1、发电厂电气设备的选择及其校验7 本科生毕业设计（论文）题 目 变电所电气设备的选择校验 学 院 机械交通学院 专 业 电气工程及自动化 班级 电气104 姓 名 李东东 学号 103736411 指导教师 艾海提 职称 副教授 2012年 5月 20日新疆农业大学教务处制 新疆农业大学设计（论文）任务书 专业 电气工程及其自动化 班级 电气104 学生姓名 李东东一、设计（论文）题目： 变电所电气设备的选择校验 二、设计（论文）应阅读或翻译的文献、资料： 发电厂电气部分（第三 版） 、变电站电气设备(专业类) 三、设计（论文）要点： 1.变电所有哪些主要电气设备构成 2.各种电气设 备的选择原
2、则及选择方法3.以电流互感器为例，介绍该电气设备的选择及校验过 程 四、设计（论文）进程安排： 五、根据大纲要求对学生毕业设计（论文）提出明确的工作要求：1、文献综述 2、论文实验记录 3、论文调查项目及内容 4、外文翻译篇数或字数 4、毕业设计说明书字数、图纸张数及其他相关技术指标等，毕业论文字数。 目录摘要 1 前言 2一、变电所有哪些主要电气设备构成 2 1.1 电气一次设备 2 1.2 电气二次设备 2 1.3 主要电气设备的作用 3 1.3.1 变压器 3 1.3.2 断路器 3 1.3.3 隔离开关 3 1.3.4 互感器 4 1.3.5 电抗器 4 1.3.6 母线 41.3.7
3、 高压熔断器 4 1.3.8 防雷保护装置 41.3.9 绝缘子 4二、各种电气设备的选择原则 4 2.1 按正常工作条件选择设备 4 2.1.1 电气设备型式的选择 4 2.1.2 电气设备电压的选择 5 2.1.3 电气设备额定电流的选择 5 2.2 按短路条件校验设备 5 2.2.1电气设备的热稳定性校验 5 2.2.2动稳定校验 6 2.2.3开关电器的断流能力的检验 6 2.3 各种电气设备的原理与选择原则 6 2.3.1 断路器原理与选择 6 2.3.2 隔离开关原理与选择 8 2.3.3 电流互感器原理与选择 8 2.3.4 电压互感器原理与选择11 2.3.5 限流电抗器的选择
4、12 2.3.6 高压熔断器的选择13 2.3.7 母线、绝缘子和绝缘套管的选择13 2.3.8 电力电缆选择13 2.3.9 防雷保护装置的选择13 3、实例10KV母线的选择与校验14 3.1 按经济电流密度选择母线截面 143.2 热稳定校验 153.3 共振校验 153.4 功稳定校验 16四、结论 17谢词 17参考文献 18变电所电气设备的选择校验 李东东摘要：了解变电所电气设备的选择原则以及校验过程,通过对变电通过对变电所电气设备的构成介绍。变电所装有防雷设备，主要有避雷针和避雷器。其中变压器是变电所的主要设备，电压高低与绕组匝数成正比，电流则与绕组匝数成反比。电压互感器和电流互
5、感器，它们的工作原理和变压器相似，它们把高电压设备和母线的运行电压、大电流即设备和母线的负荷或短路电流按规定比例变成测量仪表、继电保护及控制设备的低电压和小电流。用来限制短路电流的限流电抗器一般选用NKL系列铝线电抗器或FFL系列铝线分裂电抗器。开关设备，它包括断路器、隔离开关、负荷开关、高压熔断器等都是断开和合上电路的设备。 关键词：变变电所；变压器；断路器；隔离开关；母线；绝缘子；电抗器 电所；变压器；断路器；隔离开关；母线；绝缘子；电抗。前言 变电所是把一些设备组装起来，用以切断或接通、改变或者调整电压, 在电力系统中，变电所是输电和配电的集结点，变电所主要分为：升压变电所，主网变电所，
6、二次变电所，配电站。变电所是电力系统中变换电压、接受和分配 电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电 网联系起来。一、变电所有哪些主要电气设备构成根据电气设备在运行中所起的作用不同，通常将它们分为电气一次设备和电气二次设备。1.1电气一次设备直接参与生产、传输、交换、分配和消耗电能的设备成为电气一次设备，主要有：（1）经行电能生产和变换的设备，如发电机、电动机、变压器等。 （2）接通、断开电路的开关电器，如断路器、隔离开关、自动空气开关、接触器、熔断器等。 （3）限制过电流或过电压的设备。如限流电抗器、避雷器等。 （4）将电路中的电压和电流降低，供测量仪表和继电保
7、护装置使用的变换设备，如电压互感器、电流互感器。 （5）载流导体及其绝缘设备，如母线、电力线缆、绝缘子、穿墙套管等。 （6）为电气设备正常运行及人员、设备安全而采取的相应措施，如接地装置等。1.2电气二次设备 为了保证电气一次设备的正常运行，对其运行状态进行测量、监视、控制、调节、保护等的设备成为电气二次设备主要有：（1）各种测量表计，如电流表、电压表、有功功率表、无功功率表、功率因数表等。 （2）各种继电保护及自动装置。 （3）直流电源设备，如蓄电池、浮充电装置等。1.3 主要电气设备的作用1.3.1变压器变压器 变压器是变电所的主要设备，分为双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器即高、低压
8、每相共用一个绕组，从高压绕组中间抽出一个头作为低压绕组的出线的变压器。电压高低与绕组匝数成正比，电流则与绕组匝数成反比。 变压器按其作用可分为升压变压器和降压变压器。前者用于电力系统送端变电所，后者用于受端变电所。变压器的电压需与电力系统的电压相适应。为了在不同负荷情况下保持合格的电压有时需要切换变压器的分接头。按分接头切换方式变压器有带负荷有载调压变压器和无负荷无载调压变压器。有载调压变压器主要用于受端变电所。1.3.2断路器 断路器按其使用范围分为高压断路器和低压断路器，高低压界线划分比较模糊，一般将3kv以上的称为高压电器。低压断路器又称自动开关，俗称“空气开关”也是指低压断路器，它是一
9、种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。1.3.2隔离开关 隔离开关隔离开关是高压开关电器中使用最多的一种电器，顾名思义，是在电路中起隔离作用的它本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。刀闸的主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。1.3.3互感器 互感器分为电流互感器和电压互感器，它们既是电力系
10、统中一次系统与二次系统间的联络元件，同时也是隔离元件。它们将一次系统的高电压、大电流，转变为低电压、小电流，供测量、监视、控制及继电保护使用。1.3.4电抗器 用来限制短路电流的限流电抗器一般选用 NKL 系列铝线电抗器或 FFL 系列铝线分裂电抗器。变电站还装有防雷设备，主要有避雷针和避雷器。1.3.5母线为了汇集、分配和传输电能，常常需要设置母线。变电所的母线分为发电机出口母线、发电机电压（汇流）母线和升高电压（汇流）母线。1.3.6高压熔断器高压熔断器应根据额定电压、额定电流、型式种类、开断电流、保护的选 择性等进行选择。1.3.7防雷保护装置 变电站还装有防雷设备，主要有避雷针和避雷器
11、。避雷针是为了防止变电 站遭受直接雷击将雷电对其自身放电把雷电流引入大地。1.3.8绝缘子 绝缘子是一种特殊的绝缘控件，能够在架空输电线路中起到重要作用。二、各种电气设备的选择原则不同类型电气设备承担的任务和工作条件各不相同，因此它们的具体选择方法也不相同。但是为了保证工作的可靠性和安全性，在选择它们时的基本要求是相同的，即按正常工作条件选择，按短路条件校验其动稳定和热稳定。对于断路器、熔断器等还要校验其开断电流的能力。2.1按正常工作条件选择电气设备 正常工作条件是指设备的额定电压和额定电流。2.1.1电气设备型式的选择 选用电气设备必须考虑设备的装置地点和工作环境。另外，根据施工安装的要求
12、，或运行操作的要求，或维护检修的要求，电气设备又有各种不同的型式可供选择。 2.1.2电气设备电压的选择 选用电气设备时，应使所选择的电气设备的额定电压大于或等于正常时可能出现的最大的工作电压，即： 2.1.3电气设备额定电流的选择电气设备的额定电流应大于或等于正常工作时最大负荷电流，即 我国目前所生产的电气设备，设计师取周围空气温度为40作为计算值，如装置地点周围空气温度低于40时，每低1，则电气设备（如断路器、负荷开关、隔离开关、电流互感器、及套管绝缘子等）的允许工作电流可以比额定值增大0.5%，但总共增大的值不能超过20%。2.2按短路条件校验电气设备2.2.1电气设备的热稳定性校验 电
13、气设备热稳定性校验是以电气设备的短路电流的数值作为依据的，在工程上常采用下式来做热稳定性校验，即 j或 式中 It 制造成规定的在t秒内电气设备的热稳定电流，这个电流是在指定时间内不使电器各部分加热到超过所规定的最高允许温度的电流（kA）； t 与It相对应的时间，通常规定为1s、4s、5s或10s ； I 电路中短路电流周期分量的稳态值 （kA） ； tj 假想时间 （s）2.2.2动稳定校验断路器、负荷开关、隔离开关及电抗器的动稳定应满足下式的要求 式中 Imax、imax 制造厂规定的电器允许通过的最大电流的有效值和幅值 （kA） ； Ish、 ish 按三项短路电流计算所得的短路全电流
14、的有效值和冲击电流值 （kA）。2.2.3开关电器的断流能力的检验高压断路器、低压断路器和熔断器等设备，应当具备在最严重的短路状态下切断故障电流的能力。制造厂一般在产品目录中提供其在额定电压下允许切断的短路电流Izk和允许切断的短路容量Szk。Izk又称开端电流，Szk又称开断容量。为了能使开关电器安全可靠切断短路电流，必须使Izk和Szk大于开关电器必须切断的最大短路电流和短路容量，即 式中Izk、Szk 开关的耳钉开断电流（kA）和耳钉开断容量（MVA）； Idt 、Sdt 电力系统在t秒时（ 电器断开的时间）的三相短路电流（kA）和短路容量（MVA）。2.3 各种电气设备的原理与选择原则
15、2.3.1 断路器原理与选择 （1） 选择型式 断路器型式的选择，应在全面了解其使用环境的基础上，结合产品的价格和已运行设备的使用情况加以确定。610kV 电网一般选择少油、真空和六氟化硫断路器。35kV 电网一般选择少油、真空和六氟化硫断路器，某些35kV 屋外配电装置也可用多油断路器。110330kV 电网一般选择少油和六氟化硫断路器。500kV 电网一般选择六氟化硫断路器。 （2）选择额定电压 所选断路器的额定电压应大于或等于安装处电网的额定电压。 （3） 选择额定电流 若实际使用地点的关键温度不同于给定标准值时，应注意对断路器额定电流进行修正。 (4)校核额定断开能力：为使断路器安全可
16、靠地切断短路电流应满足 式中Ibr断路器的额定断开电流，Ikt 刚分(断路器触头分段瞬间的短路全电流有效值)。 (5)校核动稳定：动稳定条件为 式中 Iks 所在回路的冲击短路电流，KA； Imax 设备容许的动稳定电流（峰值），KA。 (6) 校验热稳定： ； 式中 设备容许承受的热效应，KA Qk 所在回路的短路热效应，KA 2.3.2 隔离开关原理与选择 （1）选择型式。 （2）选择额定电压。 （3）选择额定电流。 （4）校核动稳定。 （5）校验热稳定。2.3.3 电流互感器原理与选择选择电流互感器时，首先要根据装设地点、用途等具体条件确定互感器的结构类型、准确等级、额定电流比；其次要根
17、据互感器的额定容量和二次负荷计算二次回路链接导线的截面积；最后校验其动稳定和热稳定。 1、种类和型式选择 （1）根据安装地点可选择：屋内或屋外式。 （2）根据安装方式可选择：支持式、装入式(装在变压器套管或多油断路器套管中)和穿墙式(兼作穿墙套管)。 （3）根据一次绕组匝数可选择：单匝LD(用于大电流) 、多匝LF(用于小电流)和母线式LM(用于大电流)。 （4）620kV 屋内配电装置的电流互感器有： 瓷绝缘（如LDC、LFC 和LMC 系列）结构； 树脂浇注绝缘（小电流回路采用LA 和LFZ 系列，大电流回路采用LDZ、LMZ、 LAJ 和LBJ 系列）结构。 一般多采用浇注绝缘型。 （5
18、）35kV 及以上配电装置的电流互感器: 采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器(如屋外的LCW 系列)。 选用母线式电流互感器时，应校核其窗口允许通过的母线尺寸。2、一次回路额定电压选择： 3、一次回路额定电流的选择 ： （1）为保证电流互感器的准确级，回路的最大持续工作电流 m a x I 应尽可能接近一次额定电流。 （2）电流互感器的二次额定电流 ，可根据二次回路的要求选用5A(强电系统)或1A(弱电系统)。4、准确级和额定容量的选择 （1）电流互感器的准确级是指在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差百分数。根据测量时电流互感器误差的大小和用途，发电厂和变电所中电
19、流互感器的准确级分为0.2、0.5、1、3 级及P 和 TP 级。（2）为保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。a)用于电能计量的电流互感器，准确级不应低于0.5 级，500kV 宜采用0.2 b)供运行监视仪表用的电流互感器，准确级不应低于1 级； c)供粗略测量仪表用的电流互感器，准确级可用3 级； d)稳态保护用的电流互感器选用P 级；暂态保护用的电流互感器选用TP 级。 （3）电流互感器的额定容量 是在额定二次电流 和额定二次阻抗 下运行时，二次绕组输出的容量，即 制造厂家一般提供电流互感器的(单位为 )值 。（4）同一台电流互感器除最高准确级外，还有几
20、个较低测量精度的准确级，对应于不同的准确级，具有不同的额定容量(或额定二次阻抗)。 5、二次负荷的校验 为保证所选电流互感器的准确级，其最大相二次负荷 S2 应不大于所选准确级相应的额定容量，即 由 和 得 其中，二次负荷阻抗为 ,测量仪表和继电器的电流线圈电阻( )，可由其线圈消耗的功率求得。 仪表或继电器至电流互感器的连接导线电阻( )； 接触电阻( )，一般取0.1 。 6 、热稳定校验 对带有一次绕组的电流互感器，热稳定校验条件为 或 It 电流互感器1s 允许通过的热稳定电流； Kt电流互感器的1s 热稳定倍数， 。 7 、动稳定校验 内部动稳定校验条件为 或 电流互感器的动稳定电流
21、及动稳定电流倍数 对采用硬导线连接的瓷绝缘电流互感器，相间电动力作用其瓷帽上。因此，需要进行外部动稳定校验，校验条件为： L电流互感器瓷帽端部到最近一个支柱绝缘子间的距离(m)，对母线型电流互感器为:电流互感器瓷帽端部到最近一个支柱绝缘子间的距离+电流互感器两端瓷帽间的距离； a 相间距离(m)； 短路冲击电流幅值（A）； 电流互感器瓷帽上的允许力（N）。2.3.4 电压互感器原理与选择 电压互感器的二次负荷阻抗很大，一次电流很小，不存在额定电流选择问题。外部电网短路电流不通过电压互感器，故不进行短路稳定性校验。 1 种类和型式选择 应根据安装地点及使用条件来选择电压互感器的种类和型式。 （1
22、）620kV 屋内：一般采用油浸绝缘或树脂浇注绝缘的电磁式电压互感器。 （2）35110kV：一般采用油浸绝缘的电磁式电压互感器。 （3）220kV 及以上：当容量和准确度等级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。 （4）需要测量零序电压时，620kV 可以采用三相五柱式三绕组电压互感器，或三台单相式三绕组电压互感器。 （5）35kV 及以上只有单相式电压互感器。 2 额定电压的选择 电压互感器一次侧的额定电压应满足电网电压要求，二次侧的额定电压按测量表计和保护要求，已标准化为100V。电压互感器一次绕组及二次绕组额定电压的具体数值与电压互感器的相数和接线方式有关。 （1）一次绕组接于线电压上
23、时，一次绕组额定电压选，一次绕组接于相电压上时，一次绕组额定电压选 V。 二次绕组额定电压选100V 或 V。 （2）单相式电压互感器用于测量线电压或用两台接成不完全星形接线时，一次绕组额定电压选电网额定电压 ，二次绕组额定电压选V； （3）三台单相式电压互感器接成星形接线时 一次绕组电压额定选 V 二次绕组额定电压选。 （4）用于中性点直接接地系统，辅助二次绕组额定电压选100V，用于中性点不接地系统，辅助二次绕组额定电压选100/3 V。 （5）三相式电压互感器接于电网的线电压上，三相绕组为一整体，一次绕组额定电压(线电压)选 ，二次绕组额定电压(线电压)选100V。 3 容量的选择 电压
24、互感器的型号和准确级确定后，与此准确级对应的额定容量即已确定，为了保证互感器的准确度，电压互感器二次侧所带负荷的实际容量不能超过此额定容量。 4 准确级的选择 （1）电压互感器的准确级：指在规定的二次负荷和一次电压变化范围内，二次负荷功率因数为额定值时，最大电压误差的百分数。 （2）发电厂和变电所中电压互感器的准确级分为0.2、0.5、1、3 级及3P 和 6P 级（保护级）。 （3）为保证测量仪表的准确度，电压互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。 5 二次负荷的校验 为保证所选电压互感器的准确级，其最大相二次负荷 2 S 应不大于所选准确级相应的一相额定容量 ，否则准确级将相应降低，
25、校验条件为: （1）根据负荷的接线方式和电压互感器的接线方式，尽量使各相负荷分配均匀。 （2）计算每一仪表线圈消耗的有功功率和无功功率 。 （3）计算各相或相间二次负荷，即 式中 、分别为接在同一相或同一相间中的各仪表线圈消耗的视在功率和功率因数角。 若电压互感器与负荷的接线方式相同，即可进行校验，即 2.3.5 限流电抗器的选择 电抗器按额定电压选择一般选择电抗器额定电压与安装处电网额定电压相同。选择电抗器的额定电流必须大于可能流过电抗器的最大长期工作电流。电抗器基本设有过载能力，选择时应有适度裕度。 (1)按额定电压选择 一般选择电抗器额定电压与安装处电网额定电压相同。 (2)按额定电流选
26、择 选择电抗器的额定电流必须大于可能流过电抗器的最大长期工作电流。电抗器基本没有过载能力，选择时应有适当裕度 。母线分段回路的电抗器，应根据母线上事故切除最大一台发电机时，可能流过电抗器的电流选择，一般取该发电机额定电流的50%80%。分裂电抗器，一般中间抽头接电源，两支臂接负荷，其额定电流应大于每一臂最大负荷电流。当无负荷资料时，一般按中间抽头所接发电机或变压器额定电流的70%选择。2.3.6 高压熔断器的选择 1保护电压互感器的高压熔断器保护电压互感器的高压熔断器，一般选择RN2 型，其额定电压应高于或等于所在电网的额定电压（但限流式则只能等于电网电压），额定电流通常均为0.5A。2保护一
27、般回路的熔断器 熔体的额定电流应为回路负荷电流的1.5-2.5倍。 熔断器的额定电流应大于熔体的额定电流。 上、下级熔断器的安-秒特性要互相配合。2.3.7 母线、绝缘子和绝缘套管的选择母线的选择内容包括 :确定母线的材料、截面形状、布置方式 选择母线的截面积 校验母线的动稳定和热稳定 对重要的和大电流的母线，校验其共振频率 对110kv 以上的母线，还应交验能否发生电晕 柱绝缘子与穿墙套管是母线结构的重要组成部分。支柱绝缘子主要用来固定导线，并使导线与设备或基础绝缘；穿墙套管主要用于导线穿过墙壁、接地隔板及封闭配电机构时，作绝缘支持和与外部导线间连接之用。支柱绝缘子与穿墙套管的选择方法分别为： （1）对支柱绝缘子，按额定电压条件选择，校验短路时动稳定性。 （2）穿墙套管按额定电压和额定电流条件选择，校验短路时热稳定性和动稳定性。 母线型穿墙套管不需按额定电流条件选择，只需保证套管与母线的尺寸相配合。2.3.8 电力电缆选择 电缆的额定电压电缆的芯线材料及型号 电缆的截面和根数
