第七章 电气设备选择

第一节变压器的选择第二节导体的发热计算第三节导体短路的电动力计算第四节导体、电缆的选择第五节电气设备选择与校验的一般方法第六节主要电气设备的选择与校验第七章电气设备选择教学要求

1.熟悉变压器的选择方法。返回2.了解导体的发热、短路的电动力计算方法。3.熟悉导体、电缆的选择方法。4.熟悉电气设备选择与校验的一般方法。5.熟悉主要电气设备的选择与校验。见习一些电力变压器第一节变压器的选择普通式变压器，即油浸式电力系统中变压器的安装总容量为发电机安装总容量的5～8倍1—信号温度计2—铭牌3—吸湿器4—油枕5—油标6—安全气道7—气体继电器 8—高压套管9—低压套管 10—分接开关；11—油箱12—铁心；13—绕组14—放油阀；15—小车16—接地端子

油浸式三相电力变压器组合式变电站（美式箱变）干式变压器全封闭式变压器欧式箱变组合式变电站还未组装变压器油枕1.容量的确定变压器的选择变电所计算负荷平均功率因数，一般取0.6~0.8。还应根据电力系统5～10年发展规划2.台数的确定变电所主变压器台数可按如下原则确定：（1）对于只供电给二类、三类负荷的变电所，原则上只装设一台变压器；（2）对于供电负荷较大的城市变电所或有一类负荷的重要变电所，应选用两台相同容量的主变压器。每台变压器的容量应满足一台变压器停运后，另一台能供给全部一类负荷；在无法确定负荷所占比重时，每台变压器的容量可按计算负荷的60~80%选择；（3）对大城市郊区的一次变电站，如果中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台为宜；对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性；对于规划只装两台主变压器的变电站，其变压器的基础宜按大于变压器容量的1~2级设计。3.相数的确定

在330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。4.绕组数的确定如连接两个电压等级，选双绕组变压器；如以两种升高电压级向用户供电或与系统连接时，可以采用二台双绕组变压器或三绕组变压器，亦可选用自耦变压器。由于变压器制造条件和运输条件的限制，选用三台单相变压器组成.三相变压器（复习）ABCXYZabczyx（1）三相变压器的结构芯式变压器组式变压器ABCXYZabczyx高压绕组：A-XB-YC-ZX、Y、Z：尾端A、B、C：首端低压绕组：a-xb-yc-za、b、c：首端x、y、z：尾端三相双绕组变压器组(Y/△)三铁心柱式三相双绕组变压器(Y/Y0)（2）三相变压器的联结方式变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，否则，不能并列运行。变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定。110kV及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN”连接；35kV采用“Y”连续，其中性点多通过消弧线圈接地；35kV以下电压级，变压器三相绕组都采用“△”连接。5.绕组接线组别的确定切换方式有两种：不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在±2×2.5%以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30%。6.调压方式的确定1）自然风冷却:2）强迫空气冷却又简称风冷式:3）强迫油循环水冷却4）强迫油循环风冷却5）强迫油循环导向冷却6）水内冷变压器7.冷却方式选择第二节导体的发热计算一、导体的长期发热计算导体中通过正常的负荷电流时，当导体的发热和散热达到平衡时，稳定温度的计算公式：式中θF——导体的温度，℃；θ0——周围环境温度，℃；θe——导体的长期允许最高温度，℃；——导体中通过的长期最大负荷电流，A；——导体允许电流（导体额定载流量的修正值），A。查资料可得由正常工作电流产生

温度修正系数，查资料可得要求：导体长期发热温度θF不超过其长期发热的最高允许温度（由国标规定）。计算导体长期发热的目的是：确定导体的允许载流量。设计时只要导体的实际发热温度不会超过额定温度。这一工作由设备厂家做二、导体的短时发热计算由短路电流产生导体的短时发热计算目的是：对设备进行热稳定校验。1.导体中通过正常负荷电流及短路电流时温度的变化θk接上正常负荷短路开始短路被切除短路后最高温度正常负荷时稳定温度环境温度2.短路电流热效应值Qf的计算对Qf较为准确的计算方法是解析法，但由于短路电流的变化规律复杂，所以一般不予采用。常用的计算方法为近似数值积分法。经过该法的分析，结论如下。短路结束时间短路开始时间用于设备热稳定校验短路电流全电流的有效值Qf=Qp+Qap

周期分量非周期分量短路故障切除时间,其计算见后短路时次暂态电流短路电流在tf/2时的周期分量有效值

短路切除时刻短路周期电流有效值查P211的表7-1第三节导体短路的电动力计算一、电动力的计算三相导体水平放置，三相短路时，中间B相所受电动力最大，其计算式为：式中——三相短路时的短路电流冲击值，A；L——支撑绝缘子间的跨距，m；a——相间距离，m。 电器和导体因短路冲击电流产生的电动力作用下的应力不应超过材料的允许应力。

硬导体材料的最大允许应力：硬铜140MPa、硬铝70MPa二、导体振动时的动态应力计算导体的一阶固有频率为：式中f1——一阶固有频率，Hz；L——支柱绝缘子间的跨距，m；Nf——频率系数，Nf根据导体连续跨数和支撑方式而异，其值见表7-2；E——导体的弹性模量，其值可查有关电气工程设计手册，Pa；J——垂直于弯曲方向的导体截面惯性矩，m4；m——导体单位长的质量，kg/m。由于电动力中含有工频和两倍工频两个分量，如果导体结构的固有频率接近这两个频率其中一个，就会出现共振现象。导体发生振动时，在导体内部会产生动态应力。最大电动力上乘以动态应力系数β，得实际动态过程中动态应力的最大值。动态应力系数β与固有频率的关系

固有频率在中间范围变化时，β>1；固有频率较低时，β<1；固有频率较高时，β1。对于屋外配电装置中的铝管导体，β=0.58。为了避免导体产生危险的共振，对于重要的导体，应使其固有频率在下述范围以外：（1）单条导体及一组中的各条导体35~135Hz（2）多条导体及有引下线的单条导体35~155Hz（3）槽形和管形导体90~160Hz动态应力系数β与固有频率的关系第五节电气设备选择与校验的一般方法总原则：按正常工作条件进行选择，按短路状态来校验热稳定和动稳定。一、按正常工作条件选择电器1.额定电压安装地点电网额定电压设备额定电压2.额定电流最大持续工作电流设备额定电流3.当地环境条件校核在选择设备时，还应考虑电气设备安装地点的环境（尤其注意小环境）条件，如气温、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。详见P218中相关说明二、按短路情况校验1．短路热稳定校验，校验导体短时发热2.动稳定校验，校验导体的最大受力

短路电流产生的热效应，见前面的计算电器允许通过的热稳定电流和时间，查资料可得设备允许通过的动稳定电流幅值，查资料可得短路冲击电流的幅值

或：设备允许通过的动稳定电流有效值，查资料可得短路冲击电流的最大有效值下列几种情况可不必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）采用有限流熔断器保护的设备，可不校验动稳定与热稳定；电缆线路不校验动稳定。（3）装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动、热稳定。3．短路电流计算条件做校验用的短路电流应按下列条件确定：（1）容量和接线工程设计最终容量+发展规划可能发生最大短路电流的接线最大运行方式（2）短路种类：一般按三相短路，其他短路类型较三相短路电流大时，应选取最严重的短路故障进行校验。

（3）短路计算点选择：可能通过被选设备的短路电流为最大的点。①发电机、变压器回路的断路器：应比较断路器前、后短路时通过断路器的电流值，择其大者为短路计算点。图7-3短路计算点的选择G1~G2~QF5QF3QF4QF1QF2~f2f4f7f8f5f6f1f31GI&2GI&sI&～系统多侧电源系统计算短路点的选择方法举例①发电机、变压器回路的断路器：应比较断路器前、后短路时通过断路器的电流值，择其大者为短路计算点。图7-3短路计算点的选择G1~G2~QF5QF3QF4QF1QF2~f2f4f7f8f5f6f1f31GI&2GI&sI&～多侧电源系统计算短路点的选择方法举例②母联断路器：应考虑当母联断路器向备用母线充电时，备用母线故障。此时，所有进、出线都接在工作母线上了图7-3短路计算点的选择G1~G2~QF5QF3QF4QF1QF2~f2f4f7f8f5f6f1f31GI&2GI&sI&～多侧电源系统计算短路点的选择方法举例多侧电源系统计算短路点的选择方法举例图7-3短路计算点的选择G1~G2~QF5QF3QF4QF1QF2~f2f4f7f8f5f6f1f31GI&2GI&sI&～此侧无电源③带电抗器的出线回路的断路器：一般选电抗器的线路侧为计算短路点。图7-3短路计算点的选择G1~G2~QF5QF3QF4QF1QF2~f2f4f7f8f5f6f1f31GI&2GI&sI&～多侧电源系统计算短路点的选择方法举例单侧电源系统计算短路点的选择方法举例电源侧负载侧，下侧无电源校验QF1、QS1校验QF2、QS2以及出线开关4.短路计算时间校验热稳定的计算时间tf后备保护的动作时间