智能變電站是實現(xiàn)堅強智能電網(wǎng)建設發(fā)展的重要組成部分，它涉及多學科理論和多領域技術。為加快智能變電站實用技術的推廣，有必要編寫一套綜合性強且便于不同專業(yè)理解的《智能變電站實用技術叢書》。該叢書對智能變電站一、二次設備的基本原理、關鍵技術、工程應用、試驗調(diào)試、運維檢修等內(nèi)容進行了系統(tǒng)性闡述與經(jīng)驗總結，凝聚了編寫單位及人員在智能變電站實用技術研究與實踐方面的成果與心得，以期對智能變電站推廣建設起到一定的促進作用。本書為《智能變電站實用技術叢書 智能高壓開關設備分冊》，共分為4 章，包括概述、集成式隔離斷路器、智能GIS、展望，并以設備整體結構、特點、分類、應用效果、關鍵技術、工程方案、檢測調(diào)試、運維檢修為重點系統(tǒng)介紹了智能變電站高壓開關類設備的整體情況，對推動我國智能變電站一次智能設備的理論研究、技術應用和工程建設具有重要的參考價值。本書可供從事高壓開關類設備等領域的研究、設計人員閱讀，也可供高等院校相關專業(yè)的師生參考。
一套綜合性強且便于不同專業(yè)理解的《智能變電站實用技術叢書》
前 言
智能電網(wǎng)是傳統(tǒng)電網(wǎng)與現(xiàn)代傳感測量技術、通信技術、計算機技術、控制技術、新材料技術高度融合而形成的新一代電力系統(tǒng)。變電站是電網(wǎng)的基礎節(jié)點，是重要的參量采集點和管控執(zhí)行點，因此變電站智能化是建設智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)。近年來，我國智能變電站的建設穩(wěn)步推進，相應技術不斷發(fā)展，智能變電站采用可靠、經(jīng)濟、集成、環(huán)保的設計理念，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡化、信息共享標準化、系統(tǒng)功能集成化、結構設計緊湊化、高壓設備智能化和運行狀態(tài)可視化等技術特征為基礎，支持電網(wǎng)實時在線分析和控制決策，進而提高電網(wǎng)整體的運行可靠性與經(jīng)濟性。
2009 年開始，國家電網(wǎng)有限公司先后啟動了兩批智能變電站的試點工程建設，覆蓋66～750kV 電壓等級，2011 年國家電網(wǎng)有限公司新建智能變電站由試點建設轉入全面建設階段，2013 年開始又先后啟動了三批新一代智能變電站示范工程建設，標志著我國智能變電站發(fā)展進入高速階段。截至2017 年年底，共建成投運新建智能變電站4900 座，預計到2020 年，國家電網(wǎng)有限公司新建智能變電站將達到8000 余座。智能變電站的設計與建設提高了大電網(wǎng)運行穩(wěn)定性及控制靈活性，增強了變電站與電網(wǎng)協(xié)同互動能力，進一步提升了我國變電站建設與裝備研制水平。變電站的基本構成包括一次系統(tǒng)、二次系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)。一次系統(tǒng)包括電氣主接線、配電裝置、主設備，其中主設備包括電力變壓器、斷路器、隔離開關、互感器、無功補償設備、避雷器、氣體絕緣金屬封閉開關設備（Gas Insulated Switchgear，GIS）組合電器、開關柜等，主接線是主設備的功能組合，配電裝置是主設備在場地的空間布置。二次系統(tǒng)包括繼電保護系統(tǒng)、變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)、故障記錄分析系統(tǒng)、時鐘同步系統(tǒng)、計量系統(tǒng)等。輔助系統(tǒng)包括站用交直流電源系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、火災報警及消防系統(tǒng)、防盜保衛(wèi)系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等。為總結、梳理、深化、推介智能變電站中各類智能設備、系統(tǒng)的選型、設計、運維、調(diào)試等實用化技術知識，本套叢書選擇了智能變電站內(nèi)具有代表性的集成式隔離斷路器、智能氣體絕緣金屬封閉開關設備（智能GIS）、電子式互感器、層次化保護控制系統(tǒng)、過程層合并單元智能終端、變電站時鐘同步對時系統(tǒng)、智能變壓器、智能中壓開關柜、預制艙式組合設備等典型智能設備/系統(tǒng)，分別闡述了各個設備/系統(tǒng)的原理結構、關鍵技術、工程應用、試驗調(diào)試、運維檢修，供讀者有針對性地使用。
本書為《智能變電站實用技術叢書 智能高壓開關設備分冊》。隨著信息技術、新型材料的不斷進步，以高壓斷路器以及氣體絕緣金屬封閉開關（GIS）為代表的高壓開關設備智能化程度不斷提升，使電網(wǎng)供電可靠性提高、監(jiān)測能力增強、故障后恢復供電速度加快、運行維護更加經(jīng)濟便捷，并能及時、有效、自動地完成各種功能控制。集成式隔離斷路器、智能GIS 是智能高壓開關設備的典型代表。其中集成式隔離斷路器實現(xiàn)了斷路器、隔離開關、接地開關、電流互感器等傳統(tǒng)設備的高度集成，具有智能化操作、一體化運行、便捷化維護等特點，代表著戶外空氣絕緣開關（Air Insulated Switchgear，AIS）高壓開關設備技術發(fā)展趨勢；智能GIS 結合了傳統(tǒng)GIS 設備與先進的傳感器及智能組件，能夠實現(xiàn)開關設備的智能化控制、運行及狀態(tài)評估等功能，在安全、可靠、高效運行的基礎上，為電網(wǎng)提供了更加豐富的數(shù)字化信息。本書以智能變電站研究、設計、建設、運維階段的工作成果為基礎，對兩種開關設備的功能結構、關鍵技術、工程方案、試驗檢測、運行維護等內(nèi)容進行了較為詳細的闡述和分析，力求通過給出豐富全面的設備信息及典型應用實例，為讀者提供有益參考。
全書共分4 章，第1 章介紹了高壓開關設備的發(fā)展趨勢、基本組成、技術特點、應用現(xiàn)狀等，闡述了智能電網(wǎng)新形勢下對高壓開關設備的發(fā)展要求；第2 章詳細介紹了集成式隔離斷路器的發(fā)展歷程、基本結構、關鍵技術、工程應用、試驗調(diào)試、運維檢修等，通過與傳統(tǒng)斷路器對比分析，說明了集成式隔離斷路器的結構設計特點，闡述了其在可靠性、經(jīng)濟性方面的優(yōu)勢，以及在試驗調(diào)試、運維檢修等方面的特殊要求；第3 章介紹了智能GIS 的發(fā)展歷史、基本結構、關鍵技術、工程應用、試驗調(diào)試、運維檢修等，突出其在集成化、數(shù)字化、智能化方面的技術革新，并對智能GIS 調(diào)試、運維和檢修方面的技術要求進行詳細說明；第4 章展望了未來智能高壓開關設備技術發(fā)展路線，指出智能機構、專家診斷系統(tǒng)、固態(tài)電力電子開關、超高壓真空斷路器、環(huán)保氣體絕緣高壓開關等未來技術發(fā)展。本書突出實用技術，編著過程中力求由淺入深、簡明扼要地介紹智能高壓開關設備的原理及現(xiàn)場應用的相關知識。本書主要為從事智能變電站研究、設計、調(diào)試、運行的人員提供實用技術知識，也可為廣大高校和科研人員提供參考。
本書由國網(wǎng)經(jīng)濟技術研究院有限公司組織編寫，國網(wǎng)湖北省電力有限公司、中國能源建設集團遼寧電力勘測設計院有限公司、平高集團有限公司、北京ABB 高壓開關設備有限公司、西安西電高壓開關有限責任公司、山東泰開高壓開關有限公司、國網(wǎng)河南省電力公司等單位參與編寫，并得到了國家電網(wǎng)有限公司的大力支持，在此表示由衷的感謝。由于編者水平有限，書中難免存在不妥之處，敬請讀者諒解并提出寶貴意見。
編 者
2018 年12 月
主編宋璇坤。作者系國家電網(wǎng)公司科技領軍人才，享受政府特殊津貼，國家電網(wǎng)公司輸變電工程設計領域和電網(wǎng)規(guī)劃領域專家，曾擔任能源局特高壓示范工程專家組專家、電機工程學會運行與控制標委會和繼電保護標委會委員。作為項目負責人所完成的國家電網(wǎng)總體規(guī)劃設計項目2010年獲得國家電網(wǎng)公司科技進步特等獎，獲得1998年獲國家科技進步獎二等獎，此外曾獲多項省部級科技進步獎項；申請專利8項，發(fā)表論文20余篇，出版科技專著1部，典型設計手冊2部，翻譯科技專著1部。編寫組由11個設備制造商、14家電力運行、科研和設計單位30余名專家組成。審核組由國內(nèi)知名高校、科研院所、省市電力公司的20余名權威專家組成。
序
前言
第1章 概述 ·
1
1.1 智能變電站簡述 1
1.1.1 智能變電站技術特征 2
1.1.2 智能變電站發(fā)展需求
3
1.2 高壓開關設備的組成及發(fā)展趨勢
4
1.2.1 高壓開關設備的基本組成
4
1.2.2 傳統(tǒng)電網(wǎng)對高壓開關設備的要求
4
1.2.3 高壓開關設備的發(fā)展趨勢
5
1.3 智能高壓開關設備的組成及特點
7
1.3.1 智能高壓開關設備的基本組成
7
1.3.2 智能高壓開關設備的技術特點
10
1.3.3 智能高壓開關設備分合閘選相技術
13
1.4 智能高壓開關設備的技術現(xiàn)狀
15
1.4.1 關鍵技術
15
1.4.2 電子式互感器
16
1.4.3 集成式隔離斷路器
19
1.4.4 智能GIS
20
1.4.5 應用情況
21
第2章 集成式隔離斷路器
23
2.1 集成式隔離斷路器簡介
23
2.1.1 發(fā)展歷史
23
2.1.2 設備特點
25
2.1.3 設備分類
26
2.1.4 應用效果
27
2.2 集成式隔離斷路器的結構與關鍵技術
28
2.2.1 整體結構
29
2.2.2 隔離斷路器本體
32
2.2.3 集成電子式電流互感器
40
2.2.4 集成接地開關
46
2.2.5 智能組件
47
2.3 集成式隔離斷路器工程應用方案
54
2.3.1 主接線設計方案
54
2.3.2 技術參數(shù)及設備選型
57
2.3.3 配電裝置布置方案
59
2.3.4 電氣主接線可靠性分析
71
2.3.5 經(jīng)濟性分析
74
2.4 集成式隔離斷路器試驗與調(diào)試
77
2.4.1 型式試驗
80
2.4.2 出廠試驗
87
2.4.3 交接試驗
94
2.4.4 檢修試驗
98
2.5 集成式隔離斷路器運維與檢修
102
2.5.1 與傳統(tǒng)運維的區(qū)別
102
2.5.2 倒閘操作
103
2.5.3 設備巡視與維護
106
2.5.4 狀態(tài)評價
108
2.5.5 設備檢修
110
第3章 智能GIS
116
3.1 智能GIS 的簡介
116
3.1.1 發(fā)展歷史
116
3.1.2 設備特點
118
3.1.3 設備分類
120
3.1.4 應用效果
120
3.2 智能GIS 的結構與關鍵技術
121
3.2.1 元件組成與結構
121
3.2.2 斷路器
121
3.2.3 隔離開關和接地開關
125
3.2.4 電子式互感器
132
3.2.5 避雷器
136
3.2.6 終端元件
137
3.2.7 盆式絕緣子
138
3.2.8 母線及其伸縮節(jié)
139
3.2.9 智能控制柜
143
3.2.10 智能GIS 的關鍵技術
143
3.3 智能GIS 工程應用方案
167
3.3.1 主接線設計方案
167
3.3.2 技術參數(shù)及設備選型
167
3.3.3 GIS 的布置方式
170
3.3.4 GIS 組件配置要求
172
3.3.5 智能組件配置方案
174
3.4 智能GIS 試驗與調(diào)試
176
3.4.1 型式試驗
176
3.4.2 出廠試驗
186
3.4.3 交接試驗
187
3.4.4 檢修試驗
189
3.4.5 整體聯(lián)調(diào)
190
3.5 智能GIS 運維與檢修
191
3.5.1 設備操作
191
3.5.2 設備巡視與維護
192
3.5.3 狀態(tài)評價
196
3.5.4 設備檢修
197
第4章 展望
200
4.1 一、二次設備深度融合的智能機構
200
4.2 基于大數(shù)據(jù)的高壓開關設備專家診斷技術
201
4.3 基于電力電子器件的高壓直流快速開斷技術
202
4.4 超高壓真空斷路器及環(huán)保絕緣氣體高壓開關設備
203
附錄A 集成式隔離斷路器技術參數(shù)表
205
附錄B 智能GIS 技術參數(shù)表
211
附錄C 引用技術標準表
226
附錄D 縮略語
229
參考文獻
230
索引
233
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