高压配电网的研究现状论文

农网建设10kV配电变压器的选用及安装分析论文

摘要： 本文从农网改造的重要性和特殊意义出发，重点对农网建设中配电变压器的选用、安装进行了详细的阐述。

关键词： 网改建设；10kV配电变压器；选用及安装

随着我国经济的快速发展，电力网络的建设也上了一个新台阶，作为电网重要组成元件之一的变压器，其数量也在激增。变压器的安装是一个工序相当复杂和重要的过程，安装质量的好坏直接影响到变压器的安全稳定运行，因此，如何合理选择配电变压器和正确安装，也是农网改造设计与施工中需要重点解决的问题。本人根据参加农网改造的实践和参考有关电力技术规程，对变压器的安装提出以下几点看法，以供参考。

一、10kV配电变压器台区的定位

农村配电变压器的台区应按“小容量，密布点，短半径”的原则来建设改造。变压器应尽可能安装在负荷中心或重要负荷附近，同时还应尽量避开车辆、行人较多的场所，且便于更换和检修设备的地方。最佳位置是指能使该台区内低压电网的线损、低压线路的投资和消耗的材料最少的位置。位置选择前应对现有的和未来10年内的负荷情况进行全面深入细致的调查和预测，使配电变压器安装位置居于负荷中心。从而使低压供电线路投资最省，电压降最小，低压线路损耗小。这与供电单位本身的经济效益和减轻农民负担密切相关。改造后的低压台区供电半径一般不大于300m，这样，既减少了线路损耗，又提高了电压质量。

总之，配电变压器安装位置的选择，关系到保证低压电压质量、减少线损、安全运行、降低工程投资、施工方便及不影响市容等。应从实际出发，全面考虑。

二、10kV配电变压器型号的选择

网改前，大部分采用高损耗SJ系列的变压器供电，损耗比重大。近年来，国家新开发的新型节能型变压器有S8和S9及S11三大类。

S9系列配电变压器的设计以增加有效材料用量来实现降低损耗，主要是增加铁心截面积以降低磁通密度，高低压绕组均使用铜导线，并加大导线截面，降低绕组电流密度，从而降低空载损耗和负载损耗。

S9与S7系列变压器相比，空载损耗平均降低10％，负载损耗平均降低25％。而S11系列变压器是在S9系列的基础上改进结构设计，选用超薄型硅钢片，进一步降低空载损耗而开发出来的，目前S11系列变压器的空载损耗比S9系列降低了30％，但投资相对比较高。因此，从性价比来考虑，新建或改造变压器时，一般应选择使用S9型低损耗变压器，原来高损耗配电变压器已全部淘汰，S7型系列配电变压器也被更换。

三、10kV配电变压器容量的选择

过去，在选择配电变压器时，由于缺乏科学分析计算，“大马拉小车”现象普遍存在，只依据用电户数大概来选择变压器容量，没科学依据，没考虑到如果选择容量过大，会出现“大马拉小车”的现象，这不仅会增加一次性投资，并且增加了空载损耗。如果选择容量太小，会引起变压器超负荷运行，过载损耗增加，最终导致烧毁变压器。为此，在选择配电变压器容量时，应按实际负荷及5～10年电力发展计划来选定，一般按变压器容量的45％～70％来选择。另外，考虑到农村有其自身的用电特点，受季节性、时间性强及用电负荷波动大的影响。有条件的村庄可采用母子变压器或调容变压器供电，以满足不同季节、不同时间的需求。

四、10kV配电变压器台架的安装

10KV配电网中杆架变压器的安装，最大容量一般控制在400KVA及以下，两杆的中心间距为，变压器在杆上倾斜不大于20mm，配电变压器台架用两根[12×3000]的槽钢固定于两电杆上，台架距地面不低于3m，台架水平倾斜不应大于台架长度的1/100。变压器脚底与台架用4根螺丝上紧，同时变压器的高、低压柱头要加装防尘罩，变压器要悬挂警告牌。另外安装铁件均需镀锌，并且100KVA以上的变压器要安装一台隔离开关。

五、跌落式熔断器的安装

配电变压器的高、低压侧均应装设熔断器。高压侧熔断器的底部对地面的垂直距离不低于，各相熔断器的水平距离不小于，为了便于操作和熔丝熔断后熔丝管能顺利地跌落下来，跌落式熔断器的轴线应与垂直线成15％～30％角。低压侧熔断器的底部对地面的垂直距离不低于，各相熔断器的水平距离不小于。

跌落式熔断器开关熔丝的选择按“配电变压器内部或高、低压出线管发生短路时能迅速熔断”的原则来进行选择，熔丝的熔断时间必须小于或等于。配电变压器容量在100kVA以下者，高压侧熔丝额定电流按变压器容量额定电流的2～3倍选择；容量在100kVh以上者，高压熔丝额定电流按变压器容量额定电流的～2倍选择。变压器低压侧熔丝按低压侧额定电流选择。

六、低压JP柜的安装

由于低压JP柜集配电、计量、保护(过载、短路、漏电、防雷)、电容无功补偿于一体，给安全用电提供了保障。所以农网改造以来，大量的JP柜被用于IOKV配电台区中，其选择与安装要求如下：

(一)JP柜的容量必须与变压器的容量相匹配。

(二)安装在杆架变压器下部角钢(2L70*7*3000)支架上的JP柜，必须安装牢固，水平倾斜小于支架长度的1/100。

(三)引线连接良好、并留有防水弯。

(四)绝缘子良好外观整洁干净、无渗漏。

(五)分合闸动作正确可靠无卡涩、指示清晰。

(六)低压电缆进、出线安装可靠。并且能防止小动物进出，造成柜内短路。

(七)低压绝缘引线安装可靠。

(八)JP柜柜门一定要关严，防止雨水进入柜内造成电气短路，或绝缘击穿对地漏电。

七、避雷器的.安装

运行经验证明：影响配电变压器安全运行的外界危险大部分来自雷电事故。因此，变压器应装设防雷装置。选用无间隙合成绝缘外套金属氧化物避雷器代替原有的阀式瓷外套避雷器，其工频电压耐受能力强，密封性好，保护特性稳定。

高压侧避雷器应安装在高压熔断器与变压器之间，并尽量靠近变压器，但必须保持距变压器端盖以上，这样不仅减少雷击时引下线电感对配变的影响，且又可以避免整条线路停电进行避雷器维护检修，还可以防止避雷器爆炸损坏变压器瓷套管等。另外，为了防止低压反变换波和低压侧雷电波侵入，应在低压侧配电箱内装设低压避雷器，从而起到保护配电变压器及其总计量装置的作用。避雷器间应用截面不少于25mm2的多股铜蕊塑料线连接在一起。为避免雷电流在接地电阻上的压降与避雷器的残压叠加在一起，作用在变压器绝缘上，应将避雷器的接地端、变压器的外壳及低压侧中性点用截面不少于25mm2的多股铜蕊塑料线连接在一起，再与接地装置引上线相连接。

八、接地装置

目前农网改造中，农村小容量变压器布点多，雷雨季节10kV配电变压器经常遭受雷击，如果接地电阻过大，达不到规程规定值，雷电流不能迅速泄入大地，造成避雷器自身残压过高，或在接地电阻上产生很高的电压降，引起变压器烧毁事故。因此，接地装置的接地电阻必须符合规程规定值。对10kV配电变压器：容量在及以下，其接地电阻不应大于10Q；容量在100kVh以上，其接地电阻不应大于4Q。接地装置施工完毕应进行接地电阻测试，合格后方可回填土。同时，变压器外套必须良好接地，外壳接地运用螺栓拧紧，不可用焊接直接焊牢，以便检修。

接地装置的地下部分由水平接地体和垂直接地体组成，水平接地体一般采用4根长度为5m的40mm×4mm的扁钢，垂直接地体采用5根长度为的50mm×50mm×5mm的角钢分别与水平接地每隔5m焊接。

水平接地体在土壤中埋设深为～，垂直接地体则是在水平接地体基础上打入地里的。接地引上线采用40mm×4mm扁钢，为了检测方便和用电安全，用于柱上式安装的变压器，引上线连接点应设在变压器底下的槽钢位置。

九、变压器台区引落线

新建和改造配电变压器的引落线均应采用多股绝缘线，其截面应按变压器的额定容量选择，但高压侧引落线铜芯不应小于16mm2，铝芯不应小于25mm2，杜绝使用单股导线及不合格导线。同时应考虑引落线对周围建筑物的安全距离。

高压引落线与抱箍、掌铁、电杆、变压器外壳等距离不应小于200mm，高压引落线间的距离在引线处不小于300mm，低压引落线间的距离及其它物体的距离不小于150mm。

近年来，随着农网改造工程的实施，我市配电网络结构越来越合理，配电网设施得到大大改善，使电网达到了结构合理、供电安全可靠、运行经济。

题目：35KV变电所课程设计 指导老师：绪言 来河北农业大学的学习目的，一是为提高自己学历，二是随着科技进步，深感自身所掌握的知识贫乏，已不能更好地适应工作需要，希望通过学习，提高自身的知识文化水平，三是在校学习期间，由于所学理论知识都是书本上的，与实际实践相差很远，结合不深，知识不是掌握得很好， 现在，整个大学学习课程已经全部结束，开始做课程设计，这是在全部理论课程及完成各项实习的基础上进行的一项综合性环节，课程设计的目的： 1． 巩固和扩大所学的专业理论知识，并在课程设计的实践中得到灵活应用； 2． 学习和掌握发电厂、变电所电气部分设计的基本方法，树立正确的设计思想； 3． 培养独立分析和解决问题的工作能力及解决实际工程设计的基本技能； 4． 学习查阅有关设计手册、规范及其他参考资料的技能。 设计任务书 目录 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第一章 电气主接线的设计及变压器选择 分析任务书给定的原始资料，根据变电所在电力系统中的地位和建设规模，考虑变电所运行的可靠性、灵活性、经济性，全面论证，确定主接线的最佳方案。 第一节 原始资料分析 1. 本站经2回110KV线路与系统相连，分别用35KV和10KV向本地用户供电。 2. 任务：110KV变压器继电保护。 3. 环境参数：海拔<1000米，地震级<5级，最低温度0℃，最高温度35℃，雷暴20日/年。 4. 系统参数：110KV系统为无穷大系统，距离本站65KM，线路阻抗按欧/KM计算。 5. 35KV出线7回，最大负荷10000KVA，cos∮＝，Tmax＝4000h；10KV出线10回，最大负荷3600KVA，cos∮＝，Tmax＝3000h，均为一般用户。 6. 站用电为160KVA。 根据本站为2回110KV线路进线，35KV、10KV最大负荷时间分别为4000h、3000h，可以判断本站为重要变电站，在进行设计时，应该侧重于供电的可靠性和灵活性。 第二节 电气主接线方案确定 方案一 方案二 方案三 主接线方案比较 名称 开关 主变 经济性 可靠性 方案确定 方案一 11台，110kv4台，35kv5台、10kv 2台 4台， ×4＝ 最差，变压器总容量最大，开关最多。 最好，充分考虑了变压器，开关在检修、试验时仍然能保证供电。 110kv终端变电站，采用双回110kv进线，应该是比较重要的变电站，设计思想应侧重于可靠性。所以选择方案一为最终方案。方案一虽然建设投资大，但在以后运行过程中，小负荷时可以切除一台主变运行，降低了损耗。 方案二 7台，110kv5台，35kv、10kv各1台 2台，1 最好，变压器总容量最小。 中，35kv、10kv负荷分别供电，故障时互不影响。但是设备检修时，必然造成供电中断。 方案三 7台，110kv4台，35kv2台、10kv 1台 2台， 中，介于方案一、方案二之间。 最差，高压侧故障时，低压侧必然中断供电。 第三节 容量计算及主变压器选择 1. 按年负荷增长率6％计算，考虑8年。 2. 双变压器并联运行，按每台变压器承担70％负荷计算。 3. 35kv负荷是 KVA，10kv负荷是 KVA，总负荷是 KVA。 4. 变压器容量：1）负荷预测 35kv负荷：10000KVA×（1＋6％）8 ＝； 10kv负荷： 3600 KVA×（1＋6％）8 ＝ KVA，共计。 2）变压器有功和无功损耗计算，因为所占比重较小，而本站考虑的容量裕度比较大，所以不计算。3)站用变选型 因为设计任务书已经给出用电容量为160KVA，所以直接选择即可，从主接线方案分析，站用变接于35KV母线更可靠，所以选型为SL7－160/35。 变压器选择确定： 主变压器 承担负荷 容量选择 确定型号 1#B ××＝ 8000KVA SZL7-8000/110 2#B 同1＃B 3#B ××＝ 2000KVA SL7－2000/35 4#B 同3＃B 站用变 160KVA 160KVA SL7－160/35 5. 变压器技术数据 型号 额定容量（KVA） 额定电压(kv) 损耗（KW） 阻抗电压（％） 空载电流（％） 连接组别 高压 低压 空载 负载 SZL7－8000/110 8000 110 15 50 Yn,d11 SL7-2000/35 2000 35 10 Y,d11 SL7-160/35 160 35 Y,yno 第二章 短路电流计算 第一节 短路电流计算的目的 为了确定线路接线是否需要采取限制短路电流的措施，保证各种电气设备和导体在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，为选择继电保护方法和整定计算提供依据，验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流计算，应考虑5－10年的远景发展规划。 第二节 电路元件参数的计算 1.等值网络图 图2－1 主接线 图2－2 等值网络 图2－3 最小运行方式下等值网络 2.电路元件参数计算 常用基准值（Sj＝100MVA） 基准电压Uj（kv） 37 115 230 基准电流Ij（kA） 基准电抗X（欧） 132 529 1） 系统容量为无限大，Sc=∞，取基准容量Sj＝100MVA，基准电压Uj取各级平均电压，即Uj＝Up＝，Ue为额定电压。 Sj 基准电流 Ij＝――― 基准电抗Xj＝ 2） 线路阻抗X1=×65＝26欧姆 3） 变压器电抗为 XB1＝XB2，XB3＝XB4 XB1＝Ud％/100×Sj/Se =×100/8 = XB3=×100/2 = 3.短路电流计算 1）d1点短路时：Up＝115kv 所以，三相短路电流 I(3)＝115/26√3＝ 两相短路电流 I(2)=I(3) √3/2 =× ＝ 短路容量 S（3）＝√3UpI（3） ＝×115× ＝ 全电流最大有效值 Icb＝ I（3） =× = 2）d2点短路时：Up＝37kv d2点短路时，阻抗图由图2－4（a）简化为图2－4（b） 图2－4（a） 图2－4（b） X1＝26Ω 根据变压器电抗有名值换算公式Xd＝Ud％/100×Ue2/Se，得出 X2＝×1102/8 ＝Ω X2＝X3 X2// X3 X6＝Ω 三相短路电流 I（3）＝Up/√3/X ＝115/ ＝ 两相短路电流 I（2）＝ I（3） ＝× ＝ 三相短路容量 S（3）＝√3Up I（3） ＝×37× ＝ 全电流最大有效值 Icb＝ I（3） =× = 3）d3点短路时：Up＝37kv d3点短路时，阻抗图由图2－5（a）简化为图2－5（b） 图2－5（a） 图2－5（b） X1＝26Ω X6＝Ω 根据变压器电抗有名值换算公式Xd＝Ud％/100×Ue2/Se，得出 X4＝×352/2 ＝Ω X4＝X5 X4// X5 X7＝Ω 三相短路电流 I（3）＝Up/√3/X＝115/＝ 两相短路电流 I（2）＝ I（3） ＝× ＝ 三相短路容量 S（3）＝√3Up I（3） ＝×× ＝ 全电流最大有效值 Icb＝ I（3） =× = 3.最小运行方式下短路电流计算 本站最小运行方式为B1、B3停运或B2、B4停运，据此作等值网络图2－6 图2－6 1）d2点短路时：Up＝37kv X1＝26Ω 根据变压器电抗有名值换算公式Xd＝Ud％/100×Ue2/Se，得出 X2＝×1102/8 ＝Ω 三相短路电流 I（3）＝Up/√3/X ＝115/ ＝ 两相短路电流 I（2）＝ I（3） ＝× ＝ 三相短路容量 S（3）＝√3Up I（3） ＝×37× ＝ 全电流最大有效值 Icb＝ I（3） =× = 2）d3点短路时：Up＝ X1＝26Ω X2＝Ω 根据变压器电抗有名值换算公式Xd＝Ud％/100×Ue2/Se，得出 X4＝×352/2 ＝Ω 三相短路电流 I（3）＝Up/√3/X ＝115/ ＝ 两相短路电流 I（2）＝ I（3） ＝× ＝ 三相短路容量 S（3）＝√3Up I（3） ＝×× ＝ 全电流最大有效值 Icb＝ I（3）=× 4.短路电流计算结果表 短路点编号 支路名称 短路电流（kA） 最小运行方式短路电流（kA) 全短路电流有效值(KA) 短路容量(MVA) d(3) d(2) d(3) d(2) d(3) d(2) d(3) d(2) d1 110kv母线 d2 35kv母线 d3 10kv母线 第三章 导体和电器的选择设计（不做动热稳定校验）第一节 最大持续工作电流计算 1. 110KV母线导体的选择 母线最大持续工作电流计算 Igmax＝√3Ue ＝×16000/ ＝ 1＃B、2#B变压器引线最大持续工作电流为母线最大持续工作电流的50％，即。 2. 35KV母线导体的选择 1. 母线最大持续工作电流计算 Igmax＝√3Ue ＝×16000/ ＝ 1＃B、2#B变压器引线最大持续工作电流为母线最大持续工作电流的50％，即。 2. 主变压器35KV的引线按经济电力密度选择软导体。 最大运行方式下35KV引线的最大持续工作电流按倍变压器额定电流计算 3. 10KV母线导体的选择 母线最大持续工作电流计算 Igmax＝√3Ue ＝×4000/ ＝ 3＃B、4＃B变压器引线最大持续工作电流为母线最大持续工作电流的50％，即。 4. 3＃B、4＃B变压器35KV侧引线最大持续工作电流 Igmax＝√3Ue ＝×2000/ ＝ 第二节 导体的选择 不考虑同时系数，Tmax均按3000h计算。 1. 110kv母线导体选择 查《发电厂和变电所电气部分毕业设计指导》图5－4，图5－1 得出 Tmax＝3000h，钢芯铝绞线的经济电流密度为J＝ Sj＝Ig/j ＝ ＝ 考虑留一定的裕度，选择LGJ－95钢芯铝绞线为110kv母线导体。 2. 35 kv母线导体选择 查《发电厂和变电所电气部分毕业设计指导》图5－4，图5－1 得出 Tmax＝3000h，钢芯铝绞线的经济电流密度为J＝ Sj＝Ig/j ＝ ＝ 考虑留一定的裕度，选择LGJ－240钢芯铝绞线为35kv母线导体。 3. 10 kv母线导体选择 查《发电厂和变电所电气部分毕业设计指导》图5－4，图5－1 得出 Tmax＝3000h，钢芯铝绞线的经济电流密度为J＝ Sj＝Ig/j ＝ ＝ 考虑留一定的裕度，选择LGJ－240钢芯铝绞线为10kv母线导体。 4. 变压器引线选择 1） 1＃B、2#B变压器110kv侧引线选择LGJ－95钢芯铝绞线； 2） 1＃B、2#B变压器35kv侧引线选择LGJ－120钢芯铝绞线； 3） 3＃B、4＃B变压器35KV侧引线选择LGJ－95钢芯铝绞线； 4） 3＃B、4＃B变压器35KV侧引线选择LGJ－120钢芯铝绞线。 第三节 电器设备的选择1. 断路器及电流互感器的选择 根据断路器的选择定型应满足的条件，参考《发电厂和变电所电气部分毕业设计指导》附表选择如下： 序号 断路器形式 型号 额定电压（kv） 额定电流（A） 开断电流（KA） 工作电流（A） 电流互感器 1DL 少油断路器 Sw7- LCW－110 2DL 少油断路器 同上 同上 3DL 少油断路器 同上 同上 4DL 少油断路器 同上 同上 5DL 少油断路器 SW3－35 35 1000 LCW－35 6DL 少油断路器 同上 同上 11DL 少油断路器 同上 7DL 少油断路器 SW3－35 35 600 同上 8DL 少油断路器 同上 同上 9DL 真空断路器 ZN－10 10 600 LFC－10 10DL 真空断路器 同上 同上 35kx出线开关 SW3－35 35 600 －×2＝ ＝ LCW－35 10kv出线开关 ZN－10 10 300 3 ＝ LFC－10 电流互感器技术参数 序号 额定电压（kv） 工作电流（A） 电流互感器型号 数量（台） 准确度等级 额定电流A 二次负荷阻抗Ω 1s热稳倍数 动稳倍数 1DL 110 LCW－110 100/5 75 150 2DL 同上 3DL 同上 50/5 75 150 4DL 同上 5DL 35 LCW－35 150/5 2 65 100 6DL 同上 150/5 7DL 35 同上 40/5 8DL 同上 40/5 9DL 10 LFC－10 125/5 75 165 10DL 同上 125/5 75 165 35 －×2＝ ＝ LCW－35 30/5 2 65 100 10 ＝ LFC－10 350/5 75 155 2. 隔离开关的选择 根据隔离开关的选择定型应满足的条件，参考《发电厂和变电所电气部分毕业设计指导》附表选择如下： 序号 安装位置 型号 额定电压（kv） 额定电流（A） 1 1DL－4DL两侧 GW5－110 110 600 2 5DL－8DL两侧，35kx出线开关两侧，站用变 GW4－35 35 600 3 9DL，10DL两侧 GW1－10 10 600 4 10kv出线开关两侧 GW1－10 10 400 5 3. 电压互感器PT的选择 根据电压互感器的选择定型应满足的条件，参考《发电厂和变电所电气部分毕业设计指导》附表选择如下： 序号 安装地点 型式 型号 数量（台） 额定电压kv 额定变比 1 110kv线路 户外单相 JCC1－110 2 110 110000/√3：100/√3/100/3 2 110kv母线 户外单相 JCC1－110 3 110 110000/√3：100/√3/100/3 3 35kv母线 户外单相 JDJJ－35 3 35 35000/√3：100/√3/100/3 4 10kv母线 户内单相 JDJ－10 3 10 10000/100 4.高压限流熔断器的选择 序号 类别 型号 数量（只） 额定电压kv 额定电流A 1 35kv互感器 RW3－35 3 35 2 10kv互感器 RN2 3 10 3 站用变35kv侧 RW3－35 3 35 5 5. 各级电压避雷器的选择 避雷器是发电厂、变电所防护雷电侵入波的主要措施。硬根据被保护设备的绝缘水平和使用条件，选择避雷器的形式、额定电压等。并按照使用情况校验所限避雷器的灭弧电压和工频放电电压等。 避雷器的选择结果 序号 型号 技术参数（KV） 数量 安装地点 灭弧电压 工频放电电压 冲击放电电压 残压 1 FCZ－110J 100 170－195 265 265 110kv系统侧 2 FZ－35 41 84－104 134 134 35kv侧及出线 3 FZ－10 26－31 45 45 10kv母线及出线 6. 接地开关的选择 安装地点 型号 额定电压kv 动稳电流kA 2s热稳电流KA 长期能通过电流A 110kv侧 JW2－110（w） 110 100 40 600 35kv侧 隔离开关自带 第四章 继电保护配置及整定计算一、根据《继电保护和安全自动装置技术规程》进行保护配置。 1. 变压器继电保护：纵差保护，瓦斯保护，电流速断保护，复合过流保护（后备保护） 序号 保护配置 保护功能及动作原理 出口方式 继电器型号 1 纵差保护 变压器内部故障保护，例如断线，层间、匝间短路等变压器两侧电流不平衡起动保护。 断开变压器两侧开关。 BCH－2 2 瓦斯保护 变压器内部短路，剧烈发热产生气体起动保护。 轻瓦斯发信号，重瓦斯断开变压器两侧开关。 3 过电流保护 事故状态下可能出线的过负荷电流 动作于信号 4 电流速断保护 相间短路 断开线路断路器 2. 35KV线路，10KV线路继电保护：电流速断保护，过电流保护，单相接地保护 序号 保护配置 保护功能 出口方式 继电器型号 1 电流速断保护 相间短路 断开线路断路器 2 过电流保护 相间短路，过负荷 延时断开线路断路器 3 母线单相接地保护 绝缘监察 信号 第四节 保护原理说明 第五节 保护配置图 第六节 整定计算 电流速断保护整定计算 1. 1＃B、2＃B电流速断保护整定计算 35kv系统、10kv系统都是中性点非接地运行，因此电流速断保护接成两相两继电器式。此种接线方式的整定计算按相电流接线计算。 1） 躲过变压器外部短路时，流过保护装置的最大短路电流 Idz＝KkI（3） 第五章 防雷规划设计 根据《电力设备过电压保护设计技术规程》的要求，配置防雷和接地设施如下： 为防止雷电直击变电设备及其架构、电工建筑物等，变电站需装设独立避雷针，其冲击接地电阻不宜超过10欧姆。为防止避雷针落雷引起的反击事故，独立避雷针与配电架构之间的空气中的距离SK不宜小于5米。第六章 保护动作说明第七章 结束语 根据任务书的基本要求，查阅教科书及大量的规程、规范和相关资料，经过2星期的艰苦努力，终于完成了设计任务，并形成了设计成果。 现在回过头看看，其间有酸甜苦辣，也有喜怒哀乐，尤其是理论基础不过硬，更是困难重重，

我有，不过得两天。如何？

坚强智能电网：促进我国低碳发展的有效途径 我国是世界上最大的发展中国家，也是世界上碳排量放最大的国家之一。过去的30年，伴随着经济的持续快速增长，能源消费大幅攀升。2009年，我国能源消费总量约31亿吨标准煤，2001～2009年年均增速为％。我国一次能源消费以煤为主，煤炭消费量占一次能源消费总量的比重为70％左右。能源需求的快速增长使碳排放不断增加。据国际能源署报告，2005年我国二氧化碳排放总量约51亿吨，占全球排放的18%，居全球第二，仅次于美国；2007年超过美国成为世界上二氧化碳排放第一大国，占全球排放的21%。我国发电装机以煤电为主，燃煤发电容量约占总装机容量的81％，因此电力行业二氧化碳排放量较大。来自国际能源署的数据显示，火电二氧化碳排放量占全国二氧化碳排放量的40%～50%，而且在未来一段时期还将继续呈上升态势。因此，电力行业的碳减排工作对我国实现低碳发展具有重要意义。电力系统主要包括电源、电网和电力用户，其中电网是联系电源和电力用户的纽带。当前，电力行业实现碳减排的工作重点是：提高发电、输电、用电的效率；大力发展清洁能源发电。坚强智能电网的建设可以促进清洁能源的开发利用、提高电力行业用能效率。2010年第十一届全国人民代表大会第三次会议的政府工作报告中已明确提出“加强智能电网建设”。坚强智能电网对节能减排的作用当前，国家电网公司提出了坚强智能电网的建设目标。到2020年，将建成“以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，以信息化、自动化、互动化为特征的坚强智能电网”，实现从传统电网向高效、经济、清洁、互动的现代电网的升级和跨越。坚强智能电网建设包含发电、输电、变电、配电、用电和调度等六大环节。清洁能源机组的大规模并网技术，灵活的特高压交直流输电技术、智能变电站技术、配电自动化技术、双向互动关键技术、智能化调度技术等是各个环节建设坚强智能电网的关键技术。坚强智能电网建成后，将在节能减排方面发挥重要作用，主要体现在：支持清洁能源机组大规模入网，加快清洁能源发展，推动我国能源结构的优化调整；引导电力用户将高峰时段用电转移到低谷时段，提高用电负荷率，稳定火电机组出力，降低发电煤耗；促进先进输配电技术在电力系统的推广和应用，降低输电损失率；为电网与用户有效互动提供技术支撑，有利于用户智能用电，提高用电效率；推动电动汽车的发展，带动相关产业发展，促进产业结构升级。坚强智能电网的碳减排效益从支撑清洁能源发电的接入、提高火电发电效率、提升电网输送效率、支持用户智能用电、推动电动汽车发展等五个方面分析，到2020年，若在国家电网公司经营区域内基本建成坚强智能电网，可实现二氧化碳减排量约亿吨。（2020年坚强智能电网碳减排效益如表1所示。）支撑清洁能源接入。水电、核电、风电、太阳能等清洁能源的发展，对于优化我国能源结构、减少化石能源消费、降低温室气体排放具有重要意义。坚强智能电网集成了先进的信息通信技术、自动化技术、储能技术、运行控制和调度技术，为清洁能源的集约化、规模化开发和应用提供了技术保证。坚强智能电网能够解决风电、太阳能发电等大规模接入带来的电网安全稳定运行问题，提高电网接纳清洁能源的能力。坚强的跨区网架结构，可以为远离负荷中心的清洁能源规模化、集约化开发提供输出条件。根据规划，到2020年国家电网公司经营区域内的水电、核电、风电、太阳能等装机容量比2005年分别增加约15660万、5018万、9725万和1820万千瓦。按照水电、核电、风电、太阳能发电年利用小时数分别为3500小时、7500小时、2000小时和1400小时测算，与2005年相比，2020年国家电网公司经营区域内清洁能源发电量增加万亿千瓦时，可减少煤炭消费亿吨标准煤，可实现二氧化碳减排约亿吨。提高火电发电效率，降低发电煤耗。在坚强智能电网发展的带动下，清洁能源发电装机容量增加；同时由于调峰电源增加，使得火电运行效率提高，单位发电煤耗下降，因此系统发电燃料消耗减少。通过“需求侧响应”，引导用户将高峰时段的用电负荷转移到低谷时段，降低高峰负荷，减少电网负荷峰谷差，减少火电发电机组出力调节次数和幅度，提高火电机组效率，降低火电机组发电煤耗，减少温室气体和环境污染物排放。根据电力系统整体优化规划和系统生产模拟软件测算，在坚强智能电网发展的影响下，2020年全国平均火电单位发电煤耗下降克/千瓦时。据规划，2020年国家电网公司经营区域内火电装机容量可达亿千瓦，按照火电利用小时数为5300小时来计算，发电煤耗降低可节约亿吨标煤，减排二氧化碳为亿吨。提升电网输送效率，减少线路损失。未来，我国的特高压技术和坚强智能电网，将大大降低电能输送过程中的损失电量。此外，电网灵活输电技术对智能站点的智能控制以及与电力用户的实时双向交互，都可以优化系统的潮流分布，提高输配电网络的输送效率。坚强智能电网的高级电压控制系统能够有效提高常规电网的节能电压调节和控制水平，提高电能传输效率，减少输配电损耗。美国西北太平洋国家实验室（简称PNNL，以下同）研究表明：高级电压控制系统可使得电网本身实现的节电潜力为上网电量的1%～4%。考虑我国线损的实际情况，未来下降空间相对较小。假设坚强智能电网的发展可使国家电网公司经营区域内的平均线损率至2020年由2005年的％下降到％，即可减少线损电量502亿千瓦时，相应减少二氧化碳排放5145万吨。支持用户智能用电，提高用电效率。智能电网一个重要的特征就是可以通过创新营销策略实现电网与电力用户的双向互动，引导用户主动参与市场竞争，实现有效的“需求侧响应”。一方面，智能电网可以为用户提供用电信息储存和反馈功能。通过智能表计收集用户的用电信息并及时向用户反馈不同时段的电价、用电量、电费等信息，引导和改变用户的用电行为。用户可以根据自己的用电习惯、电价水平以及用电环境，给各种用电设备设定参数。如空调和照明等智能用电设备可以根据相关参数，自动优化其用电方式，以期达到最佳的用电效果，进而提高设备的电能利用效率，实现节电，并通过选择用电时间达到减少电费支出的目的。PNNL研究表明，信息干预和反馈系统可以使得用户用电效率提高3％。另一方面，智能电网可以为用户提供故障自动诊断服务。实时采集用电设备的运行情况，及时发现故障并反馈给用户，用户及时调整和优化设备运行方式，减少电能消耗及运行维护费用。研究表明，通过提供此服务，可以使用户用电效率提高3％。我国目前电价机制不甚合理，电力用户与电力系统的互动性较差，电力用户还存在较大节电潜力。随着坚强智能电网建设工作的推进，电网与用户的互动将不断深入，电力用户将更加主动地节电。参考PNNL研究成果和我国的用电实际情况，假定坚强智能电网可使用户用电效率提高4％，按照2020年国家电网公司经营区域内全社会用电量为60000亿千瓦时和厂用电率为5％来计算，则2020年国家电网公司经营区域内电力用户可实现节电量约2150亿千瓦时，减少二氧化碳排放亿吨。推动电动汽车发展，减少石油消耗。汽车是我国耗能的重要领域，随着汽车保有量的不断上升，耗油量还将不断攀升，给我国能源安全带来巨大的隐患；汽车尾气排放也成为城市大气污染的重要来源。电动汽车是指以电能为动力的汽车。从能源利用效率方面来讲，电动汽车的能源利用效率比燃油汽车提高1～2倍以上。从运行的经济性来看，电动汽车百千米只消耗10千瓦时电，运行费用远低于普通汽车。预计2020年，在智能电网相关技术的带动下，国家电网公司经营区域内2020年比2005年新增电动汽车约2500万辆，按照每辆电动汽车每年行驶20000千米计算，每年可替代汽油3550万吨，实现减排二氧化碳约为7940万吨。建设坚强智能电网对实现我国碳减排目标的贡献在未来相当长的时期，我国工业化和城镇化进程将加速推进，经济将保持平稳较快增长，经济的快速发展将带动能源需求的大幅增长。据有关机构预测，2020年我国能源消费量将达45亿吨标准煤，全国GDP将达62万亿元（2005年可比价格）。如果按照2005年的碳排放强度测算，2020年我国二氧化碳排放总量将超过173亿吨。这已远远超过我国资源和环境所承载的极限。气候变化问题作为人类社会可持续发展面临的重大挑战，已受到国际社会的强烈关注。为积极应对气候变暖问题、实现绿色发展和低碳发展，我国政府提出了“到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%”的碳减排目标。如果2020年我国二氧化碳排放强度比2005年下降40%～45%，则2020年二氧化碳排放总量应控制在95～104亿吨以下，需要减少二氧化碳排放69亿～78亿吨。根据上述测算，建设坚强智能电网可实现二氧化碳减排量约亿吨，可使2020年二氧化碳排放强度比2005年下降，对实现我国2020年碳减排目标的贡献率可达19％～22％。若国家加大有关政策执行力度，这一贡献率还可能提高 “十二五”特高压建设——五千亿畅想电气设备行业下游涉及发电、输配电和用电，包括了电力、电网、冶金、煤炭等行业，与工业生产和居民生活紧密相关。由于其特殊地位，国家对下游电力、电网等行业监管严格，并出台一系列政策和规范约束企业经营行为。 自上而下看，“十二五”规划是目前国家层面最具指导性政策，将影响未来至少五年内的发展和变革，通过解读“‘十二五’规划建议”和“新兴产业规划”，可确立电气设备行业未来五年内将集中发展智能电网（含特高压）、工业节能产品和配电网改造。 自下而上看，成熟技术将首先得到推广（如柔性输变电、变频技术、智能用电系统）；综合分析市场空间及开拓进度，特高压直流输电、柔性输变电、高性能高压和低压变频器、智能变电站和智能用电系统、农配网改造将成为“十二五”发展重点。 从“十二五”规划出发，未来五年电气设备行业投资将呈现“两极化”趋势：特高压骨干网和配网改造将成为电网投资主题，“智能化”拉动二次设备占比提升，同时工业领域变频器将得到进一步普及。具体来看，特高压方面，直流建设基本符合进度，交流受示范线路验收推迟的影响有所延后，目前呈现提速趋势。“十二五”特高压直流将建设9条线路，预计总投资达2170亿元；特高压交流完成“三横三纵一环网”的建设，乐观估计投资达2989亿元，若考虑项目推迟的影响预测约2092亿元。预计特高压直流换流站投资1014亿元，其中换流变压器、换流阀和直流保护系统占65%；特高压交流变电站投资1225亿元，主要是变压器、电抗器和GIS开关，占比分别为18%、16%和24%。 发展智能电网和特高压是内生需求 我国电力供应长期面临远距离、高负荷、大容量的现状，这是与世界上绝大多数国家不同的发展问题，内生性需求决定了中国的电网必须在强度、广度和稳定性上超越其他所有国家和地区。 能源和用电负荷分布差异使特高压成为必然之选 我国的能源分布主要在北部和西部，以火电为例，已探明的煤炭储量近80%都集中在山西、内蒙古、新疆等地区，而经济发达的东部沿海用电需求量大，过去通过铁路运输的方式输送煤既不经济也不环保，未来通过电网直接输电可以很好地解决问题。 根据新能源发展规划，预计到2020年我国新能源占一次能源消费的比重应该达到15%左右。风能、水能也存在资源分布远离负荷中心的问题。 在我国，特高压是指交流1000kV及以上和直流±800kV以上的电压等级，据国家电网公司提供的数据显示，一回路特高压直流可以送600万千瓦电量，相当于现有500kV直流电网的5~6倍，送电距离也是后者的2~3倍，效率大大提高；同时输送同样功率的电量，如果采用特高压线路输电可以比采用500kV超高压线路节省60%的土地。正是因为这些优势，特高压才成为未来我国电网建设的必然方向。 电网规模化和区域网络互联对安全稳定提出新要求 我国电力装机容量已突破9亿千瓦，这个数字到了2015年将增加至亿千瓦，到2020年达到亿千瓦。 截至2009年底，全国220kV及以上输电线路回路长度达万公里，我国电网规模已超过美国，列世界首位。 电网规模增大、结构日趋复杂和区域电网互联对运行的安全性和稳定性提出更高要求，通过引入先进的传感和测量技术，采用更安全环保的设备，整体集成并实现设备和控制的双向通信，就是电网“智能化”的体现。 城市化进程和新农村建设利好配电网络发展 我国的工业化已进入中后期，按照这样的工业化发展水平，城市化率应为55%~60%，而2009年我国城市化率只有。未来的5~10年，城市化进程将推动电网尤其是配网建设，集中在城网扩张和改造上。 我国城乡发展差异大，未来无论从改善民生、促进社会和谐的角度，还是从刺激内需，鼓励农民消费的角度，都要求建设和升级农村电网以满足新农村建设的需求。 正是因为我国电网发展必须与工业生产和居民用电水平相匹配，才萌生出对特高压、智能电网和配网建设的需要。而内生性增长符合产业和经济运行规律，这是可持续和稳定的趋势。 未来电网发展呈现“两极三重点” “十二五”我国电网发展三大方向是：特高压、智能化改造和配网建设。 特高压和智能电网：在规划建议中提到大力发展包括水电、核电在内的清洁能源，同时“加强电网建设，发展智能电网”。 配网建设：规划建议要求“加强农村基础设施建设和公共服务”，“继续推进农村电网改造”。 过去十年我国电网建设集中在220~500kV（西北750kV）输电网络，未来将向着“特高压”和配网两端发展，而智能化顺应对复杂网络稳定和控制的要求，电网“三大重点”明确。 考虑电网对安全、稳定性的要求，相对成熟的技术当首先得到推广，尚处于挂网阶段的设备或试运行线路的建设脚步可能延后，在细分行业投资上应当有所甄别。总体来说： 第一，特高压直流建设进度基本符合预期，未来高端一次设备厂商和柔性输变电企业受益明显。 第二，“智能化”发展对应二次设备新建改造，配网和用电端智能化相对成熟，看好具有技术和渠道优势的龙头企业。 第三，配网改造，尤其是农网强调设备升级和电气化，上游的设备商数量众多、竞争激烈，区域化特点显著。 预计特高压直流尤其是柔性输变电技术将得到最快推广，直流高端一次设备生产商获益居次，智能变电站投资和农网改造分列其后。 特高压直流——发展先行高端一次设备发力 “特高压电网”指交流1000kV、直流±800kV及以上电压等级的输电网络，能够适应东西2000~3000公里、南北800~2000公里远距离大容量电力输送需求。国家电网在“十一五”建设初年曾提出“加快建设以特高压电网为核心的坚强国家电网”。经过五年的发展，目前1000kV晋东南—南阳—荆门的交流示范工程完成验收，直流±800kV示范工程向家坝—上海线路投运，初步形成华北—华中—华东特高压同步电网，基本建成西北750kV主网并实现与新疆750kV互联。 规模投资启动直流输电将成“十二五”发展亮点 特高压直流输电（UHVDC）目前在我国主要是±800kV，从技术上看线路中间无需落点，可点对点、大功率、远距离直接将电力输送至负荷中心，线路走廊窄，适合大功率、远距离输电，同时还能保持电网之间的相对独立性。 南方电网±800kV云广特高压直流2010年6月投产；国家电网±800kV向上特高压直流也于年内通过验收，预示着“十一五”直流工程进展顺利，直流输电技术发展进度基本符合预期。 根据国家电网发展规划，有9条±800kV直流线路计划“十二五”期间投运，同时有2条将在“十二五”开工，目前锦屏—苏南线路招标正有序进行。 投资总量方面，2016年建成的2条线路按照70%投资在“十二五”期间确认，国家电网±800kV特高压直流投资总规模预计达2170亿元（见表1）。南网规划的直流800kV工程为糯扎渡送广东线路，投资总额约187亿元，计划于2012年投产。 “十二五”国家电网和南方电网预计±800kV直流特高压输电投资达2357亿元，特高压直流全面建设启动。 同时考虑到国网±660kV和±400kV直流建设，南网±500kV直流，“十二五”期间两网的直流总投资规模达到3312亿元。 设备供应商——高端一次设备的盛宴 特高压直流包括线路和换流站建设，其中换流站对上游设备供应商的投资增量效果更明显。换流站主设备包括：换流变压器、电抗器、避雷器、换流阀和无功补偿装置等，其中投资大项为换流变和换流阀。 云广线换流站设备投资超过规划总量的一半，考虑到示范线路设备价格较高，预计未来规模建设后占比约为43%。 “十二五”特高压直流±800kV设备投资总额约1014亿元，其中换流变395亿元，换流阀203亿元，直流保护系统61亿元。若考虑两网±660kV、500kV和400kV后主站换流设备投资为1424亿元，其中换流变555亿元，换流阀285亿元，直流保护85亿元。 普遍看好一次设备龙头 特高压直流是坚强的输电网络，规模建设启动后将普遍利好一次设备生产企业。考虑特高压对设备稳定性和技术要求高，前期研发投入大，细分行业龙头将继续领先优势。 变压器：已完成建设招标的线路，设备供应商主要为特变电工、中国西电等行业龙头。换流变压器招标特变电工份额接近45%，中国西电约35%，天威保变20%。考虑到示范线路招标量小，份额相对集中，全面建设启动后龙头企业相对份额会略有下降，但绝对中标金额提升明显。 换流阀：国内换流阀生产企业包括中国西电、许继集团和电科院，考虑到换流阀技术门槛高，未来将继续是三家三分天下的局面。 直流保护系统：许继电气、南瑞继保和四方继保三分天下，占比分别为38%、60%和2%。 无功补偿技术———“特高压”拉动发展 无功补偿技术旨在调节电网中的无功功率，减少电源由线路输送的无功，最终降低线路和变压器因输送无功造成的电能损耗，提高电源和线路的利用效率并保证电网运行的稳定。特高压输电由于线路距离长、电压高，在变电站配电端和输电网络中需安装无功补偿装置。 无功补偿主要分为并联型和串联型，目前电科院是行业龙头，占比超过80%。荣信股份并联无功补偿SVC在工业领域应用广泛，年内取得国网订单显示开拓电网脚步加快；串补TCSC中标南网大单，与西门子成立合资公司后预计将在电网市场取得不错的成绩。 预计“十二五”期间并联无功补偿（SVC+SVG）市场容量在51亿元，可控串补（TCSC）配合500kV以上线路建设，需求在60亿元，无功补偿总需求在111亿元，年均亿元。 结合上述分析，提出如下核心观点：第一，“十二五”特高压直流进度符合预期，交流建设延迟是大概率事件，目前国网正加速推进项目审批和招标，未来工程获批将整体利好行业。 第二，特高压建设主要是高端一次设备，由于技术难度大，需要前期投入多，行业龙头优势明显，未来将占领主要份额。 第三，2011年是全面建设初年，投资启动对行业相关公司的业绩贡献将在今年下半年逐步体现。 特高压交流——进度落后期待项目审批提速 示范线路验收推迟交流建设提速在即 国家电网特高压交流示范工程晋东南—南阳—荆门1000kV线路直至2010年8月才通过国家验收，目前特高压交流建设进度落后于市场预期。 国网公司去年9月开始示范工程扩建工程施工招标，据悉另一条特高压交流线路锡盟—南京前期工作正有序开展，都预示着国网正努力推进特高压交流项目，未来建设提速可以期待。 按照国家电网的规划，到2015年将基本建成华北、华东、华中（“三华”）特高压电网，形成“三纵三横一环网”。特高压交流工程方面，锡盟、蒙西、张北、陕北能源基地通过三个纵向特高压交流通道向“三华”送电，北部煤电、西南水电通过三个横向特高压交流通道向华北、华中和长三角特高压环网送电。 从前期准备和招标情况看，“三纵”线路进度较快，未来有望先于其他线路提前开工。 预计国家电网特高压交流规划对应总投资2989亿元，其中特高压变电站投资1225亿元，线路投资1764亿元。设备利好——变压器、GIS、电抗器 特高压交流设备包括变压器、电抗器、组合电器开关GIS、隔离开关、避雷器和无功补偿设备等，其中变压器、电抗器和GIS占比较大，根据示范线路投资组成粗略计算比例分别为18%、16%、24%。 乐观估计：“十二五”期间特高压交流7条线路全部完成投资；悲观估计：“十二五”完成预计投资量的70%。 变压器：主要设备供应商包括特变电工、天威保变和中国西电，示范线路招标占比分别为60%、40%、0%。预计中国西电技术实力雄厚，未来将享有一定份额，同时其他变压器企业有望在全面建设后取得订单。 电抗器：从示范线路招标看，中国西电和特变电工占比分别为58%和42%。考虑全面建设后预计其他企业能分得10%~15%的市场份额。 GIS：示范线路招标平高电气、中国西电和新东北电气均分天下，组合电器开关技术难度高，预计全面建设后将继续是三家领先行业。 特高压交流建设进度低于预期，目前晋东南—荆门扩建线路正有序招标，锡盟—南京线路年内有望获批，未来投资和建设有望提速，高端一次设备龙头仍是受益主体。