第九章 电气设备选择

1、发电厂变电所电气部分刘宝贵 马仕海 编制中国电力出版社教材配套电子教案第九章 电气设备的选择中国电力出版社第一节 电气设备选择的一般条件 电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，按短路条件校验其动、热稳定性。 一、按正常工作条件选择 导体和电器的正常工作条件:额定电压、额定电流和自然环境条件。 中国电力出版社一、电气设备选择的一般条件1）额定电压 在选择设备时一般按照导体和电器的额定电压UN不低于安装地点电网额定电压UNS的条件选择，即 UN UNS 2）额定电流 在规定的周围环境温度下，导体和电器的额定电流IN应不小于流过设备的最大持续工作电流Iwmax，即 IN Iwmax 中

2、国电力出版社 一、电气设备选择的一般条件 3）自然环境条件 选择导体和电器时，应按当地环境条件校核它们的基本使用条件。 当气温、风速、湿度、污秽等级、海拔高度、地震烈度、覆冰厚度等环境条件超出一般电器的规定使用条件时，应向制造部门提出补充要求或采取相应的防护措施。 中国电力出版社二、按短路条件校验 1）按短路热稳定校验 短路热稳定校验就是要求所选择的导体和电器，当短路电流通过它时所能达到的最高温度不应超过导体和电器的短时发热最高允许温度，即要求 QkQr2）短路动稳定校验 动稳定是指导体和电器承受短路电流机械效应的能力。满足动稳定的条件为： i ishsh i idsds 中国电力出版社二、按

3、短路条件校验 3）短路电流的计算条件 (1)计算时应按本工程设计的规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划。 (2)短路的种类可按三相短路考虑。若发电机出口的短路，或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况验算。 (3) 短路计算点应选择在正常接线方式下，通过导体或电器的短路电流为最大的地点。 中国电力出版社短路计算点的选择方法示意图中国电力出版社短路计算点的选择方法 (1)发电机、变压器回路的断路器应把断路器前或后短路时通过断路器的电流值进行比较，取其较大者为短路计算点。 (2)母联断路器QFC应考虑母联断路器QFC闭合并向备用母线充电时，

4、备用母线故障，即K4点短路，此时，全部短路电流IF2+IB+IFl流过母联断路器QFC及汇流母线。中国电力出版社短路计算点的选择方法 (3)带电抗器的出线回路在母线和母线隔离开关隔板前的母线引线及套管，应按电抗器前如K7点短路选择。而对隔板后的导体和电器一般可按电抗器后K8为短路计算点，以便出线选用轻型断路器，节约投资。中国电力出版社短路电流热效应计算时间的确定 短路电流热效应计算时间tk为继电保护动作时间tb和相应断路器的全分闸时间toff之和，即 tk= tb + toff 式中 toff为断路器的固有分闸时间和燃弧时间之和。 中国电力出版社短路电流热效应计算时间的确定 在验算裸导体的短路

5、热效应时，宜采用主保护动作时间。如主保持有死区时，则采用能对该死区起作用的后备保护动作时间，并采用相应处的短路电流值。 在验算电器的短路热效应时，宜采用后备保护动作时间。中国电力出版社开断电器的开断计算时间 对于开断电器（如断路器、熔断器等），应能在最严重的情况下开断短路电流。故电器的开断计算时间tk.in是从短路瞬间开始到断路器灭弧触头分离的时间。其中包括主保护动作时间tb 和断路器固有分闸时间tin之和。 tk.in =tb+tin中国电力出版社第二节 高压断路器、隔离开关及高压熔断器的选择一、高压断路器的选择 高压断路器按下列项目选择和校验：(1)型式和种类； (2)额定电压；(3)额定

6、电流； (4)开断电流；(5)额定关合电流； (6)动稳定；(7)热稳定。中国电力出版社一、高压断路器的选择 1）按种类和型式选择 电压6600千伏的电网可选用真空断路器和六氟化硫断路器； 110500千伏电网一般采用六氟化硫断路器。 采用封闭母线的大容量机组，当需要装设断路器时，应选用发电机专用断路器。中国电力出版社一、高压断路器的选择 2）按额定电压选择 高压断路器的额定电压UN 应大于或等于所在电网的额定电压UNS ，即 UN UNS 3）按额定电流选择 高压断路器的额定电流IN 应大于或等于流过它的最大持续工作电流Iwmax，即 IN Iwmax 中国电力出版社一、高压断路器的选择 4

7、)按额定短路开断电流选择 在给定的电网电压下，高压断路器的额定短路开断电流INbr 应满足 INbrIkp 5)按额定短路关合电流选择 为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定短路关合电流iNcl应不小于短路冲击电流幅值ish，即 iNcl ish 中国电力出版社一、高压断路器的选择 6、动稳定校验 高压断路器的额定峰值耐受电流ids 应不小于三相短路时通过断路器的短路冲击电流幅值ish idsish 7、热稳定校验 高压断路器的额定短时耐受热量Ir2tr应不小于短路期内短路电流热效应Qk ， Ir2tr Qk 中国电力出版社二、隔离开关的选择 隔离开关应根据下列条件选择： (1)型式和

8、种类；(2)额定电压； (3)额定电流； (4)动稳定； (5)热稳定。 隔离开关的型式和种类的选择应根据配电装置的布置特点和使用条件等因素，进行综合技术经济比较后确定。其它四项技术条件与高压断路器相同。中国电力出版社三、高压熔断器的选择 高压熔断器应根据下列条件选择： (1)额定电压；(2)额定电流； (3)开断电流；(4)保护熔断特性。 1)接额定电压选择 熔断器的额定电压应不小于所在电网的额定电压。 中国电力出版社三、高压熔断器的选择2)按额定电流选择 要求熔断器必须符合下列条件： INFU INFU Iwmax 式中 INFU熔断器熔管的额定电流； INFU熔断器熔件的额定电流； Iw

9、max流过熔断器的最大长期工作电流。中国电力出版社三、高压熔断器的选择 3)按开断电流校验 按开断电流选择时，要求熔断器的额定开断电流INbr应不小于三相短路冲击电流的有效值I sh INbrI sh 中国电力出版社三、高压熔断器的选择 4)按保护熔断特性校验 根据保护动作选择性的要求校验熔件的额定电流,使其保证前后两级熔断器之间或熔断器与电源侧(或负荷侧)继电保护之间动作的选择性。 保护电压互感器用的熔断器，只需按额定电压和开断电流选择。中国电力出版社第三节 限流电抗器的选择 电力系统中使用的电抗器，分为普通电抗器和分裂电抗器两种。 一般按下列项目选择和校验： 1)额定电压；2)额定电流；

10、3)电抗百分数；4)动稳定； 5)热稳定。中国电力出版社限流电抗器的选择 一、按额定电压选择 电抗器的额定电压UN 应大于或等于所在电网的额定电压UNS UN UNS 二、按额定电流选择 电抗器的额定电流IN 应大于或等于通过它的最大持续工作电流Iwmax ， IN Iwmax 中国电力出版社 限流电抗器的选择 三、按电抗百分数选择 1）普通电抗器电抗百分数的选择 （1）按将短路电流限制到要求值选择电抗百分数 设要求将短路电流限制到I”，所需电抗器的基准电抗标么值应为式中X，*电源至电抗器前的系统电抗标么值； X*电源至电抗器后的系统电抗标么值。XIXXXIBR 中国电力出版社1）普通电抗器电

11、抗百分数的选择IB 基准电流（kA）；I“次暂态短路电流周期分量有效值（kA）。 电抗器在额定参数条件下的百分比电抗为 式中UB基准电压(kV)。 %100)(%*NBBNBRUIUIXIIX中国电力出版社1）普通电抗器电抗百分数的选择 (2)按电压损失校验选择电抗百分数 普通电抗器在正常工作时，其电压损失不得大于母线额定电压的5。对于出线电抗器尚应计及出线上的电压损失 其中 负荷功率因数角，为方便计算，一般cos取0.8。%5sin%maxIINwRXU中国电力出版社1）普通电抗器电抗百分数的选择 (3)按母线残余电压校验选择电抗百分数 当出线电抗器未设置无时限继电保护时，应按在电抗器后发生

12、短路，母线残余电压不低于额定值的6070校验。 %70%60% INRrIXU中国电力出版社2) 分裂电抗器电抗百分数的选择 分裂分裂电抗器的电抗百分数XR可按普通电抗器的电抗百分数计算方法选择，但由于分裂电抗器的技术数据中只给出了单臂自感电抗XL，所以还应进行换算。XL和XR之间的关系与电源连接方式及短路点的选择有关。 中国电力出版社2) 分裂电抗器电抗百分数的选择 (1)当3侧有电源，l侧和2侧无电源，而在1或2侧短路时，XL=XR 。 (2)当3侧无电源，l侧和2侧有电源，1(或2)侧短路时， XR=2(1+f) XL。中国电力出版社2) 分裂电抗器电抗百分数的选择 (3)当1侧和2侧有

13、电源，在3侧短路，或者三侧均有电源，而3侧短路时，XR=(1-f)XL/2。中国电力出版社2) 分裂电抗器电抗百分数的选择 要求正常工作时两臂母线电压波动不大于母线额定电压的5。 I段母线电压百分数的计算公式为 段母线电压百分数的计算公式为 22111sinsin%100%IIIIUNNLNfXUU11222sinsin%100%IIIIUNNLNfXUU中国电力出版社2) 分裂电抗器电抗百分数的选择 式中 U1、U2I、段母线上电压；U电源侧电压；I1、I2I、段母线上负荷电流，无资料时，可取一臂为70Ie，另一臂为30Ie；1、2I、段母线上的负荷功率因数角，一般可取cos=0.8； f分

14、裂电抗器的互感系数。 中国电力出版社2) 分裂电抗器电抗百分数的选择 四、动稳定和热稳定校验 电抗器的热稳定校验应满足下式： I2rtr Qk 电抗器的动稳定校验应满足下式： idsish 中国电力出版社第四节 电流互感器的选择 一、按设备种类和型式选择 对于620千伏屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器。 对于35千伏及以上配电装置，宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。 有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。中国电力出版社 二、按一次额定电压和额定电流选择 电磁式电流互感器的一次额定电压和额定电流必须满足 UN1UW IN1Iwmax 式中 UN1 、IN1电

15、流互感器一次额定电压和额定电流； Uw 、Iwmax 电流互感器安装处一次回路工作电压和最大长期工作电流。中国电力出版社三、按准确级和副边负荷选择 为了保证电流测量仪表的准确级，电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。 为了保证电流互感器在一定的准确级下工作，电流互感器二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量SN2, SN2S2=I2N2Z2 Z2为电流互感器二次负荷阻抗； IN2为 电流互感器二次额定电流。 中国电力出版社三、按准确级和副边负荷选择 Z2=KmcZm+KlcZl+Rc 式中 Zm 接入电流互感器二次电路的仪表串联线圈总阻抗()； Zl二次电路连接导线单程的阻

16、抗()，一般可忽略电抗，仅计及电阻； Rc二次电路的接触电阻，一般取0.05O.1()； Kmc仪表接线的阻抗换算系数； Klc连接线的阻抗换算系数。中国电力出版社三、按准确级和副边负荷选择 为了使电流互感器的二次负荷S2不超过相应准确等级下的额定容量SN2，则KlcZl 应满足如下条件 若连接导线的长度和电流互感器接线方式巳定，则连接导线的截面应 IRZKISZKNcmmcNNc2222211mZLS21中国电力出版社三、按准确级和副边负荷选择 式中 S导线截面(电流回路采用2.5 mm2及以上的铜导线)；导线的电导系数，铜为57m/(mm2) ；L电流互感器安装地点到测量仪表之间实际路径的

17、长度(m)； 中国电力出版社动、热稳定校验 四、热稳定校验 电流互感器的热稳定能力以1秒钟允许通过的一次额定电流倍数Kt表示。故热稳定按下式校验 (KtIN1)2lQk 中国电力出版社五、动稳定校验 电流互感器流过短路电流时，不仅在电流互感器内部产生作用力，而且由于邻相之间电流的相互作用会使绝缘瓷帽上也受到外力的作用。应对不同类型的电流互感器分别进行内部动稳定和外部动稳定校验。中国电力出版社电流互感器动稳定校验 内部动稳定校验应满足如下条件 ish IN1Kds 式中 Kds 电流互感器的动稳定倍数 外部动稳定校验有三种情况： (1)当产品样本上标明瓷帽端部或接地端的允许应力Fy时，按下式校验

18、 NaliFshy721073. 15 . 0中国电力出版社电流互感器动稳定校验(2)当产品样本未标明允许应力Fy，而给出相间距离a=0.4m，电流互感器出线(瓷帽)端部至最近一个支柱绝缘子的距离l=0.5m时的动稳定倍数Kdw时 31sh1040502ilaKIdSN中国电力出版社电流互感器动稳定校验 (3)对于母线型电流互感器，当产品样本上标明允许应力Fy时，按下式校验 其中 L导体平均计算长度(m)，为电流互感器长度(m)。为电流互感器出线(瓷帽)端部至最近一个支柱绝缘子的距离。 对于环氧树脂浇注的母线型电流互感器，可不校验动稳定。 NaliFshy721073. 1中国电力出版社第五节 电压互感器的选择 一、按装置种类和型式选择 对于320千伏屋内配电装置宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器； 对于35千伏配电装置，宜采用电磁式电压互感器。中国电力出版社一、按装置种类和型式选择 对于110千伏及以上配电装置，当容量和准确等级满足要求