电气设备的选型设计

电气设备的选型设计
（一）、高压电气设备选择的一般条件
• 电气设备选择是发电厂和变电所设计的主 要内容之一，在选择时应根据实际工作特 点，按照有关设计规范的规定，在保证供 配电安全可靠的前提下，力争做到技术先 进，经济合理。 • 为了保障高压电气设备的可靠运行，高压 电气设备选择与校验的一般条件，按正常 工作条件包括：电压、电流、频率、开断 电流等选择；按短路条件包括动稳定、热 稳定校验；按环境工作条件如温度、湿度 、海拔等选择。
• 3.） 短路关合电流的选择 • 在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障， 则在断路器合闸过程中，动、静触头间在未接触 时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更容易 发生触头熔焊和遭受电动力的损坏。且断路器在 关合短路电流时，不可避免地在接通后又自动跳 闸，此时还要求能够切断短路电流，因此，额定 关合电流是断路器的重要参数之一。为了保证断 路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电 流iNcl不应小于短路电流最大冲击值ich ， 即iNcl≥ich
• 当短路持续时间大于ls时，校验热稳定的等值计算时间tk 为继电保护动作时间tpr和相应断路器的全开断时间tab之 和，即 • tdz=tpr+tab • 而 tab=tin+ta • 式中tab——断路器全开断时间； • tpr——后备保护动作时间； • tin——断路器固有分闸时间，可查附表15； • ta——断路器开断时电弧持续时间，对少泊断路器为0.04 ～0.06s，对SF6和压缩空气断路器约为0.02～0.04s。 • 当短路持续时间小于ls时，校验热稳定的等值计算时间还 要计及短路电流非周期分量的影响，参见教材第六章。开 断电器应能在最严重的情况下开断短路电流，考虑到主保 护拒动等原因，按最不利情况，取后备保护的动作时间。 一般建议tdz不小于下列数据：330kV，2s；220kV，3s；6 ～110kV，4s。
• 由于各种高压电气设备具有不同的性能特点，选择与校验 条件不尽相同，高压电气设备的选择与校验项目见表1。
• 1、按正常工作条件选择高压电气设备 • （1.） 额定电压和最高工作电压 • 高压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷 的变化，常高于电网的额定电压，故所选电气设 备允许最高工作电压Ualm不得低于所接电网的最 高运行电压。 • 一般电气设备允许的最高工作电压可达1.1~1.15UN ，而实际电网的最高运行电压Usm一般不超过 1.1UNs因此在选择电气设备时，一般可按照电气设 备的额定电压的额定电压UN不低于装置地点电网 额定电压UNs的条件选择，即 • UN ≥UNs
• （2）. 额定电流 • 电气设备的额定电流IN是指在额定环境温度 下，电气设备的长期允许通过电流。IN应不 小于该回路在各种合理运行方式下的最大 持续工作电流Iw.max，即 • IN ≥Imax
• 计算时有以下几个应注意的问题： • （1）由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出 力保持不变，故其相应回路的Iw.max为发电机、调相机或 变压器的额定电流的1.5倍； • （2）若变压器有过负荷运行可能时， Imax应按过负荷确 定（1.3～2倍变压器额定电流）； • （3）母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或 变压器的Imax； • （4）出线回路的Iw.max除考虑正常负荷电流（包括线路 损耗）外，还应考虑事故时由其它回路转移过来的负荷。 • 此外，还应按电气设备的装置地点、使用条件、检修和运 行等要求，对电气设备进行种类(屋内或屋外)和型式的选 择。
220kV及以下各型配 电装置 屋 高型、硬母线布置 外 硬母线布置 20kV及以上中型配 电装置
双柱式，220kV及以下 V型，35~110kV 单柱式，220~500 kV 三柱式，220~500 kV
GW4 GW5 GW6 GW7
• • • • • • • •
3、互感器的选择 （1）电流互感器的选择 1）. 电流互感器一次回路额定电压和电流选择 电流互感器一次回路额定电压和电流选择应满足： UN1≥UNs IN1≥I.max 式中UN1、IN1——电流互感器一次额定电压和电流。 为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次侧额定电流应 尽可能与一次工作电流接近。 • 2）. 二次额定电流的选择 • 电流互感器二次额定电流有5A和1A两种，一般强电系统用 5A，弱电系统用1A。
• ２）．额定开断电流选择 • 在额定电压下，断路器能保证正常开断的最大短路电流称为额定开断 电流。高压断路器的额定开断电流INbr，不应小于实际开断瞬间的短 路电流周期分量Izt，即 • INbr≥Izt • 当断路器的INbr较系统短路电流大很多时，为了简化计算，也可用次 暂态电流I"进行选择即 • INbr≥I" • 我国生产的高压断路器在做型式试验时，仅计入了20%的非周期分量 20% 。一般中、慢速断路器，由于开断时间较长(>0.1s)，短路电流非周期 分量衰减较多，能满足国家标准规定的非周期分量不超过周期分量幅 值20%的要求。使用快速保护和高速断路器时，其开断时间小于0.1s ，当在电源附近短路时，短路电流的非周期分量可能超过周期分量的 20%，因此需要进行验算。短路全电流的计算方法可参考有关手册， 如计算结果非周期分量超过20%以上时，订货时应向制造部门提出要 求。 • 装有自动重合闸装置的断路器，当操作循环符合厂家规定时，其额定 开断电流不变。
• 2、按环境工作条件校验 • 在选择电气设备时，还应考虑电气设备安装地点 的环境（尤须注意小环境）条件，当气温、风速 、温度、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰 厚度等环境条件超过一般电气设备使用条件时， 应采取措施。 • 例如：当地区海拔超过制造部门的规定值时，由 于大气压力、空气密度和湿度相应减少，使空气 间隙和外绝缘的放电特性下降，一般当海拔在 1000~3500m范围内，若海拔比厂家规定值每升高 l00m，则电气设备允许最高工作电压要下降1%。 当最高工作电压不能满足要求时，应采用高原型 电气设备，或采用外绝缘提高一级的产品。对于 110kV及以下电气设备，由于外绝缘裕度较大，可 在海拔2000m以下使用。
• 当污秽等级超过使用规定时，可选用有利于防污的电瓷产 品，当经济上合理时可采用屋内配电装置。 • 当周围环境温度θ0和电气设备额定环境温度不等时，其长 期允许工作电流应乘以修正系数K，即
• 我国目前生产的电气设备使用的额定环境温度θN=40℃。 如周围环境温度θ0高于40℃(但低于60℃)时，其允许电流 一般可按每增高1℃，额定电流减少1.8%进行修正，当环 境温度低于40℃时，环境温度每降低1℃，额定电流可增 加0.5%，但其最大电流不得超过额定电流的20%。 • 应该指出，式（１）也适用于求导体的在实际环境温度下 的长期允许工作电流，此时公式中的θN一般为25℃。
• （2）隔离开关的选择 • 隔离开关选择及校验条件除额定电压、额 定电流、热稳定、动稳定校验外，还应注 意其种类和形式的选择，尤其屋外式隔离 开关的型式较多，对配电装置的布置和占 地面积影响很大，因此其型式应根据配电 装置特点和要求以及技术经济条件来确定 。
表2 隔离开关选型参考表
使用场合 屋内配电装置成套 高压开关柜
特 点 三级， 10kV以下 单极，大电流 3000~13000A
参考型号 GN2，GN6， GN8，GN19 GN10 GN11 GN18，GN22， GN2 GN14
屋 内 发电机回路、大电 流回路
三级，15kV，200~600A 三级，10kV，大电流 2000~3000A 单极，插入式结构，带封 闭罩20 kV， 大电流10000~13000A
• 3、按短路条件校验 • (1）. 短路热稳定校验` • 短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度 （或发热效应）应不超过允许值。满足热稳定的 条件为 • It2t≥I∞2tdz • 式中 It —由生产厂给出的电气设备在时间t秒内 的热稳定电流； • I∞—短路稳态电流值；（计算短路点选择通过电 器的短路电流为最大的那些点为短路计算点） • t—与It相对应的时间； • tdz—短路电流热效应等值计算时间。
• 3）. 电流互感器种类和型式的选择 • 在选择互感器时，应根据安装地点(如屋内、屋外)和安装方式( 如穿墙式、支持式、装入式等)选择相适应的类别和型式。选用 母线型电流互感器时，应注意校核窗口尺寸。 • 按安装地点：20KV及以下多为户内式；35KV及以上为户外式 • 按安装方式：穿墙式装在墙壁或金属结构的孔中，可节约穿墙 套管；支持式安装在平面或支柱上；装入式是套在35KV及以上 变压器或多油断路器油箱内的套管上。 • 按绝缘：干式用绝缘胶浸渍，适用于低压户内的电流互感器； 浇注式利用环氧树脂做绝缘，目前仅用于35KV及以上的电流互 感器；油浸式多为户外型。
• 3、高压断路器、隔离开关的选择 • （1）高压断路器的选择 • 高压断路器选择及校验条件除额定电压、额定电流、热稳定 、动稳定校验外，还应注意以下几点： • １）．断路器种类和型式的选择 • 高压断路器应根据断路器安装地点、环境和使用条件等要求 选择其种类和型式。由于少油断路器制造简单、价格便宜、 维护工作量较少，故在3~220kV系统中应用较广，但近年来 ，真空断路器在35kV及以下电力系统中得到了广泛应用，有 35kV 取代油断路器的趋势。SF6断路器也已在向中压10~35kV发展 ，并在城乡电网建设和改造中获得了应用。 • 高压断路器的操动机构，大多数是由制造厂配套供应，仅部 分少油断路器有电磁式、弹簧式或液压式等几种型式的操动 机构可供选择。一般电磁式操动机构需配专用的直流合闸电 源，但其结构简单可靠；弹簧式结构比较复杂，调整要求较 高；液压操动机构加工精度要求较高。操动机构的型式，可 根据安装调试方便和运行可靠性进行选择。
• 根据电流互感器的用途，确定电流互感器 的接线，选择单相或三相的；一个二次绕 组或两个二次绕组的。
• 4）. 电流互感器准确级的选择 • 为保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供 测量仪表的准确级。例如:装于重要回路(如发电机、调相 机、变压器、厂用馈线、出线等)中的电能表和计费的电 能表一般采用0.5～1级表，相应的互感器的准确级不应低 于0.5级，对测量精度要求较高的大容量发电机、变压器、 系统干线和500kV级宜用0.2级。供运行监视、估算电能的 电能表和控制盘上仪表一般皆用1～1.5级的，相应的电流 互感器应为0.5～1级。供只需估计电参数仪表的互感器可 用3级的。当所供仪表要求不同准确级时，应按相应最高 级别来确定电流互感器的准确级。
• ５）．二次容量或二次负载的校验 • 为了保证互感器的准确级，互感器二次侧 所接实际负载Z2l或所消耗的实际容量S2应 不大于该准确级所规定的额定负载ZN2或额 定容量SN2（ZN2及SN2均可从产品样本或有关 手册查到），即
• 按规程要求联接导线应采用不得小于1.5 mm2的铜 线，实际工作中常取2.5mm2的铜线。当截面选定 之后，即可计算出联接导线的电阻Rwi。 • 有时也可先初选电流互感器，在已知其二次侧连 接的仪表及继电器型号的情况下，利用式（11） 确定连接导线的截面积。 • 但须指出，只用一只电流互感器时电阻的计算长 度应取连接长度2倍，如用三只电流互感器接成完 全星形接线时，由于中线电流近于零，则只取连 接长度为电阻的计算长度。若用两只电流互感器 接成不完全星形结线时，其二次公用线中的电流 为两相电流之向量和，其值与相电流相等，但相 位差为60，故应取连接长度的/3倍为电阻的计算 长度。
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• (2). 电动力稳定校验 • 电动力稳定是电气设备承受短路电流机械 效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的 条件为 • ies≥ich • 或 Ies≥Ich • 式中 ich、Ich—短路冲击电流幅值及其有效 值； • ies 、Ies——电气设备允许通过的动稳定电流 的幅值及其有效值。
• 下列几种情况可不校验热稳定或动稳定： • （1）用熔断器保护的电器，其热稳定由熔 断时间保证，故可不校验热稳定。 • （2）采用限流熔断器保护的设备，可不校 验动稳定。 • （3）装设在电压互感器回路中的裸导体和 电气设备可不校验动、热稳定。