電力行業(yè)培訓(xùn)課件：特高壓變電站及其電氣設(shè)備

1、特高壓變電站及其電氣設(shè)備主要內(nèi)容主要內(nèi)容n特高壓變電站特高壓變電站n特高壓并聯(lián)電抗器及可控電抗器特高壓并聯(lián)電抗器及可控電抗器n特高壓潛供電流限制技術(shù)特高壓潛供電流限制技術(shù)n特高壓避雷器特高壓避雷器n特高壓斷路器及其開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)特高壓斷路器及其開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)n特高壓電壓和電流互感器特高壓電壓和電流互感器n特高壓變壓器特高壓變壓器n特高壓戶外變電站絕緣配合特高壓戶外變電站絕緣配合n特高壓戶外變電站工頻電磁場特高壓戶外變電站工頻電磁場特高壓變電站類型n常規(guī)戶外變電站常規(guī)戶外變電站nHGIS戶外變電站戶外變電站nGIS戶外變電站戶外變電站特高壓變電站電氣主結(jié)線（1）特高壓變電站電氣主結(jié)線（2）特高壓變電

2、站電氣主結(jié)線（3）特高壓變電站電氣主結(jié)線（4）特高壓電抗器及可控電抗器n限制工頻過電壓技術(shù)限制工頻過電壓技術(shù)n特高壓并聯(lián)電抗器結(jié)構(gòu)與參數(shù)特高壓并聯(lián)電抗器結(jié)構(gòu)與參數(shù)n特高壓輸電的有功一無功特性特高壓輸電的有功一無功特性n特高壓可控電抗器特高壓可控電抗器限制工頻過電壓主要技術(shù)措施n利用中間開關(guān)站，將長線路分為較短線路；n線路兩端加裝并聯(lián)電抗器；n選擇合理特高壓和超高壓電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；n避雷器限制暫時高幅值工頻過電壓；n避免線路單端跳閘，選用合適繼電保護和過電壓保護實現(xiàn)線路兩端聯(lián)動跳閘。特高壓輸電工頻過電壓限制水平特高壓并聯(lián)電抗器結(jié)構(gòu)特高壓并聯(lián)電抗器參數(shù)特高壓輸電的有功一旡功特性特高壓可控電抗器主要類型n

3、可控飽和并聯(lián)電控器（SCR）n晶閘管控制并聯(lián)電抗器（TCR）n磁閥式可控電抗器n晶閘管可控變壓器（TCT）n絕緣柵極晶體管可控變壓器（IGBTCT）可控并聯(lián)電抗器調(diào)節(jié)規(guī)律n線路不接入系統(tǒng)時，電抗器處于100%的補償待命狀態(tài)；線路空載合閘時，100%補償容量投入以限制工頻過電壓；線路空載時，電抗器處于100%補償狀態(tài)；隨著線路輸送功率增加，平滑地減少電抗器補償容量，使線路電抗消耗的無功部份由線路電容產(chǎn)生的無功來平衡。如果它的調(diào)節(jié)規(guī)律滿足如前圖所示的負的無并聯(lián)電抗器時有功無功曲線，線路電壓將保持恒定。三相斷路器跳閘甩負荷時，快速反應(yīng)使電抗補償容量增加到最大值，以限制甩負荷的工頻過電壓。n可控并聯(lián)電

4、抗器快速調(diào)節(jié)特性是實現(xiàn)限制工頻過電壓、潛供電流和電壓無功調(diào)節(jié)及改善穩(wěn)定性的協(xié)調(diào)控制的關(guān)鍵?？煽仉娍蛊鲃討B(tài)響應(yīng)特性n可控飽和并聯(lián)電抗器、磁閥式可控電抗器動態(tài)響應(yīng)時間較長 nTCR、TCT、IGBTCT可控并聯(lián)電抗器動態(tài)響應(yīng)時間均可控制在10ms以內(nèi)n絕緣柵雙極晶閘管控制變壓器（IGBTCT）和普通晶閘管控制變壓器（TCT）對于特高壓和超高壓輸電系統(tǒng)來說是最有應(yīng)用前景的可控并聯(lián)電抗器。 可控變壓器（TCT、IGBTCT）磁閥式可控電抗器特高壓潛供電流限制技術(shù)n特高壓輸電潛供電流特點n并聯(lián)電抗器中性點小電抗接地n高速接地開關(guān)特高壓線路潛供電流特點n特高壓輸電線路相間耦合電容（互電容）和相間互電感，均

5、比超高壓線路大。在單相接地故障后，線路兩端斷路器切除故障過程中，非故障兩相導(dǎo)線的高電壓和大電流將在接地故障點產(chǎn)生比超高壓線路大得多的潛供電流和恢復(fù)電壓。據(jù)計算，潛供電流在沒有任何限制措施情況下，可達30A/100km。大的故障潛供電流將使故障點的電弧熄滅困難或在斷路器自動重合時接地電弧仍沒有熄滅，造成自動重合閘失敗。超高壓和特高壓電網(wǎng)故障絕大多數(shù)為單相接地故障。單相自動重合閘是提高特高壓電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性和輸電系統(tǒng)可靠性極為重要的技術(shù)措施。因此，限制特高壓線路單相接地故障潛供電流是確保單相自動重合成功的關(guān)鍵技術(shù)。并聯(lián)電抗器中性點小電接地裝置高速接地開關(guān)及工作原理特高壓避雷器n特高壓變電站的絕緣配合

6、n特高壓避雷器及其性能n特高壓變電站避雷器優(yōu)化配置特高壓變電站的絕緣配合n變電站電氣設(shè)備絕緣水平?jīng)Q定于操作過電壓和雷電過電壓限制水平n變電站的電氣設(shè)備的耐受電壓以避雷器的操作和雷電過電壓保護水平為基礎(chǔ)n特高壓電氣設(shè)備的絕緣水平主要由避雷器操作過電壓保護水平避雷器的性能要求n持續(xù)運行電壓應(yīng)等于或大于系統(tǒng)最高運行相電壓；n額定電壓應(yīng)等于或大于持續(xù)電壓1.25倍，特高壓一般選1.3倍；n標稱電流（雷電流為20kA）下的殘壓等于額定電壓峰值乘以保護比。目前避雷器的保護比約等于1.61.7。高性能避雷器與普通避雷器性能圖1-9 超高壓和特高壓高性能避雷器特性曲線避雷器性能對電氣設(shè)備絕緣的影響 特高壓變電

7、站避雷器優(yōu)化配置n變電站內(nèi)避雷器配置的數(shù)目和位置通過技術(shù)比較，按站內(nèi)電氣設(shè)備絕緣最優(yōu)經(jīng)濟成本決定。特高壓斷路器和開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)n特高壓輸電限制操作過電壓技術(shù)n特高壓帶合分電阻的斷路器n特高壓隔離開關(guān)n特高壓氣體絕緣開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)（HGIS）n智能開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)特高壓限制操作過電壓技術(shù)n利用中間開關(guān)站，將長線路分成較短線路；n金屬氧化物避雷器（MOA）；n斷路器合閘電阻限制合閘過電壓；n斷路器分閘電阻限制分閘過電壓；n利用智能斷路器控制合閘相角，使合閘時間控制在電壓過零附近，限制合閘過電壓。特高壓操作過電壓限制水平表1-7 特高壓輸電系統(tǒng)操作過電壓限制水平及其限制措施 注：注：*表示推薦值與推薦技術(shù)措

8、施。特高壓帶分合電阻的SF6斷路器RRBSBSBmBm圖1-10 1000kV SF6斷路器工作原理圖帶合分電阻SF6斷路器工作原理n當斷路器分閘時，斷路器主觸頭Bm先斷開，斷開故障或操作主電流，此時分閘電阻仍接在特高壓輸電系統(tǒng)中，經(jīng)過約30ms，與分閘電阻串連的輔助觸頭Bs斷開；當斷路器合閘時，先合上輔助觸頭Bs，系統(tǒng)接入電阻R，經(jīng)過約10ms，主觸頭Bm合上。合閘電阻R接入系統(tǒng)，由于增加了系統(tǒng)的總阻抗和總電阻，因而削弱合閘過程電感和電容能量交換引起過電壓的作用。電阻的阻尼作用能顯著限制合閘過電壓。分閘電阻在斷路器分閘過程接入系統(tǒng)，大大增加了系統(tǒng)的阻尼作用，可降低主觸頭Bm電弧電壓，提高滅弧

9、能力，從而顯著地減少分閘過程過電壓。帶合分電阻SF6斷路器結(jié)構(gòu)日本SF6斷路器特高壓隔離開關(guān)RD1D2HGIS開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)n氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)（GIS）系指將變電站的母線、斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電壓電流互感器或電壓電流變換器、避雷器等集成、組合在充滿絕緣氣體六氟化硫（SF6）、外殼接地的金屬密封容器內(nèi)的成套開關(guān)設(shè)備。GIS與分立的常規(guī)開關(guān)設(shè)備相比，可大幅度減少占地面積，可靠性高，對變電站內(nèi)電磁場環(huán)境影響小，維修周期長。GIS已用于各個不同電壓等級的高壓、超高壓變電站。 HGIS開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)注：1斷路器，2隔離開關(guān)，3接地隔離開關(guān)，4避雷器，5電流互感器（電流變換器），6電容式電

10、壓變換器，7出線套管，8圓柱金屬殼（A）特高壓HGIS一次接線圖57772231623348HGIS開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)GIS中SF6斷路器主要技術(shù)性能特高壓智能開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)功能n斷路器按電壓波形控制合閘和分閘最佳相位角度，使其產(chǎn)生的操作沖擊過電壓最小。美國BPA公司在特高壓輸電中，擬采用高性能避雷器和智能斷路器，將操作過電壓限制在1.5p.u.水平。n斷路器、隔離開關(guān)和接地開關(guān)操作順序智能控制，自動閉鎖，杜絕操作失誤。n自動判斷線路狀況，實現(xiàn)當?shù)刈詣又睾祥l功能，改變由變電站自動重合裝置實現(xiàn)的重合閘功能，大大提高重合閘成功率。n在線自動監(jiān)視斷路器和智能開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)的運行狀態(tài)，在線診斷，當發(fā)現(xiàn)設(shè)備偏離可

11、運行狀態(tài)或缺陷時，自動報警，從而進一步提高設(shè)備的可靠性和使用壽命。智能開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)主要特點n采用自能式滅弧技術(shù)，進一步降低斷路器操作能量；內(nèi)有開關(guān)設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)視用傳感器，如開關(guān)行程傳感器、絕緣氣體監(jiān)視用傳感器等，實現(xiàn)設(shè)備在線監(jiān)視和診斷；以混合式光電量測系統(tǒng)，進行設(shè)備電氣性能監(jiān)視，提供斷路器智能控制和智能操作基本信息。智能斷路器和智能開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)的二次系統(tǒng)，已從傳統(tǒng)的電子機械設(shè)備發(fā)展到數(shù)字化的智能電子操作控制設(shè)備。 特高壓電壓和電流互感器n特高壓電壓和電流互感器類型n混合式光電量測系統(tǒng)n全數(shù)字光電量測系統(tǒng)電壓和電流互感器類型nSF6電壓和電流互感器：CVT和電磁式電流互 感器n光電（電子式）電

12、壓和電流量測系統(tǒng)特高壓混合式光電量測系統(tǒng)n特高壓混合式光電量測系統(tǒng)用于混合式氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)（HGIS）或GIS，其原理結(jié)構(gòu)：電流變換器（羅柯夫斯基線卷）、電容分壓器、避雷器、數(shù)字信號處理裝置組成。一般將羅柯夫斯基線卷、電容分壓器的電容分壓金屬筒組合為一整體。電壓和電流信號引出HGIS金屬殼外后，直接進入數(shù)字信號處理裝置。數(shù)字信號處理裝置的功能是濾波、電壓和電流模擬量（低電平）轉(zhuǎn)換成電氣量測、計量、繼電保護和控制裝置需要的電壓和電流模擬量或數(shù)字信號。由圖可知，數(shù)字信號處理裝置一般由模擬與濾波電路、A/D變換電路，由數(shù)字信號處理器構(gòu)成的數(shù)字信號處理、光電變換及光端接口組成。輸出的電壓

13、、電流模擬量或數(shù)字信號由光纖電纜輸出到現(xiàn)場總線或直接送到量測、計量、繼電保護和控制裝置。特高壓混合式光電量測系統(tǒng)42模擬與濾波電路A/D變換數(shù)字信號處理(DSP)光電變換及光端接口電流、電壓模擬量電流、電壓數(shù)字量121特高壓帶電導(dǎo)體，2羅柯夫斯基線卷，3電容分壓器，4避雷器，5數(shù)字信號處理裝置圖1-14 特高壓混合式光電量測系統(tǒng)5全數(shù)字光電量測系統(tǒng)電壓、電流數(shù)字信號光源發(fā)生與光電轉(zhuǎn)換A/D變換數(shù)字信號處理(DSP)電光轉(zhuǎn)換與光端接口電壓、電流模擬量213441特高壓（超高壓）架空線，2光電電流變換器，3光電電壓變換器，4光纖電纜及充氣（油）支柱絕緣子圖17 特高壓數(shù)字光電量測系統(tǒng)光電量測系統(tǒng)主

14、要優(yōu)點n無常規(guī)互感器具有的磁飽和及剩磁引起的電流和電壓畸變問題，避免電流和電壓畸變帶來的繼電保護整定困難和保護誤動問題；n量測的頻帶寬、動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)響應(yīng)時間為常規(guī)電壓和電流互感器的十幾分之一到幾十分之一，更有利于改善保護和控制裝置的動態(tài)特性；n從靜態(tài)到動態(tài)，在較大的量測范圍內(nèi)保持相同的精度；n體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊；容易與開關(guān)設(shè)備集成構(gòu)筑智能開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)，特別是易于解決特高壓常規(guī)互感器難于處理的絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜性問題，大大降低制造成本；n抗電磁干擾能力強；n應(yīng)用光電量測系統(tǒng)極大地簡化整個電力系統(tǒng)數(shù)字保護和控制裝置結(jié)構(gòu)，構(gòu)成各種人工智能裝置，構(gòu)筑新型保護控制裝置，實現(xiàn)變電站數(shù)字化。在某種意義上來說，光電量測系統(tǒng)是實現(xiàn)實時數(shù)字電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)。特高壓變壓器n變壓器短路阻抗對輸電能力的影響n特高自藕壓變壓器特高壓變壓器特點n特高壓變壓器與500kV超高壓變壓器相比不但電壓高一倍