通过创新应用概率设计原理来现代化户外变电站设计

《IEEE Access》：Modernizing Outdoor Substation Design by the Novel Application of Probabilistic Design Principles

　　

摘要：

本文提出了一种针对额定电压超过45 kV的空气绝缘开关设备（AIS）变电站的结构化设计方法，特别适用于采用绞合柔性导体的配置。该方法基于对一次设备位置的严格三维评估，并结合使用概率框架协调确定相地间和相间绝缘间隙。间隙值是根据规定的绝缘耐受水平得出的，包括雷电冲击耐受水平（LIWL）、切换冲击耐受水平（SIWL）和工频（PF）耐受标准，确保与既定的绝缘协调原则一致。同时，该方法明确考虑了短路机电效应，以确保导体引起的力保持在连接设备的允许动态强度范围内，从而解决了传统设计实践中经常被忽视的关键问题。所提出的过程定义了一个有界的设计空间，在该空间内电气和机械要求可以同时得到满足，从而有效地实现变电站布局的优化。引入了一种用于间隙优化的数学公式，考虑了故障水平对允许设备间距的影响。初步结果表明，与传统确定性方法相比，空间效率得到了提高；通过适当应用与几何形状相关的间隙系数，协调概率间隙可以使间距减少多达28%，而不会影响可靠性。该框架还支持系统的设计合成和验证，并讨论了其应用于现有变电站电压升级的可行性。设备尺寸参数的定义在正文中提供。