220kV变电站电气主系统设计毕业论文
目录
摘要 ........................................................... I Abstract ...................................................... II 第1章 绪论 .................................................... 1
1.1 课题背景 .............................................. 1 1.2 研究现状 .............................................. 2 1.3 研究容 ................................................ 2 第2章 主接线备用电源及站用电接线设计 .......................... 3
2.1 电气主接线的一般要求 .................................. 3 2.2主接线方案设计 ......................................... 3 2.2.1 方案的比较 ........................................ 4 1经济性： ............................................... 4 2.2.2主变的选择 ......................................... 8 2.3站用电接线 ............................................. 8 2.4备用电源 ............................................... 9 2.5本章小结 ............................................... 9 第3章 短路计算及设备选择 ..................................... 11
3.1 短路计算的目的 ....................................... 11 3.2短路电流计算的容 ...................................... 11 3.3 短路电流计算方法 ..................................... 11 3.4三相短路电流周期分量起始值的计算 ...................... 12 3.4.1短路电流计算的基准值 .............................. 12 3.4.2网络模型 .......................................... 12 3.4.3三相短路电流周期分量起始值的计算步骤 .............. 12 3.5电气设备的选择 ........................................ 15 3.5.1按短路计算校验 .................................... 16 3.5.2主要电气设备的选择 ................................ 17 3.6本章小结 .............................................. 22
WORD版本 .
第四章配电装置 ................................................ 23
4.1配电装置的基本要求 ..................................... 23 4.2配电装置的类型及特点 ................................... 23 4.3配电装置的设计原则 ..................................... 24 4.4配电装置的选用 ......................................... 24 4.5电气总平面布置 ......................................... 26 4.6本章小结 ............................................... 30 第五章防雷和过电压保护装置及无功补偿设计 ...................... 31
5.1避雷针 ................................................. 31 5.2避雷器 ................................................. 32 5.3防雷接地 ............................................... 33 5.4 提高功率因数的意义 .................................... 34 5.5无功补偿容量计算 ....................................... 34 5.5.1容性无功量计算 ..................................... 35 5.6 本章小结 .............................................. 36 结论 .......................................................... 37 参考文献 ...................................................... 38 致谢 .......................................................... 39
WORD版本 .
第1章 绪论
1.1 课题背景
力工业是国民经济的重要部门之一，它是负责把自然界提供的能源转换为供人们直接使用的电能的产业。它即为现代工业、现代农业、现代科学技术和现代国防提供不可少的动力，又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。电力是工业的先行。电力工业的发展必须优先于其他的工业部门，整个国民经济才能不断前进。
我国具有极其丰富的能源。这些优越的自然条件为我国电力工业的发展提供了良好的物质基础。但是，旧中国的电力工业落后，无法将其利用。不过，随着改革开放的深入发展，我国电力工业的发展很快。到2000年，我国电力工业已跃升世界第2位，电力工业的发展为我国的国民经济的高速发展做出了巨大的贡献。不仅如此，目前我国的电力工业已开始进入“大电网”、“大机组”、“超高压交、直流输电”等新技术发展的新阶段，一些世界水平的先进的高新技术，已在我国电力系统中得到了相应的应用[1]。
但是，随着近年来我国国民经济的高速发展与人民生活用电的急剧增长，电力工业的发展仍不能满足整个社会发展的需要，未能很好起到先行的作用，仅以2004年夏季的供电负荷高峰期为例，全国预计总共缺电3000万kW左右，有24个省区都先后出现拉闸限电的的情况，这样的局面预期还要过2～3年才可能得到较好的解决 。
另外，由于我国人口众多，由此在按人口平均用电方面，迄今不仅仍远远落后于一些发达国家，即使在发展中国家中，也只处于中等水平，尚不及全世界平均人口用电量的一半。因而，要实现在21世纪初全面建设小康社会的要求，我国的电力工业必须持续、稳步地大力发展，一方面是要大力加强电源建设，搞好“西电东送”，以确保电力先行，另一方面，要继续深化电力体制改革，实施厂网分开、竞价上网，并建立起符合社会主义市场经济法则的、规的电力市场。
展望未来，我们坚信，在新世纪中，中国的电力工业必须持续、高速地
WORD版本 .
发展，取得更加辉煌的成就。
1.2 研究现状
通过查阅相关的文献从而了解到：220kV城市变电站电气主接线一般分3 个电压等级，由3组带断路器的线路变压器组构成。220kV 设置线路闸刀、电流互感器、断路器、氧化锌避雷器、电缆头及主变，共同构成线路变压器组。110kV 为单母线分段，各段母线各与1 台主变相连，各带多路出线。35kV为单母线分段，各段母线带多路出线，每台主变分别通过2 台35kV断路器接于两段35kV母线上。有3 台分段断路器。优点在于任何一台主变停用，相应两段母线分别由另2台主变供电，从而达到均衡负荷的目的。 220kv终端变电站的电源应至少来自两个不同的220kV变电站，以保证220kV电源线的可靠性满足N—l原则。对于220kV终端。宜尽量简化高压侧主接线和配电装置，以保证高压侧的供电可靠性并减少高压配电装置的占地。这也是全站硅少占地的一项重要措施。由于简化接线．其灵活性是不够的。因此。要有完善是活的中低压主接线。以满足调度要求。井要求选用质量较高的、有足够通流量的中低压侧配电装置，尤其是主要供出电力的中压侧。 目前，国220kV和110kV变电站的设计技术和设备已十分成熟和常规化，且建设规模也随着近万方数据年来经济高速发展而增长迅速。这就要求采用新的
1.3 研究容
研究主要容是结合相关的设计手册，辅助资料和国家有关规程，主要完成该变电站的一次、二次部分设计，参考国外最新的设计方法、研究成果和新的电气设备，对降压变电所的电气主接线方案，主变压器的选择，电气设备的选择（包括断路器，隔离开关，熔断器等），配电装置的选择以及防雷保护的设计。主变压器、各侧电压等级的电气主接线和相关一次、二次设备、避雷装置、继电保护装置进行选择。同时，完成变电站一次、二次部分总接线图、220kV变电所平面布置初步设计图和详细设计图。
WORD版本 .
第2章 主接线备用电源及站用电接线设计
2.1 电气主接线的一般要求
1）应按电源情况、负荷性质、容量大小及邻近变配电所联系等因素确定主接线型式。力求简单可靠，维护方便，使用灵活，便于发展。
2）架空进线避雷器设在靠近变压器的架空进线处；电缆进线的避雷器设在进线开关后的母线上。
3）一段母线设一组电压互感器。当分段的单母线在正常运行时不为分段，亦可仅设一组电压互感器。
4）设在母线上的电压互感器及避雷器可合用一组隔离开关。 5）按电业局要求必须设置高压计费时，则必须在计费处装设电流互感器及电压互感器专柜。
6）在所以进出线回路上按指示计量、继电保护的要求装设电流互感器。 7）单电源的主接线，可以仅在断路器靠电源侧、装设隔离开关或隔离触头。
8） 在电源进线上应装设带电指示装置。若采用真空断路器时，为防止操作过电压，应在供电变压器的10~35kV 线路上装设阻容吸收器或氧化锌避雷器2]。
另外，对电气主接线还要求可靠性、灵活性、经济性，这三者是一个综合概念，不能单独强调其中的某一种特性，也不能忽略其中的某一种特性。但根据变电所在系统中的地位和作用的不同，对变电所主接线的性能要求也不同的侧重。例如，系统中的超高压、大容量枢纽变电所，因停电会对系统 和用户造成的损失较小，故对其主接线的经济性就特别重视[14]。
[
2.2主接线方案设计
表2-1主接线方案 方案 方案一 方案二 220kV 双母线 3/2接线 110kV 双母线 双母线分段 35kV 单母线分段 双母线 主变台数 2 2 WORD版本 .
2.2.1 方案的比较
1经济性：
1）计算综合投资Z
（1） Z＝Z0(1＋a100) (元) (2-1) 式中: Z0—为主体设备的综合投资,包括变压器﹑高压断路器﹑高压隔离开关及配电装置等设备的中和投资;
-为不明显的附加费用比例系数,一般220取70％,110取90％. （2）主体设备的综合投资如下
表2-2 主体设备投资表
①主变
主变容量MVA 240 每台主变的参考价格(万元/台) 820 变压器的投资(万元) 2×820＝1640 ②220kV侧SW6220型断路器 每台断路器的参数价格 (万元/台) 105 方案一断路器投资 (万元) 9×105＝945 方案二断路器的投资 (万元) 13×105＝1365 ③220kV侧GW4-220D-80型隔离开关 1000每台隔离开关的参数价格(万元/台) 5.5 方案一隔离开关投资 (万元) 23×5.5＝.5 方案二隔离开关的投资 (万元) 26×5.5＝143 ④110kV侧SW6-110型断路器 每台断路器的参数价格 (万元/台) 65 方案一断路器投资 (万元) 14×65＝910 方案二断路器的投资 (万元) 16×65＝1040
WORD版本 .
⑤110kV侧GW4-110型隔离开关 每台隔离开关的参数价格(万元/台) 方案一隔离开关投资 (万元) 34×2.5＝85 方案二隔离开关的投资 (万元) 34×2.5＝85 2.5 ⑥35侧SW2-35型断路器 每台断路器的参数价格 (万元/台) 30 方案一断路器投资 (万元) 15×30＝450 方案二断路器的投资 (万元) 12×30＝360 ⑦35侧GW5-35G型隔离开关 每台隔离开关的参数价格(万元/台) 方案一隔离开关投资 (万元) 16×1.7＝27.2 方案二隔离开关的投资 (万元) 27×1.7＝45.9 1.7 ⑧配电装置 接线方式 投资(万元) 单母分段 560 双母线 940 3/2接线 2500 双母分段 1200 ⑨综合投资 主体设备投资(万方案一 Z0=2*820+945+.5+910+85+450+2方案二 Z0=2*820+1365+143+1040+85360+45.9+1200+27.2+560+940＝5683.7 500+940＝9318.9 元) WORD版本 .
综合投资(万Z＝Z0(1+a100)＝5683.7×（1+0.7）＝9662.3 Z＝Z0(1+a100)＝9318.9×（1+0.7）＝15842.13 元) 从上面数据可以看出，在综合费用上，方案一更经济，所以从经济性角度选侧方案一。 2技术性
从上述的比较可以看出,三种接线从技术的角度来看主要的区别是在可靠性上，双母线比单母线可靠性高，3/2接线比双母线的可靠性更高.但对于220KV地区性变电站来说，双母线接线的可靠性已能达到要求,且地区性变电站主要是要求经济性.所以,确定选择第一种接线方案[2-3] [10]。
综合上面比较，最终确定选择方案一的接线方式。接线图如图2-1。
WORD版本 .
WORD版本 .
图2-1电气主接线
2.2.2主变的选择
容量计算：
变电站主变容量，一般应按5—10年规划负荷来选择。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，应考虑当1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，应满足一类及二类负荷的供电。对一般性变电站，当1台主变压器停运时，其余变压器容量，其余，变压器容量应满足全部负荷的60%-70%[3] [4]。
本系统中有110kV和35kV两个负荷等级，其最大负荷为200MW，cos=0.85，和70MW，cos=0.8
S总＝200/0.85+70/0.8＝322.8（MVA） (2-2)
需要选择的变压器容量S＝0.7×322.8＝225.96（MVA） 选用三绕组变压器，查手册[5]，选出的设备如下表：
表2-3 主变压器参数
SFPS—7型220kV级三相三圈无载调压变压器 额定 容量 MVA 240 100/100/50 220±2×2.5%/121/38.5 损耗 容量比 电压比 组别 空载 负载损耗 阻抗电压% 中低 7-9 高中 高低 22-24 YN，yn，d11 135 720 12-14 2.3站用电接线
站用电接线应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进、安全、经济地运行[15]。
WORD版本 .
变电站的站用电源，是保证正常运行的基本电源。通常不少于两个。其引接方式有两种：一种是从母线侧引入，另一种是从主变低压侧引入。本站由于没有具体说明，因此采用通过断路器和隔离开关从低压侧引入[2]。
本站是用两台500kVA变压器接入，为此，查手册[5]，选出站变，如下：
表2-4 站用变压器参数表 型号 S7—500/35 高压kV 35 低压kV 0.4 组别 Y，yn0 空载损耗 1.08 负载损耗 7.70 空载电A 1.9
2.4备用电源
站用备用电源用于工作电源因事故或检修而失电时替代工作电源，起后备作用。备用电源应具有独立性和足够的容量，最好能与电力系统紧密联系，在全厂停电情况下仍能从系统取得备用电源。
备用分为名备用和暗备用。本站是地区性变电所。所以，采用暗备用的方式，两台变压器相互备用，当一台退出运行时，由另一台承担负荷[2] [3]。
2.5本章小结
本章先从大的方面介绍了电气主接线设计的基本要求和主接线的基本接线形式，然后根据要求提出了两个设计方案，最后从技术和经济的角度对两个方案进行了比较，得出本系统所需的主接线形式。所用电是比较重要的负荷，其电能重要取自电站本身，它的安全运行一定程度上影响着整个变电站的安全运行。为此，我们应谨细的考虑。在本章中重要论述了变电站站用电的电源的选择、引接线及备用电源的设计。
WORD版本 .
35kV35kV380V380V
图2-2 站用电接线图
WORD版本 .
第3章 短路计算及设备选择
3.1 短路计算的目的
1）电主接线比选
短路电流计算可为不同方案进行技术经济比较，并为确定是否采取限制短路电流措施等提供依据。
2）确定中性点接地方式
对于35kV 、10kV供配电系统，根据单相短路电流可确定中性点接地方式[4]。
3） 选择继电保护装置和整定计算[6]。
3.2短路电流计算的容
1）短路点的选取：各级电压母线、各级线路末端。
2）短路时间的确定：根据电气设备选择和继电保护整定的需要，确定计算短路电流的时间。
3）短路电流的计算：最大运行方式下最大短路电流；最小运行方式下最小短路电流；各级电压中性点不接地系统的单相短路电流。计算的具体项目及其计算条件，取决于计算短路电流的目的[12]。
3.3 短路电流计算方法
供配电系统某处发生短路时，要算出短路电流必须首先计算出短路点到电源的回路总阻抗值。电路元件电气参数的计算有两种方法：标幺值法和有名值法。
1）标幺值法
标幺制是一种相对单位制，标幺值是一个无单位的量，为任一参数对其基准值的比值。标幺值法，就是将电路元件各参数均用标幺值表示。由于电力系统有多个电压等级的网络组成，采用标幺值法，可以省去不同电压等级间电气参量的折算。在电压系统中宜采用标幺值法进行短路电流计算。
2）有名值法
WORD版本 .
有名值法就是以实际有位给出电路元件参数。这种方法通常用于1kV以下低压供电系统短路电流的计算[7]。
3.4三相短路电流周期分量起始值的计算
3.4.1短路电流计算的基准值
短路电流的计算通常采用近似标幺值计算。取SB=100MW，各级基准电压为平均额定电压。
3.4.2网络模型
计算短路电流对所用的网络模型为简化模型，即：忽略负荷电流；不计各元件的电阻，也不计送电线路的电纳及变压器的导纳；发电机用次暂态电抗表示，并认为发电机电势模值标幺制为1，相角为0°[7]。
3.4.3三相短路电流周期分量起始值的计算步骤
1）计算各元件参数标幺值，作出等值电路
前已选出了主变压器（三绕组），其阻抗电压百分比，如下表：
表3-1 主变压器的阻抗百分比 绕组 阻抗电压% 高—中 12—14 高—低 22—24 中—低 7—9 计算每个绕组的短路电压百分数：
Vs1%=
11（VS(12)%+VS(31)%-VS(23)%）=（13＋23－8）=14 2211（VS(12)%+VS(23)%-VS(31)%）=（13＋8－23）=-1 2211 Vs1%=（VS(23)%+VS(31)%-VS(12)%）=（8＋23－13）=9
22 Vs1%=
取SB=100MVA，UBUav计算变压器各绕组的标幺值
XT11＝
VS1%10014100×＝×＝0.0583 100240100240
WORD版本 .
XT12＝
VS2%1001100×＝×＝-0.0042 100240100240VS3%1009100×＝ ×＝0.0375 100240100240XT13＝
2变的参数与1变的参数一致。 做出等值电路图：
110KVXT1-2XT2-2XT1-3XT2-3XT1-1XT2-1220KV
图3-1 等值电路图
E＂(f-1)220kV
图3-2 220kV短路电路图
2）当（f-1）点（220kV母线）发生短路时的计算
E''1＝＝55.6 I＝X0.018''fWORD版本 .
有名值：I'f'＝55.6×
SB3Uav＝55.6×
1003×
1＝14（kA） 230冲击电流：iim＝2KimI'f'＝14×2.55＝35.7（kA）
3）当（f-2）点（110kV母线）发生短路时的计算
E＂XXXT2-1XT1-1XTXT2-2XT1-2(f-2)
图3-3 110kV短路电路图
XT1＝XT2＝XT11＋XT12＝0.0583－0.0042＝0.0541
XT＝XT1//XT2＝0.0271 X1＝X＋XT＝0.018＋0.0271
E''＝22.17 I＝X1SB100有名值：I'f'＝22.17×＝22.17×＝11.1（kA）
31153Uav''f冲击电流：iim＝2KimI'f'＝2.55×11.1＝28.3（kA）
4）当（f-3）点（35kV母线）短路计算
E＂E＂XXXT2-1XT1-1XTXT2-3XT1-3
图3-4 35kV短路电路图
(f-3)
WORD版本 .
XT1＝XT2＝XT11＋XT13＝0.0583＋0.0375＝0.0958
XT＝XT1//XT2＝0.0479
X1＝X＋XT＝0.018＋0.0479
E''''＝15.2 If＝X1SB100有名值：I'f'＝15.2×＝15.2×＝23.7（kA）
3373Uav冲击电流：iim＝2KimI'f'＝2.55×23.7＝60.44（kA）
表3-2 短路电流表
计算参数 短路点 220kV 110kV 35kV 短路电流有名值kA 14 11.1 23.7 冲击电流 kA 35.7 28.3 60.44 3.5电气设备的选择
电气选择的一般原则
（1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。
（2）应按当地环境条件校核。 （3）应力求技术先进和经济合理。 （4）与整个工程的建设标准应协调一致。 （5）同类设备应尽量减少品种。
（6）选用的新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格[2] [3]。 2）额定电压
电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压 ，故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高
WORD版本 .
运行电压。因此，在电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压 UN不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择。即
UN≥UNS （3-1）
3）额定电流
电气设备的额定电流IN是在额定环境温度下，电气设备的长期允许电
IN应不小于该贿赂在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，流。即：
IN≥Imax (3-2)
4）环境条件对设备选择的影响
当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆水度等超过一般电气设备使用条件时，应采取措施[2] [8]。
3.5.1按短路计算校验
1校验的一般原则
（1）电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热校验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况校验。
（2）用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定。用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定[2]。 2短路热稳定校验
短路电流通过电器时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。满足热稳定条件[2] [3]。
It2t≥Qk （3-3）
式中：Qk—短路电流产生的热效应
It、t—电气设备允许通过的热稳定的电流和时间 3电动力稳定校验
电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件为：
WORD版本 .
ies≥ ish （3-4）
式中：ies—电气设备允许通过的动稳定电流幅值
ish—短路冲击电流幅值
4短路计算时间
验算热稳定的短路计算时间tk为继电保护动作时间tpr和相应断路器的全开断时间tbr之和，即：
tpr一般取保护装置的后备保护动作时间 5绝缘水平
tk＝tpr＋tbr (3-5)
在工作电压和过电压的作用下，电器的、外绝缘应保证必要的可靠性。 电器的绝缘水平，应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。但所选电器的绝缘水平低于国家规定的 标准数值时，应通过绝缘配合计算，选用适当的过电压保护设备。
3.5.2主要电气设备的选择
一断路器、隔离开关的选择 1）种类
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、SF6断路器、真空断路器等。选用少油断路器，其特点运行经验丰富，易于维护，噪声低。
2）额定电压和额定电流
UN≥UNS，Imax≥Imax (3-6)
Imax由下式确定:
Imax＝
SMAX3UN
＝
PMAX3UNCOS (3-7)
由式(3-7)得各母线的最大电流如下表3-3：
WORD版本 .
表3-3 各母线的最大电流 母线 110kV 35kV ＝220kV ＝1.44 1.23×110+1.44×35Imax 20031100.851.23 703350.8220220 kA ＝0.845 式中：UN，UNS—分别为电气设备和电网的额定电压kV
IN，Imax—分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流A
3）开断电流选择
校验断路器的断流能力,宜取断路器实际开断时间的短路电流,所为校验条件。因此,高压断路器的额定开断电流Inbr，不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量Ipt，即：
Inbr≥Ipt (3-8)
4）短路关合电流的选择
为了保证断路器在关合短路电流时的安全断路器的额定关合电流incl不应小于短路电流最大冲击值ish，即：
incl≥ish (3-9)
5）短路热稳定和动稳定校验
在短路电流过断路器时,产生大量热量,由于来不及向外散发,全部用来加热断路器,使其温度迅速上升,严重时会使断路器触头焊住,损坏断路器。因此产品标准规定了断路器的热稳定电流,例如1s﹑4s的热稳定电流，其物理意义为:当热稳定电流通过断路器时,在规定的时间,断路器各部分温度不会超过国家规定的允许发热温度,保证断路器不被损坏。
校验：
当tk＞1S时，可不考虑非周期分量的热效应，只计周期分量。
Itt≥Qk，ies≥ish (3-10)
22
Qk＝Ipttp (3-11)
式中：Ipt—短路电流周期分量
tp—短路电流周期分量发热的等值时间
WORD版本 .
6）动稳定校验
断路器在闭合状态能承受通过的最大电流峰值,不会因电动力的作用而发生任何机械损坏。该最大电流峰值称为稳定电流。
ies≥ish (3-1
2)
7）隔离开关的选择
隔离开关是发电厂和变电站中常用的开关电器。它需与断路器配套使用，但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。
隔离开关与断路器相比，项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。
二互感器的选择
互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器，互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（100，100/3）和小电流（5，1A），其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护等。
互感器包括电流互感器和电压互感器两大类。 1电流互感器的选择
电流互感器的作用是将一次回路中的大电流转换为1A或5A的小电流以满足继电保护﹑自动装置和测量仪表的要求。
1）种类和型式的选择
电流互感器根据使用环境可分为室式﹑室外式,根据结构可分为瓷绝缘结构和树脂浇注式结构，根据一次线圈的型式又可分为线圈式和母线式﹑单匝贯穿式﹑复匝贯穿式。 选择电流互感器时，应根据安装地点和安装方式选择其型式。
2）一次回路额定电压的选择 一次回路额定电压UN应满足：
UN≥UNS (3-13)
3）一次额定电流的选择
WORD版本 .
当电流互感器用于测量时,其一次侧额定电流应尽量选择比实际正常工作电流大1/3左右,以保证测量仪表的最佳工作，并在负荷时有适当的指示。电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流应按大于变压器允许的不平衡电流选择。一般情况下可按变压器额定电流的1/3进行选择。
I1N≥Imax (3-14)
4）动稳定校验
动稳定校验是对产品本身带有一次回路导体的电流互感器进行校验,对于母线从窗口穿过且无固定板的电流互感器可不校验动稳定。由同一相的电流相互作用产生的部电动力校验。
ies≥ish或
2电压互感器的选择
2I1NKes≥ish (3-15)
电压互感器是把一次回路高电压呀转换为100V的电压,以满足继电保护﹑自动装置和测量仪表的要求。在并联电容器装置中，电压互感器除作测量外，还作为放电元件。
1）种类和型式选择
应根据装设地点和使用条件进行选择电压互感器的种类和型式。 2）额定电压和电流的选择
UN≥UNS，I1N≥Imax (3-16)
3）准确级
规程规定，用于变压器，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，其准确等级要求为0.5级，供运行监视估算电能的电度表，功率表和电压继电器等，期准确等级要求一般为1级，在电压二次回路上，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求等级高的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确等级。 三 熔断器的选择
熔断器由熔体﹑支持金属体的触头和保护外壳三部分组成。 在本站中，熔断器只用于保护电压互感器 ，其只需按额定电压及断流容量（S＝3UNInbr）两项来选择。当短路容量较大时，可考虑在熔断器
WORD版本 .
前串联限流电阻[2] [3] [9]。
所选设备如下表
表3-4 设备表 计算参数 设 备 110 1230 1110 2830 2.4+0.06＝2.46 220 845 1400 3570 2.4+0.07＝2.47 142×1.9＝UNkV ImaxIpt A A ishA tk s Qk kA·S 2372.4 112×1.9＝234.1 35 1440 2370 6044 2.4+0.11＝2.51 23.72×1.9＝1067.2 断 路 器 参数 设备 UN IN kV A Inbr kA inclkA It2t热稳定校验 动稳定校验 SW6220 220 1200 21 53 212×4＝1764＞Qk 53＞ish SW6110 110 1500 31.5 80 31.52×4＝3969＞80＞ish Qk SW235 35 1500 24.8 — 24.82×4＝2460.2＞Qk —
WORD版本 .
隔 离 开 关 设 备 参 数 UNkV INA —80 220 110 35 1000 1250 1600 极限电流kA GW4—220D100080 55 100 GW4—110 GW5—35G 一次电压 电 压 互 感 器 参数 设备 JDR—220 YDR—110 二次电压 最大容量MVA 2203 1001003 1.2 3 1.2 3 1.2 1103 JDJJ—35 参数 设备 353 100 动稳定校验 热稳定校验 电 流 互 感 器 一次电流A 二次电流A 热稳定电流 35I1N LCWD3—220 1200 5 35×2.5×1200＝105＞sh i（35×1200）＞Qk 22LCWB6—110 2×1000 LCWD1—35 1500 5 5 31.5—45 2.5I1N 115＞sh 30×2.5×1500＞sh i45＞Qk （30×1500）＞Qk 2i
3.6本章小结
电气设备的选择条件包括两大部分：一是电气设备所需要满足的基本条
WORD版本 .
件，即按正常工作条件选择，并按短路状态校验动、热稳定； 二是根据不同电气设备的特点而提出的选择和校验项目。在本章中，首先阐述了电气设备的选择原则。其次，根据选择选择符合条件的电气设备。
WORD版本.
第四章配电装置
配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是按主接线的要求，由开关设备，保护和测量电器，母线装置和必要的辅助设备构成，用来接受和分配电能。
配电装置按电气设备装置地点不同，可分为屋和屋外配电装置。按其组装方式，又可分为：由电气设备在现场组装的配电装置，称为配式配电装置和成套配电装置[2]。
4.1配电装置的基本要求
配电装置是根据电气主接线的连接方式,由开关电器﹑保护和测量电器，母线和必要的辅助设备组建而成的总体装置。其作用是在正常情况下，用来接受和分配电能，而在系统发生故障时,迅速切断故障部分，维持系统正常运行。为此,应满足以下要求:
1) 保证运行可靠 2) 便于操作﹑巡视和检修 3) 保证工作人员的安全 4) 力求提高经济性 5) 具有扩建的可能
4.2配电装置的类型及特点
配电装置按电气设备装设地点不同，可分为屋配电装置和屋外配电装置;按其组装方式，又可分为装配式和成套式。
配电装置按电气设备装设地点不同，可分为屋配电装置和屋外配电装置;按其组装方式，又可分为装配式和成套式。
1）屋配电装置的特点：
（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。
2）屋外配电装置的特点：
WORD版本 .
（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。
3）成套配电装置的特点：（1）电气设备布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小；（2）所有电器元件已在工厂组装成一整体，大大减小现场安装工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬运；（3）运行可靠性高，维护方便；（4）耗用钢材较多，造价较高[2]。
4.3配电装置的设计原则
1）节约用地；
2）运行安全和操作巡视方便； 3）考虑检修和安装条件；
4）保证导体和电器在污秽、地震和高海拔地区的安全运行； 5）节约三材，降低造价； 6）安装和扩建方便。
配电装置的整个结构天寸，是综合考虑到设备外形尺寸，检修维护和搬运的安全距离，电气绝缘距离等因素而决定，对于敞露在空气中的配电装置，在各种间距中，最基本的是带电部分对地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，在这一距离下，无论为正常最高工作电压或出现外过电压时，都不致使空气间隙击穿[6]。
4.4配电装置的选用
本变电所三个电压等级：即220kV、110kV、35kV根据《电力工程电气设计手册》[11]规定，110kV及以上多为屋外配电装置，35kV以下的配电装置多采用屋配电装置，故本所220kV及110kV采用屋外配电装置，35kV采用屋外配电装置。
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、早高型和高型等。
WORD版本 .
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，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枪修方面积累了比较丰富的经验。
2）半高型配电装置，它是特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，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：上层隔离开关下方未设置检修平台，检修不够方便。
3）高型配电装置，它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%，但其耗钢 多，安装检修及运行纵条件均较差，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。
本次所设计的变电站是地区性变电站，对建筑面积没有特殊的要求，所以该变电所220kV、110kV和35kV电压等级均采用普通中型配电装置。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，适用普通中型屋外配电装置，该变电所是最合适的。
WORD版本 .
4.5电气总平面布置
1）布置要求
（1）充分利用地形，方便运输、运行、监视和巡视等。 （2）出线布局合理、布置力求紧凑，尽量缩短设备之间的连线。 （3）符合外部条件，安全距离要符合要求。 2）布置方法
本变电所主要由屋外配电装置，主变压器、二次室、静止补偿装置及辅助设施构成，屋外配电装置在整个变电所布置中占主导地位，占地面积大，本所有220kV、110kV和35kV各电压等级集中布置，将220kV配电装置布置在北侧，110kV配电装置布置在东侧，35KV配电装置布置在南侧。主控室布置在35kV配电装置下方[2] [6]。
由气平面布置符号说明：
表4-1电气平面布置符号表 名 称 断 路 器 隔离开关 变 压 器 电流互感器 支柱绝缘子 道 路 符 号 详见附图。
WORD版本 .
WORD版本 .
图4-1电气总平面图
WORD版本 .
图4-2 110kV侧配电装置断面图
WORD版本
.
图4-3 220kV侧配电装置断面图
WORD版本 .
4.6本章小结
本章首先阐述了配电装置的基本要求、类型和原则。最终从系统具体的情况下考虑，选择出与系统相适应的配电装置。并画出电气平面图和断面图
WORD版本 .
第五章防雷和过电压保护装置及无功补偿设计
防雷保护装置是指能使被保护物体避免雷击,而引雷于本身,并顺利地泄入大地的装置。电力系统中最基本的防雷保护装置有:避雷针﹑避雷线﹑避雷器和防雷接地等装置。
5.1避雷针
避雷针的保护原理是当雷云放电时使地面电场畸变,在避雷针的顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向，使雷电对避雷针放电,再经过接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免受雷击。
在对较大面积的变电所进行保护时,采用等高避雷针联合保护要比单针保护围大。因此，为了对本站覆盖,采用四支避雷针。被保护变电所总长108.5m,宽79.5m,查手册，门型架构高15m.避雷针的摆放如图所示。
108.5279.5314
图5-1避雷针摆放示意图
D12＝D34＝79.5m;D23＝D14＝108.5m
Dmax＝108.5279.52＝135m
Dh0＝h－
7135所以,需要避雷针的高度h为: h＝15＋＝34.3m
7四只避雷针分成两个三只避雷针选择.
验算:首先,验算123号避雷针
WORD版本 .
对保护的高度:
79.5＝23m＞15m 7108.52﹑3号针之间的高度：h0＝34.3－＝18.8＞15m
7108.5279.521﹑3号针之间的高度: h0＝34.3－＝34.3－19＝
715.1m＞15m
1﹑2号针之间的高度：h0＝34.3－
由上可见,对保护物的高度是能满足要求的。 对保护宽度:
1﹑2号针的保护宽度: 2﹑3号针之间的宽度:
=1.5=1.5
＝1.5(23－15) ＝12＞0 ＝1.5(18.8－15) ＝5.7＞0
由此可见,对保护物的宽度是能满足要求的。 所以,123针是满足要求的。
由于4针的摆放是长方形,所以，134针也是满足要求的。即,四只高度选为35m的避雷针能保护整个变电所。
5.2避雷器
避雷器是一种过电压限制器,它实质上是过电压能量的接受器,它与别保护设备并联运行,当作用电压超过一定的幅值以后避雷器总是先动作，泄放大量能量,限制过电压,保护电气设备.
在电力系统中广泛采用的主要是阀式避雷器。根据额定电压(正常运行时作用在避雷器上的工频工作电压，也是使用该避雷器的电网额定电压)和灭弧电压有效值(指避雷器应能可靠地熄灭续流电弧时的最大工频作用电压)。
灭弧电压有效值的选择:
表5-1 灭弧电压有效值 电压等级kV 灭弧电压有效值 35 110-220 80%UN 100%UN
WORD版本 .
查手册,选出如下设备:
表 5-2 所选设备表
型号 额定电 压kV 灭弧电 压kV ≥ 工频放电电压kV ≤ 冲击放电电压kV 灭弧电 压选择kV FZ-35 FZ-110J 35 110 41 100 84 224 104 268 134 310 35 110×0.8＝88 FZ-220J 220 200 448 536 630 220×0.8＝176 5.3防雷接地
各种防雷保护装置都必须配以合适的接地装置。将雷电泄入大地，才能有效地发挥其保护作用。
接地是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过导体与大地保持等电位,电力系统的接地按其功用可分三类:
工作接地:根据电力系统正常运行的需要而设置的接地，它所要求的接地电阻值约在0.5-10的围。
保护接地:不设这种接地，电力系统也能正常运行,但为了人身安全而将电气设备的金属外壳等加以接地,它是在故障的条件下才发挥作用的,它所要求的接地电阻值处于1-10的围。
防雷接地:用来将雷电流顺利泄入大地,以减小它所引起的过电压,它的性质似乎介于前两种接地之间,它防雷保护装置不可缺少的组成部分，它有些像工作接地;但它又是保障人身安全的有力措施,而且只有在故障下才发挥作用，它又有些像保护接地,它的阻值一般在1-30的围。
由此可见,接地电阻取10较合适。
查接地装置i(冲击系数)与i(接地装置的冲击利用系数)表,选用一字形的接地体。
WORD版本 .
查得: i＝0.45
Ri＝i
Re(式中:Ri—冲击电流下的电阻;Re—工频电流下的电阻)
Ri＝0.45×10＝4.5
5.4 提高功率因数的意义
电力系统的无功功率平衡是系统电压质量的根本保证。在电力系统中,整个系统的自然无功负荷总大于原有的无功电源,因此必须进行无功补偿。合理的无功补偿和有效的电压控制,不仅可保证电压质量,而且将提高电力系统运行的稳定性、安全性和经济性。
无功补偿设备包括系统中的并联电容器、串联电容器、并联电抗器、同步调相机和静止型动态无功补偿装置等。
在用电设备中按功率因数划分，可以有以下三类：电阻性负荷、电感性负荷、电容性负荷。在用电设备中绝大部分为感性负荷。使用电单位功率因数小于1。功率因数降低以后，将带来以下不良后果：
1） 使电力系统电气设备的容量不能充分利用，因发电机和变压器电流是一定的，在正常情况下是不允许超过的，功率因数降低，则有功出力将降低，使设备容量不能得到充分利用。
2） 由于功率因数降低，如若传输同样的有功功率，就要增大电流，而输电线路和变压器的功率损耗和电能损耗也随之增加。
3） 功率因数过低，线路上电流增大，电压损耗也将增大，使用电设备的电压也要下降，影响异步电动机和其他用电设备的正常运行。
为了保证供电质量和节能，充分利用电力系统中发变电设备的容量，减小供电线路的截面，节省有色金属，减小电网的功率损耗、电能损耗，减小线路的电压损失，必须提高用电单位的功率因数[13]。
5.5无功补偿容量计算
对于直接供电的末端边点所，安装的最大容性无功量应等于装置所在母线上的负荷按提高功率因数所需补偿的最大容性无功量与主变压器所需补
WORD版本 .
偿的最大容性无功量之和。把总无功容量分为两组，这样才能更灵活地适应系统负荷以及电压变化，更有效地改善系统电压稳定，以及负荷大小所需的无功容[2]。
5.5.1容性无功量计算
Qcf＝Pca（tg1－tg2）＝Pca（
11-11） (5
cos21cos22-1)
式中：Pca——有功计算负荷（kW）
tg1——补偿前用电单位自然功率因数角正切 tg2——补偿后用电单位功率因数角正切值 1 110kV侧的补偿无功量
Qcf＝Pca（
111111）-）＝200（- 110.8520.952cos21cos22＝200（0.62-0.33）＝58（MVAR） 2 35kV侧的补偿无功量
Qcf＝Pca（
111111）11-）＝70（-0.820.952cos21cos22＝70（0.75-0.33）＝29.4（MVAR） 总的无功补偿量Q=29.4+58=87.4（MVAR）
在降压变电所中设置的无功功率补偿装置，是实现无功功率的就地平衡和保证电压质量的重要手段。无功补偿装置一般都接在降压变压器的低压侧。过去在一次变电所中多采用同期调相机作为无功功率补偿装置。在新设计的变电所中，由于具有经济、维护和安装的优点，本站也采用电容补偿装置。补偿在35kV侧。
由于采用的是分组补偿，在每根母线的每相都分组补偿，且分三组。母线每相每组的补偿容量为Q=87400/(2×3×3)=4856（kvar）。
电容器的电压不能突变，流过的电流可以突变，而电感器的电流不能突
WORD版本 .
变。为了保证电容器的安全，不被突变的电流损坏，故在电容器上串联电感。但与此同时电容所承受的电压会提高。在选择电容器时要注意这一点。
所选2个电容型号均为BFM-38.5-1500-3W，参数如下表：
电容BFM-38.5-1500-3W参数 型号 BFM-38.5-1500-3W 额定电压 38.5 额定容量 1500 相数 1 补偿接线图如图5-2
图5-2无功补偿接线图
5.6 本章小结
无功补偿是保证电压质量的重要因素，在地区性变电站中又显得十分重要，它有利于改变该电区的电压质量。在本章中着重从本站的条件，对无功补偿容量进行计算。并选择了静止补偿。
WORD版本 .
结论
本设计说明书以220kV变电站为例，简要介绍了电力系统中变电站部分的一次主接线设计：
1）对原始资料进行分析，设计出从技术和经济上都比较满意的主接线形式。
2）设计出站用电接线形式和备用电源方案。
3）选择高压电器和母线，然后校验它们的动、热稳定性。
4）设计出本站的防雷和过电压防护系统，其中主要是避雷针的布置。 5）最后设计出本站的总平面图和各电压等级侧的高压配电装置断面图。 本设计只是理论上的设计，离实际工程设计还很远，而且本设计只涉及到一次部分，没有提到二次部分，所以设计还不完善，有一定的漏洞。
本设计没有经过实践，所以我只有在将来的工作中，多参加实践，以补充学习上的不足。
WORD版本 .
参考文献
1 黄焕辉. 小型化220kV城市变电站的方案设计.科技 2 锡普. 发电厂电气部分. 中国电力 1995
3 黄纯华. 发电厂电气部分课程设计参考资料. 水利电力 1987.6 4 黄方能 ， 黄成军 ，江秀臣 ，曾 奕 ，王 恒 ， 王新彤.
220 kV变电站主变110 kV侧接地方式分析.高压电技术 2007.33（12）:157-161 5 弋东方. 电力工程电气设备手册. 中国电力 1998 6 月娥. 有关220kV变电站设计思路的分析.科技2008(24) 7 夏道止. 电力系统分析. 中国电力 8 郭浩. 220kV城市变电所研究 2006
9 阎沫建. 市区220kV终端变电站设计新技术应用 47-49
10 郭日彩，许子智，徐鑫乾. 220kV和110kV变电站典型设计研究与应用. 11 弋东方. 电力工程电气设计手册. 中国电力1989
12 叶南，邹敏威，丽华. 10kV 变配电所设计中存在的问题.电力建设 2008.202:131 13 杜欢. 220kV变电站无功补偿容量配置分析. 规划与设计 67-70 .中国电力
电网技术 2007.31(3):25-30
14 包海龙,祝达康. 220kV变电站中低压侧主接线方案分析 2001 2009.10(223):114-116
15 庆. 由三台主变构成的110 kV变电站的设计方案.电气技术 2008.6:54-57 16 H.M. Khodra,, G.A. Salloumb, J.T. Saraivac, M.A. Matosc. Design of grounding systems in substations using a mixed-integer linear programming formulation. Electric Power Systems Research 79 (2009) –133
17 Jiping Lua, Wenyuan Li, Wei Yan. State enumeration technique combined with a labeling busset approach for reliability evaluation of
substationconfiguration in power systems. Electric Power Systems Research 77（2007）401–406
18 Teng-Fa Tsao, Hong-Chan Chang. Comparative case studies for value-based
WORD版本 .
distributionsystem reliability planning. Electric Power Systems Research 68 (2004) 229–237
WORD版本 .
附录3---------------中文翻译
结合国家统计技术在电力系统的配置标签母线变电站集
方法的可靠性评价
1介绍
变电站的可靠性可以使用蒙特卡洛仿真法或者分析法进行评估1-7。变电站电力系统配置的可靠性评估有两种流行的列举方法：割集枚举6-9和网络状态枚举1，2。这两种方法存在两个本质区别。第一，在割集枚举中，引起网络故障的最小割集数必须在进行枚举前确定，然而在网络状态枚举中，首先进行网络状态枚举，然后才用恰当的方式来判定状态是否故障。第二，割集枚举只包含故障部分，而网络状态枚举包括故障部分和正常部分。
网络状态枚举具有以下特点：
*可以轻松包容组件之间的依赖性故障，例如一个部件引起的多部件断电，串联故障，等等1，2。
*可以轻松考虑到网络组件的多故障模型，例如在变电所结构中组件的积极，消极故障1，2.
*可预料的操作行动。这需要一个多状态组件的模型，例如变电所结构中组件的成功，修理和转换状态1，2.
*如果枚举正常进行，网络状态可能会相互排斥。
前三个特点是由于网络状态枚举法重点关注可以轻松涉及包含操作转换和串联故障在的任何变电所结构
状态的整个网络。第四个特点是由于相对于最小化割集枚举更简化的运算造成的，总故障概率是网络状态枚举中相互排斥网络故障率的总和。
变电站的可靠性可以使用蒙特卡洛仿真法或者分析法进行评估1-7。变电站电力系统配置的可靠性评估有两种流行的列举方法：割集枚举6-9和网络状态枚举1，2。这两种方法存在两个本质区别。第一，在割集枚举中，引起网络故障的最小割集数必须在进行枚举前确定，然而在网络状态枚举中，首先进行网络状态枚举，然后才用恰当的方式来判定状态是否故障。第二，割集枚举只包含故障部分，而网络状态枚举包括故障部分和正常部分。
网络状态枚举具有以下特点：
WORD版本 .
*可以轻松包容组件之间的依赖性故障，例如一个部件引起的多部件断电，串联故障，等等1，2。
*可以轻松考虑到网络组件的多故障模型，例如在变电所结构中组件的积极，消极故障1，2.
*可预料的操作行动。这需要一个多状态组件的模型，例如变电所结构中组件的成功，修理和转换状态1，2.
*如果枚举正常进行，网络状态可能会相互排斥。
前三个特点是由于网络状态枚举法重点关注可以轻松涉及包含操作转换和串联故障在的任何变电所结构
状态的整个网络。第四个特点是由于相对于最小化割集枚举更简化的运算造成的，总故障概率是网络状态枚举中相互排斥网络故障率的总和。
2例子
图4是一个普通变电所网络。网络包括三个断路器和两个变压器。总线负载的损失负载作为变电所网络故障标准。
2-1 只考虑开路故障
为了比较最小割集枚举方法和网络状态枚举方法，首先假设只考虑变压器和断路器的开路故障，忽视所有短路故障。为了简化结果表达式，假设变压器和断路器的所有失效概率都为U。在计算机程序中，不同组件的失效概率可以在数据文件中轻易找到。
使用割集枚举，确定四个最小割集数：S1 = (T1, T2}; S2 = (B1, B2), S3 = (B1, B3, T2);
S4 = {B2, B3, T1).
变电站网络故障概率公式：Pf = P(S1 ∪ S2 ∪ S3 ∪ S4) = 2U2 + 2U3 ? 5U4 + 2U5 (4)
图四，简单变电站网络。
像往常一样，四个最小割集数不互相排斥。
第二个等式的左右两边表明与最小割集数取交集。对于这种情况，原等式可以表达为：
Pf = P(S1 ∪ S2 ∪ S3 ∪ S4)
WORD版本 .
= P(S1) + P(S2) + P(S3) + P(S4) -P(S1 ∩ S2)
-P(S1 ∩ S3) - P(S1 ∩ S4) - P(S2 ∩ S3) - P(S2 ∩ S4) -P(S3 ∩ S4) + P(S1 ∩ S2 ∩ S3) + P(S1 ∩ S2 ∩ S4) +P(S1 ∩ S3 ∩ S4) + P(S2 ∩ S3 ∩ S4) -P(S1 ∩ S2 ∩ S3 ∩ S4) (5)
对于一个相对大型网络，确定所有最小割集数并且计算不发生出相互排斥的割集需要相当大的计算量。利用网络状态枚举和标记总线设置方法。16个网络状态故障会导致丢失负载。通常，尽管网络状态枚举数要比最小割集数多，但使用标记总线程序它可以更方便快捷的确定它们。特别是在网络状态故障已经确定时，不用计算相关的交集与合集，总失效概率就是所有网络状态故障率总和。在这个例子中，我们可以得到以下关于变电站网络故障率的表达式：Pf = 2U2(1 ? U)3 + 8U3(1 ? U)2 + 5U4(1 ? U) + U5 (6)
等式4与等式6看上去不同，但他们的结果相同。这可以通过给Va负值验证。例如，设U=0.015.变电站的故障率可以通过两个等式获得，0.000456498.
2.2 同时考虑开路和短路故障
对于割集枚举法来说，与短路故障结合的合并从属故障，多重故障模式和转换行为非常困难，需要变电站构造可靠性评估的模式化。假设在例子中断路器可以忽视自己电路中的短路故障，所以只考虑两个变压器中的短路故障。当任意一个变压器发生短路。断路器B1,B2会出于保护目的开启。这就导致了转换状态。在这种状态下，B1,B2还都是正常组件。它们断电是由于一个故障，所以不能按照一个割集原件处理。然后，故障变压器两端的断路器手动打开用来隔绝它，B1,B2重新关闭，所以，假如另一个变压器没有坏，可以依靠正常变压器提供负载。这第二种状态相当于修复故障变压器状态。
在网络技术应用领域，无论是有关所举例子的具体描述还是大体的演算都是相当直接和简单的，这将在第二部分简单的描述。关键是要确定一个网络状态的列举是否是一个失败的或不存在的例子。这需要确定相互间的电源母线和每个负载母线的连接情况。对母线连接情况的说明是为了提出并解释第三部分中使用的变电站配置。第四部分是举例。
WORD版本 .
3．总结
这篇文章中，将网络技术举例和母线连接情况相结合的办法的提出是为了评估变电所配置的可靠性或者利用模型、多种故障模式和组件的多个情况来说明一个环网分布网络。另一个方法是利用网络状态列举技术是列举网络状态的相互排斥使计算极大的简化，造成与最小割集方法相比，整个网络失败的可能性增加。关键是要确定一个网络状态的列举是否是一个失败的或不存在的例子。对母线情况的说明也表明了这一目的。变电站配置是一个程序的整体，包括一个简单的开关的切换动作都是网络部分多种状况和多重中断的联合反映。该方法易于编程，可以适用于任何变电站或环状分布网络。该网络的一个变电站的例子表明，在只考虑开路故障时，使用该方法和最小割集的方法得到相同的结果。这个例子也表明，该技术可以处理同时考虑空载和短路情况下，开关动作和程序保护设置的一致性。
WORD版本 .
附录4---------------英文原文
State enumeration technique combined with a labeling busset approach for reliability evaluation of substationconfiguration in power
systems
1. Introduction
Substation reliability can be assessed using either Monte Carlo simulation or analytical methods [1–7]. There are two popular enumeration techniques for reliability evaluation of substation configuration in power systems: cut set enumeration [6–9] and network state enumeration [1,2]. There exist two essential differences between the two techniques. The first one is that in the cut set method, the minimum cut sets that lead to a network failure have to be identified before all of them are enumerated, whereas in the network state technique, network states are enumerated first and then an appropriate approach is used to identify whether each of the states is a failure one or not. The second one is that a cut set contains only failed components whereas a network state is defined by both failed and non-failed components.
The network state technique has following features compared to the minimum cut set method:
• Dependent failures between components can be easier to incorporate, such as one component failure causing outages of multiple components, cascading failures, etc. [1,2].
• Multiple failure modes of network components can be easier to consider, such as active and passive failures of a component in a substation configuration [1,2].
WORD版本 .
• Operation actions can be taken into consideration. This requires a model for multiple states of components, such as success, repair and switching states for a component in a substation configuration [1,2].
• Network states could be mutually exclusive if the enumeration is properly performed. The first three features are due to the fact that the network state technique focuses on a state of whole network that can easily cover any status of substation components including operational switching and cascading failure sequences. The fourth merit can result in significant simplification in calculations compared to the minimum cut set method. The total failure probability is simply a sum of probabilities of mutually exclusive network failure states in the network state technique. Identifying
2. Example
The example is a simple substation network as shown in Fig. 4. The network includes three breakers and two transformers.
Losing load at the bus load is used as the criterion of substation network failure.
2.1. Considering only open circuit failures
In order to compare the network state technique with the minimum cut set method, it has been first assumed that only open circuit failures of transformers and breakers are considered and all short circuit faults are ignored. To obtain a relatively simple analytical expression of the result, it is assumed that the open circuit failure probability of all the breakers and transformers is identical and it is U. In the computer program, different failure probability values for different components can be easily specified in the data file. Using the cut set method, four minimum cut sets are identified.
They are: S1 = (T1, T2}; S2 = (B1, B2), S3 = (B1, B3, T2);
WORD版本 .
S4 = {B2, B3, T1). The probability of substation network failure is calculated by Fig. 4. A simple substation network.
Pf = P(S1 ∪ S2 ∪ S3 ∪ S4) = 2U2 + 2U3 − 5U4 + 2U5 (4)
As usual, the four minimum cut sets are not mutually exclusive. The calculations from the left side of the second equality sign to its right side are associated with intersections among the minimum cut sets. For this simple case, it can be expressed asfollows:
Pf = P(S1 ∪ S2 ∪ S3 ∪ S4)
= P(S1) + P(S2) + P(S3) + P(S4) − P(S1 ∩ S2)
−P(S1 ∩ S3) − P(S1 ∩ S4) − P(S2 ∩ S3) − P(S2 ∩ S4) −P(S3 ∩ S4) + P(S1 ∩ S2 ∩ S3) + P(S1 ∩ S2 ∩ S4) +P(S1 ∩ S3 ∩ S4) + P(S2 ∩ S3 ∩ S4) −P(S1 ∩ S2 ∩ S3 ∩ S4) (5)
For a relatively large network, identifying all minimum cut sets and performing calculations of the union of non-mutually exclusive cut sets require considerable computational efforts. Using the presented network state enumeration with the labeling bus set approach, 16 network states are identified as failure states that lead to loss of load. Generally, although the number of network failure states is more than the number of minimum cut sets, it is much easier and faster to identify them using the labeling bus set approach in programming. Particularly, once the network failure states are identified, the total network failure probability is just the sum of probabilities of all network failure states without any calculation associated with the union and intersections. In this example, we can have the following analytical expression of substation network failure probability:
Pf = 2U2(1 − U)3 + 8U3(1 − U)2 + 5U4(1 − U) + U5 (6)
It is interesting to note that Eqs. (4) and (6) look so different
WORD版本 .
but they lead to the same result. This can be proven by assign Ua value. For instance, by letting U= 0.015, the substation network failure probability from both the equations is identical, which is 0.000456498.
2.2. Considering both open circuit failures and short circuit faults
It is relatively difficult for the cut set method to incorporate dependent failure events, multiple failure modes and switching actions, which are associated with short circuit faults and need to be modeled in reliability evaluation of a substation configuration.
It has been assumed in this example that the breakers can clear their own short circuit faults and only the short circuit faults on the two transformers are considered. When a short circuit fault happens on either transformer, the breakers B1 and B2 will be opened by a protection action. This results in a switching state. In this state, B1 and B2 are still healthy components. Their outages are not due to a failure and cannot be treated as components in a cut set. Then, the switches (not shown in the figure) at both sides of the failed transformer are manually opened to isolate it, and B1 and B2 are re-closed so that the load may be supplied through another transformer if the second transformer is not simultaneously down. This second state corresponds to a repairing state of the faulted transformer.
3. Conclusions
The network state enumeration technique combined with the labeling bus set approach proposed in the paper is suitable for reliability evaluation of a substation configuration or a looped distribution network that needs to model dependent failures, multiple failure modes and multiple states of components.
WORD版本 .
Another advantage of the presented network state enumeration technique is that enumerated network states are mutually exclusive resulting in great simplification in calculating the total network failure probability compared to the minimum cut set method. The key in the presented technique is identification of whether a state is a failure one or not. The labeling bus set approach has been proposed for this purpose.
A substation configuration is used to explain the procedure including a switching action associated with dependent outages and multiple states of network components. The presented method is easy to program and can be applied to any substation or looped distribution networks.
The example of a substation network demonstrates that in the case of considering only open circuit failures, the same result is obtained using the proposed method and the minimum cut set method. The example also shows that the presented technique can handle the case of considering both open failures and short circuit faults which are associated with switching actions and protection logic.
WORD版本 .
燕山大学毕业设计（论文）评审意见表
指导教师评语： 成绩： 指导教师签字： 年 月 日 评阅人评语： 成绩： 评阅人签字： 年 月 日
WORD版本 .
燕山大学毕业设计（论文）答辩委员会评语表
答辩委员会评语： 总成绩： 答辩委员会成员签字： 答辩委员会主席签字： 年 月 日 WORD版本 .
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容