变电工程设计电气设备的选择课件.ppt

《变电工程设计电气设备的选择课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变电工程设计电气设备的选择课件.ppt（81页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、张长利 教授 王立舒 副教授 东北农业大学网络学院 E-mail:,变电工程设计,电气设备选择是变电工程设计的主要内容之一，在选择时应根据实际工作特点，按照有关设计规范的规定，在保证供配电安全可靠的前提下，力争做到技术先进、经济合理、安全方便、远行灵活、留有适当的裕度。,（要求：掌握母线、断路器、隔离开关、熔断器、互感器等设备选择的一般条件,并且会校验 ),第六章 电气设备的选择,为了保障高压电气设备的可靠运行，高压电气设备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、海拔等选择。,高压电

2、气设备的选择与校验项目,一、按正常工作条件选择,配电设备选择原则：按正常条件选择，按短路情况校验,运行中的电网电压总是有波动的，而且其上各点电压也不相同，电源侧电网的最高电压，按规定可以比电网的额定电压高5。为了保证电网最高电压处的电气设备安全可靠远行，设备还规定了最大工作电压，其值等于其额定电压Ue的1.11.15倍。 电气设备的额定电压Ue必须等于或大于设备安装处的电网额定电压Uw。,6-1电气设备选择的一般条件,电气设备额定电压 电网的额定电压 海拔高度在1000m以上至4000m以下时，按海拔高度每增100m，电压应降低1考虑。对于现有110kV及以下的设备，因为多数的外绝缘留有一定裕

3、度，故可用于海拔2000m以下的地区。,一、按正常工作条件选择,电气设备所在回路最大持续工作电流； 电气设备的额定电流Ie必须等于或大于该设备所在线路中最大长期工作电流Ig.zd 实际环境温度下的允许电流；,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0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,我国的电气设备使用的额定环境温度N=40。如周围环境温度0高于40小于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

4、降低1，额定电流可增加0.5%，但其max不得超过y的20%。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N一般为25。,1.短路热稳定校验（熔断器保护的电器可不校）导体热稳固工程条件：,或,短路电流产生热效应；,短路时导体和电气设备允许的热效应；,导体的热稳固系数，可查表,二、按短路状态校验,短路热效应 的计算,复化辛卜生法,次暂态短路电流； 短路持续时间，由继电保护动作时间与断路器全开断时间组成； 短路时间为 时的短路电流周期分量有效值； 短路时间为 时的短路电流周期分量有效值； 非周期分量等效时间，其值可查表。,如果短路电流切除时间1，导体的发热主要由周期分量来决定，在

5、此情况下，可以不考虑非周期分量的影响。,2.短路动稳定校验（电缆及用限流熔断器保护的设备不校）一般电器： 导体动稳固工程条件：,设备允许通过的动稳固电流极限值和峰值；,导体跨距；,导体允许应力，可查手册；,导体截面系数，可查表；,导体相距。,（1）容量和接线按最终容量计算，并考虑工程建成后510年其接线应采用可能发生最大短路电流接线方式。（2）短路种类 一般按系统最大运行方式下三相短路校验（3）计算短路点 选择通过电气设备的短路电流为最大的那些点为短路计算点例：找出图中各断路器的短路计算点。,配电设备选择中短路电流实用计算的规定,目的是找出最大短路电流,（4）短路计算时间 校验裸导体及110K

6、V及以下电缆短路热稳定时，一般采用主保护动作时间； 校验电气设备和110KV及以上充油电缆的热稳定时，一般采用后备保护动作时间。,继电保护动作时间；,断路器全分断时间，由固有分闸时间与熄弧时间组成。, 6-2 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,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

7、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。,母线的选择与校验母线的材料,（1）母线的材料 母线的材料有铜、铝和钢。目前，农村发电厂和变电站以及大、中型发电厂、变电站的配电装置中的母线，广泛采用铝母线。,母线截面形状的选择,农村发电厂和变电站配电装置中的母线截面目前采用矩形、圆形和绞线圆形。选择母线截面形状的原则是：集肤效应系数尽量低；散热场机械强度高；连接方便；安装简单。,矩形截面母线主要用在35kV及以下的屋内配电装置中。 圆形截面母线主要用在35kV以上的屋外配电装置中。 绞线圆形截面母线多采用钢芯铝绞线，其耐张

8、性能比单股母线好，在允许电流相同的条件下，钢芯铝绞线的直径比单股母线直径大，其表面附近的电场强度小于单股母线，而且绞线的芯线为钢，机械强度较大，因此，它通常用在110kV及以上的屋外配电装置中。,母线的选择与校验母线的布置方式,（3）母线的布置方式右图为矩形母线的布置方式示意图。当三相母线水平布置时，(a)与(b)相比，前者散热较好，载流量大，但机械强度较低，而后者情况正好相反。图(c)的布置方式兼顾了前二者的优点，但使配电装置的高度增加，所以母线的布置应根据具体情况而定。,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，其余导体的

9、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）。,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，则希望截面越小越好。 综合这些因素，使年综合

10、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。,母线截面选择按经济电流密度选择,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； Jec经济电流密度，A/mm2。,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 式中 短路电流稳态值 （A） Ks集肤效应系数，对于矩形母线截面在100mm2以下，Ks=1。 tdz热稳定计算时间，s。 C热稳定系数。,母线的选择与校验母线热稳定校验,热稳定系数C

11、值与材料及发热温度有关。,母线的选择与校验母线动稳定校验,各种形状的母线通常都安装在支持绝缘子上，当冲击电流通过母线时，电动力将使母线产生弯曲应力， 因此必须校验母线的动稳定性。安装在同一平面内的三相母线，其中间相受力最大，即 式中 Kf母线形状系数，当母线相间距离远大于母线截面 周长时， Kf =1。其他情况可由有关手册查得。 l母线跨距，(m)； a母线相间距，(m)。,母线的选择与校验母线动稳定校验,母线通常每隔一定距离由绝缘瓷瓶自由支撑着。因此当母线受电动力作用时，可以将母线看成一个多跨距载荷均匀分布的梁，当跨距段在两段以上时，其最大弯曲力矩为 (7-35) 若只有两段跨距时，则 (7

12、-36)式中 Fmax 一个跨距长度母线所受的电动力（N）。,母线的选择与校验母线动稳定校验,母线材料在弯曲时最大相间计算应力为 式中 W母线对垂直于作用力方向轴的截面系数，又称抗弯矩（m3），其值与母线截面形状及布置方式有关，对常遇到的几种情况的计算式列于附表中。 要想保证母线不致弯曲变形而遭到破坏，必须使母线的计算应力不超过母线的允许应力，即母线的动稳定性校验条件为 式中 al一母线材料的允许应力，对硬铝母线al =69MPa; 对硬铜母线al =137MPa。,母线的选择与校验母线动稳定校验,图母线抗弯矩W计算表,1按构造型式选择 农村发电厂和变电站常采用少油断路器和多油断路器。随着农村

13、模式变电站的建立，新型的六氟化硫断路器已被农村变电站采用。2按安装地点选择 断路器按照装设的地点分为屋内式和屋外式两种，装在屋内配电装置中的断路器选用屋内式，装在屋外配电装置中的断路器选用屋外式。当屋外配电装置处于严重污秽地区或积雪覆冰严重地区，应采用高一级电压的断路器。, 6-3 高压断路器的选择和校验,3按额定电压选择 断路器的额定电压不小于其安装地点电网的额定电压，即式中 Ue断路器的额定电压 Uw断路器安装地点电网的额定电压,4按额定电流选择 断路器的额定电流不能小于其所在线路中最大长期工作电流，即 IeIgzd5按额定开断电流选择 断路器除满足正常工作条件外，还要求它能可靠地切断最大

14、短路电流。般用额定开断电流来表示断路器开断短路电流的能力。按照这个条件选择断路器时，必须满足下列条件IekdIdt,高压断路器选择种类和型式,高压断路器应根据断路器安装地点、环境和使用条件等要求选择其种类和型式。真空断路器在35kV及以下电力系统中得到了广泛应用，有取代油断路器的趋势。SF6断路器也已在1035kV的城乡电网建设和改造中得到应用。,高压断路器选择种类和型式,高压断路器的操动机构，大多数是由制造厂配套供应，仅部分少油断路器有电磁式、弹簧式或液压式等几种型式的 操动机构可供选择。一般电磁式操动机构需配专用的直流合 闸电源，但其结构简单可靠；弹簧式结构比较复杂，调整要求较高；液压操动

15、机构加工精度要求较高。操动机构的型 式，可根据安装调试方便和运行可靠性进行选择。,1.型式选择小水电常用GN1910C,220KV及以下可用手动操作机构，高型、半高型上宜用电动操作机构。,2.按额定电压选择,3.按额定电流选择,4.动稳定校验,5.热稳定校验, 6-4 高压隔离开关的选择和校验,隔离开关选择及校验条件除额定电压、电流、动热稳定校验外，还应看其种类和形式的选择，其型式应根据配电装置特点和要求及技术经济条件来确定。下表为隔离开关选型参考表。,高压隔离开关选择例题,例1 如图7-1所示降压变电所中一台变压器，容量为7500kVA，其短路电压百分值Ud%=7.5，二次母线电压为10kV

16、，变电所由无限大容量系统供电，二次母线上短路电流为I“=I=5.5kA。作用于高压断路器的定时限保护装置的动作时限为s，瞬时动作的保护装置的动作时限为0.05s，拟采用高速动作的高压断路器，其固有开断时间为0.05s，灭弧时间为0.05s，断路器全开断时间则为tOP=0.05+0.05=0.1s，试选择高压断路器与隔离开关。,高压隔离开关选择例题答案,解：所选断路器工作电流为短路电流冲击值为 ich=2.55“=14（kA）短路电流热效应的等值计算时间为 tk=t=tpop+top=1+0.1=1.1s1s，可忽略tk，则tdz= tk=1.1s根据上述计算选择户内SN10-10I-600型的

17、高压断路器和GN7-10-600型的隔离开关，经短路稳定性校验，均合格。并选取CD10与CS7-lT型操作机构。, 6-5 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,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

18、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。,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,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

19、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。,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。,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

20、对于没有限流作用的熔断器，选择时用冲击电流的有效值ch 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。,高压熔断器选择熔断器选择性校验,4. 熔断器选择性校验为使前后两级熔断器之间或熔断器与电源保护装置之间动作的选择性，应进行熔体选择性校验。如图7-4为两个不同熔体安秒特性曲线（Nfs1 Nfs2），同一电流同时通过此二熔体时，,熔体1先熔断。所以，为了保证动作的选择性，前一级熔体应采用熔体1，后一级熔体应采用熔体2。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。, 6-6 互感器的选择,一、电流互感器的选择 一次回

21、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,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。,电流互感器种类和型

22、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。选用母线型电流互感器时，注意校核窗口尺寸。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11.5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。,

23、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9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，一般取为0.1。,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

24、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。 ，tdz 短路稳态电流值及热效应等值计算时间。,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。,电流互感器热稳定和动稳定校验（2）,由于邻相之间电流的相

25、互作用，使电流互感器绝缘瓷帽上受到外力的作用，因此，对于瓷绝缘型电流互感器应校验瓷套管的机械强度。瓷套上的作用力可由一般电动力公式计算，故外部动稳定应满足 式中 Fal作用于电流互感器瓷帽端部的允许力； l 电流互感器出线端至最近一个母线支柱绝缘子之间的跨距。 系数0.5表示互感器瓷套端部承受该跨上电动力的一半。,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。,二次侧额

26、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。,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

27、，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用3级电压互感器为宜。,准确级选择,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。,按额定二次容量选择（2）,由于电压互感器三相负荷常不相等，为了满足准确级要求，通常以最大相负荷进行比较。计算电压互感器各相的负荷时，必须注意互感器和负荷的接线方式。表7-4列出电压互感器

28、和负荷接线方式不一致时每相负荷的计算公式。,绝缘子俗称为绝缘瓷瓶,它广泛地应用在发电厂和变电所的配电装置、变压器、各种电器以及输电线之中。用来支持和固定裸载流导体，并使裸导体与地绝缘,或者用于使装置和电气设备中处在不同电位的载流导体间相互绝缘。因此,要求绝缘子必须具有足够的电气绝缘强度、机械强度、耐热性和防潮性等等。绝缘子按安装地点,可分为户内(屋内)式和户外(屋外)式两种。按结构用途可分为支持绝缘子和套管绝缘子。,套管绝缘子户内式套管绝缘子,套管绝缘子简称为套管。套管绝缘子按其安装地点可分户内式和户外式两种。 1.户内式套管绝缘子 依其载流导体的特征可分为三种型式：采用矩形截面的载流体、采用

29、圆形截面的载流导体和母线型。前两种套管载流导体与其绝缘部分制做成一个整体，母线型套管本身不带载流导体，使用时将原载流母线装于该套管矩形窗口内。,支柱绝缘子及穿墙套管的选择,支柱绝缘子和穿墙套管的选择和校验项目见下表：,选择举例：,（1）水电站电气主接线方案及设备的初步配置如图94所示。（2）选择电气设备用的短路电流计算结果见表94。（3）电器和载流导体均安装于户内，实际环境温度为+35,海拔225m。（4）电力电缆采用沟道敷设，发电机回路电缆长度超过20m，年最大负荷利用小时数为3450h。,（5）发电机电压配电装置拟采用成套高压开关柜。 （6）发电机纵联差动保护为主保护零秒动作，发电机后备保

30、护为过电流保护1.8S动作。 试选择发电机回路电气设备（包括高压断路器、隔离开关、电流互感器及电力电缆）；发电机电压汇流主母线及支持绝缘子；母线电压互感器回路电气设备（包括电压互感器、隔离开关、熔断器及连接导线）。,6.3KV母线三相短路电流计算结果表,（一）发电机回路电气设备选择1选择计算条件（1）发电机回路工作电流,（2）发电机回路短路计算点为图中d1点，该回路通过的短路电流为除本回路发电机外的所有电源供给的短路电流之和，即,同理可得,（3）短路计算时间根据现在流行配置及各条件，初步选择JYN210A型高压开关柜，其采用ZN3-10/600型真空开关，其额定开断时间为0.05s，则验算电力电缆的热稳定计算时间为0.2S，验算电器的热稳定计算时间为2S。,2断路器和隔离开关的选择、校验根据 =6KV和 以及安装于JYN210A型开关柜的条件，查电力工程手册，可选ZN3-10/600型真空开关。而短路电流的热效应为,按短路条件选择和校验列表如下：,选用的设备合格，真空断路器配直流电磁操作机构。,