发电厂电气设备的选择及其校验

1、变电所电气设备的选择及其校验徐芹芹摘要：通过对变电通过对变电所电气设备的构成介绍，了解变电所电气设备的选择原则以及校验过程。电压互感器和电流互感器，它们的工作原理和变压器相似，它们把高电压设备和母线的运行电压、大电流即设备和母线的负荷或短路电流按规定比例变成测量仪表、继电保护及控制设备的低电压和小电流。变压器是变电所的主要设备，电压高低与绕组匝数成正比，电流则与绕组匝数成反比。开关设备，它包括断路器、隔离开关、负荷开关、高压熔断器等都是断开和合上电路的设备。用来限制短路电流的限流电抗器一般选用NKL系列铝线电抗器或FFL系列铝线分裂电抗器。变电所还装有防雷设备，主要有避雷针和避雷器。关键词：变

2、电所；隔离开关；母线；绝缘子；电抗器；变压器；断路器；高压熔断器: 电压互感器:电流互感器.前言：变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。同时变电所是把一些设备组装起来，用以切断或接通、改变或者调整电压，在电力系统中，变电所是输电和配电的集结点，变电所主要分为：升压变电所，主网变电所，二次变电所，配电站。 变电所是电力系统中变换电压、接受和分

3、配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。一、组成变电所的电气设备1.1电气一次设备：1.1.1变压器变压器是变电所的主要设备，分为双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器即高、低压每相共用一个绕组，从高压绕组中间抽出一个头作为低压绕组的出线的变压器。电压高低与绕组匝数成正比，电流则与绕组匝数成反比。变压器按其作用可分为升压变压器和降压变压器。前者用于电力系统送端变电所，后者用于受端变电所。变压器的电压需与电力系统的电压相适应。为了在不同负荷情况下保持合格的电压有时需要切换变压器的分接头。1.1.2断路器断路器按其使用范围分为高压断路器和低压断路器，高低

4、压界线划分比较模糊，一般将3kV以上的称为高压电器。 低压断路器又称自动开关，俗称空气开关也是指低压断路器，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。1.1.3互感器互感器分为电流互感器和电压互感器，它们既是电力系统中一次系统与二次系统间的联络元件，同时也是隔离元件。它们将一次系统的高电压、大电流，转变为低电压、小电流，供测量、监视、控制及继电保护使用1.1.4限流电抗器限流电抗器一般用

5、于配电线路。从同一母线引出的分支馈线上往往串有限流电抗器，以限制馈线的短路电流，并维持母线电压，不致因馈线短路而致过低。、限流电抗器、避雷针、电压互感器、电流互感器等等。1.1.5隔离开关隔离开关是高压开关电器中使用最多的一种电器，顾名思义，是在电路中起隔离作用的它本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。刀闸的主要特点是无灭1.6母线为了汇集、分配和传输电能，常常需要设置母线。变电所的母线分为发电机出口母线、发电机电压（汇流）母线和升高电压（汇流）母线。1.1.6母线为了汇集、分配和传输电能，常常需要设置母线。变电所的

6、母线分为发电机出口母线、发电机电压（汇流）母线和升高电压（汇流）母线。1.1.7高压熔断器高压熔断器应根据额定电压、额定电流、型式种类、开断电流、保护的选择性等进行选择。1.1.8防雷保护装置变电站还装有防雷设备，主要有避雷针和避雷器。避雷针是为了防止变电站遭受直接雷击将雷电对其自身放电把雷电流引入大地。1.1.9绝缘子绝缘子是一种特殊的绝缘控件，能够在架空输电线路中起到重要作用。1.2电气二次设备：1.2.1电流表用于测量电路中电流大小的一种仪器。1.2.2电压表用于测量电路中电压大小的一种仪器。1.2.3有/无功功率表通过面板按键整定PT参数和CT参数，直接显示系统一次侧运行动率，能直接取

7、代传统的指针表。1.2.4功率因数表1.2.5蓄电池1.2.6浮充放电装置1.2.7各种继电保护及自动装置等等。二、变电所主要的选择原则2.1导体和电器的选择设计导体和电器的选择设计，同样必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。导体和电器应按正常运行情况选择，按短路条件验算其动、热稳定，并按环境条校核电器的基本使用条件。注：PN、UN、IN等都为设备本身的额定值。各标量的单位为：I（A）、U（KV）、P（KW）、S（KVA）。（1）验算导体和电器时，所用短路电流的有关规定见节（短路电流）（2）验算导体

8、和110KV以下电缆短路热稳定时，所用的计算时间，一般采用主保护的动作时间加相应的断路器全分闸时间。电器和110KV及以上充油电缆的短路电流计算时间，一般采用后备保护动作时间加相应的断路器全分闸时间。断路器全分闸时间包括断路器固有分闸时间和电弧燃烧时间。(3)验算短路热稳定时，导体的最高允许温度见下表 2.2导体和电器选择和校验项在选择导体和电器时，一般按下表所列各项进行选择和校验。选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压和过电流的情况下保持正常运行。(1)长期工作条件电压选用的电器在允许最高工作电压Umax不低于该回路的最高运行电压Ug,即UmaxUg电流选用的电器额定电流In不得低

9、于所在回路在各种可能方式下的持续工作电流即IgnIg(2) 短路稳定条件校验的一般原则（1) 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动稳定校验。校验的短路电流一般取三相时的短路电流，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器回路中的的单相、两相接地短路较三相严重时，则按严重情况校验。（2)用熔断器保护的电器可不校验热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定。有熔断器的电压互感器，可不验算动、热稳定。短路的热稳定条件：It瞭I瞭dzIt -t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值(kA)t-设备允许通过的热稳定电流时间(s)校验短路热稳定所用的计算时间tdz短路的动稳定计算：Im

10、ax IchIch短路冲击电流峰值（kA）Imax电器允许的极限通过电流峰值（kA）三、各种电气设备的选择3.1变压器3.1.1要调查用电地方的电源电压，用户的实际用电负荷和所在地方的条件；然后参照变压器铭牌标示的技术数据逐一选择，一般应从变压器容量、电压、电流及环境条件综合考虑，其中容量选择应根据用户用电设备的容量、性质和使用时间来确定所需的负荷量，以此来选择变压器容量。在正常运行时，应使变压器承受的用电负荷为变压器额定容量的7590左右。运行中如实测出变压器实际承受负荷50小于时，应更换小容量变压器，如大于变压器额定容量应立即更换大变压器。变压器的主要作用是传输电能，额定容量是它的主要参数

11、。选择变压器需要注意的就是选择变压器的额定容量。3.1.2在选择变压器根据线路电源决定变压器的初级线圈电压值，根据用电设备选择次级线圈的电压值，最好选为低压三相四线制供电。这样可同时提供动力用电和照明用电。对于电流的选择要注意负荷在电动机起动时能满足电动机的要求（因为电动机起动电流要比下沉运行时大47倍）。3.2断路器首先根据额定电压选，额定电压要一致。断路器的额定电流要大于等于所用电路的额定电流。断路器的额定开断电流要大于等于所用电路的短路电流。根据环境条件选，如海拔、温度、湿度，选择符合要求的断路器。根据品牌选质量、性价比较高的断路器。对特殊开断情况，进行校验断路器。 然而不同的负载应选用

12、不同类型的断路器， 配电(线路)、电动机和家用等的过电流保护断路器，因保护对象(如变压器、电线电缆、电动机和家用电器等)的承受过载电流的能力(包括电动机的起动电流和起动时间等)有差异，因此，选用的断路器的保护特性也是不同的。3.3母线母线的材料为铜和铝。母线截面的选择应以母线长期允许导通电流为准，总母线（汇流排）以各分支母线电流之和进行选择，分支母线以被连接支路额定电流为准进行选择。母线选择包括：3.3.1确定母线的材料、截面形状、布置方式3.3.1.1母线的材料常用的母线有铜、铝和铝合金三种。痛的电阻率最低，耐腐蚀性好，机械强度高，是很好的母线导体材料。但铜的价格高，用途广，且我国铜的储存量

13、有限，因此，铜材料一般限于在母线持续电流大，布置尺寸特别受限制或母线周围污秽对铝腐蚀较大而铜腐蚀较 6轻的场所使用。3.3.1.2母线的结构母线的结构和截面积形状取决于母线的工作特点。正常工作时，发电机电压母线工作电压较低，但持续工作电流较大，大中型发电机母线的工作电流一般在几千到上万安培，突出的问题是散热和短路时的动稳定问题。为了有利于散热和保证短路时母线的动稳定，发电机电压母线通常采用硬裸母线。通常的硬裸母线的截面形状有矩形、槽形和管形。矩形母线散热好，安装连接方便。但它的集肤效应系数大，为了不浪费母线材料，单条矩形母线的最大截面一般不超过1250mm。槽形母线的截流量大，集肤效应系数小，

14、机械强度高，一般适用于母线工作电流2000-4000A的回路中。管形母线的集肤效应系数最小，机械强度高，还可以采用管内通水或通风的冷却措施，因此，当母线工作电流超过8000A时，常采用管形母线。3.3.1.3母线的布置方式母线采用何种布置方式，应根据母线的工作电流大小，短路电流电动力的大小，以及配电装置的具体情况而定。3.3.2选择母线的截面面积3.3.2.1按最大长期工作电流密度选择3.3.2.2按经济电流密度选择根据确定的母线材料和最大负荷年利用小时按下式计算母线的经济截面积IgJSeTmax；式中IgSe=(mm2) 正常工作时的母线回路的最大长期工作电流，A。按经济电流密度选择的母线截

15、面，通常会大于按最大长期工作电流选择的截面，同时，其允许截流量还应大于特殊运行方式下可能出现的短时过负荷值。3.3.3校验母线的动稳定和热稳定满足热稳定要求的母线最小截面积仍按下式求得，即Smin=mm2)S³Smin 只要实际选用的母线截面积，母线便是热稳定的。3.3.4对重要的和大电流的母线，校验器共振频率3.3.5对于110kv及以上的母线，还应校验能否发生电晕。母线不发生电晕的条件是母线相电压要低于电晕起始电压：£Ucr式中UcrUN 母线的线电压，KV; 电晕起始电压，KV；3.4绝缘子支柱绝缘子应按安装地点和额定电压选择，并进行短路动稳定校验3.5电抗器3.5.

16、1按额定电压选择一般选择电抗器额定电压与安装处电网额定电压相同。3.5.2按额定电流选择选择电抗器的额定电流必须大于可能流过电抗器的最大长期工作电流。电抗器基本设有过载能力，选择时应有适度裕度。3.6隔离开关选择型式；选择额定电压；选择额定电流；校验动稳定。3.7电流互感器选择电流互感器时：首先要根据装设地点、用途等具体条件确定互感器的机构类型、准确等级、额定电流比KL；其次要根据互感器的额定容量和二次负荷计算二次电路连接导线的截面积；最后校验其动稳定和热稳定。3.8高压熔断器保护电压互感器的高压熔断器：保护电压互感器的高压熔断器，一般选择RN2型，其额定电压应高于或等于所在电网的额定电压（但

17、限流式则只能等于电网电压），额定电流通常均为0.5A。保护一般回路的熔断器： 熔体的额定电流应为回路负荷电流的1.5-2.5倍 熔断器的额定电流应大于熔体的额定电流。 上、下级熔断器的安-秒特性要互相配合。四、母线的选择及校验过程4.1母线的选择及校验原则（1）选型载流导体一般都采用铝质材料，工业上常用的硬母线为矩形、槽形和管形。矩形母线散热好，有一定的机械强度，便于固定连接，但集肤效应系数大，一般只用于35kv及以下，电流在4000A及以下的配电设备中;槽形母线机械强度较好，载流量大，集肤效应系数小，一般用于4000-8000A配电装置中；管形母线集肤效应系数小，机械强度高，管内可以通水和通

18、风，可用于8000A以上的大电流母线，另外，由于圆管形表面光滑，电晕放电电压高，可用于110及以配电装置母线。110kv及以上高压配电装置，一般采用软导线。当采用硬导体时，宜用铝锰合金管形导体。（2）截面选择 软母线的截面选择：按照经济电流密度选择的母线都能满足导体长期发热条件，故按经济电流密度选择： S=Igmax/JIgmax-正常工作时的最大持续工作电流J-经济电流密度。对应不同种类的导体和不同的最大负荷利用小时数 Tmax，将有不同取值。 硬母线的截面选择：硬母线一般用于电压较低的配电装置中，所以，可以按最大持续工作电流选择导线截面积： IgmaxKII-相应于某一母线布置方式和环境温

19、度为+25oC时的导体长期允许载流量。 K-温度修正系数。（3）热稳定校验Smin=mm2)S³Smin 只要实际选用的母线截面积，母线便是热稳定的。C-热稳定系数。与导体材料及温度有关。（4）200MW及以上大容量发电机的引出线装置设置：200MW及以上大容量发电机引出线母线，厂用分支母线和电压互感器分支母线等，为 9了避免相间短路，提高运行的安全可靠性和减少母线电流对临近钢构的感应损耗发热，一般采用全连式分相封闭母线，与封闭母线配套供应的电压互感器；避雷器和电容器等，分别装在分相封闭式的金属柜内，一般为抽屉式的，发电机中性点设备。（电压互感器和接地电阻等）并装设在单独的封闭金属柜

20、内，因此，这种具有分相封闭母线的发电机引出线装置的布置与一般中小型发电机采用敞露母线的引出线装置有很大的区别。首先，由于分相封闭母线及其配套设备的带电部分均被封闭在金属保护外壳内，而金属外壳是接地的，不会引起人员触电的危险。因而一般都是敞开布置；取消复杂的发电机出线小室。简化了土建结构和便于施工安装，也改善了运行条件。其次，由于分相封闭母线及其配套设备是由封闭母线制造厂成套加工制造，再由现场组装连接起来的，因此易于保证质量，提高了长期运行的安全可靠性，减少了工作量。4.2 型号的选择4.2.1 220KV母线的选择和校验采用经济电流密度法选择：该母线Imax=0.331A，由经济电流密度图可查

21、得：当Tmax=5800h时，铝导体的J=0.97A/mm2.导体截面SJ=Imax/J=331/0.9=341.2mm2按最大持续工作电流选择 :导体截面应满足:查电力系统课程设计及毕业设计参考资料表5-16知综合所以选用LGJ-400型热稳定校验：按上述情况选择的导体截面s还应校验其在短路条件下的热稳定。 裸导体热稳定校验的公式为 SSminSmin=mm2)满足热稳定故所选型号满足要求4.2.2 500KV母线的选择和校验采用经济电流密度法选择：该母线Imax=436A，由经济电流密度图可查得：当Tmax为5000h以上时，铝导体的J=0.9A/mm2.导体截面SJ=Imax/J=436/0.9=484.4mm2按最大持续工作电流选择 :导体截面应满足:查电力系统课程设计及毕业设计参考资料表5-16知综合所以选用型号为 型铝锰合金管形母线。热稳定校验：按上述情况选择的导体截面s还应校验其在短路条件下的热稳定。 裸导体热稳定校验的公式为 SSminSmin=mm2)满足热稳