高压电气设备选择原则_Word下载.doc
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动稳定
热稳定
断路器
√
○
操作性能
负荷开关
隔离开关
熔断器
上、下级间配合
电流互感器
电压互感器
二次负荷、准确等级
支柱绝缘字
穿墙套管
母线
电缆
注:
表中“√”为选择项目,“○”为校验项目。
一、按正常工作条件选择高压电气设备
(一)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(7-1)
(二)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(7-2)
计算时有以下几个应注意的问题:
(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。
(三)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(尤须注意小环境)条件,当气温、风速、温度、污秽等级、海拔高度、地震烈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。
例如:
当地区海拔超过制造部门的规定值时,由于大气压力、空气密度和湿度相应减少,使空气间隙和外绝缘的放电特性下降,一般当海拔在1000~3500m范围内,若海拔比厂家规定值每升高l00m,则电气设备允许最高工作电压要下降1%。
当最高工作电压不能满足要求时,应采用高原型电气设备,或采用外绝缘提高一级的产品。
对于110kV及以下电气设备,由于外绝缘裕度较大,可在海拔2000m以下使用。
当污秽等级超过使用规定时,可选用有利于防污的电瓷产品,当经济上合理时可采用屋内配电装置。
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
(7-3)
我国目前生产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℃(但低于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%,但其最大电流不得超过额定电流的20%。
二、按短路条件校验
(一)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
(7-4)
式中It—由生产厂给出的电气设备在时间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。
(二)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
(7-5)或(7-6)
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,其热稳定由熔断时间保证,故可不校验热稳定。
(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。
(三)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(一般为本工程建成后5~10年);
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。
(四)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
tz=tb+tkd(7-7)
而tkd=tgf+th
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。
第二节高压断路器、隔离开关、重合器和分段器的选择
一、高压断路器的选择
高压断路器选择及校验条件除额定电压、额定电流、热稳定、动稳定校验外,还应注意以下几点:
(一)断路器种类和型式的选择
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。
由于少油断路器制造简单、价格便宜、维护工作量较少,故在3~220kV系统中应用较广,但近年来,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断路器也已在向中压10~35kV发展,并在城乡电网建设和改造中获得了应用。
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。
(二)额定开断电流选择
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。
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Izt,即
INbr≥Izt(7-8)
当断路器的INbr较系统短路电流大很多时,为了简化计算,也可用次暂态电流I"
进行选择即
INbr≥I"
(7-9)
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。
短路全电流的计算方法可参考有关手册,如计算结果非周期分量超过20%以上时,订货时应向制造部门提出要求。
装有自动重合闸装置的断路器,当操作循环符合厂家规定时,其额定开断电流不变。
(三)短路关合电流的选择
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。
且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
iNcl≥ich(7-10)
二、隔离开关的选择
隔离开关选择及校验条件除额定电压、额定电流、热稳定、动稳定校验(以上参见本章第一节)外,还应注意其种类和形式的选择,尤其屋外式隔离开关的型式较多,对配电装置的布置和占地面积影响很大,因此其型式应根据配电装置特点和要求以及技术经济条件来确定。
隔离开关选型参考表
使用场合
特点
参考型号
屋
内
屋内配电装置成套高压开关柜
三级,10kV以下
GN2,GN6,GN8,GN19
发电机回路,大电流回路
单极,大电流3000~13000A
GN10
三级,15kV,200~600A
GN11
三级,10kV,大电流2000~3000A
GN18,GN22,GN2
单极,插入式结构,带封闭罩20kV,
大电流10000~13000A
GN14
外
220kV及以下各型配电装置
双柱式,220kV及以下
GW4
高型,硬母线布置
V型,35~110kV
GW5
硬母线布置
单柱式,220~500kV
GW6
20kV及以上中型配电装置
三柱式,220~500kV
GW7
[例7-1]如右图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ls,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tkd=0.05+0.05=0.1s,试选择高压断路器与隔离开关。
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