摘要我國目前已形成1000萬kW以上的電力系統(tǒng)有8個，其中華北、東北、華東及華中電力系統(tǒng)發(fā)電設(shè)備容量都已超過2000萬kW。再發(fā)電設(shè)備容量增長的同時，我國輸電線路也有較大的發(fā)展。1974年建成了我國第一條330kV的輸電線路，從甘肅劉家峽水電廠到陜西關(guān)東地區(qū)。1981年建成了第一條500kV輸電線路，由河南姚孟火電廠到武漢。1988年從葛洲壩水電廠到上海南橋變電站的500kV左右直流輸電線路投入運行，全長達(dá)1080km。這些輸電線路都設(shè)計有各種自動保護(hù)、量測與監(jiān)控裝置等。電網(wǎng)設(shè)計可以用常規(guī)方式或優(yōu)化方式進(jìn)行。常規(guī)電網(wǎng)設(shè)計主要采用技術(shù)經(jīng)濟比較的方法。設(shè)計人員首先根據(jù)自己的判斷提出幾種接線方案，然后通過技術(shù)分析改善這些方案的技術(shù)指標(biāo)，使它們在技術(shù)上可行，最后通過經(jīng)濟比較決定最終方案。電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計是利用數(shù)學(xué)模型在計算機上進(jìn)行的。一般包括分析模型和綜合模型兩部分：前者用來分析電網(wǎng)的技術(shù)指標(biāo)，校驗是否滿足技術(shù)要求；后者則用來產(chǎn)生電網(wǎng)擴建方案，并從中選取最優(yōu)方案?！娟P(guān)鍵詞】：電網(wǎng)自動化監(jiān)控裝置保護(hù)裝置設(shè)備選擇1目錄一、電網(wǎng)設(shè)計應(yīng)考慮的因數(shù)31、可靠性42、投資43、運行費用44、靈活性與適應(yīng)性4二、電網(wǎng)接線的基本類型41、無備用開式接線方式42、有備用開式接線方式43閉式電網(wǎng)接線方式54、復(fù)雜閉式電網(wǎng)接線5三、電網(wǎng)方案的技術(shù)經(jīng)濟比較5四、導(dǎo)線與電纜的選擇51、選擇導(dǎo)線與電纜的截面應(yīng)考慮以下因數(shù)52、按經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)線截面53、按允許電壓損耗選擇導(dǎo)線截面54、按允許載流量、電暈和機械強度校驗導(dǎo)線截面6五、變壓器的選擇61、變壓器的負(fù)荷能力62、變壓器臺數(shù)及容量的選擇63、變壓器類型的選擇7六、電氣設(shè)備選擇的基本原則71、按正常工作條件選擇電氣設(shè)備72、按短路情況校驗7七、電氣設(shè)備的選擇81、母線的選擇82、斷路器及隔離開關(guān)的選擇93、高壓熔斷器的選擇92八、經(jīng)濟評價方法9九、電網(wǎng)的電流保護(hù)10十、電網(wǎng)的距離保護(hù)10十一、電網(wǎng)的高頻保護(hù)10十二、縱聯(lián)差動保護(hù)10十三、大型電動機及并聯(lián)電力電容器組的保護(hù)10十四、電力系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置11結(jié)論、11【引言】：電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、配電及用電各個環(huán)節(jié)組成。隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷地擴大。電網(wǎng)設(shè)計的目的在于確定未來有關(guān)地區(qū)電網(wǎng)的電壓等級、輸電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，解決在何時、何地架設(shè)什么樣的輸電線路的問題。電網(wǎng)設(shè)計是輸電線路及變電站設(shè)計的基礎(chǔ)和依據(jù)，電力網(wǎng)絡(luò)的可靠性和經(jīng)濟性有很大的影響。近年來，隨著“兩網(wǎng)”改造的深入和電網(wǎng)運行水平的提高，大量采用遠(yuǎn)方集中控制、操作等自動化技術(shù)的電力系統(tǒng)投入運行,系統(tǒng)的運行方式越來越復(fù)雜，對自動化水平的要求越來越高既提高了勞動生產(chǎn)率，又減少了人為誤操作的可能，從而促進(jìn)了電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的不斷發(fā)展。采用自動化技術(shù)是電網(wǎng)發(fā)展的趨勢，調(diào)度自動化等都已成功運用到電力系統(tǒng)中。與自動化程度相適應(yīng)，對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置。一、電網(wǎng)設(shè)計應(yīng)考慮的因數(shù)在進(jìn)行電網(wǎng)設(shè)計時應(yīng)考慮以下因數(shù)：1、可靠性設(shè)計的電網(wǎng)應(yīng)滿足正常情況下及個別元件故障時不引起其他線路或變壓器過負(fù)荷，不引起母線電壓超過容許范圍。當(dāng)系統(tǒng)中任何一個元件故障都滿足上述條件時，則稱該電網(wǎng)滿足N-1校驗；當(dāng)系統(tǒng)中任何兩個元件故障都滿足以上條件時，則稱該電網(wǎng)滿足N-2校驗，以此類推。2、投資3電網(wǎng)的投資應(yīng)包括輸電線路投資及變電站投資兩部分。對于輸電線路投資應(yīng)區(qū)分同桿塔第一回路及第二回路投資以及輸電線路是利用原有出線走廊還是新的出線走廊等。當(dāng)采用不同電壓等級時，變電站的投資差別應(yīng)詳細(xì)比較。3、運行費用應(yīng)包括管理、維修及網(wǎng)損費用。不同的電網(wǎng)接線方案將產(chǎn)生不同的功率損耗，這不僅使供電成本提高，而且還需要增加系統(tǒng)裝機容量進(jìn)行補償，因而間接地增加了投資。通常在進(jìn)行經(jīng)濟比較時應(yīng)考慮這些費用和投資的時間因數(shù)。4、靈活性與適應(yīng)性靈活性是指所定電網(wǎng)方案應(yīng)能在各種情況下安全可靠的運行。在這里應(yīng)考慮各種檢修情況下正常運行問題適應(yīng)性是指當(dāng)涉及的地區(qū)負(fù)荷增長時或出現(xiàn)新的用戶時，電網(wǎng)易于發(fā)展擴建，且能充分利用原有設(shè)備。隨著電網(wǎng)的發(fā)展，系統(tǒng)短路電流也會不斷增大。在選擇電網(wǎng)接線時，應(yīng)注意使短路電流限制在一定范圍內(nèi)，否則開關(guān)設(shè)備的切斷能力可能出現(xiàn)問題。以上各因數(shù)在選擇方案往往是相互矛盾的,因此需要多選擇一些方案進(jìn)行全面的分析比較。二、電網(wǎng)接線的基本類型電網(wǎng)的接線形式大致可分為四類，既無備用開式接線方式、有備用開式接線方式、簡單閉式接線方式和復(fù)雜閉式接線方式，現(xiàn)分別簡述如下。1、無備用開式接線方式當(dāng)電網(wǎng)中受電變電站只有一個電源供電時，該電網(wǎng)稱為開式電網(wǎng)。開式電網(wǎng)又可分為輻射型和干線型兩種。2、有備用開式接線方式一般來說，無備用開式接線方式的可靠性不高，只能向不太重要的小型變電站或用戶供電。為了提高其可靠性，可以對上述開式接線方式增加備用設(shè)備。3、閉式電網(wǎng)接線方式當(dāng)負(fù)荷或變電站需要備用電源時，在很多情況下可以采用由不同出線走廊的輸電線路供電，因而有較高的可靠性。另一方面，和有備用的開式電網(wǎng)相比，這種接線方式的輸電線路要短一些，可以節(jié)約投資。4、復(fù)雜閉式電網(wǎng)接線4110kV輸電系統(tǒng)通常形成復(fù)雜閉式電網(wǎng)接線方式電網(wǎng)由許多環(huán)形電網(wǎng)和雙回路(或多回路)輸電線路構(gòu)成。這種電網(wǎng)具有較大的輸電容量和較高的可靠性但其運行和繼電保護(hù)比較復(fù)雜。三、電網(wǎng)方案的技術(shù)經(jīng)濟比較方案的技術(shù)和經(jīng)濟兩方面的分析比較。技術(shù)比較主要計算方案的技術(shù)指標(biāo)，校驗方案是否可行。分析內(nèi)容包括潮流計算、安全校驗計算、短路電流計算，在涉及高壓遠(yuǎn)距離輸電情況時還要進(jìn)行各種運行方式下的穩(wěn)定計算。四、導(dǎo)線與電纜的選擇導(dǎo)線與電纜的選擇，包括結(jié)構(gòu)、型號的選擇及導(dǎo)線截面的選擇，重點是導(dǎo)線截面的選擇。1、選擇導(dǎo)線和電纜的截面應(yīng)考慮以下因數(shù)：1、經(jīng)濟問題2、發(fā)熱問題3、電壓損失問題4、線路的機械強度問題2、按經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)線截面當(dāng)輸電線路輸送電時會產(chǎn)生電損耗。此損耗的大小及相應(yīng)的費用與導(dǎo)線及電纜的截面有關(guān)。增大導(dǎo)線截面雖然可以使電能損耗費用減小，卻增加了線路的投資。因此總可以找到一個理想的截面使整體費用最小。這一導(dǎo)線截面稱為經(jīng)濟截面，與此經(jīng)濟截面對應(yīng)的導(dǎo)線電流密度稱為經(jīng)濟電流密度。3、按允許電壓損耗選擇導(dǎo)線截面當(dāng)線路輸送電力一定時，導(dǎo)線截面愈小則因線路的電阻和電抗愈大，從而使線路的電壓損耗也愈大。對于10kV及以下的電網(wǎng)而言，其負(fù)荷小而分散，在每個負(fù)荷點裝設(shè)調(diào)壓設(shè)備顯然不合理。因此，往往用電壓損耗作為控制條件選擇配電網(wǎng)的導(dǎo)線截面。設(shè)計規(guī)程規(guī)定，對135kV配電線路自供電的母線至線路末端最大電壓損耗不得超過5%。對35kV以上的電網(wǎng)依靠無工補償?shù)日{(diào)壓手段來滿足電壓質(zhì)量最合理。4、按允許載流量、電暈和機械強度校驗導(dǎo)線截面1、按允許載流量校驗導(dǎo)線截面為了保證架空線路的安全可靠運行，導(dǎo)線的溫升應(yīng)限制在一定允許范圍內(nèi)。允許載流量是根據(jù)熱平衡條件確定的導(dǎo)線長期允許通過的電流，有時也稱為線路的熱極限輸送能力。52、按電暈校驗導(dǎo)線截面高壓輸電線路產(chǎn)生電暈會引起電能損耗、導(dǎo)線腐蝕、無線電干擾等。為了避免電暈現(xiàn)象，導(dǎo)線截面（或外徑）不能過小。在設(shè)計輸電線路時，應(yīng)校驗所選導(dǎo)線能否滿足在晴朗天氣不發(fā)生電暈現(xiàn)象的要求。3、按機械強度校驗導(dǎo)線截面架空線路在運行時要承受機械負(fù)載，此外還應(yīng)考慮在一定偶然載荷情況下具有適當(dāng)?shù)倪^載能力，這就要求導(dǎo)線截面不能過小。例如，一般銅導(dǎo)線及鋼芯鋁絞線的截面不能小于25平方毫米，而鋁及鋁合金導(dǎo)線的截面不能小于35平方毫米。五、變壓器的選擇變壓器選擇包括變壓器臺數(shù)、容量、及型式的選擇。1、變壓器的負(fù)荷能力變壓器的負(fù)荷能力與變壓器的額定容量具有不同的意義。變壓器的額定容量即銘牌上所標(biāo)容量是指在規(guī)定的環(huán)境溫度及冷卻條件下，按該容量進(jìn)行時變壓器具有經(jīng)濟合理的效率和正常使用的壽命年限。變壓器的負(fù)荷能力是在一段時間內(nèi)所能輸出的功率，該功率可能大于變壓器的額定容量。負(fù)荷能力的大小和持續(xù)時間根據(jù)一定運行情況和決緣老化等條件決定。因此，利用等值老化原則可以使變壓器在一定時間間隔內(nèi)所損失的壽命為一常數(shù)。這就是確定變壓器負(fù)荷能力的基本依據(jù)。2、變壓器臺數(shù)及容量的選擇變電站主變壓器的臺數(shù)對主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)有直接影響。在確定變壓器容量時應(yīng)考慮兩個因數(shù)：即負(fù)荷增長因數(shù)及變壓器過負(fù)荷因數(shù)。在確定變壓器容量時應(yīng)注意變壓器過負(fù)荷能力，應(yīng)考慮以下因數(shù)：1變壓器所帶負(fù)荷的負(fù)荷曲線；2變壓器的冷卻方式；3變壓器周圍環(huán)境的氣象條件；4冬季和夏季的負(fù)荷曲線差異等。3、變壓器類型的選擇變壓器類型選擇包括確定變壓器的相數(shù)、繞組數(shù)、繞組的接線方式，以及是否需要帶負(fù)荷調(diào)壓等6在電力系統(tǒng)中為了簡化配電裝置，減少占地面積，應(yīng)盡可能選用三相變壓器。只有在特大型變電站，由于變壓器容量過大而發(fā)生制造困難或運輸困難時，才考慮采用單相變壓器組連接成三相變壓器。同樣道理，當(dāng)變電站有三極電壓時，例如220/110/10kV，只要任何一級電壓繞組的容量不小于其它繞組容量的15%，則應(yīng)選擇三繞組變壓器，以減少變壓器臺數(shù)，簡化配電裝置。此外，在選擇變壓器時，還必須考慮是否采用帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器。一般，對用戶電壓質(zhì)量要求較高的終端變電站，以及潮流變化較大從而電壓波動較大的樞紐變電站應(yīng)考慮裝設(shè)帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器。六、電氣設(shè)備選擇的基本原則電力系統(tǒng)是由各種電器設(shè)備按需要組合而成的，為了保證電力系統(tǒng)的安全運行和可靠地向用戶供電，必須正確選擇電氣設(shè)備。在選擇電氣設(shè)備時，除了把額定電壓、額定電流等作為選擇的依據(jù)外，為了保證設(shè)備在系統(tǒng)故障情況下通過最大可能的短路電流時不致遭受損壞，應(yīng)按短路電流所產(chǎn)生的電動力及熱效應(yīng)對電器設(shè)備進(jìn)行校驗。因此按正常運行條件進(jìn)行選擇，按短路條件進(jìn)行校驗是選擇電氣設(shè)備的一般原則。1、按正常工作條件選擇電氣設(shè)備按正常工作條件選擇電氣設(shè)備應(yīng)滿足下述五個條件1、電壓條件2、電流條件3、機械負(fù)載4、環(huán)境條件5、環(huán)保條件2、按短路情況校驗電力系統(tǒng)不可避免的會發(fā)生各種故障，其中尤以各種短路故障對電氣設(shè)備的危害最大。因此，在按照上述正常運行條件選擇電氣設(shè)備后，還比須按其最大可能通過的短路電流進(jìn)行熱穩(wěn)定的校驗。校驗一般按最嚴(yán)重的短路情況三相短路進(jìn)行校驗。1、短路的熱穩(wěn)定校驗通常把載流導(dǎo)體和電器經(jīng)受短路電流的熱效應(yīng)而不致?lián)p壞的能力稱為熱穩(wěn)定性。2、短路電流的動穩(wěn)定校驗7電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，導(dǎo)體通過很大的短路電流，引起巨大的電動力。如果導(dǎo)體的機械強度不夠?qū)?dǎo)致導(dǎo)體變形或設(shè)備損壞。為了安全運行，在選擇電氣設(shè)備時必須考慮設(shè)備具有承受短路情況下電動力作用而不致?lián)p壞的能力。這種能力稱為電氣設(shè)備在短路時的動穩(wěn)定性。3、短路計算條件短路電流計算是校驗電氣色被的根據(jù)，計算應(yīng)選取最嚴(yán)重的故障情況。在進(jìn)行短路電流計算時應(yīng)考慮以下條件：1、計算電流所用的電路圖應(yīng)為導(dǎo)體和電氣設(shè)備裝設(shè)處可能發(fā)生最大電流時的正常接線方式。同時還應(yīng)兼顧導(dǎo)體或電氣設(shè)備投入運行后電力系統(tǒng)的發(fā)展情況。2、計算短路電流時一般按三相短路考慮。如果單相或兩相線路比三相線路嚴(yán)重時，則應(yīng)按最嚴(yán)重的情況校驗。3、計算時短路點應(yīng)按導(dǎo)體和電氣設(shè)備處最嚴(yán)重情況選擇。4、正確估計線路切除時間。通常，短路計算時間由繼電保護(hù)動作時間和斷路器的切斷時間之和來決定。七、電氣設(shè)備的選擇1、母線的選擇母線有封閉式和敞露式兩類。封閉式母線可根據(jù)制造廠提供的有關(guān)參數(shù)，按電氣設(shè)備選擇的一般條件進(jìn)行選擇和校驗。敞露式母線的選擇和設(shè)計比較復(fù)雜，應(yīng)選擇其導(dǎo)線材料、導(dǎo)體類型、敷設(shè)方式以及導(dǎo)體截面，并應(yīng)對電暈、熱穩(wěn)定及動穩(wěn)定等進(jìn)行校驗。(1)、母線的選型母線常用的材料有銅和鋁兩種。銅的電阻率低，抗腐蝕性強，機械強度大，是較好的導(dǎo)體材料，但價格較貴。因此，銅母線一般用于持續(xù)工作電流大，且位置特別狹窄的發(fā)電機、變壓器出線處或有嚴(yán)重腐蝕的場合。鋁的電阻率為銅的1.72倍價格較低，是我國電力系統(tǒng)中母線的主要材料。母線的截面形狀應(yīng)保證散熱良好，機械強度高，趨膚效應(yīng)系數(shù)盡可能小。此外在選擇母線形狀時還應(yīng)考慮安裝簡單和連接方便等問題。常見的母線截面形狀有矩形、雙槽形、菱形和管形等。(2)、母線截面的選擇8選擇母線截面可按導(dǎo)體長期發(fā)熱允許電流選擇截面，也可按經(jīng)濟電流密度選擇截面并按電暈條件進(jìn)行校核等2、斷路器及隔離開關(guān)的選擇斷路器和隔離開關(guān)書與開關(guān)電器是變電站的重要組成部分。斷路器應(yīng)根據(jù)安裝地點、環(huán)境及使用條件等選擇其種類和形式。少油斷路器價格低、維護(hù)簡單，故在3220kV電壓等級得到廣泛應(yīng)用；對于110330kV電壓等級的配電裝置而言，當(dāng)少油斷路器的技術(shù)性能難以滿足要求時，可選用壓縮空氣斷路器。隔離開關(guān)的形式較多，按安裝地點可分為屋內(nèi)式和屋外式，按安裝方式可分為單柱式、雙柱式和三柱式。隔離開關(guān)的選擇對配電裝置的布置及占地面積有很大影響，故其選型應(yīng)根據(jù)配電裝置的特點并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定。3、高壓熔斷器的選擇熔斷