发电厂电气设备的选择及其校验Word文档下载推荐.docx

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为了汇集、分配和传输电能，常常需要设置母线。

变电所的母线分为发电机出口母线、发电机电压（汇流）母线和升高电压（汇流）母线。

1.4断路器

断路器按其使用范围分为高压断路器和低压断路器，高低压界线划分比较模糊，一般将3kV以上的称为高压电器。

低压断路器又称自动开关，俗称＂空气开关＂也是指低压断路器，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。

它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。

1.5限流电抗器

限流电抗器一般用于配电线路。

从同一母线引出的分支馈线上往往串有限流电抗器，以限制馈线的短路电流，并维持母线电压，不致因馈线短路而致过低。

、限流电抗器、避雷针、电压互感器、电流互感器等等。

1.6绝缘子

绝缘子是一种特殊的绝缘控件，能够在架空输电线路中起到重要作用。

1.7母线

1.8防雷保护装置

变电站还装有防雷设备，主要有避雷针和避雷器。

避雷针是为了防止变电站遭受直接雷击将雷电对其自身放电把雷电流引入大地。

1.9高压熔断器

高压熔断器应根据额定电压、额定电流、型式种类、开断电流、保护的选择性等进行选择。

2电气设备选择的主要选择原则

2.1按正常工作条件选择

①按额定电压选择

（1-1）

指电气设备的额定电压；

指设备所在电网的电压等级的额定电压。

②按额定电流选择

电气设备的额定电流

是指在额定环境条件（环境温度、日照、海拔、安装条件等）下，电气设备的长期允许电流值。

这是出厂时给定的值。

一般实际环境条件不同于额定环境条件，因此要对

进行修正。

修正后的额定电流为:

（1-2）

为综合修正系数。

具体算法见【发电厂电气部分】第226页。

此时按额定电流选择的条件为：

（1-3）

2.2按短路情况校验

①首先计算短路电流

②确定短路计算时间

（1）校验热稳定的的短路计算时间

（用于计算短路电流热效应

）由下式确定：

（1-5）

为后备继电器保护动作时间（s）；

为断路器全开断时间（s）；

为断路器故有分闸时间（s）；

为断路器开断时电弧持续时间。

（2）校验开断电器（断路器）开断能力的短路计算时间

由下式确定：

（1-6）

为主继电保护动作时间（s）。

（3）热稳定和动稳定校验

①热稳定校验

要求所选电气设备能承受短路电流所产生的热效应，在短路电流通过时，电气设备各部分的温度（或发热效应）应不超过允许值。

电气设备满足热稳定的条件为：

[

]（1-7）

为制造厂规定的允许通过电器的热稳定电流，查表可得；

为制造厂规定的允许通过电器的热稳定时间，查表可得；

为短路电流通过电器时所产生的热效应，注意单位。

的算法如下：

热效应

由两部分组成，即短路电流周期分量产生部分

和非周期部分产生部分

。

的计算：

（1-8）

式中，

、

分别为短路电流周期分量的起始值、

时刻值、

时刻值。

（1-9）

为非周期分量等效时间（s），与短路点及

有关，可查【发电厂电气部分】第34页表2-3。

若

，导体的发热主要由周期分量来决定，此时可不计

，即有：

（1-10）注意单位为

②动稳定校验

动稳定就是要求电气设备能承受短路冲击电流所产生的电动力效应。

电气设备满足动稳定校验所谓条件为：

（

）（1-11）

为电器允许通过的动稳定电流（或称为极限通过电流）的幅值（kA），查表可得。

为短路冲击电流。

高压短路时

发电机端或发电机电压母线短路时

3各种电气设备的选择

3.1变压器的选择

首先要调查用电地方的电源电压，用户的实际用电负荷和所在地方的条件；

然后参照变压器铭牌标示的技术数据逐一选择，一般应从变压器容量、电压、电流及环境条件综合考虑，其中容量选择应根据用户用电设备的容量、性质和使用时间来确定所需的负荷量，以此来选择变压器容量。

在正常运行时，应使变压器承受的用电负荷为变压器额定容量的75～90左右。

运行中如实测出变压器实际承受负荷50小于时，应更换小容量变压器，如大于变压器额定容量应立即更换大变压器。

同时，在选择变压器根据线路电源决定变压器的初级线圈电压值，根据用电设备选择次级线圈的电压值，最好选为低压三相四线制供电。

这样可同时提供动力用电和照明用电。

对于电流的选择要注意负荷在电动机起动时能满足电动机的要求（因为电动机起动电流要比下沉运行时大4～7倍）。

变压器的主要作用是传输电能，额定容量是它的主要参数。

选择变压器需要注意的就是选择变压器的额定容量。

像双绕组变压器的额定容量即为绕组的额定容量。

多绕组变压器应对每个绕组的额定容量加以规定。

其额定容量为量大的绕组额定容量；

当变压器容量由冷却方式而变更时，则额定容量是指量大的容量。

我国现在变压器的额定容量等级是按≈1.26的倍数增加的，如容量有100、125、160、200……kVA等，只有30kVA和63000kVA以外的容量等级与优先数系有所不同。

1967年以前变压器的额定容量等级是按R8=8≈1.33倍数增加的R8容量系列。

变压器的容量大小与电压等级也是密切相关的。

电压低，容量大时电流大，损耗增大；

电压高，容量小时绝缘比例过大，变压器尺寸相对增大，因此，电压低的容量必小，电压高的容量必大。

现在国内变压器种类很多，那么怎样选择变压器的种类才能适合您的需求呢？

电力变压器一般分为电力变压器和特种变压器，前者是电力系统中输配电的重要设备，按用途分，升压变压器，降压变压器，配电变压器和联络变压器；

按结构分，双绕组变压器，三绕组变压器和自藕变压器；

按相数分，单相变压器，三相变压器和多相变压器。

变压器的选择需要您多方面的去参考和判断。

kva是功率单位，就是千伏安的意思。

1kva=1*1000伏特*1安培=1000瓦特=1千瓦

功率是分为有功功率（单位kW）、无功功率（单位kvar）、视在功率（单位kVA）。

它们的关系应该是：

kVA的平方=kW的平方+kvar的平方。

当你把所有的设备负荷总量统计出来后的结果应该是有功功率，单位kW，而变压器的单位是kVA，也就是视在功率。

根据：

有功功率/功率因素=视在功率，这个公式来计算所需要变压器的容量，各地区的供电局所规定的功率都不大一样，但是基本上施工用电和小工业的功率因素为0.85，大工业用电的功率因素为0.9。

因此，假设550kW的施工设备，应该选择的变压器大小=550kW/0.85=647kVA，因此应该选择630kVA的变压器。

负荷功率的总和不可以超过选择的变压器功率的百分之八十。

3.2断路器的选择

①首先根据额定电压选，额定电压要一致。

②断路器的额定电流要大于等于所用电路的额定电流。

③断路器的额定开断电流要大于等于所用电路的短路电流。

④根据环境条件选，如海拔、温度、湿度，选择符合要求的断路器。

⑤根据品牌选质量、性价比较高的断路器。

⑥对特殊开断情况，进行校验断路器。

然而不同的负载应选用不同类型的断路器，

最常见的负载有配电线路、电动机和家用与类似家用（照明、家用电器等）三大类。

以此相对应的便有配电保护型、电动机保护型和家用及类似家用保护型的断路器。

这三类断路器的保护性质和保护特性是不相同的。

对配电型断路器而言，它有A类和B类之分：

A类为非选择型，B类为选择型。

所谓选择型是指断路器。

具有过载长延时、短路短延时和短路瞬时的三段保护特性。

万能式（又称框架式）断路器中的DW15系列、DW17（ME）系列、AH系列和DW40、DW45系列中大部分是B型，而DZ5、DZ15、DZ20、TO、TG、CM1、TM30及HSM1等系列和万能式DW15、DW17的某些规格因仅有过载长延时、短路瞬时的二段保护，它们是属于非选择型的A类断路器。

选择性保护。

当F点短路时，只有靠近F点的QF2断路器动作，而上方位的QF1断路器不动作，这就是选择性保护（由于QF1不动作，就使未发生故障的QF3、QF4支路保持供电）。

如果QF2和QF1都是A类断路器，则F点发生短路，短路电流值达一定值时，QF1、QF2同时动作，QF1断路器回路及其下的支路全部停电，就不是选择性保护了。

能够实现选择性保护的原因是，QF1为B类断路器，它具有短路短延时性能，当F点短路时，短路电流流过QF2支路，也流过QF1回路，QF2的瞬时动作脱扣器动作（通常它的全分断时间不大于0.02s），因QF1的短延时，QF1在0.02s内不会动作（它的短延时≥0.1s或0.2、0.3、0.4s）。

在QF2动作切断故障线路时，整个系统就恢复了正常。

家用和类似场所的保护（过去又称它为导线保护或照明保护），也是一种小型的A类断路器，其典型产品有C45N、PX200C、HSM8等等。

配电（线路）、电动机和家用等的过电流保护断路器，因保护对象（如变压器、电线电缆、电动机和家用电器等）的承受过载电流的能力（包括电动机的起动电流和起动时间等）有差异，因此，选用的断路器的保护特性也是不同的。

3.3母线的选择

母线的材料为铜和铝。

母线截面的选择应以母线长期允许导通电流为准，总母线（汇流排）以各分支母线电流之和进行选择，分支母线以被连接支路额定电流为准进行选择。

母线选择包括：

3.3.1确定母线的材料、截面形状、布置方式

①母线的材料

常用的母线有铜、铝和铝合金三种。

痛的电阻率最低，耐腐蚀性好，机械强度高，是很好的母线导体材料。

但铜的价格高，用途广，且我国铜的储存量有限，因此，铜材料一般限于在母线持续电流大，布置尺寸特别受限制或母线周围污秽对铝腐蚀较大而铜腐蚀较轻的场所使用。

②母线的结构

母线的结构和截面积形状取决于母线的工作特点。

正常工作时，发电机电压母线工作电压较低，但持续工作电流较大，大中型发电机母线的工作电流一般在几千到上万安培，突出的问题是散热和短路时的动稳定问题。

为了有利于散热和保证短路时母线的动稳定，发电机电压母线通常采用硬裸母线。

通常的硬裸母线的截面形状有矩形、槽形和管形。

矩形母线散热好，安装连接方便。

但它的集肤效应系数大，为了不浪费母线材料，单条矩形母线的最大截面一般不超过1250mm。

槽形母线的截流量大，集肤效应系数小，机械强度高，一般适用于母线工作电流2000-4000A的回路中。

管形母线的集肤效应系数最小，机械强度高，还可以采用管内通水或通风的冷却措施，因此，当母线工作电流超过8000A时，常采用管形母线。

③母线的布置方式

母线采用何种布置方式，应根据母线的工作电流大小，短路电流电动力的大小，以及配电装置的具体情况而定。

④选择母线的截面面积

按最大长期工作电流密度选择为保证母线正常工作时的温度不超过允许值。

3.3.2按经济电流密度选择

①根据确定的母线材料和最大负荷年利用小时；

②按下式计算母线的经济截面积

3.3.3校验母线的动稳定和热稳定

满足热稳定要求的母线最小截面积仍按下式求得。

3.3.4、对重要的和大电流的母线，校验器共振频率

3.3.5、对于110kv及以上的母线，还应校验能否发生电晕。

3.4绝缘子的选择

绝缘子在工作中受各种大气环境的影响，并可能受到工作电压、内部过电压和大气过电压的作用。

因而要求在这三种电压作用以及相关的环境之下能够正常工作或保持一定的绝缘水平。

　　2.4.1按正常工作电压决定每串绝缘子的片数

　　三种电压以工作电压数值为最低。

但是，工作电压一年四季长期作用于绝缘子，当绝缘子表面被污染，特别是积了导电污秽又受潮时，在工作电压长时间作用下绝缘子可能因表明污秽不均匀发热、局部烘干后烘干带被击穿、泄漏电流加大导致热游离而发生污闪。

污闪电压和污秽性质、程度有关，和受潮状况等因素有关，它具有统计规律。

　　为了防止污闪的发生，目前采用的主要方法是保持绝缘子串有一定的泄漏距离。

根据污染程度、性质的不同，把污秽地区分成等级，按不同的污秽区规定不同的泄漏距离。

单位泄漏距离也叫泄漏比距，它表示线路绝缘或设备外绝缘泄漏距离与线路额定线电压的比值。

　　　　绝缘子串的泄漏距离应满足下式

　　F≥Ud（5-12）

　　式中　D―绝缘子串的泄漏距离cm；

　　　　　U―线路额定电压KV；

　　　　　d―泄漏比距cm/KV。

　　知道每片绝缘子的泄漏电流距离，即可决定绝缘子的片数n。

　　绝缘子的泄漏电流距离指两极间沿绝缘件外表面轮廓的最短距离。

　　直线杆塔每串绝缘子片数为

　　　n＝D/S　（5—13）

　　式中　D—绝缘子串应有的泄漏距离，cm；

　　　　　S—每片绝缘子的泄漏距离，cm；

　　　　　n—直线杆绝缘子串的绝缘子片数。

　　3.4.2.根据内部过电压决定绝缘子片数

　　绝缘子串在内部过电压下不应发生闪络，概率应很低。

因此要求绝缘子串的操作冲击湿闪电压大于操作过电压的数值。

　　3.4.3.大气过电压下线路的绝缘子

　在大气过电压下，并不要求线路绝缘不发生闪络，而是要求线路绝缘具有一定的耐雷水平。

这样，可以把线路的跳闸率限制到较低的数值。

耐雷水平除了和绝缘水平有关外，还和杆塔接地电阻、杆塔电感、避雷线根数等因素有关。

　　在一般情况下，不采取增加绝缘子片数的方法满足耐雷水平的要求。

但对于高杆塔则应考虑防雷的要求，适合增加绝缘子片数。

全高超过40m有避雷线的杆塔，高度每增加10m应增加一片绝缘子。

全高超过100m的杆塔，绝缘子数可以根据计算结合运行经验来确定。

　　2.4.4.耐张杆塔的绝缘子片数

　　耐张杆塔绝缘子串的绝缘子数量应比悬垂绝缘子的同型号绝缘子多一个。

3.5电抗器的选择

3.5.1并联电抗器

发电机满负载试验用的电抗器是并联电抗器的雏型。

铁心式电抗器由于分段铁心之间存在着交变磁场的吸引力，因此噪音一般要比同容量变压器高出10dB左右。

并联电抗器里面通过的交流，并联电抗器的作用是补偿系统的容抗。

通常与晶闸管串联，可连续调节电抗电流。

3.5.2串联电抗器

里面通过的是交流，串联电抗器的作用是与补偿电容器串联，对稳态性谐波（5、7、11、13次）构成串联谐振。

通常有5~6%电抗器，属于高感值电抗器。

3.5.3调谐电抗器

里面通过的是交流电，串联电抗器的作用是与电容器串联，对规定的n次谐波分量构成串联谐振，从而吸收该谐波分量，通常n=5、7、11、13、19。

3.5.4输出电抗器

它的作用是限制电机连接电缆的容性充电电流及使电机绕组上的电压上升率限制在54OV/us以内，一般功率为4-90KW变频器与电机间的电缆长度超过50m时，应设置输出电抗器，它还用于钝化变频器输出电压（开关的陡度），减少对逆变器中的元件（如IGBT）的扰动和冲击。

输出电抗器的使用说明：

为了增加变频器到电机之间的距离可以适当加粗电缆，增加电缆的绝缘强度，尽量选用非屏蔽电缆。

输出电抗器的特点：

①适用于无功补偿和谐波的治理；

②输出电抗器主要作用是补偿长线分布电容的影响，抑制输出谐波电流；

③有效地保护变频器和改善功率因数，能阻止来自电网的干扰，减少整流单元产生的谐波电流对电网的污染。

3.5.5电抗器

它的作用是限制变流器换相时电网侧的电压降；

抑制谐波以及并联变流器组的解耦；

限制电网电压的跳跃或电网系统操作时所产生的电流冲击。

当电网短路容量与变流器变频器容量比大于33:

1时，输入电抗器的相对电压降，对单象限工作为2%，四象限为4%。

当电网短路电压大于6%时，允许输入电抗器运行。

对于12脉动整流单元，至少需要一相对电压降为2%的网侧进线电抗器。

输入电抗器主要应用于工业/工厂自动化控制系统中，安装在变频器、调速器与电网电源输入电抗器之间，用于抑制变频器、调速器等产生的浪涌电压和电流，最大限度的衰减系统中的高次谐波及畸变谐波。

电抗器的特点：

①适用于无功功率补偿和谐波的治理；

②输入电抗器用来限制电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击；

对谐波起滤波作用，以抑制电网电压波形畸变；

③平滑电源电压中包含的尖峰脉冲，平滑桥式整流电路换相时产生的电压缺陷。

3.5.1限流电抗器

3.5.2消弧线圈

消弧线圈广泛用于10kV-63kV级的谐振接地系统。

由于变电所的无油化倾向，因此35kV以下的消弧线圈现很多是干式浇注型。

3.5.3阻尼电抗器

通常也称串联电抗器与电容器组或密集型电容器相串联，用以限制电容器的合闸涌流。

这一点，作用与限流电抗器相类似滤波电抗器滤波电抗器与滤波电容器串联组成谐振滤波器，一般用于3次至17次的谐振滤波或更高次的高通滤波。

直流输电线路的换流站、相控型静止补偿装置、中大型整流装置、电气化铁道，以至于所有大功率晶闸管控制的电力电子电路都是谐波电流源，必须加以滤除，不让其进入系统。

电力部门对于电力系统中的谐波有具体规定。

3.5.4平波电抗器

平波电抗器用于整流以后的直流回路中。

整流电路的脉波数总是有限的，在输出的整直电压中总是有纹波的。

这种纹波往往是有害的，需要由平波电抗器加以抑制。

直流输电的换流站都装有平波电抗器，使输出的直流接近于理想直流。

直流供电的晶闸管电气传动中，平波电抗器也是不可少的。

平波电抗器在整流电路中是个重要元件，在中频电源中主要作用是：

①限制短路电流，（逆变晶闸管换相时同时导通相当于整流桥负载直接短路）没有电抗器就直接短路。

②抑制中频分量对工频电网的影响。

③滤波作用（整流电流带有交流成分；

高频交流不易通过大电感）使整流输出波形连续，如不连续，就会出现电流为零的时间，这时逆变桥停止工作，造成整流桥开路的现象。

④并联逆变电路的输入功率有无功分量的吞吐，逆变桥的输入电路中必定有储能的元件电抗器。

3.6隔离开关的选择

①选择型式；

②选择额定电压；

③选择额定电流；

④校验动稳定。

3.7电流互感器的选择

选择电流互感器时，首先要根据装设地点、用途等具体条件确定互感器的机构类型、准确等级、额定电流比KL；

其次要根据互感器的额定容量和二次负荷计算二次电路连接导线的截面积；

最后校验其动稳定和热稳。

4高压断路器的选择和校验

4.1形式选择

选择高压断路器的形式与安装场所、配电装置的结构等条件有关，同时还应考虑开断时间、频度，使用寿命等技术参数。

根据我国目前高压断路器的生产情况，一般配电装置中6~35kV选用真空断路器，35kV也可选用。

4.1.2按额定电压选择：

断路器的额定电压不小于装设断路器的回路所在电网的额定电压，一般在10kV及以上装置中选择两者相同。

即：

UN≧Uew

4.1.3按额定电流选择：

断路器的额定电流不小于装设断路器回路的最大持续工作电流。

即：

IN≧Imax

①位于变压器的高压侧Imax=1.05In（变压器高压侧绕组的额定电流）

②位于变压器的低压侧Imax=1.05In（变压器低压侧绕组的额定电流）

4.1.4按额定开断电流选择：

断路器额定开断电流不小于断路器触头刚刚分开时所通过的短路电流。

4.1.5校验动稳定：

断路器的额定峰值耐受电流（ip）不小于通过断路器的最大三相短路冲击电流。

ip≧i（3）im

4.1.6校验热稳定：

断路器允许的最大短路热效应（I2t×

t）不小于短路热效应（Qk）

I2t×

t≧Qk

4.2高压断路器的选择与校验

4.2.1

10kV母线进线侧依据额定电压、额定电流、以及额定开断电流等工作条件。

宜选择少油断路器SN10-10/3000-43.3

（1）动稳定校验

ip=130kAi（3）im=83.55kA故满足条件ip≧i（3）im

（2）热稳定校验

t=3749.78（kA2·

s）Qk=2812.34（kA2·

s）故满足条件I2t×

t≧Qk

4.2.2110kV母线进侧

依据额定电压、额定电流、以及额定开断电流等工作条件。

宜选择LW6-132

（1）动稳定校验

ip=100kAi（3）im=23.44kA

满足ip≧i（3）im

（2）热稳定校验

t=4800（kA2·

s）Qk=212.1（kA2·

s）

故满足条件I2t×

参考文献

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水利电力出版社，1985

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