第七章高压电气设备的选择

第七章高压电气设备的选择第一节高压电气设备选择一般条件和原则第二节高压开关电器的选择第三节互感器的选择第四节高压熔断器的选择第五节支柱绝缘子和穿墙套管的选择第六节母线和电缆的选择思考题与习题第七章高压电气设备的选择教学目的：通过实例讲述，使学生熟悉和掌握发电厂变电站一次电气设备选择的条件和校验项目，进一步加深和强化前面学过的电气一次设备和配电装置的相关知识。复习旧课：回顾变电站中的电气设备和配电装置的有关知识。重点：发电厂变电站一次电气设备选择的原则。难点：如何正确选择一次电气设备。学习方法：通过观看变电站和各种电气设备图片，在已经建立的变电站工程模型中考虑如何正确地将这些电气设备组成一个有机的整体，构成一个“活的系统”，在工程实践中理解和掌握本单元内容。第一节高压电气设备选择一般条件和原则一、高压电气设备选择与校验的一般条件二、高压电气设备的选择与校验项目三、按正常工作条件选择高压电气设备▉额定电压和最高工作电压▉额定电流▉按环境工作条件校验四、短路条件校验▉短路热稳定校验▉电动力稳定校验▉短路电流计算条件▉短路计算时间▉高压电气设备选择与校验的一般条件电气设备选择是发电厂和变电所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。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。▉高压电气设备的选择与校验项目高压电气设备的选择与校验项目见表7-1。▉额定电压和最高工作电压高压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压，故所选电气设备允许最高工作电压Ualm不得低于所接电网的最高运行电压。一般电气设备允许的最高工作电压可达1.1～1.15UN，而实际电网的最高运行电压Usm一般不超过1.1UNs，因此在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNs的条件选择，即UN≥UNs▉额定电流电气设备的额定电流ⅠN是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许通过电流。ⅠN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Ⅰmax，即ⅠN≥Ⅰmax。（１）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1.5倍；（２）若变压器有过负荷运行可能时，Ⅰmax应按过负荷确定（1.3~2倍变压器额定电流）；（３）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；（４）出线回路的Ⅰmax除考虑正常负荷电流（包括线路损耗）外，还应考虑事故时由其它回路转移过来的负荷。▉按环境工作条件校验在选择电气设备时，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θ0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θN=40℃。如周围环境温度θ0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，环境温度每降低1℃，额定电流可增加0.5%，但其Ｉmax不得超过ＩＮ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θN一般为25℃。NNNalIKIImax0max▉短路条件校验—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。满足热稳定的条件为式中Ⅰt—厂家给的电气设备在时间t秒内的热稳定电流。Ⅰ∞—短路稳态电流值。t—与Ⅰt相对应的时间。tdz—短路电流热效应等值计算时间。kzttItI22▉短路条件校验—电动力稳定校验电动力稳定是电气设备承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件为或式中ich、Ⅰch—短路冲击电流幅值及其有效值；ies、Ⅰes—电气设备允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：（1）用熔断器保护的电器，热稳定由熔断时间保证。（2）采用限流熔断器保护的设备，可不校验动稳定。（3）装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可不校验动、热稳定。chesiichesII▉短路条件校验—短路电流计算条件为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作校验用的短路电流应按下列条件确定。（1）容量和接线按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划；其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式(如切换厂用变压器时的并列)。（2）短路种类一般按三相短路验算，若其它种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。（3）计算短路点选择通过电器的短路电流为最大的那些点为短路计算点。▉短路条件校验—短路计算时间校验热稳定的等值计算时间tdz为周期分量等值时间tz及非周期分量等值时间tfz之和，对无穷大容量系统，，显然tz按和短路电流持续时间相等,按继电保护动作时间tpr和相应断路器的全开断时间tab之和，即式中tkd—断路器全开断时间；td—保护动作时间；tgf—断路器固有分闸时间，可查附录1；th—断路器开断时电弧持续时间，对少油断路器为0.04~0.06s，对SF6和压缩空气断路器约为0.02~0.04s。开断电器应能在最严重的情况下开断短路电流，考虑到主保护拒动等原因，按最不利情况，取后备保护的动作时间。hgfpopketttt第二节高压开关电器的选择一、高压断路器的选择▉高压断路器种类和型式的选择▉高压断路器额定开断电流和短路关合电流的选择二、高压隔离开关的选择▉高压隔离开关选择▉高压隔离开关选择例题三、高压重合器的选择▉额定电压、额定电流、安装点最大故障电流▉保护区末端最小故障电流、与其他设备配合四、高压分段器的选择▉起动电流▉记录次数▉记录时间▉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10~35kV的城乡电网建设和改造中得到应用。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。▉高压断路器选择—额定开断电流在额定电压下，断路器能保证正常开断的最大短路电流称为额定开断电流ⅠNbr。在高压断路器中其值不应小于实际开断瞬间短路电流周期分量Ⅰk~，即我国生产的高压断路器在做型式试验时，仅计入了20%的非周期分量。一般中、慢速断路器，由于开断时间较长(0.1s)，短路电流非周期分量衰减较多，能满足国家标准规定的非周期分量不超过周期分量幅值20%的要求。使用快速保护和高速断路器时，其开断时间小于0.1s，当在电源附近短路时，短路电流的非周期分量可能超过周期分量的20%，因此需要进行验算。～kNbrII▉高压断路器选择—短路关合电流在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，动、静触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更容易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏。断路器在关合短路电流时，不可避免地在接通后又自动跳闸，此时还要求能够切断短路电流，因此，额定关合电流是断路器的重要参数之一。为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电流iNcl不应小于短路电流最大冲击值ich，即chNclii▉高压隔离开关的选择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。表7-2为隔离开关选型参考表。▉高压隔离开关选择—例题[例7-1]如图7-1所示降压变电所中一台变压器，容量为7500kVA，其短路电压百分值为Ud%=7.5，二次母线电压为10kV，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Ⅰs，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=2.55Ⅰ“=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。)(433103750037500maxAUIN▉重合器选择—额定电压、额定电流、最大故障电流选重合器要使其额定参数满足安装地点的条件，包括：（1）额定电压重合器的额定电压≥安装地点的系统最高运行电压。（2）额定电流重合器的额定电流应大于安装地点的预期长远的最大负荷电流。为满足保护配合要求，还应选择好串联线圈和电流互感器的额定电流。通常，选择重合器额定电流时留有较大的裕度。选择串联线圈时应以实际预期负荷为准。（3）确定安装地点最大故障电流重合器的额定短路开断电流应大于安装地点的长远规划最大故障电流。▉重合器选择—末端最小故障电流、与其他设备配合（4）确定保护区域未端最小故障电流重合器的最小分闸电流应小于保护区段最小故障电流。对液压控制重合器，这主要涉及选择串联线圈额定电流问题：电流裕度大时，可适应负荷的增加并可避免对涌流过于敏感；而电流裕度小时，可对小故障电流反应敏感。有时，可将重合器保护区域的末端直接选在故障电流至少为重合器最小分闸电流的1.5倍处，以保证满足该项要求。（5）与线路其他保护设备配合这主要是比较重合器的电流—时间特性曲线，操作顺序和复归时间等特性，与线路上其他重合器、分段器、熔断器的保护配合，以保证在重合器后备保护动作或在其他线路元件发生损坏之前，重合器能够及时分断。▉分段器选择—起动电流1.启动电流分段器的额定启动电流应为后备保护开关最小分闸电流的80%。当液压控制分段器与液压控制重合器配合使用时，分段器与重合器选用相同额定电流的串联线圈即可。因为液压分段器的启动电流为其串联线圈额定电流的1.6倍，而液压重合器的最小分闸电流为其串联线圈额定电流的2倍。电子控制分段器的启动电流可根据其额定电流直接整定，但必须满足上述“80%”原则。电子重合器整定值为实际动作值，应考虑配合要求。▉分段器选择—记录次数2.记录次数分段器的计数次数应比后备保护开关的重合次数少一次。当数台分段器串联使用时，负荷侧分段器应依次比其电源侧分段器的计数次数少一次。在这种情况下，液压分段器通常不用降低其启动电流值的方法来达到各串联分段器之间的配合，而是采用不同的计数次数来实现，以免因网络中涌流造成分段器误动。▉分段器选择—记忆时间3.记忆时间必须保证分段器的记忆时间大于后备保护开关动作的总累积时间，否则分段器可能部分地“忘记”故障开断的分闸次数，导致后备保护开关多次不必要的分闸或分段器与前级保护都进入闭锁状态，使分段器起不到应有的作用。液压控制分段器的记忆时间不可调节，它由分闸活塞的复位快慢所决定。复位快慢与液压机构中油粘度有关。第三节互感器的选择一、电流互感器的选择▉一次回路额定电压和一、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