单元7--高压电气设备的选择

1、v熟练掌握高压电气设备的通用选择条件；熟练掌握高压电气设备的通用选择条件；v熟练掌握高压开关电器的选择、校验条件；熟练掌握高压开关电器的选择、校验条件；v理解互感器、母线、电缆的选择和校验方法；理解互感器、母线、电缆的选择和校验方法；v理解支柱绝缘子、套管绝缘子、限流电抗器理解支柱绝缘子、套管绝缘子、限流电抗器等其它电器的选择条件。等其它电器的选择条件。教 学 要 求单元七单元七 高压电气设备的选择高压电气设备的选择 电气设备选择是发电厂和变电所设电气设备选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一。计的主要内容之一。 在选择时应根据实际工作特点，按在选择时应根据实际工作特点，按照有关设计规范的规定

2、，在保证供配电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，安全可靠的前提下，力争做到技术先进，经济合理。经济合理。 一般条件有：一般条件有： （1 1）按）按正常工作条件选择正常工作条件选择（包括电压、电流、频（包括电压、电流、频率、开断电流等）率、开断电流等） ； （2 2）按）按短路条件校验短路条件校验（包括动稳定、热稳定）；（包括动稳定、热稳定）； （3 3）按）按环境工作条件校验环境工作条件校验（如温度、湿度、海拔如温度、湿度、海拔等）。等）。 一、按正常工作条件选择一、按正常工作条件选择 电气设备的额定电压电气设备的额定电压UN不低于装置地点电网额不低于装置

3、地点电网额定电压定电压UNs，即，即 UN UNs（UNW） 1.1.按按 2.2.按按 电气设备的额定电流电气设备的额定电流N应不小于该回路的最应不小于该回路的最大持续工作电流大持续工作电流max，即，即 N max在各种运行方式下的在各种运行方式下的max规定为：规定为：（）发电机、调相机和变压器回路（）发电机、调相机和变压器回路max=1.05IN；（）若变压器有过负荷运行可能时（）若变压器有过负荷运行可能时: :max=1.32INT（）母联断路器回路（）母联断路器回路: : 取母线取母线上最大一台发电机或上最大一台发电机或变压器的变压器的max ；（）线路的（）线路的max: : 除

4、考虑正常负荷电流外，还应除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其它回路转移过来的负荷。考虑事故时由其它回路转移过来的负荷。还应考虑：还应考虑：装设地点、使用条件、检修和运行要求、装设地点、使用条件、检修和运行要求、种类（户内或户外）、型式的选择。种类（户内或户外）、型式的选择。3.3.当电气设备安装地点的气温、温度、海拔高度当电气设备安装地点的气温、温度、海拔高度和覆冰厚度等环境条件超过一般使用条件时，应采和覆冰厚度等环境条件超过一般使用条件时，应采取措施。取措施。温度修正：温度修正：当环境温度当环境温度0 0和额定环境温度不等时，和额定环境温度不等时，其长期允许工作电流应乘以温度修正系数其长

5、期允许工作电流应乘以温度修正系数K K，即，即NNNalIKII max0max规定：规定：电气设备使用的额定环境温度电气设备使用的额定环境温度N N=40=40。 导体使用的额定环境温度导体使用的额定环境温度N N=25=25。二、按二、按max,kk 短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度( (或发热效应或发热效应) )应不超过允许值。应不超过允许值。 1.1.热稳定校验热稳定校验ima2)3(2tItIt 或或 2.2. 短路电流通过电气设备时，电短路电流通过电气设备时，电气设备应能不变形、不损坏。气设备应能不变形、不损坏。）（eshiiim

6、ax)3(s 3. 3.下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：下列几种情况可不校验热稳定或动稳定： （1 1）用熔断器保护的电器，不校验热稳定。）用熔断器保护的电器，不校验热稳定。 （2 2）采用限流熔断器保护的设备，可不校验）采用限流熔断器保护的设备，可不校验 动稳定。动稳定。 （3 3）装设在电压互感器回路中的裸导体和电）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。气设备可不校验动、热稳定。 （4 4）供不重要用户的导线、短路后不爆炸无）供不重要用户的导线、短路后不爆炸无 火灾时：可不校验动、热稳定。火灾时：可不校验动、热稳定。 4.4. （1 1）容量和接线：）容量和接线

7、：按按最终容量最终容量计算，并考虑系统计算，并考虑系统远景发展；其接线应采用远景发展；其接线应采用正常运行方式正常运行方式，但不考虑在，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式。切换过程中可能短时并列的接线方式。 （2 2）短路种类：）短路种类：三相短路三相短路（若其它种类短路较三（若其它种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算）。相短路严重时，则应按最严重的情况验算）。 （3 3）短路点：）短路点：保证通过电器的保证通过电器的短路电流为最大短路电流为最大。 （4 4）短路时间：）短路时间：取取后备保护后备保护的动作时间。的动作时间。T 1T 23 5 1 1 0 k V1 0 k

8、VQ F 1Q F 2W L 1W L 2中小容量的地方中小容量的地方变电所主接线图变电所主接线图k1k3k2T1低压侧低压侧QF：k1或或k2点点QF1： k3点点母线：母线： k3点点中小容量发电厂中小容量发电厂的电气主接线的电气主接线k3k1k2G1G1出口出口QFQF：母线：母线：出线出线QFQF：k1或或k2点点k2点点k3一、1. 种类和型式的选择：种类和型式的选择：SF6断路器断路器安装安装地点地点屋外式屋外式屋内式屋内式灭弧灭弧介质介质真空断路器真空断路器少油断路器少油断路器空气断路器空气断路器2. 额定电压的选择：额定电压的选择： UN UNs（UNW） 3. 额定电流的选择

9、：额定电流的选择：KN max温度修正温度修正系数系数4. 额定开断能力的选择：额定开断能力的选择：）（3IINbr )3(kNbrSS 或或5. 动稳定校验：动稳定校验：6. 热稳定校验：热稳定校验：max)3(iish ima2)3(2tItIt 二、1. 型式的选择：型式的选择：安装地点：安装地点：屋外式屋外式屋内式屋内式2. 额定电压的选择：额定电压的选择： UN UNs（UNW） 3. 额定电流的选择：额定电流的选择： KN max4. 动稳定校验：动稳定校验：5. 热稳定校验：热稳定校验：max)3(iish ima2)3(2tItIt 例例1 1 变压器容量变压器容量7500kV

10、A7500kVA，其其U Uk k%=7.5%=7.5，二次母线电压为，二次母线电压为10kV10kV，变电所由无限大容量系，变电所由无限大容量系统供电，二次母线上短路电流统供电，二次母线上短路电流为为 I I“= =I I=5.5kA=5.5kA。后备保护。后备保护的动作时限为的动作时限为1 1s s，主保护的动，主保护的动作时限为作时限为0.05s0.05s，拟采用高速动，拟采用高速动作的高压断路器，其固有开断作的高压断路器，其固有开断时间为时间为0.05s0.05s，灭弧时间为，灭弧时间为0.05s0.05s，断路器全开断时间则为，断路器全开断时间则为t tOPOP=0.05+0.05=

11、0.1s=0.05+0.05=0.1s，试选择，试选择QFQF与与QSQS。解：解：（一）一） 1. 型式的选择：型式的选择：屋内式屋内式2. 额定电压的选择：额定电压的选择： UN UNs（UNW） 取取 UN=10kV3. 额定电流的选择：额定电流的选择：KN max)A(.U.INmax455103750005137500051 其中：其中：4. 额定开断能力的选择：额定开断能力的选择：kAIINbr5 . 53 ）（5. 动稳定校验：动稳定校验：6. 热稳定校验：热稳定校验： 初选初选 SN10-10I-600型型QF，其参数见，其参数见260页附录页附录I。kA I.i)(sh145

12、523kAiimax)(sh523 ，因此，动稳定合格。因此，动稳定合格。短路时间短路时间 t tk k=1+0.1=1.1s 1s=1+0.1=1.1s 1s可忽略非周期假想时间可忽略非周期假想时间 t t2 2。1ttima 1I I)3( 9s. 01 t查曲线查曲线4-324-32，得，得9 . 05 . 542 .202ima2)3(22 tItIt因为因为断路器能满足热稳定的要求。断路器能满足热稳定的要求。因此：选择因此：选择SN10-10I-600型型QF。图4-32 短路电流周期分量假想时间的确定选择选择GN7-10-600型型QS。（见。（见130130页表页表7-37-3）

13、 UN1= UNsUN UNs（UNW） 一般的高压熔断器：一般的高压熔断器：有限流作用的有限流作用的FUFU： 包括熔管的额定电流、熔体的额定电流的选择。包括熔管的额定电流、熔体的额定电流的选择。（1 1）熔管额定电流的选择：）熔管额定电流的选择： 为保证熔断器载流及接触部分不致过热和损坏，要求：为保证熔断器载流及接触部分不致过热和损坏，要求：NfsNftII三、（2 2）熔体额定电流选择）熔体额定电流选择保护保护35kV35kV及以下电力变压器的高压熔断器：及以下电力变压器的高压熔断器：maxKIINfs式中式中 K可靠系数，取可靠系数，取1.11.3 1.11.3 或或1.52.01.5

14、2.0保护电力电容器的高压熔断器：保护电力电容器的高压熔断器：式中式中 KK可靠系数可靠系数(K=1.52.0(K=1.52.0或或K=1.31.8)K=1.31.8)； NcNc电力电容器回路的额定电流。电力电容器回路的额定电流。NcNfsKII）（或IIIShNbr 1 1）对无限流作用的熔断器：用）对无限流作用的熔断器：用sh 进行校验；进行校验；2 2）对有限流作用的熔断器：用）对有限流作用的熔断器：用I进行校验。进行校验。 为使前后两级熔断器之间或熔断器与电源保护装为使前后两级熔断器之间或熔断器与电源保护装置之间动作的选择性，应进行熔体选择性校验。置之间动作的选择性，应进行熔体选择性

15、校验。注：保护电压互感器用的高压熔断器：只需按额定电注：保护电压互感器用的高压熔断器：只需按额定电压及断流容量两项来选择。压及断流容量两项来选择。 5. FU 5. FU不校验动、热稳定。不校验动、热稳定。作业v设备P146/1、4. 课题课题2 2 互感器的选择互感器的选择maxNNsNIIUU11与1.1.电流互感器一次侧额定电压和电流选择：电流互感器一次侧额定电压和电流选择： 2. 2. 二次额定电流的选择：二次额定电流的选择： 有有5A5A和和1A1A两种。两种。 一般强电系统用一般强电系统用5A5A， 弱电系统用弱电系统用1A1A。为保证精度，为保证精度，TATA的一次侧额定电流应尽

16、可能与最大的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。工作电流接近。 3. TA3. TA种类和型式的选择种类和型式的选择4. 4. 准确级的选择准确级的选择安装地点：安装地点：屋外式屋外式屋内式屋内式安装方式：安装方式：穿墙式穿墙式支持式支持式套管式套管式如如: :装于重要回路中的测量和计费测量：不低于装于重要回路中的测量和计费测量：不低于0.50.5级；级；对测量精度要求较高时：用对测量精度要求较高时：用0.20.2级；级；供只需估计电参数：用供只需估计电参数：用1313级；级；继电保护用：继电保护用：3D3D级。级。 5. 5. 电流互感器二次容量或二次负载的校验电流互感器二次容量或二次

17、负载的校验 为了保证为了保证TATA的误差，要求：的误差，要求：N22ZZ 2i2XCWLi2)()(XRRRZiRiXWLRXCR 、二次绕组所接测量仪表、继电二次绕组所接测量仪表、继电器电流线圈的阻抗和，可从产品样器电流线圈的阻抗和，可从产品样本中查出，本中查出，； 二次侧连接导线电阻，二次侧连接导线电阻，；连接处的接触电阻，一般取连接处的接触电阻，一般取0.1。可确定导线最小允许截面可确定导线最小允许截面A。同时满足机械强度要求同时满足机械强度要求：A2.5mm2，并用铜线。，并用铜线。AlRWL 根据导线计算长度根据导线计算长度 l 和电阻率和电阻率(铝导线的电阻率铝导线的电阻率 =0

18、.0294mm=0.0294mm2 2/m,/m,铜的电阻率铜的电阻率 =0.01851mm=0.01851mm2 2/m)/m) ，用公式用公式N22ZZ WLR导线计算长度导线计算长度l和导线的实际长度和导线的实际长度 l1 的关系的关系: :1ll 1 1）当）当TATA为星形接线时为星形接线时: :2)2)当当TATA为不完全星形接线时为不完全星形接线时: :13ll 3 3）当）当TATA为一相式接线时：为一相式接线时： 12ll 6. 6. 热稳定校验热稳定校验（1 1）电流互感器热稳定能力常以）电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的一次允许通过的一次额定电流额定电流N1的倍数的倍

19、数Kt 来表示，要求：来表示，要求：12tN1ima23)KI(tI)( 7. 7. 动稳定校验动稳定校验 式中式中 K Keses由生产厂给出的互感器由生产厂给出的互感器 的动稳定倍数的动稳定倍数. .esN1)3(sh2KIi1. 1. 一次侧额定电压选择：一次侧额定电压选择： U1N= UNs 2. 2. 二次侧额定电压的选择二次侧额定电压的选择 额定线间电压为额定线间电压为100V100V。 3. 3. 种类和型式的选择种类和型式的选择安装地点和安装地点和使用条件：使用条件：110220kV：屋外式；串级式电磁式：屋外式；串级式电磁式635kV:屋内式屋内式;可用油浸式或浇注式；可用油

20、浸式或浇注式；220kV：屋外式；串级电磁式、电容式：屋外式；串级电磁式、电容式4. 4. 准确级的选择准确级的选择装于重要回路中的测量和计费测量：不低于装于重要回路中的测量和计费测量：不低于0.50.5级；级；供只需估计电参数：用供只需估计电参数：用3 3级；级；继电保护用：继电保护用：3 3、P P级。级。 5. 5. 按额定二次容量选择按额定二次容量选择 式中式中 Su、Pu 、Qu各仪表（或继电器）的电压线圈各仪表（或继电器）的电压线圈 视在、有功和无功功率。视在、有功和无功功率。22222）（）（）（）（uuuuQPsinScosSS其中其中 6. TV 6. TV不校验动、热稳定。

21、不校验动、热稳定。N22SS 注：注：（1 1）TVTV三相负荷不相等时：以最大相负荷进行比较。三相负荷不相等时：以最大相负荷进行比较。（2 2）计算时，必须注意互感器和负荷的接线方式。（）计算时，必须注意互感器和负荷的接线方式。（3 3）表表7-47-4列出各种接线方式下每相负荷的计算公式列出各种接线方式下每相负荷的计算公式。 例例7-2 7-2 选择图示降压选择图示降压变电所的变电所的TATA。已知二次母。已知二次母线上短路电流为线上短路电流为 I I“=I=I=5.5kA=5.5kA。后备保护的。后备保护的动作时限为动作时限为1 1s s，高压断路，高压断路器的全开断时间则为器的全开断时

22、间则为0.1s0.1s。TATA装在装在JYN2JYN2型高压柜中，型高压柜中，两个铁心，分别用于测量两个铁心，分别用于测量和保护。选择电流互感器。和保护。选择电流互感器。 高压开关柜高压开关柜移开式高压开关柜移开式高压开关柜kV10UUNsN1A600A455I051IITNN1选.max解：解：1.TA1.TA一次侧额定电压和电流选择：一次侧额定电压和电流选择： 2. 2. 二次额定电流的选择：二次额定电流的选择：A5UN23. TA3. TA种类和型式的选择种类和型式的选择: : 屋内式、屋内式、支持式支持式4. 4. 准确级的选择准确级的选择一个二次线圈用于测量：一个二次线圈用于测量：

23、0.50.5级；级；另一个二次线圈用于继电保护：另一个二次线圈用于继电保护：P P级。级。因此，初选因此，初选LZZJB6-10LZZJB6-10的的TATA，其技术参数见附表，其技术参数见附表3.3. 5. TA5. TA二次负载的校验二次负载的校验 RWL Z2N -（RXC + Ri）TA二次侧连接导线的最大允许电阻值：二次侧连接导线的最大允许电阻值：082. 0)02. 002. 0058. 012. 01 . 0(4 . 0wiR所以，满足二次负载的要求。所以，满足二次负载的要求。由于由于 A2.5mm2，满足机械强度的要求，并用铜线，满足机械强度的要求，并用铜线。064052530

24、18510AlRWL. 根据题意，拟采用根据题意，拟采用2.5mm2.5mm2 2的导线，其阻值为：的导线，其阻值为： 6. 6. 热稳定校验：热稳定校验：ima2)3(2N1ttI1IK）（90551605522.）（ 热稳定校验合格。热稳定校验合格。 7. 7. 动稳定校验动稳定校验 : kA4 .596 . 0702IK2N1eskA14iIK2hsN1es 动稳校验合格。动稳校验合格。因此，选因此，选LZZJB6-10LZZJB6-10的的TA.TA.作业v设备P146/5. 选择和校验项目见下表：选择和校验项目见下表： 其中动稳定性校验为：其中动稳定性校验为： F FalalFFca

25、ca 式中式中 F Falal支柱绝缘子或穿墙套管的允许荷重，支柱绝缘子或穿墙套管的允许荷重， 可可按生产厂家给出的破坏荷重按生产厂家给出的破坏荷重F Fdbdb的的60%60%考虑。考虑。 F Fcaca加于绝缘子或穿墙套管上的最大计算力。加于绝缘子或穿墙套管上的最大计算力。 F Fcaca即最严重短路情况下作用于支柱绝缘子或穿墙即最严重短路情况下作用于支柱绝缘子或穿墙套管上的最大电动力，大小为：套管上的最大电动力，大小为：maxcaFHHF17ca2max10aLi73. 1Fsh 其中：其中： 一、一、母线的选择与校验母线的选择与校验母线选择的项目一般包括：母线选择的项目一般包括： 母线

26、材料、类型和布置方式母线材料、类型和布置方式; ; 导体截面导体截面; ; 热稳定热稳定; ; 动稳定等项进行选择和校验；动稳定等项进行选择和校验； 对于对于110kV110kV以上母线要进行电晕的校验；以上母线要进行电晕的校验； 对重要回路的母线还要进行共振频率的校验。对重要回路的母线还要进行共振频率的校验。 1. 母线材料、类型、布置方式的选择母线材料、类型、布置方式的选择 3)母线的布置方式母线的布置方式图图(a)、(b)为三相矩为三相矩形母线水平布置。形母线水平布置。前者散热较好，载前者散热较好，载流量大，但机械强流量大，但机械强度较低，而后者相度较低，而后者相反。反。图图(c)为三相

27、矩形母为三相矩形母线垂直布置。兼顾线垂直布置。兼顾了前二者的优点，了前二者的优点，但使配电装置的高但使配电装置的高度增加。度增加。2.2.母线截面选择母线截面选择 除配电装置的汇流母线及较短导体除配电装置的汇流母线及较短导体(20m以下以下)按最大按最大长期工作电流选择截面外，其余导体的截面一般按经长期工作电流选择截面外，其余导体的截面一般按经济密度选择。济密度选择。 母线长期发热的允许电流母线长期发热的允许电流alal ， 应不小于所在回应不小于所在回路的最大长期工作电流路的最大长期工作电流maxmax，即，即 KNmax 按经济电流密度选择母线截面可使年综合费用最低按经济电流密度选择母线截

28、面可使年综合费用最低。使年综合费用最小时，所对应的母线截面称为母线的经使年综合费用最小时，所对应的母线截面称为母线的经济截面，对应的电流密度称为经济电流密度。济截面，对应的电流密度称为经济电流密度。表7-7 经济电流密度值 A/mm2按经济电流密度选择母线截面按下式计算按经济电流密度选择母线截面按下式计算ecmaxecJIA式中式中 maxmax通过导体的最大工作电流，通过导体的最大工作电流，A A； J Jecec经济电流密度，经济电流密度，A/mmA/mm2 2。按经济电流密度选择母线截面时，必须满足长期发按经济电流密度选择母线截面时，必须满足长期发热的要求，即要满足热的要求，即要满足Ka

29、lmax 3. 3.母线的热稳定校验母线的热稳定校验 按正常电流及经济电流密度选出母线截面后，还按正常电流及经济电流密度选出母线截面后，还应按热稳定校验。按热稳定要求的导体最小截面为应按热稳定校验。按热稳定要求的导体最小截面为 simaminKtCIA式中式中 ：K Ks s集肤效应系数，对于截面在集肤效应系数，对于截面在100mm100mm2 2以下以下的矩形母线，的矩形母线，K Ks s=1=1。 CC热稳定系数，热稳定系数， C C值如表值如表7-87-8。 对硬母线，要求：对硬母线，要求：alcWMcc最大应力最大应力按下式计算按下式计算10)3(lFM 式中式中M为为母线所受的弯曲力

30、矩，且母线所受的弯曲力矩，且4.母线的动稳定校验母线的动稳定校验）（NaliK10732. 1Fsh2f7max式中式中 al一母线材料的允许应力，对硬铝母线一母线材料的允许应力，对硬铝母线al =69MPa;al =69MPa;硬铜母线硬铜母线al =137MPaal =137MPa。其中：其中： 62hbW 62bhW 当母线水平放置时，当母线水平放置时，当母线垂直放置时，当母线垂直放置时，W为母线的抗弯截面系数，为母线的抗弯截面系数，4.母线的动稳定校验母线的动稳定校验如果在校验时，如果在校验时，alc则必须减小母线的计算应力，具体措施有：则必须减小母线的计算应力，具体措施有：（1 1）

31、将母线由竖放改为平放；）将母线由竖放改为平放；（2 2）放大母线截面；）放大母线截面；（3 3）限制短路电流值能使应力减小，但须增设电抗）限制短路电流值能使应力减小，但须增设电抗器；器；（4 4）增大相间距离）增大相间距离a a；（5 5）减小母线跨距）减小母线跨距 l l。（5 5）减小母线跨距）减小母线跨距 l l 的方法：的方法：1max10FWlal此时可以根据母线材料最大允许应力来确定绝缘子之此时可以根据母线材料最大允许应力来确定绝缘子之间最大允许跨距，即间最大允许跨距，即 式中式中 F F1 1单位长度母线上所受的电动力（单位长度母线上所受的电动力（N/mN/m） 当矩形母线水平放

32、置时，所选取的跨距一般不超过当矩形母线水平放置时，所选取的跨距一般不超过1.52m1.52m。 考虑到绝缘子支座及引下线安装方便，常选取绝缘考虑到绝缘子支座及引下线安装方便，常选取绝缘子跨距等于配电装置间隔的宽度。子跨距等于配电装置间隔的宽度。 例例7-4 7-4 选择图示降压变电选择图示降压变电所的矩形铝母线。已知二次母所的矩形铝母线。已知二次母线上短路电流为线上短路电流为 I I“=I=I=5.5kA=5.5kA。后备保护的动作。后备保护的动作时限为时限为1 1s s，高压断路器的全开，高压断路器的全开断时间则为断时间则为0.1s0.1s。母线装在。母线装在JYN2JYN2型高压柜内，垂直布置，型高压柜内，垂直布置，a=250mma=250mm，l=1m=1m，Tmax=6000h,Tmax=6000h,环环境温度境温度=30=30。 高压开关柜高压开关柜移开式高压开关柜移开式高压开关柜解：解：1.1.矩形铝母线，垂直布置，平放。矩形铝母线，垂直布置，平放。 2.2.母线截面选择母线截面选择 KNmaxA48325703070455KIImaxN查附表查附表6 6，选母线截面为，选母线截面为4040*