電氣設(shè)備的選擇

1、第四章 電氣設(shè)備選擇4.1 電氣設(shè)備選擇一般條件4.1.1 按正常工作條件選擇1）額定電壓 在選擇設(shè)備時(shí)一般按照導(dǎo)體和電器的額定電壓Ue 不低于安裝地點(diǎn)電網(wǎng)額定電壓Uew的條件選擇，即 Ue Uew 2）額定電流在規(guī)定的周圍環(huán)境溫度下，導(dǎo)體和電器的額定電流Ie應(yīng)不小于流過(guò)設(shè)備的最大持續(xù)工作電流Igmax，即 IeIgmax 回路名稱 最大持續(xù)工作電流的計(jì)算原則發(fā)電機(jī)或調(diào)相機(jī)回路變壓器回路 同時(shí)考慮變壓器的正常的過(guò)負(fù)荷倍數(shù)母線分段或母聯(lián)斷路器回路一般為該母線上最大一臺(tái)發(fā)電機(jī)或變壓器的持續(xù)工作電流主母線按潮流分布計(jì)算饋線帶出線電抗器按電抗器的額定電流計(jì)算，因其過(guò)載能力很小單回線路包括原有負(fù)荷,線路

2、損耗及事故時(shí)轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的負(fù)荷三方面之和雙回線路取(1.22)倍一回路的正常的最大負(fù)荷3）自然環(huán)境條件 選擇導(dǎo)體和電器時(shí)，應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核它們的基本使用條件。當(dāng)溫度和濕度、污穢等級(jí)、海拔高度、地震烈度、覆冰厚度等環(huán)境條件超出一般電器的規(guī)定使用條件時(shí)，應(yīng)向制造部門提出補(bǔ)充要求或采取相應(yīng)的防護(hù)措施。確定是選戶內(nèi)型還是戶外型；選用普通型還是防污型；選用裝配式還是成套式；選用適合有人值班的還是滿足無(wú)人值班要求等。 一般非高原型的電氣設(shè)備使用環(huán)境海波高度不超過(guò)1000m。當(dāng)海拔在10003500m范圍內(nèi)，如制造廠家規(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%。對(duì)于110kV及以下電氣設(shè)備，

3、由于外絕緣裕度大，可在海拔2000m以下使用。 按交流高壓電器的長(zhǎng)期工作時(shí)的發(fā)熱的規(guī)定，斷路器、隔離開關(guān)、電抗器等電器設(shè)備在環(huán)境最高溫度為+40時(shí)，允許按額定電流持續(xù)工作。當(dāng)安裝地點(diǎn)環(huán)境的溫度膏腴+40而低于+60時(shí)，每增高1，建議額定電流減少1.8%；當(dāng)?shù)陀?40時(shí)，每降低1，建議額定電流增加0.5%，但總的增加值不得超過(guò)額定電流的20%。4.1.2 按短路條件校驗(yàn)1）熱穩(wěn)定校驗(yàn) It2t Qk 2）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) imax ish設(shè)備名稱選 擇 項(xiàng) 目校 驗(yàn) 項(xiàng) 目額定電壓(kV)額定電流 (A)裝置類型(戶內(nèi)/戶外)準(zhǔn)確度級(jí)短路電流開斷能力(kA)二次容量熱穩(wěn)定動(dòng)穩(wěn)定高壓斷路器高壓負(fù)荷開關(guān)高

4、壓隔離開關(guān)高壓熔斷器電流互感器電壓互感器母線電纜支柱絕緣子穿墻套管4.2 電氣設(shè)備的選擇(1)型式和種類；(2)額定電壓；(3)額定電流；(4)開斷電流； (5)動(dòng)穩(wěn)定；(6)熱穩(wěn)定。1）按種類和型式選擇 電壓6600千伏的電網(wǎng)可選用真空斷路器和六氟化硫斷路器； 110500千伏電網(wǎng)一般采用六氟化硫斷路器。采用封閉母線的大容量機(jī)組，當(dāng)需要裝設(shè)斷路器時(shí)，應(yīng)選用發(fā)電機(jī)專用斷路器。4.2.1 斷路器的選擇與校驗(yàn)2）按額定電壓選擇高壓斷路器的額定電壓Ue 應(yīng)大于或等于所在電網(wǎng)的額定電壓Uew ，即 Ue Uew 3）按額定電流選擇高壓斷路器的額定電流Ie 應(yīng)大于或等于流過(guò)它的最大持續(xù)工作電流Igmax

5、 ，即 IeIgmax 4）校核開斷電流高壓斷路器的額定電壓Ue 應(yīng)大于或等于所在電網(wǎng)的額定電壓Uew ，即 Ibr I t=開斷時(shí)刻 Ibr斷路器的額定開斷電流； If t=開斷時(shí)刻開斷時(shí)刻的短路全電流，一般用I”代替。5）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 高壓斷路器的額定峰值耐受電流idw 應(yīng)不小于三相短路時(shí)通過(guò)斷路器的短路沖擊電流幅值ishm，即 idwishm 6）熱穩(wěn)定校驗(yàn) 高壓斷路器的額定短時(shí)耐受熱量Ir2tr應(yīng)不小于短路期內(nèi)短路電流熱效應(yīng)Qk ，即 Ir2tr Qk 4.2.2 隔離開關(guān)的選擇與校驗(yàn)(1)型式和種類；(2)額定電壓；(3)額定電流；(4)動(dòng)穩(wěn)定；(5)熱穩(wěn)定。隔離開關(guān)的型式和種類的選擇

6、應(yīng)根據(jù)配電裝置的布置特點(diǎn)和使用條件等因素，進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。其它四項(xiàng)技術(shù)條件與高壓斷路器相同。試選擇下圖所示變壓器10.5kV側(cè)斷路器QF和高壓隔離開關(guān)QS。已知圖中K點(diǎn)短路時(shí)I=I=4.8kA，繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間tac=1s。擬采用快速開斷的高壓斷路器，其固有分閘的時(shí)間ttr=0.1s?；ジ衅鲗儆跍y(cè)量電器，測(cè)量一次系統(tǒng)的電壓和電流，有電壓互感器（TV）和電流互感器（TA）兩種。使用互感器的理由： （1）將高電壓、大電流變換為低電壓、小電流進(jìn)行測(cè)量。要點(diǎn)：變換必須是可逆的。 （2）電氣隔離一、二次系統(tǒng)，有利安全。 （3）測(cè)量范圍標(biāo)準(zhǔn)化。PT二次以100V為典型值，CT二次以5A為典型值

7、。為安全計(jì)，互感器二次繞組必須接地！互感器4.2.3 電流互感器 電流互感器用于測(cè)量一次系統(tǒng)電流，二次額定電流一般為5A，也有1A的額定電流。母線式CT繞組式CT （1）一次繞組串聯(lián)接入一次系統(tǒng)，匝數(shù)少、阻抗?。ū戎谝淮蜗到y(tǒng)線路阻抗和負(fù)載阻抗），接入以后對(duì)一次電流的擾動(dòng)可忽略（即一次系統(tǒng)電流保持原有值不變）。 （2）二次繞組匝數(shù)多、阻抗很大。二次負(fù)載阻抗很小，串聯(lián)接入二次繞組。 （3）一、二次電流之比近似為繞組匝數(shù)比，此即測(cè)量依據(jù)。即 I1KiI2 因此，電流互感器相當(dāng)于一臺(tái)接近于短路運(yùn)行的變流器。 電流互感器二次繞組嚴(yán)禁開路！測(cè)量誤差 1）誤差的一般介紹。 測(cè)量誤差測(cè)量值真實(shí)值（準(zhǔn)確值）

8、誤差計(jì)算的邏輯悖論與解決辦法（舉例） 2）電流互感器的測(cè)量誤差定義。 被測(cè)量對(duì)象：一次系統(tǒng)電流。 真實(shí)值：I1。 測(cè)量值：KiI2。 相對(duì)誤差定義： 式中： 3）誤差來(lái)源分析 兩個(gè)誤差來(lái)源：（1）一次電流大?。唬?）二次負(fù)載大小。 誤差來(lái)源機(jī)理：二次繞組非理想的受控電流源，它有內(nèi)阻抗分流，且分流阻抗非線性。實(shí)際上，分流內(nèi)阻抗是勵(lì)磁電流、漏磁通、鐵損銅損等因素的綜合體現(xiàn)，其非線性性是鐵心非線性性的體現(xiàn)。CT傳變特性CT等效電路 電流互感器的準(zhǔn)確度等級(jí) 根據(jù)誤差的大小，將電流互感器按精確度要求分成若干等級(jí)，分別為： 0.2級(jí)：精密測(cè)量 0.5級(jí)：計(jì)量 1級(jí)：變配電所測(cè)量?jī)x表 3級(jí)：指示儀表等供電

9、B級(jí)：繼電保護(hù)用 除B級(jí)外，其他準(zhǔn)確度等級(jí)數(shù)字與一次繞組通過(guò)額定電流時(shí)的允許測(cè)量誤差相等。 B級(jí)CT在任何情況下的允許測(cè)量誤差不得超過(guò)10。B級(jí)電流互感器的10%誤差曲線 這是因果倒置定義的一個(gè)互感器特性。 短路電流遠(yuǎn)大于負(fù)荷電流，因此保護(hù)用CT測(cè)量誤差與一次電流和二次阻抗都關(guān)系很大。 規(guī)定保護(hù)用CT的最大允許誤差為10，以此為依據(jù)倒推對(duì)兩個(gè)誤差來(lái)源（即一次電流大小與二次阻抗大?。┑淖畲笤试S值。 兩個(gè)誤差來(lái)源對(duì)測(cè)量誤差的影響是相互關(guān)聯(lián)的，因此定義B級(jí)CT的10誤差曲線如下： 電流互感器測(cè)量誤差正好等于10時(shí)，其一次電流與二次負(fù)載取值組合所形成的曲線，叫做保護(hù)用電流互感器的10誤差曲線。 解釋實(shí)

10、驗(yàn)做法。 10誤差曲線的測(cè)量與結(jié)果見(jiàn)上圖。 一次電流倍數(shù)n定義為： 電流互感器的接線方式 單臺(tái)測(cè)量一相電流兩臺(tái)V型接線測(cè)量三相電流三臺(tái)Y型接線測(cè)量三相電流 電流互感器二次繞組開路的后果（1）鐵心劇烈發(fā)熱，燒毀互感器；（2）二次繞組開口處產(chǎn)生很高的脈沖電壓，危及安全。. 電流互感器的選擇1）按設(shè)備種類和型式選擇對(duì)于620千伏屋內(nèi)配電裝置，可采用瓷絕緣結(jié)構(gòu)或樹脂澆注絕緣結(jié)構(gòu)的電流互感器。對(duì)于35千伏及以上配電裝置，宜采用油浸瓷箱式絕緣結(jié)構(gòu)的獨(dú)立式電流互感器。有條件時(shí)，應(yīng)盡量采用套管式電流互感器。2）按額定電壓、電流選擇 為了測(cè)量?jī)x表的最佳工作狀態(tài)，并且在過(guò)負(fù)荷時(shí)使儀表有適當(dāng)?shù)闹甘?，?dāng)TC用于測(cè)量時(shí)

11、，其一次額定電流應(yīng)盡量選擇得比回路中正常工作電流大1/3。 3）按準(zhǔn)確度級(jí)和額定容量選擇 為了保證測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確度，電流互感器的準(zhǔn)確級(jí)不得低于所供測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確級(jí)。 裝于重要回路（如發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)、變壓器、廠用饋線、出現(xiàn)中）不應(yīng)低于0.5級(jí)對(duì)于測(cè)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)對(duì)供運(yùn)行監(jiān)控、估算電能的電能表和控制盤上儀表的電流互感器0.51級(jí)供只需測(cè)量計(jì)電參數(shù)儀表的電流互感器可用3級(jí)當(dāng)所供儀表要求不同的準(zhǔn)確級(jí)時(shí)，應(yīng)按相應(yīng)最高級(jí)別來(lái)確定電流互感器的準(zhǔn)確級(jí)4）熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)熱穩(wěn)定校驗(yàn) 內(nèi)部動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 外部動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 5）電流互感器的配置凡裝有斷路器的回路均

12、應(yīng)裝設(shè)電流互感器，其數(shù)量應(yīng)滿足測(cè)量?jī)x表、保護(hù)和自動(dòng)裝置的要求。 在未設(shè)斷路器的下列地點(diǎn)也應(yīng)裝設(shè)電流互感器，如發(fā)電機(jī)和變壓器的中性點(diǎn)、發(fā)電機(jī)和變壓器的出口、橋形接線的 跨條上等。 對(duì)直接接地系統(tǒng)，一般按三相配置。對(duì)非直接接地系統(tǒng)，依具體技術(shù)要求按兩相或三相配置，為了監(jiān)視三相電流的平衡和差動(dòng)保護(hù)的需要，該處的電流互感器必須采用三相配置。4.2.4 電壓互感器 （1）一次繞組并聯(lián)在一次系統(tǒng)上，繞組匝數(shù)多、阻抗很大（比之于并聯(lián)在系統(tǒng)上的負(fù)載阻抗），并入后對(duì)一次系統(tǒng)電壓的擾動(dòng)可略而不計(jì)。 （2）二次繞組匝數(shù)少、阻抗很小。二次負(fù)載阻抗很大，并聯(lián)接入二次繞組。 （3）一、二次電壓之比近似為繞組匝數(shù)比，此即測(cè)

13、量依據(jù)。即 U1KuU2 因此，電壓互感器相當(dāng)于一臺(tái)接近于開路運(yùn)行的變壓器。 為切斷電壓互感器二次繞組短路故障，其二次回路一般需要設(shè)置熔斷器作為短路保護(hù)。 測(cè)量誤差 電壓互感器的準(zhǔn)確度等級(jí) 測(cè)量和保護(hù)用電壓互感器準(zhǔn)確度等級(jí)定義與電流互感器相同。 沒(méi)有B級(jí)電壓互感器，因?yàn)檫^(guò)電壓保護(hù)不需要通過(guò)PT測(cè)量電壓實(shí)現(xiàn)。 電壓互感器的接線方式單臺(tái)兩臺(tái)V型接線三臺(tái)Y型接線 接地絕緣監(jiān)測(cè)專用Yn,yn,d開口電壓互感器 一般用三臺(tái)這樣的單相互感器構(gòu)成三相測(cè)量系統(tǒng)，也有專門的三相接地絕緣監(jiān)測(cè)互感器。 該互感器除了做通常的電壓測(cè)量以外，其輔助繞組接成的開口三角形，其開口電壓可靈敏反映小接地系統(tǒng)單相接地故障。絕緣小接

14、地系統(tǒng)相對(duì)地絕緣 2）測(cè)量原理。W相接地時(shí)，輔助繞組電壓為開口電壓為分析依據(jù)1KVL分析依據(jù)2輔助繞組電壓大小唯一取決于一次繞組 于是，開口電壓大小為： 正常時(shí)，開口電壓為0，分析見(jiàn)相量圖。 3）小接地系統(tǒng)單相接地保護(hù)的再認(rèn)識(shí)。（1）Yn,yn,d開口電壓互感器一般接在變配電所母線上，系統(tǒng)任意一處接地時(shí)均有反映，且可知道那一相發(fā)生了接地，但不能辨別是哪一個(gè)回路發(fā)生了接地。（2）零序電流互感器接在每一個(gè)回路上，可以發(fā)現(xiàn)本回路所發(fā)生的接地，但不能判別是哪一相發(fā)生了接地，對(duì)其他回路的接地?zé)o反應(yīng)。 因此，將電壓互感器對(duì)地絕緣監(jiān)測(cè)叫做無(wú)選擇性的單相接地保護(hù)，將零序電流保護(hù)叫做選擇性單相接地保護(hù)。 電壓互

15、感器的選擇 1）種類和型式的選擇 在635kV屋內(nèi)配電裝置中，一般采用油浸式或澆注式電壓互感器；10220kV配電裝置，特別是母線上裝設(shè)的電壓互感器，通常采用串級(jí)式電磁式電壓互感器；當(dāng)容量和準(zhǔn)確級(jí)滿足要求時(shí)，通常多在出線上采用電容式電壓互感器。在500kV配電裝置中，配置有雙套主保護(hù)，并考慮到后備保護(hù)與自動(dòng)裝置和測(cè)量的要求，電壓互感器應(yīng)具有三個(gè)二次繞組，即兩個(gè)主二次繞組和一個(gè)輔助二次繞組。三相式電壓互感器投資省，但僅在20kV以下才有三相式產(chǎn)品。三相五柱式電壓互感器廣泛用于315kV系統(tǒng)。 , 三只單相三繞組PT , 三只單相三繞組PT , 一只三相五柱式PT 2） 按額定電壓選擇 為保證測(cè)量

16、的準(zhǔn)確性，電壓互感器一次額定電壓應(yīng)在所安裝電網(wǎng)額定電壓的 90110之間。 電壓互感器二次繞組額定電壓應(yīng)滿足測(cè)量、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的要求。通常，一次繞組接于電網(wǎng)線電壓時(shí)，二次繞組額定電壓選為100V；一次繞組接于電網(wǎng)相電壓時(shí)，二次繞組額定電壓選為 V。當(dāng)電網(wǎng)為中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)時(shí)，互感器輔助副繞組額定電壓選為 V；當(dāng)電網(wǎng)為中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)時(shí)，互感器輔助副繞組額定電壓為100/3V。3）按容量和準(zhǔn)確度級(jí)選擇4）互感器的配置原則 電壓互感器的數(shù)量和配置與主接線方式有關(guān)，并滿足監(jiān)視、測(cè)量、保護(hù)、同期和自動(dòng)裝置的要求。電壓互感器的配置應(yīng)能保證在主接線的運(yùn)行方式改變時(shí)，保護(hù)裝置不得失壓，同期點(diǎn)的兩

17、側(cè)都能提取到電壓。 6220kV電壓等級(jí)的每組主母線的三相上應(yīng)裝設(shè)電壓互感器。旁路母線上是否需要裝設(shè)電壓互感器，應(yīng)視各回出線外側(cè)裝設(shè)電壓互感器的情款和需要確定。 當(dāng)需要監(jiān)視和檢測(cè)線路側(cè)有無(wú)電壓時(shí)，出線側(cè)的 一相上應(yīng)裝設(shè)電壓互感器。如果電流互感器絕緣套管末屏能 抽取電壓，則可省去。 發(fā)電機(jī)出口一般裝設(shè)兩組電壓互感器，供測(cè)量、保護(hù)和自動(dòng)電壓調(diào)整裝置需要。當(dāng)發(fā)電機(jī)配有雙套自動(dòng)電壓調(diào)整裝置，且采用零序電壓式匝間保護(hù)時(shí)，可在增設(shè)一組電壓互感器。 熔斷器的文字符號(hào)為FU，廣泛應(yīng)用于過(guò)負(fù)荷和短路保護(hù)。與隔離開關(guān)相比它的結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單，而且自身同時(shí)具有繼電器和斷路器的功能。但是，它無(wú)法同時(shí)切斷三相，而且每次斷開

18、以后需要更換新的熔斷器，在保護(hù)方式上也難以和其他保護(hù)電器協(xié)調(diào)。選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的大小，重要程度，短路電流大小，使用環(huán)境及安裝條件等綜合考慮決定，并且一定要認(rèn)真考慮它與其它保護(hù)電器的協(xié)調(diào)能力。4.2.5 熔斷器的選擇 1）額定電壓選擇 對(duì)于一般的熔斷器，其額定電壓必須大于或等于電網(wǎng)的額定電壓。 對(duì)于充填石英砂，具有限流作用的熔斷器，則只能用在等于其額定電壓的電網(wǎng)中，因?yàn)檫@種類型的熔斷器能在電流達(dá)最大值之前就將電流截?cái)?，致使熔斷器熔斷時(shí)產(chǎn)生過(guò)電壓。 2）熔斷器熔體額定電流選擇熔斷器（熔管）額定電流應(yīng)大于或等于所裝熔體額定電流，即 不同的場(chǎng)合應(yīng)用不同.（1）保護(hù)電力線路熔斷器熔體的額定電流 正常工作

19、時(shí)熔斷器的熔體不應(yīng)熔斷，因此，要求熔體額定電流大于或等于通過(guò)熔體的最大工作電流，即 在回路中有電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，熔斷器的熔體在尖峰電流Ipk的作用下不應(yīng)熔斷 K計(jì)算系數(shù)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間8s或者電動(dòng)機(jī)為頻繁啟動(dòng)、反接制動(dòng)時(shí)，取=0.50.6 （2）保護(hù)變壓器時(shí)，熔體額定電流的選擇 熔體額定電流應(yīng)躲過(guò)變壓器允許的正常過(guò)負(fù)荷電流；也應(yīng)躲過(guò)變壓器載合間時(shí)的勵(lì)磁涌流；還應(yīng)躲過(guò)由變壓器低壓側(cè)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)所引起的尖峰電流 （3）保護(hù)電壓互感器時(shí)，熔體額定電流的選擇 電壓互感器二次側(cè)的負(fù)荷很小，近似空載，因此保護(hù)電壓互感器的熔斷器熔體額定電流一般選0.5A（4）保護(hù)并聯(lián)電容器時(shí)，熔體額定電流的選擇式中K系數(shù)，對(duì)

20、高壓限流式熔斷器，保護(hù)一臺(tái)電容器時(shí)取1.52，保護(hù)一組電容器時(shí)取1.31.8；對(duì)高壓跌落式熔斷器，取1.21.3。（5）熔斷器之間保護(hù)選擇性配合 低壓網(wǎng)絡(luò)中用熔斷器作為保護(hù)時(shí)，為了保證熔斷器保護(hù)動(dòng)作的選擇性，一般要求上級(jí)熔斷器的熔體額定電流比下級(jí)熔斷器的熔體額定電流大兩級(jí)以上。（6）熔斷器熔體額定電流與導(dǎo)線或電纜之間的配合 為了保證線路在過(guò)載或短路時(shí)，熔斷器熔體未熔斷前，導(dǎo)線或電纜不至于過(guò)熱而損壞，一般要求滿足 若熔斷器僅作為短路保護(hù)，且導(dǎo)線是明敷設(shè)，取KOL=1.5；若導(dǎo)線為穿管敷設(shè)或?yàn)殡娎|時(shí)，取KOL=2.5；若熔斷器既作為短路保護(hù)又作為過(guò)負(fù)荷保護(hù)時(shí)，取KOL=0.81 3熔斷器極限熔斷電流或極限熔斷容量的校驗(yàn) （1）對(duì)有限流作用的熔斷器，由于它們會(huì)在短路電流到達(dá)沖擊值之前熔斷，因此可按下式校驗(yàn)斷流能力： （2）對(duì)無(wú)限流作用的熔斷器由于它們會(huì)在短路電流到達(dá)沖擊值之后時(shí)熔斷，因此可按下式校驗(yàn)斷流能力（3）對(duì)