流将使故障点的电弧熄灭困难或在断路器自动重合时接地电弧仍没有熄灭，造成自动重合闸失败。超高压和特高压电网故障绝大多数为单相接地故障。单相自动重合闸是提高特高压电网暂态稳定性和输电系统可靠性极为重要的技术措施。因此，限制特高压线路单相接地故障潜供电流是确保单相自动重合成功的关键技术。并联电抗器中性点小电接地装置高速接地开关及工作原理特高压避雷器n特高压变电站的绝缘配合

6、n特高压避雷器及其性能n特高压变电站避雷器优化配置特高压变电站的绝缘配合n变电站电气设备绝缘水平决定于操作过电压和雷电过电压限制水平n变电站的电气设备的耐受电压以避雷器的操作和雷电过电压保护水平为基础n特高压电气设备的绝缘水平主要由避雷器操作过电压保护水平避雷器的性能要求n持续运行电压应等于或大于系统最高运行相电压；n额定电压应等于或大于持续电压1.25倍，特高压一般选1.3倍；n标称电流（雷电流为20kA）下的残压等于额定电压峰值乘以保护比。目前避雷器的保护比约等于1.61.7。高性能避雷器与普通避雷器性能图1-9 超高压和特高压高性能避雷器特性曲线避雷器性能对电气设备绝缘的影响 特高压变电

7、站避雷器优化配置n变电站内避雷器配置的数目和位置通过技术比较，按站内电气设备绝缘最优经济成本决定。特高压断路器和开关设备系统n特高压输电限制操作过电压技术n特高压带合分电阻的断路器n特高压隔离开关n特高压气体绝缘开关设备系统（HGIS）n智能开关设备系统特高压限制操作过电压技术n利用中间开关站，将长线路分成较短线路；n金属氧化物避雷器（MOA）；n断路器合闸电阻限制合闸过电压；n断路器分闸电阻限制分闸过电压；n利用智能断路器控制合闸相角，使合闸时间控制在电压过零附近，限制合闸过电压。特高压操作过电压限制水平表1-7 特高压输电系统操作过电压限制水平及其限制措施 注：注：*表示推荐值与推荐技术措

8、施。特高压带分合电阻的SF6断路器RRBSBSBmBm图1-10 1000kV SF6断路器工作原理图带合分电阻SF6断路器工作原理n当断路器分闸时，断路器主触头Bm先断开，断开故障或操作主电流，此时分闸电阻仍接在特高压输电系统中，经过约30ms，与分闸电阻串连的辅助触头Bs断开；当断路器合闸时，先合上辅助触头Bs，系统接入电阻R，经过约10ms，主触头Bm合上。合闸电阻R接入系统，由于增加了系统的总阻抗和总电阻，因而削弱合闸过程电感和电容能量交换引起过电压的作用。电阻的阻尼作用能显著限制合闸过电压。分闸电阻在断路器分闸过程接入系统，大大增加了系统的阻尼作用，可降低主触头Bm电弧电压，提高灭弧

9、能力，从而显著地减少分闸过程过电压。带合分电阻SF6断路器结构日本SF6断路器特高压隔离开关RD1D2HGIS开关设备系统n气体绝缘金属封闭开关设备系统（GIS）系指将变电站的母线、断路器、隔离开关、接地开关、电压电流互感器或电压电流变换器、避雷器等集成、组合在充满绝缘气体六氟化硫（SF6）、外壳接地的金属密封容器内的成套开关设备。GIS与分立的常规开关设备相比，可大幅度减少占地面积，可靠性高，对变电站内电磁场环境影响小，维修周期长。GIS已用于各个不同电压等级的高压、超高压变电站。 HGIS开关设备系统注：1断路器，2隔离开关，3接地隔离开关，4避雷器，5电流互感器（电流变换器），6电容式电

10、压变换器，7出线套管，8圆柱金属壳（A）特高压HGIS一次接线图57772231623348HGIS开关设备系统GIS中SF6断路器主要技术性能特高压智能开关设备系统功能n断路器按电压波形控制合闸和分闸最佳相位角度，使其产生的操作冲击过电压最小。美国BPA公司在特高压输电中，拟采用高性能避雷器和智能断路器，将操作过电压限制在1.5p.u.水平。n断路器、隔离开关和接地开关操作顺序智能控制，自动闭锁，杜绝操作失误。n自动判断线路状况，实现当地自动重合闸功能，改变由变电站自动重合装置实现的重合闸功能，大大提高重合闸成功率。n在线自动监视断路器和智能开关设备系统的运行状态，在线诊断，当发现设备偏离可

11、运行状态或缺陷时，自动报警，从而进一步提高设备的可靠性和使用寿命。智能开关设备系统主要特点n采用自能式灭弧技术，进一步降低断路器操作能量；内有开关设备运行状态监视用传感器，如开关行程传感器、绝缘气体监视用传感器等，实现设备在线监视和诊断；以混合式光电量测系统，进行设备电气性能监视，提供断路器智能控制和智能操作基本信息。智能断路器和智能开关设备系统的二次系统，已从传统的电子机械设备发展到数字化的智能电子操作控制设备。 特高压电压和电流互感器n特高压电压和电流互感器类型n混合式光电量测系统n全数字光电量测系统电压和电流互感器类型nSF6电压和电流互感器：CVT和电磁式电流互 感器n光电（电子式）电

12、压和电流量测系统特高压混合式光电量测系统n特高压混合式光电量测系统用于混合式气体绝缘金属封闭开关设备系统（HGIS）或GIS，其原理结构：电流变换器（罗柯夫斯基线卷）、电容分压器、避雷器、数字信号处理装置组成。一般将罗柯夫斯基线卷、电容分压器的电容分压金属筒组合为一整体。电压和电流信号引出HGIS金属壳外后，直接进入数字信号处理装置。数字信号处理装置的功能是滤波、电压和电流模拟量（低电平）转换成电气量测、计量、继电保护和控制装置需要的电压和电流模拟量或数字信号。由图可知，数字信号处理装置一般由模拟与滤波电路、A/D变换电路，由数字信号处理器构成的数字信号处理、光电变换及光端接口组成。输出的电压

13、、电流模拟量或数字信号由光纤电缆输出到现场总线或直接送到量测、计量、继电保护和控制装置。特高压混合式光电量测系统42模拟与滤波电路A/D变换数字信号处理(DSP)光电变换及光端接口电流、电压模拟量电流、电压数字量121特高压带电导体，2罗柯夫斯基线卷，3电容分压器，4避雷器，5数字信号处理装置图1-14 特高压混合式光电量测系统5全数字光电量测系统电压、电流数字信号光源发生与光电转换A/D变换数字信号处理(DSP)电光转换与光端接口电压、电流模拟量213441特高压（超高压）架空线，2光电电流变换器，3光电电压变换器，4光纤电缆及充气（油）支柱绝缘子图17 特高压数字光电量测系统光电量测系统主

14、要优点n无常规互感器具有的磁饱和及剩磁引起的电流和电压畸变问题，避免电流和电压畸变带来的继电保护整定困难和保护误动问题；n量测的频带宽、动态响应快，动态响应时间为常规电压和电流互感器的十几分之一到几十分之一，更有利于改善保护和控制装置的动态特性；n从静态到动态，在较大的量测范围内保持相同的精度；n体积小、重量轻、结构紧凑；容易与开关设备集成构筑智能开关设备系统，特别是易于解决特高压常规互感器难于处理的绝缘结构复杂性问题，大大降低制造成本；n抗电磁干扰能力强；n应用光电量测系统极大地简化整个电力系统数字保护和控制装置结构，构成各种人工智能装置，构筑新型保护控制装置，实现变电站数字化。在某种意义上来说，光电量测系统是实现实时数字电力系统的基础。特高压变压器n变压器短路阻抗对输电能力的影响n特高自藕压变压器特高压变压器特点n特高压变压器与500kV超高压变压器相比不但电压高一倍