電氣一次部分設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

1、電氣一次部分設(shè)計(jì)指導(dǎo)書李文才編河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校電氣工程系2004 年 6 月一、短路電流計(jì)算（一）短路電流計(jì)算條件為使所選電氣設(shè)備具有足夠的可靠性、 經(jīng)濟(jì)性和合理性， 并在一定時(shí)期內(nèi)適應(yīng)電 力系統(tǒng)發(fā)展的需要，作校驗(yàn)用的短路電流應(yīng)按下列條件確定。（ 1）容量和接線按本工程設(shè)計(jì)最終容量計(jì)算， 并考慮電力系統(tǒng)遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃 （ 般為本工程建成后 510年）：其接線應(yīng)采用可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式， 但不考慮在切換過程中可能短時(shí)并列的接線方式。 （如切換廠用變壓器時(shí)的并列） 。（ 2）短路種類一般按三相短路驗(yàn)算，若其他種類短路較三相短路嚴(yán)重時(shí)，即應(yīng) 按最嚴(yán)重的情況驗(yàn)算。（3）計(jì)算短路點(diǎn)選

2、擇通過電器的短路電流為最大的那些點(diǎn)為短路計(jì)算點(diǎn)。（二）短路電流計(jì)算方法短路電流計(jì)算方法參見電力系統(tǒng)故障一書，在本設(shè)計(jì)中，電力系統(tǒng)可看作是 無窮大系統(tǒng)。（三）短路計(jì)算時(shí)間當(dāng)短路持續(xù)時(shí)間大于Is時(shí)，校驗(yàn)熱穩(wěn)定的等值計(jì)算時(shí)間tk為繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間t pr和相應(yīng)斷路器的全開斷時(shí)間t ab之和，即t dz =t pr +t ab而 tab=t in +t a式中tab斷路器全開斷時(shí)間；tpr 后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間；tin 斷路器固有分閘時(shí)間，可查附表15：ta斷路器開斷時(shí)電弧持續(xù)時(shí)間，對(duì)少泊斷路器為0.040.06s，對(duì)SF6和壓縮空氣斷路器約為 0.020.04s。當(dāng)短路持續(xù)時(shí)間小于 Is時(shí)，校驗(yàn)熱穩(wěn)定的

3、等值計(jì)算時(shí)間還要計(jì)及短路電流非周 期分量的影響，參見教材第六章。開斷電器應(yīng)能在最嚴(yán)重的情況下開斷短路電流，考 慮到主保護(hù)拒動(dòng)等原因，按最不利情況，取后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間。一般建議tdz不小于下列數(shù)據(jù)：330kV, 2s： 220kV, 3s : 6110kV, 4s。二、高壓電氣設(shè)備選擇的一般條件電氣設(shè)備選擇是發(fā)電廠和變電所設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，在選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際工作特點(diǎn)，按照按照有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，在保證供配電安全可靠的前提下，力爭做到技術(shù) 先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理。為了保障高壓電氣設(shè)備的可靠運(yùn)行，高壓電氣設(shè)備選擇與校驗(yàn)的一 般條件有，按正常工作條件包括：電壓、電流、頻率、開斷電流等選擇；按短路條件 包括

4、動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定校驗(yàn)；按環(huán)境工作條件如溫度、濕度、海拔等選擇。由于各種高壓電氣設(shè)備具有不同的性能特點(diǎn)，選擇與校驗(yàn)條件不盡相同，高壓電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)項(xiàng)目見表1。表1高壓電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)項(xiàng)目電氣設(shè)備名稱額定電壓額定電流開斷能力短路電流校驗(yàn)環(huán)境條件其它動(dòng)穩(wěn)定熱穩(wěn)定斷路器VVVOOO操作性能負(fù)荷開關(guān)VVVOOO操作性能隔離開關(guān)VVOOO操作性能熔斷器VVVO上、下級(jí)間配合電流互感器VVOOO電壓互感器VO二次負(fù)荷、準(zhǔn)確等級(jí)支柱絕緣字VOO二次負(fù)荷、準(zhǔn)確等級(jí)穿墻套管VVOOO母線VOOO電 纜VVOO注：表中"V"為選擇項(xiàng)目，” O"為校驗(yàn)項(xiàng)目。(一) 按正常工作條件

5、選擇高壓電氣設(shè)備1. 額定電壓和最高工作電壓高壓電氣設(shè)備所在電網(wǎng)的運(yùn)行電壓因調(diào)壓或負(fù)荷的變化，常高于電網(wǎng)的額定電壓，故所選電氣設(shè)備允許最高工作電壓Ualm不得低于所接電網(wǎng)的最高運(yùn)行電壓。一般電氣設(shè)備允許的最高工作電壓可達(dá)1.11.15Un,而實(shí)際電網(wǎng)的最高運(yùn)行電壓Usm 般不超過I.IUns因此在選擇電氣設(shè)備時(shí)，一般可按照電氣設(shè)備的額定電壓的額定電壓 Un不低于裝置地點(diǎn)電網(wǎng)額定電壓UNs的條件選擇，即Un > Uns2. 額定電流電氣設(shè)備的額定電流In是指在額定環(huán)境溫度下，電氣設(shè)備的長期允許通過電流。I N應(yīng)不小于該回路在各種合理運(yùn)行方式下的最大持續(xù)工作電流I w.max，即I N A

6、I max計(jì)算時(shí)有以下幾個(gè)應(yīng)注意的問題：(1) 由于發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)和變壓器在電壓降低5%時(shí)，出力保持不變，故其相應(yīng)回路的Iw.max為發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)或變壓器的額定電流的1.5倍；(2) 若變壓器有過負(fù)荷運(yùn)行可能時(shí)，Imax應(yīng)按過負(fù)荷確定(1.32倍變壓器額 定電流)；(3) 母聯(lián)斷路器回路一般可取母線上最大一臺(tái)發(fā)電機(jī)或變壓器的Imax；(4) 出線回路的Iw.max除考慮正常負(fù)荷電流(包括線路損耗)外，還應(yīng)考慮事故 時(shí)由其它回路轉(zhuǎn)移過來的負(fù)荷。此外，還應(yīng)按電氣設(shè)備的裝置地點(diǎn)、使用條件、檢修和運(yùn)行等要求，對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行種類（屋內(nèi)或屋外）和型式的選擇。（二）按環(huán)境工作條件校驗(yàn)在選擇電氣設(shè)備時(shí)，還應(yīng)

7、考慮電氣設(shè)備安裝地點(diǎn)的環(huán)境（尤須注意小環(huán)境）條件,當(dāng)氣溫、風(fēng)速、溫度、污穢等級(jí)、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等環(huán)境條件超過一般電氣設(shè)備使用條件時(shí)，應(yīng)采取措施。例如：當(dāng)?shù)貐^(qū)海拔超過制造部門的規(guī)定值時(shí)，由于大氣壓力、空氣密度和濕度相應(yīng)減少，使空氣間隙和外絕緣的放電特性下降，一 般當(dāng)海拔在10003500m范圍內(nèi)，若海拔比廠家規(guī)定值每升高100m，則電氣設(shè)備允許最高工作電壓要下降 1%。當(dāng)最高工作電壓不能滿足要求時(shí)，應(yīng)采用高原型電氣設(shè)備，或采用外絕緣提高一級(jí)的產(chǎn)品。對(duì)于110kV及以下電氣設(shè)備，由于外絕緣裕度較大，可在海拔2000m以下使用。當(dāng)污穢等級(jí)超過使用規(guī)定時(shí)，可選用有利于防污的電瓷產(chǎn)品，當(dāng)經(jīng)

8、濟(jì)上合理時(shí)可采用屋內(nèi)配電裝置。當(dāng)周圍環(huán)境溫度00和電氣設(shè)備額定環(huán)境溫度不等時(shí)，其長期允許工作電流應(yīng)乘以修正系數(shù)K，即lai = KI N(1)我國目前生產(chǎn)的電氣設(shè)備使用的額定環(huán)境溫度&=40 C。如周圍環(huán)境溫度 ®高于40C （但低于60C ）時(shí)，其允許電流一般可按每增高 1 C,額定電流減少1.8%進(jìn)行修正， 當(dāng)環(huán)境溫度低于 40C時(shí)，環(huán)境溫度每降低 1C,額定電流可增加 0.5%，但其最大電 流不得超過額定電流的 20%。應(yīng)該指出，式（1）也適用于求導(dǎo)體的在實(shí)際環(huán)境溫度下的長期允許工作電流， 此時(shí)公式中的0N 一般為25 C。（三）按短路條件校驗(yàn)1. 短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)短路電

9、流通過電氣設(shè)備時(shí)，電氣設(shè)備各部件溫度（或發(fā)熱效應(yīng)）應(yīng)不超過允許值。滿足熱穩(wěn)定的條件為|t2t > I 2tdz18短路穩(wěn)態(tài)電流值。t與It相對(duì)應(yīng)的時(shí)間。tdz短路電流熱效應(yīng)等值計(jì)算時(shí)間。2. 電動(dòng)力穩(wěn)定校驗(yàn)電動(dòng)力穩(wěn)定是電氣設(shè)備承受短路電流機(jī)械效應(yīng)的能力， 也稱動(dòng)穩(wěn)定。 滿足動(dòng)穩(wěn)定 的條件為iesich或lesIch式中ich、Ich短路沖擊電流幅值及其有效值；ies、les-電氣設(shè)備允許通過的動(dòng)穩(wěn)定電流的幅值及其有效值。下列幾種情況可不校驗(yàn)熱穩(wěn)定或動(dòng)穩(wěn)定：（1）用熔斷器保護(hù)的電器，其熱穩(wěn)定由熔斷時(shí)間保證，故可不校驗(yàn)熱穩(wěn)定。（2）采用限流熔斷器保護(hù)的設(shè)備，可不校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定。（3）裝設(shè)在電壓互

10、感器回路中的裸導(dǎo)體和電氣設(shè)備可不校驗(yàn)動(dòng)、熱穩(wěn)定。 （三）高壓斷路器、隔離開關(guān)、重合器和分段器的選擇（一）高壓斷路器的選擇 高壓斷路器選擇及校驗(yàn)條件除額定電壓、額定電流、熱穩(wěn)定、動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)外，還 應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1 斷路器種類和型式的選擇 高壓斷路器應(yīng)根據(jù)斷路器安裝地點(diǎn)、環(huán)境和使用條件等要求選擇其種類和型式。由于少油斷路器制造簡單、價(jià)格便宜、維護(hù)工作量較少，故在3220kV 系統(tǒng)中應(yīng)用較廣，但近年來，真空斷路器在 35kV 及以下電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，有取代油 斷路器的趨勢。SF6斷路器也已在向中壓 1035kV發(fā)展，并在城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)和改造中 獲得了應(yīng)用。高壓斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)， 大多數(shù)是由制

11、造廠配套供應(yīng)， 僅部分少油斷路器有電磁 式、彈簧式或液壓式等幾種型式的操動(dòng)機(jī)構(gòu)可供選擇。 一般電磁式操動(dòng)機(jī)構(gòu)需配專用 的直流合閘電源，但其結(jié)構(gòu)簡單可靠；彈簧式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)整要求較高；液壓操 動(dòng)機(jī)構(gòu)加工精度要求較高。 操動(dòng)機(jī)構(gòu)的型式， 可根據(jù)安裝調(diào)試方便和運(yùn)行可靠性進(jìn)行 選擇。2 額定開斷電流選擇在額定電壓下， 斷路器能保證正常開斷的最大短路電流稱為額定開斷電流。 高壓斷路器的額定開斷電流 iNbr，不應(yīng)小于實(shí)際開斷瞬間的短路電流周期分量Izt，即I NbrI當(dāng)斷路器的INbr較系統(tǒng)短路電流大很多時(shí)，為了簡化計(jì)算，也可用次暫態(tài)電流I"進(jìn)行選擇即I Nbr我國生產(chǎn)的高壓斷路器在做型式

12、試驗(yàn)時(shí)，僅計(jì)入了20%的非周期分量。一般中、慢速斷路器，由于開斷時(shí)間較長 （0.1s），短路電流非周期分量衰減較多，能滿足國家 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的非周期分量不超過周期分量幅值20%的要求。使用快速保護(hù)和高速斷路器時(shí)，其開斷時(shí)間小于 0.1s，當(dāng)在電源附近短路時(shí)，短路電流的非周期分量可能超過周 期分量的 20%，因此需要進(jìn)行驗(yàn)算。 短路全電流的計(jì)算方法可參考有關(guān)手冊， 如計(jì)算 結(jié)果非周期分量超過 20%以上時(shí)，訂貨時(shí)應(yīng)向制造部門提出要求。裝有自動(dòng)重合閘裝置的斷路器， 當(dāng)操作循環(huán)符合廠家規(guī)定時(shí)， 其額定開斷電流不 變。3. 短路關(guān)合電流的選擇 在斷路器合閘之前，若線路上已存在短路故障，則在斷路器合閘過程中

13、，動(dòng)、靜 觸頭間在未接觸時(shí)即有巨大的短路電流通過（預(yù)擊穿） ，更容易發(fā)生觸頭熔焊和遭受 電動(dòng)力的損壞。且斷路器在關(guān)合短路電流時(shí)，不可避免地在接通后又自動(dòng)跳閘，此時(shí) 還要求能夠切斷短路電流，因此，額定關(guān)合電流是斷路器的重要參數(shù)之一。為了保證 斷路器在關(guān)合短路時(shí)的安全，斷路器的額定關(guān)合電流iNcl 不應(yīng)小于短路電流最大沖擊值 ich ， 即i Ncli（二）隔離開關(guān)的選擇 隔離開關(guān)選擇及校驗(yàn)條件除額定電壓、額定電流、熱穩(wěn)定、動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)外，還應(yīng) 注意其種類和形式的選擇， 尤其屋外式隔離開關(guān)的型式較多， 對(duì)配電裝置的布置和占 地面積影響很大，因此其型式應(yīng)根據(jù)配電裝置特點(diǎn)和要求以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件來確定。

14、表 2 為隔離開關(guān)選型參考表。表 2 隔離開關(guān)選型參考表使用場合特 點(diǎn)參考型號(hào)屋內(nèi)配電裝置成套高壓開關(guān) 柜三級(jí)，10kV以下GN2，GN6，GN8，GN19屋單極，大電流 300013000AGN10三級(jí)，15kV，200600AGN11內(nèi)發(fā)電機(jī)回路，大電流回路三級(jí)，10kV，大電流 20003000AGN18，GN22，GN2單極，插入式結(jié)構(gòu)，帶封閉罩20 kV，大電流1000013000AGN14220kV及以下各型配電裝置雙柱式，220kV及以下GW4屋高型，硬母線布置V 型，35110kVGW5外硬母線布置單柱式，220500 kVGW620kV及以上中型配電裝置三柱式，220500

15、kVGW7(三) 重合器和分段器的選擇1重合器的選擇選用重合器時(shí)，要使其額定參數(shù)滿足安裝地點(diǎn)的系統(tǒng)條件，具體要求有：(1) 額定電壓重合器的額定電壓應(yīng)等于或大于安裝地點(diǎn)的系統(tǒng)最高運(yùn)行電壓。(2) 額定電流重合器的額定電流應(yīng)大于安裝地點(diǎn)的預(yù)期長遠(yuǎn)的最大負(fù)荷電流。除此，還應(yīng)注意重合器的額定電流是否滿足觸頭載流、溫升等因素而確定的參數(shù)。為滿足保護(hù)配合要求，還應(yīng)選擇好串聯(lián)線圈和電流互感器的額定電流。通常，選擇重合器額定電流時(shí)留 有較大的裕度。選擇串聯(lián)線圈時(shí)應(yīng)以實(shí)際預(yù)期負(fù)荷為準(zhǔn)。(3) 確定安裝地點(diǎn)最大故障電流。重合器的額定短路開斷電流應(yīng)大于安裝地點(diǎn)的長遠(yuǎn)規(guī)劃最大故障電流。(4) 確定保護(hù)區(qū)域未端最小故

16、障電流重合器的最小分閘電流應(yīng)小于保護(hù)區(qū)段最小故障電流。對(duì)液壓控制重合器，這主要涉及選擇串聯(lián)線圈額定電流問題：電流裕度大時(shí)，可適應(yīng)負(fù)荷的增加并可避免對(duì)涌流過于敏感；而電流裕度小時(shí)，可對(duì)小故障電流反應(yīng)敏感。有時(shí)，可將重合器保護(hù)區(qū) 域的末端直接選在故障電流至少為重合器最小分閘電流的 1.5 倍處，以保證滿足該項(xiàng) 要求。（ 5）與線路其他保護(hù)設(shè)備配合這主要是比較重合器的電流 時(shí)間特性曲線， 操作順序和復(fù)歸時(shí)間等特性， 與線 路上其他重合器、分段器、熔斷器的保護(hù)配合，以保證在重合器后備保護(hù)動(dòng)作或在其 他線路元件發(fā)生損壞之前，重合器能夠及時(shí)分?jǐn)唷?. 分段器的選擇選用分段器時(shí)，應(yīng)注意以下問題 :（ 1）啟

17、動(dòng)電流分段器的額定啟動(dòng)電流應(yīng)為后備保護(hù)開關(guān)最小分閘電流的80% 。當(dāng)液壓控制分段器與液壓控制重合器配合使用時(shí)，分段器與重合器選用相同額定電流的串聯(lián)線圈即 可。因?yàn)橐簤悍侄纹鞯膯?dòng)電流為其串聯(lián)線圈額定電流的 1.6 倍，而液壓重合器的最 小分閘電流為其串聯(lián)線圈額定電流的 2 倍。電子控制分段器的啟動(dòng)電流可根據(jù)其額定電流直接整定，但必須滿足上述 "80%" 原則。電子重合器整定值為實(shí)際動(dòng)作值，應(yīng)考慮配合要求。（ 2）記錄次數(shù)分段器的計(jì)數(shù)次數(shù)應(yīng)比后備保護(hù)開關(guān)的重合次數(shù)少一次。 當(dāng)數(shù)臺(tái)分段器串聯(lián)使用 時(shí)，負(fù)荷側(cè)分段器應(yīng)依次比其電源側(cè)分段器的計(jì)數(shù)次數(shù)少一次。在這種情況下，液壓 分段器

18、通常不用降低其啟動(dòng)電流值的方法來達(dá)到各串聯(lián)分段器之間的配合， 而是采用 不同的計(jì)數(shù)次數(shù)來實(shí)現(xiàn)，以免因網(wǎng)絡(luò)中涌流造成分段器誤動(dòng)。（ 3）記憶時(shí)間必須保證分段器的記憶時(shí)間大于后備保護(hù)開關(guān)動(dòng)作的總累積時(shí)間， 否則分段器可 能部分地 "忘記 "故障開斷的分閘次數(shù)，導(dǎo)致后備保護(hù)開關(guān)多次不必要的分閘或分段器 與前級(jí)保護(hù)都進(jìn)入閉鎖狀態(tài)，使分段器起不到應(yīng)有的作用。液壓控制分段器的記憶時(shí)間不可調(diào)節(jié)， 它由分閘活塞的復(fù)位快慢所決定。 復(fù)位快 慢又與液壓機(jī)構(gòu)中油粘度有關(guān)。四、互感器的選擇（一）電流互感器的選擇1. 電流互感器一次回路額定電壓和電流選擇電流互感器一次回路額定電壓和電流選擇應(yīng)滿足：U

19、j1U NsI N1I .max式中 UN1、 I N1 電流互感器一次額定電壓和電流。為了確保所供儀表的準(zhǔn)確度， 互感器的一次側(cè)額定電流應(yīng)盡可能與最大工作電流 接近。2. 二次額定電流的選擇電流互感器二次額定電流有5A和1A兩種，一般強(qiáng)電系統(tǒng)用5A,弱電系統(tǒng)用1A。3. 電流互感器種類和型式的選擇在選擇互感器時(shí)，應(yīng)根據(jù)安裝地點(diǎn)（如屋內(nèi)、屋外 ） 和安裝方式 （如穿墻式、支持式、裝入式等 ） 選擇相適應(yīng)的類別和型式。選用母線型電流互感器時(shí)，應(yīng)注意校核窗 口尺寸。4. 電流互感器準(zhǔn)確級(jí)的選擇為保證測量儀表的準(zhǔn)確度， 互感器的準(zhǔn)確級(jí)不得低于所供測量儀表的準(zhǔn)確級(jí)。 例 如: 裝于重要回路 （如發(fā)電機(jī)

20、、調(diào)相機(jī)、變壓器、廠用饋線、出線等）中的電能表和計(jì)費(fèi)的電能表一般采用 0.51級(jí)表，相應(yīng)的互感器的準(zhǔn)確級(jí)不應(yīng)低于0.5級(jí)；對(duì)測量精度要求較高的大容量發(fā)電機(jī)、變壓器、系統(tǒng)干線和500kV 級(jí)宜用 0.2 級(jí)。供運(yùn)行監(jiān)視、估算電能的電能表和控制盤上儀表一般皆用11.5 級(jí)的，相應(yīng)的電流互感器應(yīng)為 0.51 級(jí)。供只需估計(jì)電參數(shù)儀表的互感器可用3級(jí)的。當(dāng)所供儀表要求不同準(zhǔn)確級(jí)時(shí)，應(yīng)按相應(yīng)最高級(jí)別來確定電流互感器的準(zhǔn)確級(jí)。5 .二次容量或二次負(fù)載的校驗(yàn)為了保證互感器的準(zhǔn)確級(jí)，互感器二次側(cè)所接實(shí)際負(fù)載Z2l 或所消耗的實(shí)際容量荷S應(yīng)不大于該準(zhǔn)確級(jí)所規(guī)定的額定負(fù)載ZN2或額定容量SN2 （ ZN2及SN2

21、均可從產(chǎn)品樣本或有關(guān)手冊查到） ，即2SN2$= I N2 Z 2l或 Z N2 A Z 2l Rvi + Rou + Rm + R r式中 Rm ， Rr 電流互感器二次回路中所接儀表內(nèi)阻的總和與所接繼電器內(nèi) 阻的總和，可由產(chǎn)品樣本或有關(guān)手冊中查得。Rwi 電流互感器二次聯(lián)接導(dǎo)線的電阻。Rou 電流互感器二次連線的接觸電阻，一般取為0.1 Qo整理得：SN2I N 2 ( RtouRmRr )Rwi W2I 2N2因?yàn)锳=所以 A >ca(2)(Z N 2 RtouRm Rr )式中A , lca一電流互感器二次回路連接導(dǎo)線截面積(mm2)及計(jì)算長度(mm)。按規(guī)程要求聯(lián)接導(dǎo)線應(yīng)采用不

22、得小于1.5 mm2的銅線，實(shí)際工作中常取2.5mm2的銅線。當(dāng)截面選定之后，即可計(jì)算出聯(lián)接導(dǎo)線的電阻Rwi。有時(shí)也可先初選電流互感器，在已知其二次側(cè)連接的儀表及繼電器型號(hào)的情況下，利用式(11)確定連接導(dǎo)線的截面積。但須指出，只用一只電流互感器時(shí)電阻的計(jì)算長度應(yīng)取連接長度2倍，如用三只電流互感器接成完全星形接線時(shí)，由于中線電流近于零，則只取連接長度為電阻的計(jì)算長度。 若用兩只電流互感器接成不完全星形結(jié)線時(shí)，其二次公用線中的電流為兩相電流之向量和，其值與相電流相等，但相位差為60,故應(yīng)取連接長度的.3倍為電阻的計(jì)算長度。6.熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)(1) 電流互感器的熱穩(wěn)定校驗(yàn)只對(duì)本身帶有一次回路導(dǎo)

23、體的電流互感器進(jìn)行。電流互感器熱穩(wěn)定能力常以1s允許通過的一次額定電流IN1的倍數(shù)Kh來表示，故熱穩(wěn)定應(yīng)按下式校驗(yàn)(KhlN1)2I - 2tdz式中Kh, IN1 由生產(chǎn)廠給出的電流互感器的熱穩(wěn)定倍數(shù)及一次側(cè)額定電流。I- , tdz 短路穩(wěn)態(tài)電流值及熱效應(yīng)等值計(jì)算時(shí)間。(2) 電流互感器內(nèi)部動(dòng)穩(wěn)定能力，常以允許通過的一次額定電流最大值的倍數(shù)kmo 一動(dòng)穩(wěn)定電流倍數(shù)表示，故內(nèi)部動(dòng)穩(wěn)定可用下式校驗(yàn).2 K moI N1ich式中Kmo, IN1 由生產(chǎn)廠給出的電流互感器的動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)及一次側(cè)額定電流。i ch 故障時(shí)可能通過電流互感器的最大三相短路電流沖擊值。由于鄰相之間電流的相互作用，使電流互

24、感器絕緣瓷帽上受到外力的作用，因此，對(duì)于瓷絕緣型電流互感器應(yīng)校驗(yàn)瓷套管的機(jī)械強(qiáng)度。瓷套上的作用力可由一般電動(dòng)力公式計(jì)算，故外部動(dòng)穩(wěn)定應(yīng)滿足Fai0.5 X 1.73 X 10-7i ch2 -（N）a式中Fai 作用于電流互感器瓷帽端部的允許力；I電流互感器出線端至最近一個(gè)母線支柱絕緣子之間的跨距。系數(shù)0.5表示互感器瓷套端部承受該跨上電動(dòng)力的一半。（二）電壓互感器的選擇1. 電壓互感器一次回路額定電壓選擇為了確保電壓互感器安全和在規(guī)定的準(zhǔn)確級(jí)下運(yùn)行，電壓互感器一次繞組所接電力網(wǎng)電壓應(yīng)在（1.10.9） Uni范圍內(nèi)變動(dòng)，即滿足下列條件1.1 U ni> U ns>0.9 U ni

25、式中 Un1 電壓互感器一次側(cè)額定電壓。選擇時(shí)，滿足 Un1 = U ns即可。2. 電壓互感器二次側(cè)額定電壓的選擇電壓互感器二次側(cè)額定線間電壓為100V，要和所接用的儀表或繼電器相適應(yīng)。3. 電壓互感器種類和型式的選擇電壓互感器的種類和型式應(yīng)根據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)和使用條件進(jìn)行選擇，例如：在635kV屋內(nèi)配電裝置中，一般采用油浸式或澆注式；110220kV配電裝置通常采用串級(jí)式電磁式電壓互感器；220kV及其以上配電裝置，當(dāng)容量和準(zhǔn)確級(jí)滿足要求時(shí)，也可采 用電容式電壓互感器。4. 準(zhǔn)確級(jí)選擇和電流互感器一樣， 供功率測量、電能測量以及功率方向保護(hù)用的電壓互感器應(yīng) 選擇0.5級(jí)或1級(jí)的，只供估計(jì)被測值的

26、儀表和一般電壓繼電器的選用3級(jí)電壓互感器為宜。5. 按準(zhǔn)確級(jí)和額定二次容量選擇首先根據(jù)儀表和繼電器接線要求選擇電壓互感器接線方式，并盡可能將負(fù)荷均勻分布在各相上，然后計(jì)算各相負(fù)荷大小，按照所接儀表的準(zhǔn)確級(jí)和容量選擇互感器的準(zhǔn)確級(jí)額定容量。有關(guān)電壓互感器準(zhǔn)確級(jí)的選擇原則，可參照電流互感器準(zhǔn)確級(jí)選擇。一般供功率測量、電能測量以及功率方向保護(hù)用的電壓互感器應(yīng)選擇0.5級(jí)或1級(jí)的,只供估計(jì)被測值的儀表和一般電壓繼電器的選用3級(jí)電壓互感器為宜。電壓互感器的額定二次容量(對(duì)應(yīng)于所要求的準(zhǔn)確級(jí))Sn2，應(yīng)不小于電壓互感器的二次負(fù)荷S2,即Sn2 > S2( 3)S2-(So cos )2 ( So s

27、in )2( P0)2 ( Qo)2式中So、Po、Qo各儀表的視在功率、有功功率和無功功率。cos 各儀表的功率因數(shù)。如果各儀表和繼電器的功率因數(shù)相近， 或?yàn)榱撕喕?jì)算起見，也可以將各儀表和 繼電器的視在功率直接相加，得出大于 S2的近似值，它若不超過 SN2,則實(shí)際值更能 滿足式(3 )的要求。由于電壓互感器三相負(fù)荷常不相等，為了滿足準(zhǔn)確級(jí)要求，通常以最大相負(fù)荷進(jìn)行比較。計(jì)算電壓互感器各相的負(fù)荷時(shí)，必須注意互感器和負(fù)荷的接線方式。表3列出電壓互感器和負(fù)荷接線方式不一致時(shí)每相負(fù)荷的計(jì)算公式。0.Flih T_!"r 必 11HhAr 氐卜 %cl一|°sAPa =尸坤詛一

28、卑屮打打Q二f * 神盯丿岳AftPg = i/J Si <1S f ¥ 亠：節(jié)）Qmyrsmtf + ；印門iPn =B 十 JO ）十禹嚴(yán)卅；輒一30 l J /TQu =:毒啊lU*.30 ）-兀2職弔I.Jll1' i'HCP.-=丿飛耳匚-Ml Qu =S- in（-和 irJ*t 務(wù)（料-+ JiH ji J /JQi = 5» I表 3 電壓互感器二次繞組負(fù)荷計(jì)算公式五、高壓熔斷器的選擇 高壓熔斷器按額定電壓、額定電流、開斷電流和選擇性等項(xiàng)來選擇和校驗(yàn)。1. 額定電壓選擇對(duì)于一般的高壓熔斷器，其額定電壓UN必須大于或等于電網(wǎng)的額定電壓Lk

29、so但是對(duì)于充填石英砂有限流作用的熔斷器，則不宜使用在低于熔斷器額定電壓的電網(wǎng) 中，這是因?yàn)橄蘖魇饺蹟嗥鳒缁∧芰軓?qiáng)， 在短路電流達(dá)到最大值之前就將電流截?cái)啵?致使熔體熔斷時(shí)因截流而產(chǎn)生過電壓， 其過電壓倍數(shù)與電路參數(shù)及熔體長度有關(guān)， 一 般在LNs=LN的電網(wǎng)中，過電壓倍數(shù)約22.5倍，不會(huì)超過電網(wǎng)中電氣設(shè)備的絕緣水平， 但如在Lks<LN的電網(wǎng)中，因熔體較長，過電壓值可達(dá)3.54倍相電壓，可能損害電網(wǎng) 中的電氣設(shè)備。2. 額定電流選擇熔斷器的額定電流選擇，包括熔管的額定電流和熔體的額定電流的選擇。（1）熔管額定電流的選擇 為了保證熔斷器載流及接觸部分不致過熱和損壞， 高壓熔斷器的熔管

30、額定電流應(yīng) 滿足式（4）的要求，即I Nft A I Nfs（4）式中| Nft 熔管的額定電流I Nfs 熔體的額定電流3. 熔體額定電流選擇為了防止熔體在通過變壓器勵(lì)磁涌流和保護(hù)范圍以外的短路及電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)等沖擊電流時(shí)誤動(dòng)作，保護(hù)35kV及以下電力變壓器的高壓熔斷器，其熔體的額定電流可按式（13）選擇，即I Nfs =KI max式中K可靠系數(shù)（不計(jì)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí) K=1.11.3，考慮電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)K=1.5 2.0）;I max一電力變壓器回路最大工作電流。用于保護(hù)電力電容器的高壓熔斷器的熔體，當(dāng)系統(tǒng)電壓升高或波形畸變引起回路電流增大或運(yùn)行過程中產(chǎn)生涌流時(shí)不應(yīng)誤熔斷，其熔體按式（5）選

31、擇，即I Nfs =KI Nc（ 5 ）式中K一可靠系數(shù)（對(duì)限流式高壓熔斷器，當(dāng)一臺(tái)電力電容器時(shí)K=1.52.0，當(dāng)一組電力電容器時(shí)K=1.31.8）;I Nc 一電力電容器回路的額定電流。4. 熔斷器開斷電流校驗(yàn)I Nbr> I ch（或 I"）（6）式中I Nbr熔斷器的額定開斷電流對(duì)于沒有限流作用的熔斷器，選擇時(shí)用沖擊電流的有效值Ich進(jìn)行校驗(yàn)；對(duì)于有限流作用的熔斷器，在電流達(dá)最大值之前已截?cái)啵士刹挥?jì)非周期分量影響，而采用 I"進(jìn)行校驗(yàn)。5. 熔斷器選擇性校驗(yàn)為了保證前后兩級(jí)熔斷器之間或熔斷器與電源（或負(fù)荷）保護(hù)裝置之間動(dòng)作的選擇性，應(yīng)進(jìn)行熔體選擇性校驗(yàn)。各種

32、型號(hào)熔斷器的熔體熔斷時(shí)間可由制造廠提供的安 秒特性曲線上查出。如所示，為兩個(gè)不同熔體的安秒特性曲線（I Nfs1 <I Nfs1 ）,同一電流同時(shí)通過此二熔體時(shí)，熔體1先熔斷。所以，為了保證動(dòng)作的選擇性，前一級(jí)熔體應(yīng)采用熔體1，后一級(jí)熔體應(yīng)采用熔體2。Ik1“圖1 熔體的安秒(保護(hù))特性曲線1 熔體1的特性曲線；2熔體2的特性曲線對(duì)于保護(hù)電壓互感器用的高壓熔斷器，只需按額定電壓及斷流容量兩項(xiàng)來選擇。六、支柱絕緣子和穿墻套管的選擇支柱絕緣子的作用是支撐母線，穿墻套管的作用是為了保證母線穿墻時(shí)絕緣。 支柱絕緣子和穿墻套管的選擇和校驗(yàn)項(xiàng)目見表4。表4支持絕緣子與穿墻套管的選擇及其校驗(yàn)項(xiàng)目項(xiàng)目額

33、定電壓額定電流熱穩(wěn)定動(dòng)穩(wěn)定支持絕緣了Un A UnslNbr A lch（或 l"）穿墻套管In A I malt2t A 1 x 2tdz支柱絕緣子及穿墻套管的動(dòng)穩(wěn)定性應(yīng)滿足式(6)的要求:Fal A Fea(7)式中Fal 支柱絕緣子或穿墻套管的允許荷重。Fea 加于支柱絕緣子或穿墻套管上的最大計(jì)算力。Fal可按生產(chǎn)廠家給出的破壞荷重Fdb的60%考慮，即Fai=0.6 Fdb (N)Fea即最嚴(yán)重短路情況下作用于支柱絕緣子或穿墻套管上的最大電動(dòng)力，由于母 線電動(dòng)力是作用在母線截面中心線上，而支持絕緣子的抗彎破壞荷重是按作用在絕緣子帽上給出的，如2所示，二者力臂不等，短路時(shí)作用于

34、絕緣子帽上的最大計(jì)算力為：HF ea=F max(N)H 1式中Fmax 最嚴(yán)重短路情況下作用于母線上的最大電動(dòng)力。H1 支柱絕緣子高度(mm)。H 從絕緣子底部至母線水平中心線的高度( mm )。b 一母線支持片的厚度，一般豎放矩形母線b=18mm;平放矩形母線b=12mm。Fmax 的計(jì)算說明如下：布置在同一平面內(nèi)的三相母線（如圖3所示），在發(fā)生短路時(shí)，支持絕緣子所受的力為max2=1.73ishLcaa10式中a母線間距（m）Lca 一計(jì)算跨距（m ）。對(duì)母線中間的支持絕緣子，Lca取相鄰跨距之和的一半。對(duì)母線端頭的支持絕緣子，Lca取相鄰跨距的一半，對(duì)穿墻套管，則取套管長度與相鄰跨距之

35、和的一半。3純級(jí)千和穿墻會(huì)傘聽受的電動(dòng)力七、母線和電纜的選擇（一）母線的選擇與校驗(yàn)?zāi)妇€一般按母線材料、 類型和布置方式；導(dǎo)體截面；熱穩(wěn)定；動(dòng)穩(wěn)定等項(xiàng) 進(jìn)行選擇和校驗(yàn)；對(duì)于110kV以上母線要進(jìn)行電暈的校驗(yàn)； 對(duì)重要回路的母線還 要進(jìn)行共振頻率的校驗(yàn)。本節(jié)僅對(duì)前四項(xiàng)加以介紹。1. 母線材料、類型和布置方式（1）配電裝置的母線常用導(dǎo)體材料有銅、鋁和鋼。銅的電阻率低，機(jī)械強(qiáng)度大， 抗腐蝕性能好，是首選的母線材料。但是銅在工業(yè)和國防上的用途廣泛，還因儲(chǔ)量不 多，價(jià)格較貴，所以一般情況下，盡可能以鋁代銅，只有在大電流裝置及有腐蝕性氣 體的屋外配電裝置中，才考慮用銅作為母線材料。（2） 常用的硬母線截面有

36、矩形、槽形和管形。矩形母線常用于35kV及以下、電流在4000A及以下的配電裝置中。為避免集膚效應(yīng)系數(shù)過大，單條矩形截面積最大不 超過1250mm。當(dāng)工作電流超過最大截面單條母線允許電流時(shí)，可用幾條矩形母線并 列使用，但一般避免采用 4條及以上矩形母線并列。槽形母線機(jī)械強(qiáng)度好，載流量較大，集膚效應(yīng)系數(shù)也較小，一般用于40008000A的配電裝置中。管形母線集膚效應(yīng)系數(shù)小，機(jī)械強(qiáng)度高，管內(nèi)還可通風(fēng)和通水冷卻， 因此，可用于8000A以上的大電流母線。另外，由于圓形表面光滑，電暈放電電壓高，因此可用于110kV及以上配電裝置。2. 母線截面的選擇除配電裝置的匯流母線及較短導(dǎo)體(20m以下)按最大長

37、期工作電流選擇截面外，其余導(dǎo)體的截面一般按經(jīng)濟(jì)密度選擇。(1) 按最大長期工作電流選擇母線長期發(fā)熱的允許電流 Ial ,應(yīng)不小于所在回路的最大長期工作電流Imax,即KI al A I max(8)式中| al 相對(duì)于母線允許溫度和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下導(dǎo)體長期允許電流； K一綜合修正系數(shù)，與環(huán)境溫度和導(dǎo)體連接方式等有關(guān)。(2) 按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線截面可使年綜合費(fèi)用最低，年綜合費(fèi)用包括電流通過導(dǎo)體所產(chǎn)生的年電能損耗費(fèi)、導(dǎo)體投資和折舊費(fèi)、禾U息等。從降低電能損耗角度看，母 線截面越大越好，而從降低投資、折舊費(fèi)和利息的角度，則希望截面越小越好。綜合 這些因素，使年綜合費(fèi)用最小時(shí)所對(duì)應(yīng)

38、的母線截面稱為母線的經(jīng)濟(jì)截面，對(duì)應(yīng)的電流密度稱為經(jīng)濟(jì)電流密度。表5為我國目前仍然沿用的經(jīng)濟(jì)電流密度值。表5 經(jīng)濟(jì)電流密度值導(dǎo)體材料最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)TmaX(h)3000以下300050005000以上裸銅導(dǎo)線和母線3.02.251.75裸鋁導(dǎo)線和母線(鋼芯)1.651.150.9鋼芯電纜鋁芯電纜1.921.731.54鋼線0.450.40.35按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線截面按下式計(jì)算Sec=I m axJ ec式中I ma通過導(dǎo)體的最大工作電流Jec 經(jīng)濟(jì)電流密度在選擇母線截面時(shí)， 應(yīng)盡量接近按式（9）計(jì)算所得到的截面，當(dāng)無合適規(guī)格的導(dǎo) 體時(shí)，為節(jié)約投資，允許選擇小于經(jīng)濟(jì)截面

39、的導(dǎo)體。并要求同時(shí)滿足式 （8）的要求。3. 母線熱穩(wěn)定校驗(yàn)按正常電流及經(jīng)濟(jì)電流密度選出母線截面后，還應(yīng)按熱穩(wěn)定校驗(yàn)。按熱穩(wěn)定要求的導(dǎo)體最小截面為式中 I 短路電流穩(wěn)態(tài)值（A）Ks集膚效應(yīng)系數(shù)，對(duì)于矩形母線截面在100mm以下，KS=1ot dz熱穩(wěn)定計(jì)算時(shí)間。C一熱穩(wěn)定系數(shù)熱穩(wěn)定系數(shù)C值與材料及發(fā)熱溫度有關(guān)。母線的 C值如表6所示。 表6 導(dǎo)體材料短時(shí)發(fā)熱最高允許溫度（ kal ）和熱穩(wěn)定系數(shù) C導(dǎo)體種類和材料kal (°C)C1.母線及導(dǎo)線：鋼320175鋁22095鋼（不和電器直接連接時(shí)）42070鋼（和電器直接連接時(shí)）320632.油浸紙絕緣電纜：銅芯，10kV及以下2501

40、65鋁芯，10kV及以下200952035kV1753. 充油紙絕緣電纜：60330kV4. 橡皮絕緣電纜5. 聚氯乙烯絕緣電纜6. 交聯(lián)聚氯乙烯絕緣電纜：銅芯鋁芯7. 有中間接頭的電纜（不包括第5項(xiàng)）1501501202302001504. 母線的動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)各種形狀的母線通常都安裝在支持絕緣子上，當(dāng)沖擊電流通過母線時(shí)，電動(dòng)力將使母線產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，因此必須校驗(yàn)?zāi)妇€的動(dòng)穩(wěn)定性。安裝在同一平面內(nèi)的三相母線，其中間相受力最大，即Fma>=1.732 X 10-7Kfi；h 丄（N）a式中K f母線形狀系數(shù)，當(dāng)母線相間距離遠(yuǎn)大于母線截面周長時(shí)，Kf =1。其他情況可由有關(guān)手冊查得。l 母線跨距（

41、m）;a母線相間距（m）。因此當(dāng)母線受電動(dòng)力作用時(shí)，可以將母線看成一個(gè)多跨距載荷均勻分布的梁,當(dāng)跨距段在兩段以上時(shí)， 其最大彎曲力母線通常每隔一定距離由絕緣瓷瓶自由支撐著。矩為max10若只有兩段跨距時(shí)，則max8式中Fmax 一個(gè)跨距長度母線所受的電動(dòng)力（N）o母線材料在彎曲時(shí)最大相間計(jì)算應(yīng)力為m）其值與母4中。ca式中 W 一母線對(duì)垂直于作用力方向軸的截面系數(shù)，又稱抗彎矩（ 線截面形狀及布置方式有關(guān)，對(duì)常遇到的幾種情況的計(jì)算式列于圖1=11=1忖=cu陽心冷要想保證母線不致彎曲變形而遭到破壞，必須使母線的計(jì)算應(yīng)力不超過母線的允許應(yīng)力，即母線的動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)條件為caal式中 al 一母線材料

42、的允許應(yīng)力。對(duì)硬鋁母線民al =69MPa ;對(duì)硬銅母線al =137MPa。如果在校驗(yàn)時(shí)，caal，則必須采取措施減小母線的計(jì)算應(yīng)力，具體措施有：將母線由豎放改為平放；放大母線截面，但會(huì)使投資增加；限制短路電流值能使大大減小，但須增設(shè)電抗器；增大相間距離a;減小母線跨距I的尺寸，此時(shí)可以根據(jù)母線材料最大允許應(yīng)力來確定絕緣瓷瓶之間最大允許跨距，即1 max10 alW式中Fi 單位長度母線上所受的電動(dòng)力（N/m）當(dāng)矩形母線水平放置時(shí)， 為避免導(dǎo)體因自重而過分彎曲， 所選取的跨距一般不超 過 1.52m ?？紤]到絕緣子支座及引下線安裝方便，常選取絕緣子跨距等于配電裝置 間隔的寬度。（二）電纜的選擇與校驗(yàn) 電纜的基本結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)電芯、絕緣層、鉛包（或鋁包）和保護(hù)層幾個(gè)部分。供配 電系統(tǒng)中常用的電力電纜， 按其纜芯材料分為銅芯和鋁芯兩大類。 按其采用的絕緣介 質(zhì)分油浸紙絕緣和塑