电气一次部分设计指导书

电气一次部分设计指导书

文才编

工程技术高等专科学校电气工程系

2004年6月

一、短路电流计算

（一）短路电流计算条件

为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期适应电力系统发展的需要，作校验用的短路电流应按下列条件确定。

（1）容量和接线按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划（一般为本工程建成后5～10年）：其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式。（如切换厂用变压器时的并列）。

（2）短路种类一般按三相短路验算，若其他种类短路较三相短路严重时，即应按最严重的情况验算。

（3）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。

（二）短路电流计算方法

短路电流计算方法参见《电力系统故障》一书，在本设计中，电力系统可看作是无穷大系统。

（三）短路计算时间

当短路持续时间大于ls时，校验热稳定的等值计算时间t k为继电保护动作时间t pr和相应断路器的全开断时间t ab之和，即

t dz=t pr+t ab

而t ab=t in+t a

式中t ab——断路器全开断时间；

t pr——后备保护动作时间；

t in——断路器固有分闸时间，可查附表15：

t a——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t dz不小于下列数据：330kV，2s：220kV，3s：6～110kV，4s。

二、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容之一，在选择时应根据实际工作特点，按照按照有关设计规的规定，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有，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。

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。

表1高压电气设备的选择与校验项目

注：表中"√"为选择项目，" ○"为校验项目。

（一）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U alm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1.1~1.15U N，而实际电网的最高运行电压U sm一般不超过1.1U Ns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U N不低于装置地点电网额定电压UNs的条件选择，即

U N ≥U Ns

2. 额定电流

电气设备的额定电流I N 是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许通过电流。I N 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I w.max ，即

I N ≥I max

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I w.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， I max 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I max ； （4）出线回路的I w.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(屋或屋外)和型式的选择。

（二）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 围，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

I alθ=N N

N I KI θθθθ--=

max 0

max （１）

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℃。

（三）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

I t2t≥I∞2t dz

式中I t—由生产厂给出的电气设备在时间t秒的热稳定电流。

I∞—短路稳态电流值。

t—与I t相对应的时间。

t dz—短路电流热效应等值计算时间。

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

i es≥i ch

或I es≥I ch

式中i ch、I ch—短路冲击电流幅值及其有效值；

i es、I es——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。

（三）高压断路器、隔离开关、重合器和分段器的选择

（一）高压断路器的选择