电气设备的选择（发电厂电气设备课件）

短路电流参数计算目录短路电流计算主要目的01高压系统短路电流计算0201短路电流计算主要目的BDACE一、短路电流计算主要目的选择导体和电器设备继电保护等保护设备整定选择的依据验算接地装置的接触电压和跨步电压确定送电线路对通信线电磁危险影响电网电厂主接线的比较、选择02高压系统短路电流计算1.标幺值及基准值选择与计算二、高压系统短路电流计算2.系统元件电抗标幺值的计算3.三相短路电流计算4.不对称短路电流计算二、高压系统短路电流计算1.标幺值及基准值选择与计算

基准容量SJ全网只取一个一般取SJ=100MVA或SJ=1000MVA基准电压UJ每个电压级各取一个一般取用各级的平均电压网络平均电压网络额定电压下标J表示“基准”进行标幺值计算要先取基准容量和基准电压，而且要考虑计算的方便高压短路电流计算一般只计及各元件(即发电机、变压器、电抗器、线路等)的电抗，并采用标幺值计算，可以使计算得到简化1.电流基准值和阻抗基准值的计算当基准容量SJ（MVA）、基准电压UJ（kV）选定后，根据各物理量之间的关系基准电流IJ（kA），与基准阻抗ZJ

（

）便可求得。二、高压系统短路电流计算基准电流：基准阻抗：二、高压系统短路电流计算2.各元件参数标幺值的计算标幺值的意义：电路元件物理量有名值与同一物理量基准值的之比称标幺值。电压电流阻抗、电阻及电阻，它们的基准相同功率：有功功率、无功功率、视在功率的基准相同采用标幺值的一些好处，采用标幺值后：相电压和线电压的标幺值是相等;单相功率和三相功率的标幺值相等。某些物理量还可以用标幺值相等的另一些物理量来代替如：当电压等于基准电压时，即电压的标幺值等于1时：当用标幺值计算时，正常情况下，全网各处电压均在1左右，便于分析系统运行情况二、高压系统短路电流计算二、高压系统短路电流计算标幺值和有名值之间的关系和变换各元件参数计算二、高压系统短路电流计算发电机参数计算有名值：标幺值：二、高压系统短路电流计算变压器参数计算有名值：标幺值：二、高压系统短路电流计算电抗器参数计算有名值：标幺值：要特别注意，这里的电压不能消去有名值：几何均距：标幺值：输电线参数计算

二、高压系统短路电流计算3.三相短路电流周期分量计算无限大电源供给的短路电流有限电源供给的短路电流（1）（2）二、高压系统短路电流计算二、高压系统短路电流计算（1）无限大电源供给的短路电流当供电电源容量为无穷大或计算电抗(以供电电源为基准)Xjs≥3时，不考虑短路电流周期分量的衰减，此时有名值短路功率标幺值与短路电流标幺值相等有名值此时，都认为电势E＝1此时，短路电流周期分量不变，都等于短路点的输入阻抗分之一标幺值无限大容量系统短路电流计算无限大电源：当供电电源容量为无穷大或计算电抗(以供电电源为基准)Xjs≥3时，可以不考虑短路电流周期分量衰减的电源系统。无限大电源发生三相对称短路后，短路电流周期分量不变，都等于短路点的输入阻抗标幺值分之一。无限大容量系统短路电流计算无限大容量系统短路电流计算强调：1.在计算出短路电流周期分量标幺值后，利用标幺值乘以基准值便可以得到短路电流周期分量的有名值。2.在计算短路功率标幺值时，近似认为短路功率标幺值与短路电流标幺值相等。无限大容量系统短路电流计算短路电流周期性分量计算教材上的表示法t=0s时，三相短路电流的周期性分量(对称短路电流初始值—起始次暂态电流)标幺值一般称为X分之一法无限大容量系统短路电流计算短路电流有名值短路功率有名值短路故障点的等值电抗(标幺值)基准电流基准功率基准电压无限大容量系统短路电流计算短路电流周期分量的标幺值；0秒短路电流周期分量的标幺值，称为起始次暂态电流稳态短路电流周期分量的标幺值电源对短路点的等值电抗标幺值；考虑电阻时的影响无限大容量系统短路电流计算上面的计算公式忽略了电阻的影响，如果回路总电阻较大，满足条件：则电阻对短路电流有较大的作用。此时，必须用阻抗的标幺值来代替式中的电抗标幺值。无限大容量系统短路电流计算（4）短路电流计算实例分析无限大容量系统短路电流计算变压器电抗基准电流起始次暂态电流无限大容量系统短路电流计算短路电流冲击系数短路功率-短路容量短路电流最大瞬时值-冲击电流短路电流的危害及限制措施短路电流的危害及限制措施变压器短路事故低压抽出式开关柜垂直排短路事故300MW汽轮机发电机出口线路短路事故空调线路短路事故电线短路事故01思考：什么是短路呢？一、短路1.短路：电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接即短路。2.短路电流：短路时流过系统的电流。短路事故主要是由短路电流引起的。一、短路3.短路基本类型：三相短路、两相短路、两相对地短路和单相对地短路。02思考：短路电流都有哪些危害呢？二、短路电流的危害1.产生电弧,发生火灾。二、短路电流的危害2.导体过热熔化，绝缘损坏。二、短路电流的危害3.产生电动力，使导体变形损坏。二、短路电流的危害4.系统电压大幅度降低，特别是短路点，用户供电遭到破坏。03思考：如何限制短路电流呢？三、短路电流的限制措施1.做好短路电流计算，合理选择及校验电气设备。三、短路电流的限制措施2.正确选择继电保护的整定值和熔体的额定电流。三、短路电流的限制措施3.安装避雷设备三、短路电流的限制措施4.保证架空线路施工质量，加强线路维护。三、短路电流的限制措施5.安装、检修设备时，防止误接线，误操作，带电部位距离小时，要采取防止短路的措施。三、短路电流的限制措施6.防小动物，防导电粉尘。三、短路电流的限制措施7.在电缆埋设处设置标记，以防被破坏引发短路。三、短路电流的限制措施8.运行、维护人员应认真学习、遵守规章制度，正确操作、巡视、检查线路和设备。小结：短路电流的危害短路电流的限制

有限容量系统短路电流计算（2）有限电源供给的短路电流通常用短路电流计算曲线计算在工程计算中，常利用计算曲线（或称运算曲线）来确定短路后任意指定时刻短路电流的周期性分量。任务一、有限容量系统短路电流计算任务一、有限容量系统短路电流计算计算电抗的意义把归算到发电机额定容量的外接电抗的标幺值和发电机纵轴次暂态电抗的标幺值之和定义为计算电抗计算方法：先将电源对短路点的等值电抗（）归算到以电源容量为基准的计算电抗。发电机额定容量系统基准容量然后按给定时间值，查相应的发电机运算曲线或查相应的发电机运算曲线数字表，即可得到短路电流周期分量的标幺值。

任务一、有限容量系统短路电流计算电气设备的选择目录电气设备选择的一般原则01电气设备选择的技术条件02电气设备的选择0301电气设备选择的一般原则1.应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求并考虑远景发展；2.应按当地环境条件校核；3.应力求技术先进和经济合理；4.与整个工程的建设标准应协调一致；5.同类设备应尽量减少品种；6.选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级部门批准。一、电气设备选择的一般原则02电气设备选择的技术条件1.长期工作条件电压：选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路电网的最高运行电压UNSmax，即：Umax≥UNSmax；电流：选用的电器额定电流IN不得低于所在回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流Imax，即：IN≥Imax；

机械荷载：所选电器端子的允许荷载，应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力。二、电气设备选择的技术条件2.短路稳定条件校验的一般原则：电气设备在选定后应按可能通过的最大短路电流进行动、热稳定校验。校验的短路电流一般取三相短路时短路电流，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，则应按严重情况校验用熔断器保护的电气设备可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定。用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。二、电气设备选择的技术条件短路的热稳定条件：短路的动稳定条件：(1)短路电流电动力效应1).电动力:载流导体在相邻载流导体产生的磁场中所受的电磁力。2).电动力的危害:引起载流导体变形、绝缘子损坏，甚至于会造成新的短路故障。二、电气设备选择的技术条件3).两平行导体间最大的电动力:

电动力的方向：同吸；反斥。

4).两相短路时平行导体间的最大电动力二、电气设备选择的技术条件二、电气设备选择的技术条件5).三相短路时平行导体之间的最大电动力边缘相U相与中间相V相导体所承受的最大电动力、分别为：发生三相短路后，母线为三相水平布置时中间相导体所承受的电动力最大。二、电气设备选择的技术条件6).短路电流电动力效验电力系统中同一地点发生不同种类的短路时，导体所承受三相短路时的最大电动力比两相短路时的最大电动力大15％。因此，在校验导体的最大电动力时，按三相短路的最严重情况考虑。(2).短路电流的热效应1）.电气设备发热的原因电气设备在工作中，由于自身的有功功率损耗，引起电气设备的发热。包括电阻损耗、介质损耗。2）.导体发热种类长期发热：正常工作电流在较长时间内所引起的发热。短路时发热：短路电流在极短的时间内所引起的发热。3).电气设备温度升高的影响设备的绝缘：温度愈高绝缘的老化速度愈快。接触电阻值：增大，功率损耗加大，温度再升高，恶性循环。机械强度：显著降低，影响电器的安全运行。二、电气设备选择的技术条件4).载流导体和电器发热的允许温度为了限制电气设备因发热而产生不利影响，保证电气设备的正确使用，国家规定了载流导体和电器长期发热和短路时发热的允许温度。二、电气设备选择的技术条件AB段：工作电流所产生的热量引起导体温度的变化；BC段：短路时导体温度变化；C点后的虚线：短路电流被切除之后，导体温度会逐渐地降至周围环境温度。二、电气设备选择的技术条件5).导体温度的变化特点二、电气设备选择的技术条件计算导体短路时的最高温度的步骤：(1)根据运行温度，从曲线中查出之值；(2)将与之值代入公式，计算出：(3)根据，从曲线中查出之值。二、电气设备选择的技术条件7).短路电流的热效应计算工程中短路电流的热效应通常采用近似数值积分法计算。非周期分量热效应：周期分量热效应：二、电气设备选择的技术条件3.环境条件温度：日照：产生附加温升风速：不大于35m／s冰雪：隔离开关的破冰厚度一般为10mm湿度：采用当地相对湿度最高月份的平均相对湿度污秽：发电厂、变电站污秽分三级海拔：一般不超过1000m地震：根据当地的地震烈度选用二、电气设备选择的技术条件4.环境保护电磁干扰：110kV及以上电器户外晴天无线电干扰电压不大于2500μV。对于110kV以下的电器一般可不校验无线电干扰电压。噪音：要求在距电器2m处，连续性噪音不应大于85dB；非连续性噪音，屋内不应大于90dB，屋外不应大于110dB。电场强度：在电气设备周围，特别是架空导线下面，当距地面1.5米范围内，电场强度小于15kV/每米时，对人和动物是安全的，否则可能会造成一定的伤害。03电气设备的选择三、电气设备的选择1.高压开关电器的选择1）种类和型式的选择2）额定电压选择3）额定电流选择4）断路器的开断电流选择5）动稳定校验6）热稳定校验

根据用途、安装地点、安装方式、结构类型和价格因素等综合条件进行合理选择UN≥UNsIN≥Imax

INbr≥IapINbr≥I''Ies≥Ik三、电气设备的选择例：试选择容量为25MW、UN=10.5kV、的发电机出口断路器及隔离开关。已知发电机出口短路时，发电机主保护时间为0.05s，后备保护时间为3.9s，配电装置内最高室温为+40℃。三、电气设备的选择解：发电机最大持续工作电流通过查附录，可选择断路器的型号为SNl0－10III／2000；隔离开关的型号为GN2—10/2000。由于tk＞ls，故不计非周期分量的热效应三、电气设备的选择冲击电流计算数据SN10—10III/2000GN2—10/200010kV1804（A）26.4kA71（kA）3401[（kA）2.s]10（kV）2000（A）43.3（kA）130（kA）43.32×4=7499（kA）[（kA）2.s]10（kV）2000（A）85（kA）512×4=13005[（kA）2.s]由选择结果表可见，各项条件均能满足，因此所选的断路器和隔离开关合格。三、电气设备的选择UN≥UNs

熔管额定电流INft≥INf35kV及以下电力变压器的高压熔断器熔体INft=KImax不计电动机自启动时K=1.1～1.3考虑电动机自启动时K=1.5～2.0保护电力电容器高压熔断器熔体额定电流INfs=KINC一台电力电容器时K=1.5～2.0一组电力电容器时K=1.3～1.81).额定电压选择2).额定电流选择2.高压熔断器的选择

4).熔断器选择性校验为了保证前后两级熔断器之间或熔断器与电源（或负荷）保护装置之间动作的选择性。对于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。INbr≥Ik3).熔断器开断电流校验三、电气设备的选择三、电气设备的选择3.电流互感器的选择1).按一次回路额定电压和电流选择UN≥UNsIN≥Imax式中：UNs—电流互感器所在电力网的额定电压，（kV）；UN、IN—电流互感器的一次额定电压和电流；

Imax—电流互感器一次回路最大工作电流，（A）。2).电流互感器种类和型式选择安装地点（如屋内、屋外）安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）3).选择电流感器的准确度等级和额定容量互感器的准确度等级不得低于所供测量仪表的准确度等级。其中：rc一般取0.1Ω4).热稳定校验5).动稳定校验（或）三、电气设备的选择内部动稳定外部动稳定式中：Ik－短路电流稳态值；

tk－短路计算时间。式中：Fa－作用于电流互感器瓷帽端部分的允许力；l－互感器出线端至最近一个母线支持绝缘子之间的跨。系数0.5表示互感器瓷套管端部承受该跨上电动力的一半。形式一次电压（V）二次电压（V）第三绕组电压（V）单相接于一次线电压上（如V/V接法）UNs100接于一次相电压上中性点非直接接地中性点直接接地100三相UNs100100/3三、电气设备的选择

电压互感器一次绕组所接电力网电压UNs应在1.16～0.85UNI范围内变动，即满足下列条件：0.85UNI<UNs<1.2UNI100/34.电压互感器的选择2).按二次回路电压的选择1).按一次回路电压选择三、电气设备的选择3).种类和型式选择6～35kV屋内配电装置：一般采用油浸式或浇注式电压互感器110～220kV配电装置：一般采用串级式电磁式电压互感器200kV及其以上配电装置：一般采用电容式电压互感器三、电气设备的选择接线相量UUVVVWW4).按容量和准确度等级选择三、电气设备的选择5.限流电抗器的选择

1).额定电压和额定电流的选择电源至短路点的总电抗标幺值所需电抗器的电抗标幺值百分电抗电压损失校验母线残压校验热稳定动稳定3).热稳定和动稳定校验2).普通电抗