电力设计(选设备)

第四章 电器设备的选择

4.1 电气设备选择的一般条件

尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全一样，但对它们的根本要求确是一致的。电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进展选择，并按短路状态来校验动、热稳定性。

4.1.1 电气设备选择的一般原那么

〔1〕应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景开展的需要；

〔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〕选择导体时应尽量减少品种；

〔5〕扩建工程应尽量使新老电器的型号一致；

〔6〕选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。

4.1.2 按正常工作条件选择

〔1〕额定电压

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电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压，故所选的电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1.1-1.15倍，一般不超过电网额定电压的1.15倍。因此，在选择电气设备时，可按照电气设备的额定电压 不低于装置地点电网额定电压 D的条件选择，即

4-1

〔2〕额定电流

电气设备的额定电流 是指在额定环境温度 下，电气设备的长期允许电流。 应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流 ，即

4-2

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 应为发电机、调相机和变压器的额定电流的1.05倍；假设变压器有可能过负荷运行时， 应按过负荷确定〔1.3-2倍变压器额定电流〕；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 ；母线分段电抗器 应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的50%-80%；出险回路的 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。

〔3〕按当地环境校验

当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆

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冰厚度超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。本设计着重考虑温度对电气设备的影响。

我国目前生产的电气设备的额定环境温度Q。=+ 40℃，裸导体的额定环境温度为+25℃。

4.1.3 按短路情况校验

〔1〕短路热稳定校验

短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度〔或发热效应〕应不超过允许值。即，

4-3

式中， -------t秒内通过的短时热电流；

------短路电流产生的热效应。

〔2〕电动力稳定校验

满足动稳定的条件为

或 4-4

式中， -------电气设备允许通过的动稳定电流幅值；

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------电气设备允许通过的动稳定电流有效值；

-----短路冲击电流幅值；

------短路冲击电流有效值。

以下几种情况可不校验热稳定或动稳定：

①用熔断器保护的电气设备，其热稳定由熔断器时间保证，故可不验算热稳定；

②采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定；

③装设在电压互感器回路的裸导体和电气设备可不校验动稳定、热稳定。

〔3〕短路计算时间

验算热稳定的短路计算时间 为继电保护动作时间 和相应断路器的全开断时间 之和，即，

4-5

110KV以下导体和电缆一般采用主保护时间；

110KV以上导体电器和充油电缆采用后备保护动作时间。

4-6

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式中， -------断路器固有分闸时间；

--------断路器开断电弧持续时间，对少油断路器为0.04-0.06s,对SF6和压缩空气断路器为0.02-0.04s。

4.2 各电气设备选择的原那么

4.2.1 高压断路器的选择原那么

高压断路器是重要的电气设备之一，它的主要功能是：正常运行倒换运行方式，把设备或线路接入电网或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路，保证无故障局部正常运行，起保护作用。

高压断路器应根据断路器安装地点，环境和使用技术条件等要求选择其种类与型式，由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器，可靠性更好，维护工作量更少，灭弧性能更高，目前得到普遍推广，故35～220KV一般采用SF6断路器。真空断路器只适应于10KV电压等级，10KV采用真空断路器。

〔1〕额定电压和电流选择

， 4-7，4-8

UN、UNs-------分别为电气设备和电网的额定电压，KV；

IN、Imax-------分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流，A

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〔2〕开断电流选择

高压断路器的额定开断电流INbr，不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量Ipt，即

INbr≥Ipt 4-9

Ipt-------开断瞬间短路电流周期分量有效值，当开断时间小于0.1s时，Ipt≈ 〔A〕；

INbr-------开断计算时间，s；

〔3〕断路器关合电流的选择

为了保证断路器在关合短路电流时的安全，断路器的额定关合电流iNcl不应小于短路电流最大冲击值ish，即

iNcl≥ish 4-10

〔4〕短路热稳定和动稳定校验

效验式为

， 4-11，4-12

4.2.2 隔离开关的选择原那么

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隔离开关也是发电厂和变电站中常用的开关电器。它需要与断路器配套使用。它的主要功用为：〔1〕．隔离电压。〔2〕．倒闸操作。〔3〕．分、合小电流。

隔离开关型式的选择，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进展综合的技术经济比拟然后确定。

隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择与短路动、热稳定效验的项目一样。但是由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进展开断电流和短路关合电流的效验。

〔1〕额定电压和电流选择

， 4-13，4-14

UN、UNs-------分别为电气设备和电网的额定电压，KV；

IN、Imax-------分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流，A

〔2〕短路热稳定和动稳定校验

效验式为

， 4-15，4-16

4.2.3 导体的选择和校验原那么

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裸导体分为硬导体和软导体两种。10KV与以下母线一般选用硬导体，35KV与以上的母线一般选用钢芯型铝导线。常用的硬导体截面有矩形、槽形和管形。

载流导体一般采用铝质材料。对于持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机、变压器出线端部，或采用硬铝导体穿墙套管有困难时，以与对铝有较严重腐蚀场所，可选用铜质材料的硬裸导体。

回路正常工作电流在4000A与以下时，一般选用矩形导体。在4000~8000A时，一般选用槽形导体。对于容量为200MW与以上的发电机引出线和厂用电源、电压互感器等分支线，应采用全连式分相封闭母线。容量200~225MW发电机的封闭母线，一般采用定型产品，如选用非定型产品时，应进展导体和外壳发热、应力、以与绝缘子抗弯的计算，并校验固有振动频率。

110kV与以上高压配电装置，一般采用软导线。当采用硬导体时，宜用铝锰合金管形导体。

母线和电缆截面的选择按长期发热允许电流或经济电流密度选择。对于配电装置的汇流母线与较短导体可按导线长期发热允许电流；对于年平均负荷较大，母线较长，传输容量较大的回路，均应按经济电流密度选择母线截面。

〔1〕按导体长期发热允许电流选择：

导体能在电路中最大持续工作电流 应不大于导体长期发热的允许电流 。即，

4-17

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式中， -------导体在回路中最大持续工作电流；

----------在额定环境温度时导体允许电流，通常取 ；

K-------------综合修正系数；

4-18

-------导体长期发热允许最高温度；

--------导体额定环境温度；

---------导体安装地点的实际环境温度。

〔2〕按经济电流密度选择

按经济电流密度选择，按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低，对应不同种类的导体和不同的最大负荷年利用小时数Tmax将有一个年计算费用最低的电流密度—经济电流密度〔J〕，导体的经济截面可由下式：

4-19

〔3〕热稳定校验

在校验导体热稳定时，假设计与集肤效应系数 的影响，由短路时发热的计算公式可得到短路热稳定决定的导体最小截面 为

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4-20

式中，C-------热稳定系数；

--------短路热效应；

I--------短路电流。

〔4〕动稳定校验

4-21

-------导体最大相间应力；

--------导体材料允许应力。

4.2.4 避雷器的配置原那么

〔1〕配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线都装设避雷器时除外。

〔2〕220kv与以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。

〔3〕三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。

〔4〕以下三种情况的变压器中性点应装设避雷器

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①直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时；

②直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且单台变压器运行时；

③不接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点上。

〔5〕单元连接的发电机出线宜装一组避雷器

〔6〕容量为25MW与以上的直配线发电机

〔7〕发电厂变电所35KV与以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器。

〔8〕110~220KV线路侧一般不装设避雷器

〔9〕SF6全封闭电器的架空线路侧必须装设避雷器。

4.2.5 互感器的选择原那么

互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器。它的作用是将高电压、大电流按比例变成低电压和小电流。互感器在主接线中的配置与测量仪表、同步点的选择、保护和自动装置的要求以与主接线的形式有关。

电压互感器一般装置在母线、线路、发电机和变压器中，保证在运行方式改变时，保护装置不失压、同级点两侧都能方便地取压。

电流互感器设置在发电机、变压器、出线、母线分段与母联断路器、旁路断路器等回

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路中，为了满足测量和保护的需要。

4.3 220KV侧各设备的选择

4.3.1 220KV侧高压开关的选择

〔1〕220KV侧母线断路器和变压器出线断路器的选择

①额定电压：UN=220KV

②额定电流：IN≥Igmax=〔1.05*180000〕/〔 *230〕③短路电流值： =24.04KA (短路电流计算中已得)

④动稳定校验：

冲击电流：ich=2.55*24.04=61.302KA

⑤热稳定校验： tk=0.1+0.05+0.02=0.152

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