发电厂电气部分第六讲.

第六章导体和电器设备的原理与选择主要内容•电器设备选择的一般原则•高压断路器的原理与选择•隔离开关的用途与选择•互感器的作用–电流互感器的误差与选择–电压互感器的误差与选择•电抗器的选择•导体、电缆的选择一、导体和电器选择的一般原则各类电器设备选择遵循的共同原则是：按正常工作条件进行选择；按短路状态校验热稳定和动稳定。1、按正常工作条件选择电器设备（1）额定电压UN≥UNSUN---电器设备额定电压；UNS---电网额定电压（2）额定电流IN≥ImaxIN--电器设备在额定环境温度下的长期允许电流Imax-电器所在回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流（3）当地环境条件•海拔修正UN一般设备用于1000m110kV及以下2000m1000~3500m-1%/100m否则采用高原型设备或外绝缘高一级•温度修正IN电气设备额定环境温度4040~60度，-1.8%/度；低于40度，+0.5%/度，最大小于1.2IN典型回路最大持续工作电流Imax的计算方法发电机、变压器回路---1.05倍发电机、变压器的额定电流若变压器允许过负荷，按1.3~2.0倍变压器IN电动机回路---电动机额定电流出线回路---除了正常负荷电流，还考虑事故时由其它回路转移过来的负荷主母线、母联回路---母线上最大一个发电机或变压器的Imax母线分段电抗器回路---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％2、按短路情况校验•短路热稳定校验It2t≥QkQk：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•电动力稳定校验ies≥ish或Ies≥Ishish、Ish--短路冲击电流幅值和有效值；ies、Ies--电器允许通过的动稳定电流的幅值和有效值。不需要校验热稳定或动稳定的情况a.用熔断器保护的电器可不验算热稳定。b.采用有限流电阻的熔断器保护的设备可不校验动稳定。c.装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算热稳定和动稳定。3、短路电流计算条件1）容量和接线按本工程的最终容量计算，并考虑本工程建成后5～10年的电力系统远景发展规划，按可能发生最大短路电流的正常接线方式进行短路计算。2）短路种类一般按三相短路进行验算。3）选择短路计算点在短路计算接线中，选择通过电器的短路电流为最大的点为短路计算点。4）短路计算时间•验算热稳定的计算时间tk=tpr+tbrtbr=tin+tatpr:后备保护动作时间；tbr:断路器全开断时间；tin:断路器固有分闸时间；ta:断路器开断时,电弧持续时间,对SF6和压缩空气断路器约为0.02～0.04s。•开关电器的开断时间tk’=tpr1+tintpr1:主保护动作时间,0.05~0.06s；tin:断路器固有分闸时间发电机出口断路器：比较K1和K2点短路时，哪种情况通过QF1的短路电流大。母联QF5：考虑母联断路器QF5向备用母线充电时，备用母线故障，即K4点短路时，流过母联断路器的短路电流最大。带电抗器的6～10KV出线回路：由于干式电抗器可靠性高，且断路器QF4与电抗器间的连线很短，故障几率小，一般不选K7，而应选K8。主变低压侧QF3：可能出现的短路点和运行方式很多，当变压器高压侧QF6断开而K3点短路时最严重。类似的，选择QF6，应为QF3断开，K5点短路。分段断路器QF7：当主变T1退出运行而相应母线段K1点发生短路时最严重。母线至母线隔离开关前的引线和套管：应选择母线段K7点。二、高压断路器和隔离开关的原理与选择1、断路器和隔离开关功能（1）断路器作用：在正常运行时倒换运行方式，将设备或线路接入电网或退出，起控制作用。在设备或线路故障时，迅速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，起保护作用。特点：能断开电路中负荷电流和短路电流（2）隔离开关作用：保证高压电器和装置在检修工作时的安全，不能闭合或开断负荷电流和短路电流。2、高压断路器的基本结构•电路通断元件接线端子、导电杆、触头、灭弧室•绝缘支撑元件固定通断元件并使其带电部分与地绝缘•操动机构控制通断元件，接到合闸或分闸命令后，经中间传动机构驱动动触头实现断路器的开合。•基座一）、电弧的形成与熄灭（1）电弧产生的条件：电源电压大于10~20V，电流大于80~100mA，动静触头分离瞬间，触头间产生电弧。触头分开后，电路中有电流，电弧导电，电弧中有大量自由电子。（2）电弧的危害•电弧的温度很高，可达5000～7000度以上，常超过金属的汽化点，可能烧坏开关电器的金属触头。•烧坏开关电器的绝缘。如，烧坏瓷绝缘的表面，或者使有机绝缘材料炭化，以致失去绝缘性能。•若电弧长时间不熄灭，不仅烧坏开关电器，而且造成系统事故，威胁电力系统安全运行。（3）电弧产生的物理过程电弧的产生和维持是触头间中性质点（分子和原子）被游离的结果。游离就是中性质点转化为带电质点。游离的过程有四种形式：•热电子发射热运动触头分离最初瞬间，阴极表面发射电子•强电场发射电场力弧隙间最初产生电子的主要原因•碰撞游离电场力带电粒子撞中性粒子电弧的形成•热游离热运动中性粒子撞中性粒子维持电弧燃烧（4）去游离的形式•复合去游离正负粒子中和降低电子速度措施：拉长电弧（降低电场力）；加快电弧的冷却（降低热运动）；加大气体介质的压力（碰撞阻止电子运动）气体介质吸附电子能力强（增大电子质量）•扩散去游离带电粒子从电弧内部逸出浓度扩散；温度扩散；措施：用高速冷气吹弧交流电弧的特点过零自然熄灭动态伏安特性•电弧的热惯性----交流电弧温度的变化滞后于电流的变化。燃弧电压熄弧电压交流电弧的熄灭条件及灭弧方法弧隙介质强度Ud(t)-电弧电流过零电弧熄灭时，弧隙绝缘能力的恢复过程，用耐受电压表示。--由灭弧装置的结构和灭弧介质的性质决定弧隙电源电压Ur(t)-电弧电流自然过零后，电源施加于弧隙的电压的恢复过程，用恢复电压表示。---与线路参数、负荷性质等有关Ur1Ur2Ud)()(tUtUrd熄弧条件•介质强度的恢复Ud(t)近阴极效应:在电流过零瞬间，介质强度突然升高高压断路器熄灭交流电弧的基本方法(1)利用灭弧介质：介质特性决定去游离程度，传热能力、介电强度、热游温度和热容量。空气1油（氢）7.5SF6100真空15(2)采用特殊金属材料作灭弧触头：铜钨和银钨合金熔点高、导热系数和热容量大的金属，减少热电子发射。(3)利用气体或油吹动电弧：扩散和冷却空气：2.3MPaSF6:0.3~0.6MPa纵吹、横吹、环吹(4)采用多断口熄弧：在相等的触头行程下，拉长电弧各断口电压分布基本相等的措施：断路器加并联电容(5)采用强有力的分闸机构，提高触头分离速度，拉长电弧二、开断短路电流时的工作状况分析•作用：①并联电阻起分流作用；②改变恢复电压的恢复特性：•当并联电阻rrcr时，电压恢复过程为非周期性；•当并联电阻rrcr时，电压恢复过程为周期性。•问题：电弧熄灭后还有短路电流流通。•措施：加辅助触头。1Q2Q1Q2Qr1Q主触头2Q辅助触头☆断路器加装并联电阻r二、开断短路电流时的工作状况分析•问题：对多断口断路器，每一个断口在开断位置的电压分配和开断过程中的恢复电压分配将出现不均匀现象，影响到断路器的灭弧能力。UU1U2UQCQC0CCC0Q0Q12CCCCUU0QQ22CCCUU并联电容C后：0Q0Q1)(2)(CCCCCCUU0QQ2)(2)(CCCCCUU)(2)(QQCCCCU)(2)(QQCCCCUU21U21U32U31☆断路器加装并联电容三、高压断路器选择（1）断路器的种类和形式的选择•按灭弧介质和灭弧方式分为：多油、少油、压缩空气、SF6、真空•操动机构：断路器进行合闸、分闸操作，并保持在合闸状态，这些任务全靠操动机构完成。包括：手动机构、电磁机构、气动机构、弹簧机构、液压机构（2）额定电压选择UN≥UNS（3）额定电流选择IN≥Imax（4）开断电流选择---断路器灭弧能力的参数，指在额定电压下可能开断的最大电流，不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量IptINbr≥Ipt当INbr比系统短路电流大很多时，INbr≥I”（5）短路关合电流的选择断路器合闸前，线路有短路故障，断路器在合闸过程中，动、静触头在未接触时，产生电弧，有短路电流流过，容易使触头熔焊和受到电动力破坏。断路器在接通后又跳闸，此时还要能够切除短路电流。为保证断路器在关合短路时的安全，其额定关合电流INcl不应小于短路电流最大冲击值ish，INcl=ish（6）热稳定校验（7）动稳定校验ktQtI2shesii断路器的型号额定开断电流（KA）额定电流（KA）其他标志额定电压（KV）设计序号安装场所产品名称产品名称：S—少油断路器，Z—真空断路器，D—多油断路器，L—SF6断路器安装场所：N—户内型，W—户外型其他标志：G—改进型；I、II、III断流能力代号；Q—防震型；C—手车式SN10-10I、SW2-110I、ZN10/1250、LW2-2208、隔离开关的选择（1）隔离开关的主要用途•隔离电压•倒闸操作•分合小电流：分、合避雷器、电压互感器和空载母线分、合励磁电流不超过2A的空载变压器关、合电容电流不超过5A的空载线路（2）隔离开关的选择种类和形式的选择安装地点：屋内式和屋外式绝缘支柱数目：单柱、双柱、三柱额定电压选择UN=UNS额定电流选择IN=Imax热稳定校验动稳定校验ktQtI2shesii三、互感器的原理及选择互感器包括电流互感器（TA或CT）和电压互感器（TV或PT）1、互感器的作用（1）将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压（100V）和小电流（5A1A），使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜和便于屏内安装。（2）使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身安全。2、电磁式电流互感器（1）特点•一次绕组串联在电路中，匝数很少。故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关。•二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，正常情况下，在接近于短路状态下运行。额定电流比:1221//NNIIKNNi0'201221102211IIINNIINININI,（2）电流互感器的等值电路和相量图(3)电流互感器的误差定义电流误差：定义相位差：与之间的夹角，超前时为正。(%)100112IIIKfii'2I'2I1I1I)('3440)cos(222)(%100)sin(222)(22222222SNlZZSNlZZfavliavli(4)电流互感器的运行参数对误差的影响S、lav为铁芯截面和磁路平均长度μ铁芯磁导率N2二次绕组匝数Z2Z2L二次绕组的内阻抗和负荷阻抗/)(44.410222222BLNIZZIEBSfNEavl磁动势方程：二次侧回路方程：电磁感应定律：铁芯及二次绕组的结构；二次负荷；铁芯磁导率μI1•一次电流I1的影响.I1在额定值IN时，磁导率μ接近最大，电流误差和相角差最小。•二次负载阻抗及功率因数对误差的影响二次负载阻抗Z2l与误差成正比。功率因数cosФ增大时，电流误差fi增大，相角差δi减小。CT长期运行后，误差可能会加大，加接额外的仪表或继电器时，也会使误差增大到不允许的程度，此时应校验，必要时应换用大截面的连接导线或更换新的电流互感器。•一次绕组有电流时，二次绕组不允许开路I2=0，I0N1=I1N1磁通Ф饱和，接近矩形波。E2与dФ/dt成正比，二次绕组将在磁通过零时，感应很高的尖顶波电势，其值可达数千甚至上万伏，危及人身安全和仪表、继电器的绝缘。磁感应强度骤增，会引起铁芯和绕组过热在铁芯和绕组中产生剩磁，使互感器特性变坏。3、电流互感器的准确级和额定容量1）CT的准确级。CT根据测量时误差的大小而划分为不同的准确级。准确级是指在规定的二次负荷范围内，一次电流为额定值时的最大电