发电厂电气设备的选择及其校验4文档格式.doc
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候犁明
摘要：
通过对变电通过对变电所电气设备的构成介绍，了解变电所电气设备的选择原则以及校验过程。
变压器是变电所的主要设备，电压高低与绕组匝数成正比，电流则与绕组匝数成反比。
开关设备，它包括断路器、隔离开关、负荷开关、高压熔断器等都是断开和合上电路的设备。
电压互感器和电流互感器，它们的工作原理和变压器相似，它们把高电压设备和母线的运行电压、大电流即设备和母线的负荷或短路电流按规定比例变成测量仪表、继电保护及控制设备的低电压和小电流。
用来限制短路电流的限流电抗器一般选用NKL系列铝线电抗器或FFL系列铝线分裂电抗器。
变电所还装有防雷设备，主要有避雷针和避雷器。
关键词：
变电所；
变压器；
断路器；
隔离开关；
母线；
绝缘子；
电抗器
Substationelectricalequipmentchoicecalibration
HouLiming
Abstract:
byanalyzingthecompositionofsubstationelectricalequipment,understandingthesubstationintroducedtheselectionprincipleofelectricequipmentandcheckoutprocess.Thetransformeristhemainequipment,voltagesubstationhigh-lowandturnratiosisproportionaltothecurrentisinverselyproportionaltoturnratios.Switchequipment,itincludescircuitbreakers,isolatingswitch,loadswitch,high-voltagefuseisdisconnectedtheequipmentoncircuitharmony.Thevoltagetransformerandcurrenttransformer,theirprincipleandtransformersimilar,theytakehighvoltageequipmentsandbusbaroperationvoltage,largecurrentnamelyequipmentandbusloadorshort-circuitcurrentpressformularyscaleintomeasuringinstrument,relayprotectionandcontrolequipmentoflowvoltageandsmallcurrent.TolimittheshortcircuitcurrentgenerallyselectedthecurrentlimitingreactorsNKLseriesaluminumwirereactororFFLseriesaluminumwiresplitreactor.Substationequippedwithlightningprotectionequipment,mainlyisalightningrodandlightningarrester.
Keywords:
substation;
Transformer;
Circuitbreaker;
Isolatingswitch;
Busbar;
Insulator;
reactor
前言：
变电所是把一些设备组装起来，用以切断或接通、改变或者调整电压，在电力系统中，变电所是输电和配电的集结点，变电所主要分为：
升压变电所，主网变电所，二次变电所，配电站。
变电所是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。
一、变电所有哪些主要电气设备构成
1.1变压器
变压器是变电所的主要设备，分为双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器即高、低压每相共用一个绕组，从高压绕组中间抽出一个头作为低压绕组的出线的变压器。
电压高低与绕组匝数成正比，电流则与绕组匝数成反比。
变压器按其作用可分为升压变压器和降压变压器。
前者用于电力系统送端变电所，后者用于受端变电所。
变压器的电压需与电力系统的电压相适应。
为了在不同负荷情况下保持合格的电压有时需要切换变压器的分接头。
按分接头切换方式变压器有带负荷有载调压变压器和无负荷无载调压变压器。
有载调压变压器主要用于受端变电所。
1.2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。
1.3隔离开关
隔离开关隔离开关是高压开关电器中使用最多的一种电器，顾名思义，是在电路中起隔离作用的它本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。
刀闸的主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。
1.4互感器
互感器分为电流互感器和电压互感器，它们既是电力系统中一次系统与二次系统间的联络元件，同时也是隔离元件。
它们将一次系统的高电压、大电流，转变为低电压、小电流，供测量、监视、控制及继电保护使用。
1.5电抗器
用来限制短路电流的限流电抗器一般选用NKL系列铝线电抗器或FFL系列铝线分裂电抗器。
变电站还装有防雷设备，主要有避雷针和避雷器。
1.6母线
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。
1.7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。
1.8防雷保护装置
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
二、各种电气设备的选择原则
在变电所的主接线图中，包括许多不同类型电气设备。
如：
它们的工作条件等于完全相同，它们的选择方法也不完全一样，但是有很多共同点，差不多所有以上电器都是按正常运行情况下的额定电压额定电流的选择，以系统发生短路时热稳定和动稳定进行校检。
1、按正常工作条件选择电器
正常工作条件是指设备的额定电压的额定电流。
按额定电压选择电器。
设备的额定电压就是指名牌上标出的线电压。
选择时一般要求电器设备装置点的电网额定电压不应超过电器设备的额定电压即：
但电器设备还可以长期处于超过它本身额定电压的10—15%的电压下工作这电压称为电器设备的最大工作电压。
言外之意，一个电器设备处在1.15以下工作都属于正常
按最高工作电压
一般电器允许的最高工作电压：
当额定电压在220KV及以下时为1.15UN；
额定电压是330~500KV时是1.1UN。
而实际电网的最高运行电压Usm一般不会超过电网额定电压的1.1UNs，因此在选择电器时，一般可按电器额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择,即
UN≥UNs
2．按额定电流选择电器
电器的额定电流是指在一定的周围环境温度下长期允许通过的电流选择时应满足条件为
电器的额定电流由制造厂提供
—电路中最大的长期工作电流
各种设备最大长期工作电流的计算，请看讲义85页—1
我们在第四章第二节已经讲过周围空气温度对允许电流有很大的影响那么线圈目前生产的电器设计时所采用的周围介质温度如下：
电流变压器和电器
发电机
导线母线电缆指装在空气中
埋入地下电缆
如果周围介质温度高于上述规定值时电器容许的通过电流将有响应的改变。
即
公式中：
—周围环境实际温度，计算时取当地月平均最高气温（）
—电器的长期允许温度
—对应某种电器设计时所采用的周围环境温度
—空气温度为时的额定电流
—对应于实际温度的长期允许电流
当周围介质温度低于上述规定值时没低1允许电流增加0.5%但增加的总数不得大于20%
IN≥Imax
由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Imax为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍；
若变压器有过负荷运行可能时，Imax应按过负荷确定；
母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的Imax；
母线分段电抗器的Imax应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的50%~80%；
出线回路的Imax除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。
此外，还与电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进行种类和形式的选择。
3.按当地环境条件校核
在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤须注意小环境）条件，当气温，风速，温度，污秽等级，海拔高度，地震列度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时，应采取措施。
我国目前生产的电器使用的额定环境温度θ0＝＋40℃，如周围环境温度高于＋40℃（但≤＋60℃）时，其允许电流一般可按每增高1℃，额定电流减少1.8％进行修正，当环境温度低于＋40℃时，环境温度每降低1℃，额定电流可增加0.5％，但其最大电流不得超过额定电流的20%。
4.按短路情况校验
（1）短路热稳定校验
短路电流通过电器时，电器各部分的温度应不超过允许值。
满足热稳定的条件为It2t≥Qk
式中Qk—短路电流产生的热效应
It、t—电器允许通过的热稳定电流和时间。
（2）电动力稳定校验
电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。
满足动稳定条件为：
Ies≥Ish
式中Ish—短路冲击电流有效值；
Ies—电器允许的动稳定电流的有效值；
电气设备选择的技术条件
选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。
同时，所选择导线和电气设备应按短路条件下进行动、热稳定校验。
各种高压设备的一般技术条件如表：
表2.1：
高压设备的一般技术条件
序号
电器名称
额定电压KV
额定电流A
额定容量KVA
机械荷载N
额定开断电流A
热稳定
动稳定
绝缘水平
1
断路器
是
2
隔离开关
3
电流互感器
4
电压互感器
2.1变压器
变压器容量的选择是一个全面、综合性的技术问题，没有一个简单的公式可以表示。
变压器容量的选择与负荷种类和特性、负荷率、需要率、功率因数、变压器有功损耗和无功损耗、电价（包括基本电价）、基建投资、（包括变压器价格及安装土建费用和供电贴费）、使用年限、变压器折旧、维护费以及将来的计划等因数有关。
2.1.1变压器容量的基本估算
变压器容量的基本估算主要有以下三种方面。
2.2.2.1利用计算负荷法估算
先求出变压器所要供电的总计算负荷，然后按下式估算。
变压器总容量=总计算负荷+考虑将来的增容裕量。
2.2.2.2利用最经济运行效果法估算
所选择的变压器，其最佳经济负荷和实际使用负荷相等或接近，即：
变压器容量约等于S/贝塔m,式中S--实际使用负荷，KVA;
贝塔m--所选择变压器最高效率时的负荷率。
按上式选择的变压器容量往往偏大，按最高效率相应的的负荷率贝塔m所选择的变压器在最高效率的工况下运行，不一定会使企业得到最好的经济效益。
这是由于没有综合考虑影响经济选择企业变压器的各种因数的缘故。
2.2.2.3按年电能损耗最小法选择变压器
该方法适用于不同的企业性质和生产班制及负荷曲线的场合，它是根据年电能损耗最小为原则来选择变压器容量的，因此，从节能角度看较合理。
计算结果表明，变压器容量应在使用负荷和最高经济负荷之间进行选择。
一班制企业，可按使用负荷选择变压器容量，也可略留裕量；
二班间断和三班间断的企业，可分别按比例使用负荷高一级和二级左右的容量选择变压器；
三班连续制企业，可按最经济负荷选择变压器。
然而该方法只考虑年电能损耗最小这一点，还未考虑其他因数，因此，还是不全面的。
按变压器年电能损耗最小和运行费用最低、并综合考虑变压器装设的投资来确定变压器安装容量，才是经济合理的。
2.2断路器
断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并经济技术方面都比较后才能确定。
根据目前我国断路器的生产情况，电压等级在10KV~220KV的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用SF6断路器。
（1）SF6断路器的特点：
1.灭弧能力强；
介质强度高，单元灭弧室的工作电压高，开断电流大然后时间短。
2．开断电容电流或电感电流时，无重燃，过电压低。
3．电气寿命长，检修周期长，适于频繁操作。
4．操作功小，机械特性稳定，操作噪音小。
（2）选择原则：
1.Imax≥1.05IN
2.UN≥UNs
因此，220KV处断路器的额定电压取220kV，最高工作电压选用252kV，额定电流选用1600A，开断电流选用40kA，采用LW-220；
110KV处断路器的额定电压取110KV，最高工作电压选126KV，额定电流采用1600，开断电流采用31.5KA，采用LW11-110。
断路器的选择内容包括：
2.2.1选择型式
断路器型式的选择，应在全面了解其使用环境的基础上，结合产品的价格和已运行设备的使用情况加以确定。
2.2.2选择额定电压
所选断路器的额定电压应大于或等于安装处电网的额定电压。
2.2.3选择额定电流修正。
2.2.4校核额定开断能力
2.2.5校核动稳定
2.2.6校验热稳定
表2.2：
断路器的选择
I″
Qk
220KV
计算值
220
661.33
18.17
46.27
72.76
110KV
110
1322.66
35.11
89.37
233.68
I2tt（3s）
Ies
LW-22O
1600
40
100
4800
LW11-110
2976.75
为额定电流；
额定开断电流；
额定闭合电流；
Ies（3s）动稳定电流峰值；
It（3s）热稳定电流。
2.3隔离开关
隔离开关选择方法可参照断路器，其内容包括：
①选择型式
②选择额定电压
③选择额定电流
④校核动稳定
⑤校验热稳定
2.4互感器
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结构类型、准确等级、额定电流比；
其次要根据互感器的额定容量和二次负荷计算二次回路链接导线的截面积；
最后校验其动稳定和热稳定。
①结构和准确度的确定
②额定电压的选择
③额定电流的选择及额定电流比的确定
④二次回路链接导线截面积的计算
⑤热稳定校验
⑥动稳定校验
2.4.1电流互感器的选择
电流互感器的选择和配置应按下列条件：
（1）型式：
电流互感器的型时应根据使用环境条件和产品情况选择。
对于6~20KV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。
对于35KV及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。
有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。
一次回路电压：
（3）一次回路电流：
I1N≥Imax
（4）准确等级：
要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求高的表计来选择。
（5）二次负荷：
互感器按选定准确级所规定的额定容量S2N应大于或等于二次侧所接负荷I22NZ2L，即
S2N≥I22NZ2L
Z2L=ra+rre+rL+rc
式中，ra、rre分别为二次侧回路中所接仪表和继电器的电流线圈电阻（忽略电抗）；
rc为接触电阻，一般可取0.1Ω；
rL为连接导线电阻。
（6）动稳定：
内部动稳定校验式为：
ies≥ish或I1NKes≥ish
式中ies、Kes—电流互感器的动稳定电流及动稳定电流倍数，有制造厂提供。
外部动稳定校验式为
Fal≥0.5×
1.73×
10-7i2sh（N）
式中Fal—作用于电流互感器瓷帽端部的允许力，有制造厂提供；
—电流互感器出现端至最近的一个母线支柱绝缘子之间的跨距；
a—相间距离；
0.5—系数，表示互感器瓷套端部承受该跨上电动力的一半。
（7）热稳定：
电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的热稳定电流It或一次额定电流I1N的倍数Kt来表示，热稳定校验式为
I2t≥Qk或（KtI1N）2≥Qk
表2.3电流互感器的选择表
电压等级
型号
额定电流比
准确级数
热稳定倍数
动稳定倍数
二级负荷
（Ω）
LB-220
2×
600/5
0.5
30（1s）
75
LB-110
2000/1
0.2
40（3s）
0.8
L-电流互感器,B-保护
UN次KV
UN二次KV
剩余电压绕组A
最大容量
KVA
JCC-110
0.1
2000
JCC-220
1000
发电机出口
JDX-35
35/
O.1
J-电压互感器,C-瓷绝缘（串级式）,D-单相油浸式，X-特有剩余电压绕组
2.5电抗器
按额定电压选择
一般选择电抗器额定电压与安装处电网额定电压相同。
选择电抗器的额定电流必须大于可能流过电抗器的最大长期工作电流。
电抗器基本设有过载能力，选择时应有适度裕度。
2.6母线
母线的选择内容包括
①确定母线的材料、截面形状、布置方式
②选择母线的截面积
③校验母线的动稳定和热稳定
④.对重要的和大电流的母线，校验其共振频率
⑤对110kv以上的母线，还应交验能否发生电晕
2.7高压熔断器
保护电压互感器的高压熔断器
保护电压互感器的高压熔断器，一般选择RN2型，其额定电压应高于或等于所在电网的额定电压（但限流式则只能等于电网电压），额定电流通常均为0.5A
保护一般回路的熔断器
①熔体的额定电流应为回路负荷电流的1.5-2.5倍
②熔断器的额定电流应大于熔体的额定电流。
③上、下级熔断器的安-秒特性要互相配合。
2.8防雷保护装置
在发电厂中，户外布置的电力变压器、配电装置、发电机电压引出线，以及油处理室、露天油罐、主变压器修理间等，均应装设直击雷保护装置。
主厂房、主控制室和35kv以下的户内配电装置，一般不需设置直击雷保护装置，仅将其屋顶金属结构接地即可。
2.9绝缘子
支柱绝缘子应按安装地点和额定电压选择，并进行短路动稳定校验。
2.10配电装置的选
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