发电厂电气课程设计四电气设备选择和校验课件

1、第一节 电气设备选择一般条件和原则一、电气设备选择与校验的一般条件二、电气设备的选择与校验项目三、按正常工作条件选择电气设备 额定电压和最高工作电压 额定电流 按环境工作条件校验四、短路条件校验 短路热稳定校验 电动力稳定校验 短路电流计算条件 短路计算时间第1页，共44页。 电气设备选择与校验的一般条件 电气设备选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一，为了保障电气设备的可靠运行，电气设备必须按正常工作条件进行选择，按短路状态进行校验。选择与校验的一般条件有： （1）按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电流等选择； （2）按短路条件包括动稳定、热稳定校验； （3）按环境工作条件如温度、湿度

2、、海拔等选择。第2页，共44页。 电气设备的选择与校验项目电气设备的选择与校验项目见表。第3页，共44页。 额定电压 UN UNs 第4页，共44页。 额定电流N max 第5页，共44页。 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条件，当气温、温度、海拔高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。 当周围环境温度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，即该式对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0一般为25。第6页，共44页。 短路条件校验短路热稳定校验 热稳定：是指电气设备承受短路电流热效应而不损坏

3、的能力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 式中 t 厂家给的电气设备在时间t秒内的热稳定电流。 短路稳态电流值。 t与t相对应的时间。 tkz短路电流热效应等值计算时间。第7页，共44页。 短路条件校验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而不损坏的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件为 或式中 ish、sh短路冲击电流幅值及其有效值； ies 、es电气设备允许通过的动稳定电流的幅值及 其有效值。 为0时短路电流周期分量有效值；为冲击系数，发电机机端取1.9，发电厂高压母线及发电机电压电抗器后取1.85，远离发电机取1.8

4、第8页，共44页。 短路条件校验短路电流计算条件 为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内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；其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式。 （2）短路种类一般按三相短路验算，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。 （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。第9页，共44页。 短路条件校验短路计算时间 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tbr之和，即式中 tb

5、r断路器全开断时间； tpr保护动作时间； tin断路器固有分闸时间，可查表； ta断路器开断时电弧持续时间，对少油断路器为 0.040.06s，对SF6和压缩空气断路器约为0.020.04s。第10页，共44页。第二节 高压开关电器的选择一、高压断路器的选择 高压断路器种类和型式的选择 高压断路器额定电压和额定电流的选择 高压断路器额定开断电流和短路关合电流的选择二、高压隔离开关的选择 高压隔离开关选择 高压隔离开关选择例题第11页，共44页。 高压断路器选择种类和型式安装地点：屋内和屋外。种类：610KV电网一般选择少油，真空和SF6断路器35KV电网一般选择少油，真空和SF6断路器110

6、330KV一般选择少油， SF6断路器500KV电网选择SF6断路器高压断路器额定电压选择高压断路器额定电流选择第12页，共44页。 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应满足： 式中 高压断路器触头实际开断瞬间的短路电流周期分量有效值。 当断路器的额定开断电流较系统的短路电流大很多时，为简化计算，也可用次暂态电流进行选择，即 。 高压断路器选择额定开断电流第13页，共44页。 高压断路器选择短路关合电流 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

7、焊和遭受电动力的损坏。 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ish ， 即第14页，共44页。 高压隔离开关的选择 隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动热稳定校验的项目相同，但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，无需进行开断电流和短路关合电流的校验。屋外隔离开关的型式较多，它对配电装置的布置和占地面积等有很大影响，因此，其型式应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合技术经济比较确定。第15页

8、，共44页。第三节 互感器的选择一、电流互感器的选择 一次回路额定电压和一、二次额定电流选择 电流互感器种类和型式以及准确级的选择 二次容量或二次负载的校验 电流互感器热稳定和动稳定校验二、电压互感器的选择 电压互感器一次回路额定电压选择 二次侧额定电压、种类和型式 按准确级选择和按额定二次容量选择第16页，共44页。 电流互感器一次侧额定电压和额定电流选择 1.电流互感器一次侧额定电压和电流选择 电流互感器一次回路额定电压和电流选择应满足：式中 UN1、N1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最大工作电流接近。 2. 二次额定电流的选择

9、电流互感器的二次额定电流有5A和1A两种。一般强电系统用5A， 弱电系统用1A。第17页，共44页。 电流互感器种类和型式及准确级的选择 3. 电流互感器种类和型式的选择 选择互感器，应根据安装地点和安装方式选择相适应的类别和型式。 4. 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。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0.51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11

10、.5级的，相应的电流互感器应为0.51级。供只需估计电参数仪表的互感器可用3级的。第18页，共44页。 电流互感器二次容量或负载的校验 5. 电流互感器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荷S2应不大于该准确级所规定的额定负载ZN2或额定容量SN2，即 SN2S2= IN22 Z2l 或 ZN2 Z2lRwi+Rtou + Rm + Rr 式中 Rm ， Rr 电流互感器二次回路中所接仪表内阻的总和与所接继电器内阻的总和，可由产品样本或附录中查得。 Rwi 电流互感器二次联接导线的电阻。 Rtou 电流互感器二次连线的接触电阻，一般

11、取为0.1。第19页，共44页。 电流互感器热稳定和动稳定校验 6. 热稳定和动稳定校验 （1）电流互感器的热稳定校验只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行。电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的一次额定电流N1的倍数Kh来表示，故热稳定应按下式校验式中 Kh，N1 由生产厂给出的电流互感器的热稳定倍数 及一次侧额定电流。 ，tke 短路稳态电流值及热效应等值计算时间。第20页，共44页。 电流互感器热稳定和动稳定校验（1） （2）电流互感器内部动稳定能力，常以允许通过的一次额定电流最大值的倍数kmo一动稳定电流倍数表示，故内部动稳定可用下式校验式中 Kmo，IN1 由生产厂给出的电流互感器

12、的动稳定倍 数及一次侧额定电流。 ich 故障时可能通过电流互感器的最大三相 短路电流冲击值。 第21页，共44页。 电压互感器一次回路额定电压选择 1. 电压互感器一次回路额定电压选择 为了确保电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电力网电压应在（1.10.9）UN1范围内变动，即满足下列条件式中 UN1 电压互感器一次侧额定电压。选择时，满足UN1= UNs 即可。第22页，共44页。 二次侧额定电压、种类和型式、准确级选择 2. 电压互感器二次侧额定电压的选择 电压互感器二次侧额定线间电压为100V。 3. 电压互感器种类和型式的选择 电压互感器的种类和型式应根据装

13、设地点和使用条件进行选择，例如:在635kV屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式； 110220kV配电装置通常采用串级式电磁式电压互感器；220kV及其以上配电装置，当容量和准确级满足要求时，也可采用电容式电压互感器。第23页，共44页。 4. 准确级选择 首先根据仪表和继电器接线要求选择电压互感器接线方式，并尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后计算各相负荷大小，按照所接仪表的准确级和容量选择互感器的准确级额定容量。有关电压互感器准确级的选择原则，可参照电流互感器准确级选择。一般供功率测量、电能测量以及功率方向保护用的电压互感器应选择0.5级或1级的，只供估计被测值的仪表和一般电压继电器的选

14、用3级电压互感器为宜。 准确级选择第24页，共44页。 按额定二次容量选择（1） 5. 按额定二次容量选择 电压互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级）SN2，应不小于电压互感器的二次负荷S2，即式中 S0、P0 、Q0各仪表的视在功率、有功功率和无功 功率。 cos各仪表的功率因数。第25页，共44页。第四节 高压熔断器选择一、额定电压选择二、额定电流选择 熔管额定电流选择 熔体额定电流选择三、熔断器开断电流校验四、熔断器选择性校验第26页，共44页。 高压熔断器选择额定电压选择 1. 额定电压选择 对于一般的高压熔断器，其额定电压UN必须大于或等于电网的额定电压UNs。但是对于充填石英

15、砂有限流作用的熔断器，则不宜使用在低于熔断器额定电压的电网中，这是因为限流式熔断器灭弧能力很强，在短路电流达到最大值之前就将电流截断，致使熔体熔断时因截流而产生过电压，其过电压倍数与电路参数及熔体长度有关，一般在UNs=UN的电网中，过电压倍数约22.5倍，不会超过电网中电气设备的绝缘水平，但如在UNsUN的电网中，因熔体较长，过电压值可达3.54倍相电压，可能损害电网中的电气设备。第27页，共44页。 高压熔断器选择熔管额定电流选择 2. 额定电流选择 熔断器的额定电流选择，包括熔管的额定电流和熔体的额定电流的选择。 （1）熔管额定电流的选择 为了保证熔断器载流及接触部分不致过热和损坏，高压

16、熔断器的熔管额定电流应满足下式的要求，即式中 INft熔管的额定电流 INfs熔体的额定电流第28页，共44页。 高压熔断器选择熔体额定电流选择 （2）熔体额定电流选择 为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保护范围以外的短路及电动机自启动等冲击电流时误动作，保护35kV及以下电力变压器的高压熔断器，其熔体的额定电流可按下式选择，即式中 K可靠系数（不计电动机自启动时K=1.11.3， 考虑电动机自启动时K=1.52.0）； Imax电力变压器回路最大工作电流。第29页，共44页。 高压熔断器选择熔体额定电流选择 用于保护电力电容器的高压熔断器的熔体，当系统电压升高或波形畸变引起回路电流增大或运行

17、过程中产生涌流时不应误熔断，其熔体按下式选择，即式中K可靠系数(对限流式高压熔断器，当一台电力电容器 时K=1.52.0，当一组电力电容器时K=1.31.8)； Nc电力电容器回路的额定电流。第30页，共44页。 高压熔断器选择熔断器开断电流校验 3. 熔断器开断电流校验式中 Nbr熔断器的额定开断电流 对于没有限流作用的熔断器，选择时用冲击电流的有效值sh 进行校验；对于有限流作用的熔断器，在电流达最大值之前已截断，故可不计非周期分量影响，而采用I“进行校验。第31页，共44页。第六节 母线和电缆的选择一、母线的选择与校验 母线选择的项目 母线材料、类型和布置方式 母线截面的选择 （按最大长

18、期工作电流选择和按经济电流密度选择） 母线热稳定校验 母线动稳定校验二、电缆的选择与校验 电缆的基本知识 按结构类型和额定电压选择电缆 电缆截面选择 （按最大长期工作电流选择和按经济电流密度选择） 热稳定校验 电压损失校验第32页，共44页。 母线的选择与校验母线选择的项目母线选择的项目一般包括： 母线材料、类型和布置方式; 导体截面; 热稳定; 动稳定等项进行选择和校验； 对于110kV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。 第33页，共44页。 母线截面选择按最大长期工作电流选择 除配电装置的汇流母线及较短导体(20m以下)按最大长期工作电流选择截面外，其余导

19、体的截面一般按经济密度选择。 1. 按最大长期工作电流选择 母线长期发热的允许电流al ， 应不小于所在回路的最大长期工作电流max，即 Kalmax （7-31）式中 al相对于母线允许温度和标准环境条件下导体 长期允许电流； K综合修正系数，与环境温度和导体连接方式等 有关，其中温度修正系数参考式（7-3）。第34页，共44页。 母线截面选择按经济电流密度选择 2.按经济电流密度选择 按经济电流密度选择母线截面可使年综合费用最低，年综合费用包括电流通过导体所产生的年电能损耗费、导体投资和折旧费、利息等。从降低电能损耗角度看，母线截面越大越好，而从降低投资、折旧费和利息的角度，则希望截面越小

20、越好。 综合这些因素，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。表7-7为我国目前仍然沿用的经济电流密度值。第35页，共44页。 母线截面选择按经济电流密度选择表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式中 max通过导体的最大工作电流，A； J经济电流密度，A/mm2。第36页，共44页。 母线的选择与校验母线热稳定校验 按正常电流及经济电流密度选出母线截面后，还应按热稳定校验。按热稳定要求的导体最小截面为 （7-33）式中 短路电流稳态值 （A） Kf集肤效应系数，对于矩形母线截面在100mm2以 下，Kf=1。 t

21、dz热稳定计算时间，s。 C热稳定系数。第37页，共44页。 母线的选择与校验母线热稳定校验 热稳定系数C值与材料及发热温度有关。C值如表7-8。 第38页，共44页。 电缆的选择与校验电缆的基本知识 电缆的基本结构包括导电芯、绝缘层、铅包（或铝包）和保护层几个部分。供配电系统中常用的电力电缆，按其缆芯材料分为铜芯和铝芯两大类。按其采用的绝缘介质分油浸纸绝缘和塑料绝缘两大类。 电缆制造成本高，投资大，但是具有运行可靠、不易受外界影响、不需架设电杆、不占地面、不碍观瞻等优点。 电力电缆是根据其结构类型、电压等级和经济电流密度来选择，并须校验以其最大长期工作电流、正常运行情况下的电压损失以及短路时

22、的热稳定进行。 短路时的动稳定可以不必校验。第39页，共44页。 电缆的选择与校验按结构类型与额定电压选择 1. 按结构类型选择电缆（即选择电缆的型号） 根据电缆的用途、电缆敷设的方法和场所，选择电缆的芯数、芯线的材料、绝缘的种类、保护层的结构以及电缆的其它特征，最后确定电缆的型号。常用的电力电缆有油浸纸绝缘电缆、塑料绝缘电缆和橡胶电缆等。随着电缆工业的发展，塑料电缆发展很快，其中交联聚乙烯电缆，由于有优良的电气性能和机械性能，在中、低压系统中应用十分广泛。 2. 按额定电压选择 可按照电缆的额定电压UN不低于敷设地点电网额定电压UNs的条件选择，即UNUNs （7-40）第40页，共44页。 电缆的选择与校验按最大长期工作电流选择电缆截面 3. 电缆截面的选择 一般根据最大长期工作电流选择，但是对有些回路，如发电机、变压器回路，其年最大负荷利用小时数超过5000h，且长度超过20