东北农大变电工程设计课件第6章 电气设备选择和校验

第6章电气设备选择和校验电气设备选择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。电气设备选择为了确保电气设备在正常运行和短路情况下均能可靠、安全地工作，必须按正常运行条件选择，按短路条件校验其热稳定和动稳定。一、按正常运行条件选择电气设备电气设备选择原则：按正常条件选择、按短路情况校验1．按额定电压选择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。即——电气设备额定电压——电网的额定电压eWUU一、按正常运行条件选择电气设备电气设备选择原则：按正常条件选择、按短路情况校验eUWU海拔在1000～4000米每增高100米，工作电压降低1%；海拔超过1000米的地区，一般应选用高原型产品或外绝缘提高一级的产品。一、按正常运行条件选择电气设备电气设备选择原则：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1.1—1.15倍。一、按正常运行条件选择电气设备电气设备选择原则：按正常条件选择、按短路情况校验电气设备安装地点的海拔高度对绝缘介质强度有影响。当设备安装地点的海拔高度超过基准海拔高度（110kV及以下的设备为1000m，154kV以上的设备为500m）时，设备外绝缘强度将随海拔的升高而降低，导至设备最大工作电压下降。对此，必须修正最大工作电压。一、按正常运行条件选择电气设备电气设备选择原则：按正常条件选择、按短路情况校验修正的方法：海拔高度在1000m以上至4000m以下时，按海拔高度每增100m，最大工作电压应降低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度，故可用于海拔2000m以下的地区。一、按正常运行条件选择电气设备电气设备选择原则：按正常条件选择、按短路情况校验2.按额定电流选择电气设备的额定电流电路中最大长期工作电流——..egzdegzdIIII一、按正常运行条件选择电气设备电气设备选择原则：按正常条件选择、按短路情况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0yeeeyIKII一、按正常运行条件选择电气设备电气设备选择原则：按正常条件选择、按短路情况校验我国的电气设备使用的额定环境温度40℃。如周围环境温度θ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%，但不得超过Ｉy的20%。一、按正常运行条件选择电气设备电气设备选择原则：按正常条件选择、按短路情况校验如图：如图：如图：高压电气设备的选择与校验项目电气设备的短路计算点短路计算点的确定在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的短路点，称为短路计算点。～G2～G1T1T2k1k2k3k4k5k6系统110kV10kVQF1QF2QF3QF4QF5～短路计算点的确定（1）对两侧均有电源的电气设备，应比较电气设备前、后短路时的短路电流，选择通过电气设备短路电流较大的地点作为短路计算点。例如，校验图6-1中的发电机出口断路器QF1时，应比较k1和k2短路时流过QF1的电流，选择较大的点作为短路计算点。短路计算点的确定（2）若短路计算点选在并联支路，则应断开一条支路。因为断开一条支路时的短路电流（局部的并联变成串联时，电流减小不了一半）大于并联短路时流过任一支路的短路电流（两支路阻抗相等时，为总电流的一半）。例如，校验图中分段回路的断路器QF5时或校验主变低压侧断路器QF2时，应选k2和k3点为短路计算点，并断开变压器T2。短路计算点的确定（3）在同一电压等级中，汇流母线短路时，短路电流最大。校验汇流母线、厂用电分支电器（无电源支路）和母联回路的电器时，短路计算点应选在母线上。例如，校验图中10kV母线时，选k2点。短路计算点的确定（4）带限流电抗器的出线回路，由于干式电抗器工作可靠，出线回路中各个电器的连接线很短，事故概率很低，故校验回路中各电气设备时的短路计算点一般选在电抗器后。例如，校验图中出线回路的断路器QF3时，短路计算点选在出线电抗器后的k5点。短路计算点的确定（5）对于110kV及以上的电压等级，因其电气设备的裕度较大，短路计算点可以只选一个，选在母线上。例如，校验图中110kV的电气设备时，短路计算点可选在110kV母线上，即k6点。母线选择考虑的因素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①母线材料、类型和布置方式;②导体截面;③热稳定;④动稳定等项进行选择和校验；⑤对于110kV以上母线要进行电晕的校验；⑥对重要回路的母线还要进行共振频率的校验。母线选择的项目一般包括：母线的选择与校验（1）母线的材料配电装置的母线常用导体材料有铜、铝和钢。铜的电阻率低，机械强度大，抗腐蚀性能好，是首选的母线材料。母线的材料母线的选择与校验但是铜在工业和国防上的用途广泛，还因储量不多，价格较贵，所以一般情况下，尽可能以铝代铜，只有在大电流装置及有腐蚀性气体的屋外配电装置中，才考虑用铜作为母线材料。母线的材料母线的选择与校验（2）常用硬母线类型常用的硬母线截面有矩形、槽形和管形。矩形母线常用于35kV及以下、电流在4000A及以下的配电装置中。单条矩形截面积最大不超过1250mm2。当工作电流超过最大截面单条母线允许电流时，可用小于4的几条矩形母线并列使用。常用硬母线的类型母线的选择与校验槽形母线机械强度好，载流量较大，集肤效应系数也较小，一般用于4000~8000A的配电装置中。管形母线集肤效应系数小，机械强度高，管内还可通风和通水冷却，因此，可用于8000A以上的大电流母线。另外，由于圆形表面光滑，电晕放电电压高，因此可用于110kV及以上配电装置。常用硬母线的类型母线的选择与校验（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。母线的布置方式母线的选择与校验如图：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，其余导体的截面一般按经济密度选择。母线截面选择—按最大长期工作电流选择母线的选择与校验1.按最大长期工作电流选择母线长期发热的允许电流应不小于所在回路的最大长期工作电流Ⅰzd，即KⅠy≥Ⅰmax（1）式中Ⅰy—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（2）。母线截面选择—按最大长期工作电流选择母线的选择与校验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。母线截面选择—按经济电流密度选择母线的选择与校验综合这些因素，使年综合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1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母线的选择与校验表1经济电流密度值A/mm2母线截面选择—按经济电流密度选择母线的选择与校验按经济电流密度选择母线截面按下式计算式中Ⅰg.zd—通过导体的最大工作电流，A；J—经济电流密度，A/mm2。gzdjISJ母线截面选择—按经济电流密度选择母线的选择与校验母线发热和电动力校验母线的选择与校验—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Ⅰ∞—短路电流稳态值（A）Kj—集肤效应系数，对于矩形母线截面在100mm2以下，Kj=1。tdz—热稳定计算时间，s。C—热稳定系数。zxdzjIStKC母线的选择与校验—母线热稳定校验热稳定系数C值与材料及发热温度有关。C值如表2。母线的选择与校验—母线热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)。72max1.7310chflFKiNa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，其最大弯曲力矩为若只有两段跨距时，则式中——一个跨距长度母线所受的电动力（N）。母线的选择与校验—母线热稳定校验max10FLMmax10FLMmaxF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（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图3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一母线材料的允许应力，对硬铝母线对硬铜母线。母线的选择与校验—母线热稳定校验zdMWzdyy69yaMP137yaMP母线的选择与校验—母线热稳定校验如果在校验时，，则必须采取措施减小母线的计算应力，具体措施有：将母线由竖放改为平放；放大母线截面，但会使投资增加；限制短路电流值能使大大减小，但须增设电抗器；增大相间距离a；减小母线跨距l的尺寸，此时可以根据母线材料最大允许应力来确定绝缘瓷瓶之间最大允许跨距，即式中—单位长度母线上所受的电动力（N/m）母线的选择与校验—母线热稳定校验zdy110alzdWlF1F当矩形母线水平放置时，为避免导体因自重而过分弯曲，所选取的跨距一般不超过1.5~2m。考虑到绝缘子支座及引下线安装方便，常选取绝缘子跨距等于配电装置间隔的宽度。母线的选择与校验—母线热稳定校验例1选择并校验某火电厂10KV侧矩形铝母线。已知：通过该母线的正常工作电流为280A,,,,继电保护动作时间,断路器全分闸时间。三相母线水平布置平放，相间距离a=0.5米，绝缘子之间的跨距L为1米，周围环境温度为40度。母线的选择与校验—母线热稳定校验313.5KAI10KAI5KAI1.5btS0.1tS解：1.选择母线查母线载流量表，在环境温度为40度，三相母线水平布置平放时S=30×4MM²的矩形铝母线允许通过电流为285A，大于280A，所以选择截面积是S=30×4MM²的矩形铝母线。解：2.校验母线短路时的热稳定短路时间t=tb+tf=1.5+0.1=1.6S，大于1S，故不考虑短路电流非周期分量的影响。同时因为三相短路电流值大于两相短路电流，按三相短路校验热稳定。13.51.3510II解：2.校验母线短路时的热稳定从短路电流周期分量等值时间曲线查得周期分量等值时间tz=1.43S.母线正常运行时的最高温度查表得C=87×106，按热稳定条件所需的最小母线界面为面（3