中壓與高壓斷路器選用指南

--36-中壓與高壓斷路器選用指南1.0在選用斷路器時(shí)要留意以下參數(shù)絕緣電壓等級(jí)1000V690V10KV7.2KV10KV以上高壓〔ABB斷路器為例〕12K，17.5K，24KV〔32K，42K，55KV〔括號(hào)中為分級(jí)估量值〕1.46

1.37 1.33 1.31 1.31電力系統(tǒng)的供電電壓等級(jí)〔海洋石油選用〕50赫級(jí)差60赫級(jí)差

3.3KV，6.3KV，10.5KV，15.2KV，22KV，35KV1.91 1.67 1.45 1.45 1.594.16KV，13.8KV，38.5KV3.32 2.79能承受電壓28KV，38KV，50KV對(duì)應(yīng)于相應(yīng)電壓等級(jí)的過(guò)電壓倍數(shù)28=2.33,12

=2.17,17.5

50=2.0824以消滅振蕩的理論分析，得出其最高過(guò)電壓為相電壓的7.5倍，從屢次的在系統(tǒng)中試驗(yàn)得出其過(guò)電壓值有百分之八十左右的過(guò)電壓值均在58計(jì)要求對(duì)三相不接地系統(tǒng)的電氣設(shè)備施以7.5到真正消滅7.55倍相電壓。斷路器能承受的過(guò)電壓要求，是與斷路器所在系統(tǒng)的接地狀況有關(guān)。不同接地系統(tǒng)的過(guò)電壓三相中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)3~3.5U三相中性點(diǎn)低電阻接地系統(tǒng)3.5~4U三相中性點(diǎn)高電阻接地系統(tǒng)4~4.5U三相中性點(diǎn)消弧線圈接地系統(tǒng)4.5~5U4.5~5U7.5U其中U為系統(tǒng)的相電壓脈沖試驗(yàn)電壓電壓等級(jí)12KV17.5KV24KV脈沖電壓75KV95KV125KV能承受電壓28KV38KV50KV脈沖電壓/承受電壓2.682.52.5海拔高度要求進(jìn)展修正。IEC60071-2Ka=em(H-1000)/8150式中H是斷路器所在海拔高度〔米〕m是有關(guān)于工頻承受電壓和常壓下脈沖電壓相與相間承受電壓，m=1，如海2000米，則Ka=em(H-1000)/8150=e1(2000-1000)/8150=e1000/8150=e0.1227=1.13此斷路器的承受電壓和脈沖電壓的承受力量可修正為應(yīng)增大1.13倍。75KV2000米時(shí)，28x1.13=31.6KV75x1.13=84.7KV頻率50~60赫額定電流630〔8001000125016002000A2500A31503600A4000A級(jí)差1.27 1.25 1.25 1.28 1.25 1.25 1.26 1.14 1.11ABB無(wú)括號(hào)中電流等級(jí)此值應(yīng)等于或大于通過(guò)斷路器的實(shí)際電流值斷開(kāi)電流這是指斷路器能切斷短路電流的力量〔10K，12.5KA,16KA, 25KA, 31.5KA,40KA, 50KA其級(jí)差1.25 1.28 1.56 1.26 1.27 1.25斷開(kāi)電流應(yīng)大于此斷路器在斷開(kāi)時(shí)的短路電流有效值。熱穩(wěn)定電流證正常工作，且其溫度不超過(guò)允許值。ABB3秒熱穩(wěn)定電流為：16KA,25KA,31.5KA,40KA,50KA630A31.5KA1秒。接通電流電流值是短路電流的溝通重量和直流重量在半個(gè)周波時(shí)的總和值。接通電流與斷開(kāi)電流的比值依據(jù)IEC60947-2標(biāo)準(zhǔn)對(duì)斷路器的要求為斷開(kāi)電流接通電流/斷開(kāi)電流 短路點(diǎn)功率因數(shù)cos4.5KA<I≤6KA1.50.75KA<I≤10KA1.70.510KA<I≤20KA2.00.320KA<I≤50KA2.10.2550KA<I2.20.2〔13〕翻開(kāi)時(shí)間這是指斷路器在脫扣線圈動(dòng)作后至斷路器主觸頭分開(kāi)的所需時(shí)延的時(shí)間。一般斷路器的翻開(kāi)時(shí)間大多為50ms，也有的以電源的周波數(shù)表示，一般為3T50T=20ms，而的時(shí)延，5060ms6050ms。ABB45ms。電弧斷開(kāi)時(shí)間ABBSF610~15ms一般廠商未列出此數(shù)據(jù)斷路器斷開(kāi)電流總時(shí)延ABBSF6斷路器為例，為45+〔10~15〕=55~60ms50~60ms計(jì)算。閉合時(shí)間ABB80ms一般廠商未列出此數(shù)據(jù)車(chē)發(fā)電機(jī)在同步操作時(shí)所應(yīng)實(shí)行的提前量。重量此值是計(jì)算配電盤(pán)重量時(shí)要加以考慮的內(nèi)容。尺寸此值對(duì)于配電盤(pán)的尺寸有較大的影響。SF6斷路器中的氣體壓力標(biāo)。運(yùn)行環(huán)境溫度-5oC~+40oC此指標(biāo)是對(duì)配電盤(pán)間的環(huán)境要求。操作通斷次數(shù)在油田的生產(chǎn)年限內(nèi)考慮負(fù)荷是否能適用的問(wèn)題。一般斷路器的壽命為1~2萬(wàn)次通斷操作。例如一臺(tái)泵，每天約需開(kāi)和停各10次，海洋油田生產(chǎn)壽命為15年，此泵每365x10=3650次，15年則為54750次，如此泵電動(dòng)機(jī)由斷路器掌握，則其210萬(wàn)~20萬(wàn)次。海拔高度1000米，則對(duì)其能承1000米以下。防護(hù)等級(jí)ABBIP2xIP3x，對(duì)斷路器的防護(hù)等級(jí)要求不是主要的。斷路器斷開(kāi)特別負(fù)荷的力量ABBHD4SF6斷路器為例〔A〕6301250160020002500315036004000〔A〕101010101010101031.531.531.531.531.531.531.531.5〔A〕400630100012501250125012501250630630125012501250125012501250630630125012501250125012501250注：以上是考慮了在全部斷開(kāi)狀況時(shí)的最大過(guò)電壓不超過(guò)此斷路器額定值的2.5倍。由以上分析知，斷路器在限于上表中電流值下斷開(kāi)，3最大過(guò)電壓<2.5x斷路器額定電壓〔線電壓〕<2.5x 額定相電壓3<4.33額定相電壓根本滿(mǎn)足中性點(diǎn)高阻接地的要求，由于高阻接地系統(tǒng)的過(guò)電壓為系統(tǒng)相電壓的4~4.5倍。3例如電力系統(tǒng)電壓為13.8KV，中性點(diǎn)不接地，其過(guò)電壓值大多數(shù)為〔4.5~5〕〔4.5~5〕x13.8=(35.85~39.84)KVABB17.5KV3的不接地系統(tǒng)中使用〔39.84KV38K〕短路點(diǎn)的短路功率因數(shù)的。50KA，檢驗(yàn)時(shí)斷路器通以IEC50KA的短50KA電流，然后使其跳閘，檢查斷路器能否切斷此電流。但在實(shí)際使用中，短路點(diǎn)的短路功率因數(shù)可能小于0.2之值，此時(shí)斷路器的實(shí)際衰減緩慢，切斷電流就困難，斷路器的切斷電流力量下降。斷路器的實(shí)際切斷力量可由以下步驟計(jì)算求得計(jì)算斷路器所在電路在短路時(shí)的功率因數(shù)；T短路時(shí)的電抗電阻值取自短路后2

〔實(shí)際應(yīng)取在斷路器斷開(kāi)時(shí)的值；cos?n’~cos?曲線〔見(jiàn)圖一〕n’值；依據(jù)斷路器的接通電流和斷開(kāi)電流值求得其比值nn=接通電流斷開(kāi)電流n實(shí)際斷開(kāi)電流=n”

x斷開(kāi)電流例如：ABB630A17.5KV63KA25KA如短路點(diǎn)功率因數(shù)0.05n’~cos?n’=2.65實(shí)際斷開(kāi)電流=63/25x252.52x2523.77KA2.65 2.63圖一、n~cos 曲線2.92.92.82.72.62.52.42.32.2”n2.121.91.81.71.61.51.400.10.20.30.40.5cos0.60.70.80.91斷路器驗(yàn)收試驗(yàn)電壓壓試驗(yàn)電壓持續(xù)時(shí)間為1分鐘，其試驗(yàn)電壓值以斷路器所在系統(tǒng)的接地狀況而壓值，對(duì)于海洋石油常用的接地系統(tǒng)的試驗(yàn)電壓為：

3.5U4U4.5U中性點(diǎn)不接地系統(tǒng) 5U其中U為系統(tǒng)的相電壓試驗(yàn)電壓應(yīng)施加于每個(gè)斷開(kāi)的動(dòng)靜觸頭以及它們與外殼〔接地〕之間，共有9個(gè)加壓試驗(yàn)值。斷路器的合閘系統(tǒng)狀態(tài)的則是一個(gè)彈簧儲(chǔ)能電動(dòng)機(jī)。掌握彈簧做合閘操作的則是掌握電磁鐵。直流：24V，48V，110V，120V等；等。電源設(shè)備直流：蓄電池，溝通變直流整流器溝通：由匯流排或發(fā)電機(jī)經(jīng)電壓互感器供給110V或120V溝通，也可以由UPS110V120V溝通。對(duì)選用斷路器合閘電源應(yīng)考慮的方面：供電的牢靠性日常維護(hù)的要求誤操作預(yù)防效果投資費(fèi)用的凹凸有關(guān)供電牢靠性的分析都備有蓄電池和蓄電池充電系統(tǒng)，作斷路器的操作電源。UPS已廣泛應(yīng)用，從供電牢靠性看，UPS也UPS電源被用作斷路器的合閘電源也被廣泛承受，如UPS供電，UPS電源都是溝通。24V，其優(yōu)點(diǎn)是電壓低，110V左右為佳。洋石油斷路器合閘電源，多承受溝通。有關(guān)日常維護(hù)的分析UPS供電方案時(shí)，UPS也是有蓄電池的，但UPS容量中的一小局部，可以不把此局部作重點(diǎn)考慮。有關(guān)投資費(fèi)用的分析UPS，則其投資費(fèi)用無(wú)疑是最高的，但假設(shè)對(duì)于30~50KVAUPS1KVA以下的合閘UPS作為電源，其影響投資費(fèi)用的增加并不肯定是大的。專(zhuān)用的蓄電池作電源方案的投資費(fèi)用也是較高的?；ジ衅魇窍到y(tǒng)中必需的設(shè)備，合閘電源由其供電，僅需增大一些互感器的KVA容量而已。有關(guān)誤操作預(yù)防的分析作安全上要特別留意的問(wèn)題。例如 圖二匯流排匯流排匯流排上三臺(tái)發(fā)電機(jī)G1、G2、G3，G2、G3并聯(lián)運(yùn)行，G1為備用，此時(shí)K1斷開(kāi)，K2、K3UPS、以及匯K1的合閘按鈕后，K1G1是備用，原動(dòng)機(jī)并未驅(qū)動(dòng)，它處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)K1閉合后，就有電流送入發(fā)電機(jī)，而此時(shí)同步發(fā)電機(jī)不會(huì)起動(dòng)旋轉(zhuǎn)，其電樞中無(wú)感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生。因此此時(shí)流入發(fā)電機(jī)的電流很大，此誤操作會(huì)導(dǎo)致G1發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)燒毀。自自身的電源。圖三合閘合閘電磁鐵合閘合閘電磁鐵由上圖知，欲使斷路器K閉合，其必要條件是發(fā)電機(jī)G已發(fā)電至正常電壓，并發(fā)電，就是誤按合閘按鈕，斷路器由于沒(méi)有合閘電源，所以K不行能閉合，對(duì)于電壓互感器PT的電路，要特別對(duì)匯流排上的短路容量，即短路后電源〔即T2要滿(mǎn)足要求外，對(duì)聯(lián)接于熔斷器高壓邊的電纜也要加以特別的留意。例如系統(tǒng)的三相短路電流的溝通重量的有效值為I，則在發(fā)電機(jī)直聯(lián)系統(tǒng)K1.2~1.61.5倍計(jì)算。K1~2A，但其留意。否則在大短路電流作用下，熔斷器會(huì)爆裂或切不斷短路的事故發(fā)生。K對(duì)于熔斷器高壓側(cè)電纜，其最小截面積應(yīng)依據(jù)以下公式計(jì)算t1.5ItA= K 145AIKt1451.5

電纜最小截面積〔mm2〕〔A〕短路電流允許持續(xù)時(shí)間〔秒〕85oC250oC的電纜為二相短路時(shí)，短路電流值比三相短路增大1.5倍估量20ms內(nèi)熔斷并熄滅電弧。20~40ms作為短路電流的持續(xù)時(shí)間，則電纜的最小截面積應(yīng)為1.5IA= 0.0450.045~0.09

145

I 1.52(0.02~0.04)0.02~0.040.02~0.04145IK(0.141~0.3)

=IK 2.25(0.02~0.04)145=K =

x10-3≈1~2I

mm2(I以KA表示)

145

145

K K KUPS損害事故。例如在以下的供電系統(tǒng)中圖四1和G1和

GT

TT

變壓器10.5KV1和222進(jìn)線處消滅故障，需要修理，正常操作程序?yàn)椋?和222斷開(kāi)高壓真空斷路器VCB4→斷開(kāi)低壓空氣斷路器ACB2→對(duì)變壓器T2進(jìn)T2A、B、C三線接地，使形成三相短接接地→人員進(jìn)入進(jìn)展修理。ACB2VCB4T2T2進(jìn)線端三相接地從以上兩種操作程序比較，第一種程序是正確的，而其次種操作程序存在不ACB2T2VCB4時(shí)，VCB4切斷的是變壓器的空載電流，假設(shè)變壓器的容量較大，其相對(duì)的空載電流也大，此時(shí)切斷VCB4就會(huì)產(chǎn)生較高的過(guò)電壓，會(huì)引起系統(tǒng)中各電氣設(shè)備的絕緣受損。ABB斷路器對(duì)切斷特別負(fù)荷的說(shuō)明，當(dāng)各種額定電流等級(jí)的斷路器630A~4000102.5倍?，F(xiàn)在再進(jìn)一步爭(zhēng)論誤操作的問(wèn)題。ACB2的合閘按鈕，ACB2就會(huì)合閘，400V的匯流T2T210.5KV電壓送至修理點(diǎn)，假設(shè)修理處已三相接地，此時(shí)就會(huì)消滅三相短路故障，ACB2的合閘操作就是一2400V65KAACB22合閘時(shí)的電流可能達(dá)1.8 65KA=165.5K它必定會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成巨大的沖擊，2會(huì)引起系統(tǒng)跳閘停電事故。假設(shè)修理點(diǎn)沒(méi)有進(jìn)展三相接地聯(lián)接，此時(shí)10.5KV電地是格外重要的。是格外重要的，其聯(lián)鎖保護(hù)在單線圖上以如下方式表示：圖五高壓匯流排低壓匯流排它們的聯(lián)鎖程序一般為VCBACB隨之?dāng)嚅_(kāi)VCBACB的跳閘電路接通，使其跳ACBACB跳閘，1~10秒。ACB跳閘后，再按合閘按鈕，由于合閘電源如由蓄電池、UPS或匯ACB合閘，此時(shí)就還會(huì)產(chǎn)生上述的事故。VCBACB跳閘電路動(dòng)作使ACBACB檢查是比較麻煩的。由于它涉及配電盤(pán)的掌握系統(tǒng)的電路。ACBVCB案始終在海洋石油中應(yīng)用。斷路器的跳閘系統(tǒng)分為：溝通：24V，110V，120V以上是可以任選的。UPSUPS110V120V電源。斷路器選用合理性校核今以南海某平臺(tái)電力系統(tǒng)為例來(lái)對(duì)所選用的斷路器進(jìn)展校核。供電系統(tǒng)圖六海纜(3海纜(3系統(tǒng)分析15.2KV13.8KV15.2KV接地系統(tǒng)分析12500KVA15.2KV側(cè)額定電流315.2I315.2N

=474.8A8800

115

=76.52接地電阻折算至高壓側(cè)為0.01576.522=87.83Ω接地電流387.83387.83

=99.92AG接地電流占額定電流百分值99.92100%=21.04%474.8低電阻接地系統(tǒng)的接地電流占額定電流百分值范圍為25%~100%，由此可以地。以低阻接地考慮，此系統(tǒng)可能消滅的因操作或故障引起的過(guò)電壓約為4倍系統(tǒng)的相電壓，即3415.2=35.1KV315.2KV已選用斷路器ABB SF6 17.5KV電壓等級(jí)從額定電壓校核：合格以過(guò)電壓值校核35.1KVABB SF6 17.5KV38KV由此從過(guò)電壓校核選用合格以額定電流校核1 2。K和K1250A，是選大了。1 2K、K1250A630A等級(jí)已能滿(mǎn)足要求，1 25000KVA變壓器,其額定電流為315.2I315.2N

=189.9A630A，3所以不能再選小等級(jí)。600KW電動(dòng)機(jī)，其額定電流為313.8313.80.850.85N

=34.7A設(shè)電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)均為0.85K630A等級(jí)，滿(mǎn)足要求，也是由于斷路器的最小電流等級(jí)為4630A。34.7=0.05563015.2KV不很適宜。從斷路器能切斷特別負(fù)荷校核 600KW電動(dòng)機(jī)4校核合格 5000KVA空載變壓器力量的校核變壓器額定電流313.8I313.8N

=209.2A一般變壓器的空載電流約為額定電流值的(3~7)%空載電流為(3~7)%209.2=6.28~14.64A〔13.8KV額定電壓時(shí)〕15.2KV13.8KV要高，約為15.2100%=110.145%13.8從變壓器的磁化曲線〔見(jiàn)圖七〕查得：圖七變壓器磁化曲線變壓器磁化曲線1201101009080%70. 60E50403020100010203040506070ID%8090100110120130140當(dāng)電壓由100%增至110%時(shí)，變壓器的勵(lì)磁空載電流有可能會(huì)增至130%以上。在電壓為15.2KV時(shí),13.8KV 5000KVA變壓器的空載電流I0=1.3(6.28~14.64)=8.16~19.03A10A，而此臺(tái)變壓器的空載電流已有可能超過(guò)此值。校核結(jié)果，KK斷路3 2結(jié)果不合格。2.5倍斷路器的額定電壓。所選斷路器額定電壓17.5KV10A2.517.5=43.75KV。今斷路器10A43.75KV。24KV，它們能承受的過(guò)電壓50KV。切斷海底電纜空載電容電流的校核海底電纜為15.28.8KV(3400),10公里C=0.64μF/KM電纜電容C=0.6410=6.4μF電纜容抗X= 1 = 1 =497.36C 2fc2506.4106海底電纜每相的電容電流3497.36C3497.36C

=17.65A31.5A17.65A海纜的電容電流值。校核結(jié)果：選用合格。短路熱穩(wěn)定性校核由單線圖知匯流排所注短路電流值為20KA1sec今選用的斷路器的熱穩(wěn)定力量為25KA3sec校核結(jié)果合格斷開(kāi)力量的校核今所選斷路器的斷開(kāi)力量為25KA校核合格〔未經(jīng)實(shí)際短路時(shí)功率因數(shù)值影響的校核〕短路功率因數(shù)的估算此平臺(tái)由FPSO上的電站供電，電站裝有5臺(tái)9600KVA 6.3KV的發(fā)電機(jī)。平臺(tái)13.8KV高壓匯流排短路時(shí)功率因數(shù)計(jì)算設(shè)發(fā)電機(jī)的參數(shù)為Xd’=0.24 Ra=0.018發(fā)電機(jī)額定電流36.3N36.3N

=879.8A發(fā)電機(jī)的負(fù)載阻抗33879.8

=4.13發(fā)電機(jī)的瞬變阻抗Xd’=0.24 4.13=0.991發(fā)電機(jī)內(nèi)阻Ra=0.0184.13=0.0745臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)后X=0.991=j0.19825R=0.0745

=0.014915.26.3 KV，12500KVA變壓器的額定電流15.236.3NI36.3N

=1145.57A變壓器負(fù)載阻抗331145.57

=3.1752變壓器內(nèi)阻抗X=0.0753.1752=j0.2381海底電纜(3400),10KM電纜阻抗 r+jx=10(0.069+j0.105)=0.69+j1.056.315.2Kv6.315.2

6.315.2

=0.41415.2KV6.3KV側(cè)Z=0.4142(0.69+j1.05)=0.171(0.69+j1.05)=0.118+j0.18短路時(shí)總阻抗Z=0.0149+j0.1982+j0.2381+0.118+j0.18=0.1329+j0.6163tg=0.6163=4.63730.1329=77.83ocos=0.2108n’~cos曲線查得，n’=2.18，它比n=63

=2.52小，斷開(kāi)電流斷開(kāi)電流25值不用修正。。校核合格。〕Z=0.0419+j0.1982+j0.2381=0.0149+j0.4363tg=0.4363=29.280.0149=88.0439ocos=0.03413cos曲線查得，n’=2.6463KA25KAK1實(shí)際斷開(kāi)力量為63252523.86KA2.64假設(shè)123.86KAK131.5KA40KA等級(jí)。接通電流值校核T接通電流是以短路電流在短路后2

時(shí)間時(shí)的短路電流的最大值來(lái)校核。短路電流的最大值是由短路電流的交 流重量和直流重量二局部組成 。2I= 2

T22T””+ 2

T2T

TT2I (22

TT””+e2T )M AC

AC

AC D DCDT’’是發(fā)電機(jī)的超瞬變時(shí)間常數(shù)D’’TTDC是發(fā)電機(jī)的直流衰減時(shí)間常數(shù)假設(shè) 及T ’’TD DCTD2T””=1DT=12T=1DC2IM=2 IAC〔此狀況說(shuō)明短路電流不衰減〕2在考慮短路電流要衰減的狀況下，通常短路電流最大值為：2IM=K2

IAC=1.8

IAC2D實(shí)際系數(shù)K值與發(fā)電機(jī)的超瞬變時(shí)間常數(shù)T’’及發(fā)電機(jī)的直流衰減時(shí)間常數(shù)2DTDC有關(guān)。一般發(fā)電機(jī)容量大，則其時(shí)間常數(shù)值大，反之發(fā)電機(jī)容量小，其時(shí)間常數(shù)小。DD 如這個(gè)系統(tǒng)的FPSO上的發(fā)電機(jī)約為10000KVA，其T’’=85ms，一般T DD 以此發(fā)電機(jī)計(jì)算2I= 2

〔

+2 ””””

I 〔10+10

I 〔0.889+0.941〕TM T

T TTDDCTD

AC 85

170 AC222=1.83 I222AC22D 22D 2I= 2

〔

+10

I

I 1.6184M 2=1.61842

35 70 AC ACIAC所以短路電流最大值計(jì)算時(shí)，可以下式計(jì)算22

IAC2以IM=1.8 IAC來(lái)計(jì)算。220KA，其短路電流的最大值22

20=50.9KA所選斷路器的接通電流力量為63KA校核結(jié)果：合格選用斷路器K1選用斷路器K1K2K3K4斷路器額定電壓〔KV〕17.517.517.517.5〔KV〕15.215.215.215.2〔KV〕415.2=35.135.135.135.1〔KV〕383838382電流〔A〕空載變壓器電流〔A〕壓器過(guò)電壓〔KV〕切斷空載變壓器過(guò)電壓〔KV〕〔A〕切斷電動(dòng)機(jī)電流〔A〕31.531.531.531.531.531.5〔A〕〔A〕17.65///〔A〕12501250630630〔A〕474.8474.8189.934.7斷路器斷開(kāi)力量〔KA〕2525252523.86252525

10/<43.75/630/

10>(8.16~19.03)<43.75>43.75630/

10(8.16~19.03)<43.75>43.75630/

10/<43.75/63034.5短路電流溝通有效值〔KA〕20?20?20?20?短路功率因數(shù)0.0340.210.210.21斷路器接通力量〔KA〕63636363短路電流最大值〔KA〕50.9?50.9?50.9?50.9?1250A偏大校核結(jié)果 1250A偏大切斷空載變壓合格器過(guò)電壓超值可選用24KV24KV/建議17.5KV630A630A630A注：短路電流值后面有問(wèn)號(hào)，表示系統(tǒng)的原計(jì)算值有錯(cuò)誤。3.0測(cè)驗(yàn)題如以下圖所示為FPSO上的一個(gè)電站系統(tǒng)單線圖設(shè)計(jì)，F(xiàn)PSO上共有5臺(tái)9600KVA6.3KV，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。6.3KV/0.4KV，中性點(diǎn)不接地。FPSO上另有5-115.2KV側(cè)是中性點(diǎn)低阻接地。請(qǐng)完成以下內(nèi)容任務(wù)23個(gè)，原設(shè)計(jì)選擇是否合理？有無(wú)改進(jìn)之處？13ACB選用是否合理？有無(wú)改進(jìn)之處？原設(shè)計(jì)未列出斷開(kāi)電流與接通電流，請(qǐng)注出之。匯流排選擇是否合理？有無(wú)改進(jìn)之處？匯流排分段是否合理？是否要修改？供電方案是否合理？有無(wú)修正之處？圖八中線不接地中線不接地中線不接地中線不接地中線不接地中線不接地絕緣等級(jí)1ΩΩ中線不接地中線不接地中線不接地中線不接地11FPSO各設(shè)備的額定電流計(jì)算①9600KVA，6.3KV336.3

9600

=879.8A②1600KW，400VPF=0.8330.80.4

1600

=2886.8A15.2③12500KVA，6.3 KV15.236.336.3

12500

=1145.6A315.2315.2

12500

=474.8A④3150KVA，6.30.4KV36.336.3

3150

=288.7A30.430.4

3150

=4546.8A⑤2500KVA，6.30.4KV2500336.330.430.4

2500

=3608.5A以負(fù)荷電流值選擇斷路器的額定電流等級(jí)①9600KVA，6.3KVVCB1~51000AABB廠商的等級(jí)為630A，1250A，1600A，2000A，2500A，3150A，4000A1000A1000A②1600KW，400VACB83000~3200A③12500KVA，6.315.2KV以單臺(tái)變壓器負(fù)荷考慮15.2KV474.8A，630A6.3KV側(cè)額定電流為1145.6A，1250A80%變壓器選用時(shí)考慮〔海洋石油對(duì)變壓器的要求〕〔150℃〕〔120℃〕這種變壓器如使其運(yùn)行于F級(jí)溫度時(shí)，即變壓器可以超載30℃，30%左右。變壓器訂貨時(shí)，要求變壓器裝有強(qiáng)迫通風(fēng)的冷卻風(fēng)機(jī)。FB30%，但此時(shí)仍通風(fēng)量可使變壓器再增加〔20~30〕%的輸出容量。從以上對(duì)變壓器的設(shè)計(jì)要求，可以得出如下概念FF〔150℃-40℃=110℃F〔110℃〔120~130〕%的輸出容量，即它可超載〔20~30〕%。B〔120℃-40℃=80℃11.311.3可更明白的說(shuō)明如下：F2080KVA0.769=1600KVA1600KVAB120℃〕1600KVAB120℃1.32080KVA，F(xiàn)〔150℃加〔20~30〕%2500~2700KVA，F(xiàn)〔150℃〕明白了上述說(shuō)明后，再來(lái)爭(zhēng)論風(fēng)機(jī)開(kāi)動(dòng)時(shí)可使容量再增加〔20~30〕%其具體的概念如下：B〔120℃〕30F級(jí)〔150℃，此時(shí)變壓器在自然冷卻條件下應(yīng)能持續(xù)正常運(yùn)行開(kāi)動(dòng)風(fēng)機(jī)，強(qiáng)迫冷卻散熱，此時(shí)變壓器還可再超載〔20~30〕%持續(xù)運(yùn)F〔150℃〕12500KVA圖九12500KVA0.7~0.8125000.8=10000KVA假設(shè)一臺(tái)變壓器因故障，退出運(yùn)行，則另一臺(tái)變壓器會(huì)擔(dān)當(dāng)全部負(fù)荷20000KVA一臺(tái)仍在運(yùn)行的變壓器的負(fù)荷率為2000012500

100%=160%即一臺(tái)變壓器故障后，另一臺(tái)變壓器會(huì)超載60%F〔150℃30%，125001.3=16250KVA此時(shí)再起動(dòng)風(fēng)機(jī)，進(jìn)展強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，使變壓器容量再可增大〔20~30〕%，即16250〔1.2~1.3〕=19500~21125KVA20000KVA，即強(qiáng)迫通風(fēng)要求變壓器增加容量至2000016250

100%=12323%由計(jì)算得出變壓器在一臺(tái)有故障時(shí)，另一臺(tái)擔(dān)當(dāng)全部負(fù)荷時(shí)的容量為20000KVA，其電流為36.336.3

20000

=1832.9AVCB7,VCB102000A315.2315.2

20000

=759.7AVCB19,VCB20800A759.7VCB21，電流為2 =379.85A,選630AVCB22，VCB23630A再設(shè)備用變壓器。④3150KVA，6.30.4 KV以單臺(tái)變壓器負(fù)荷考慮6.3KV側(cè)額定電流為288.7A400V側(cè)額定電流為4546.8A5000A以一臺(tái)變壓器故障考慮0.8一臺(tái)變壓器擔(dān)當(dāng)原二臺(tái)變壓器負(fù)荷時(shí)，其負(fù)荷率為1.64.2③236.36.3KVI=1.636.3

=461.9AVCB9,VCB11,VCB12630A30.4400V側(cè)I=1.630.4

=7274.8A8000A,5000A,所5000AACB1~35000能使400V側(cè)電流由4546.8A增至5000A,變壓器的負(fù)荷率僅能增至4546.8 =1.09963150KVA第一種狀況:3150KVA備用的.這種狀況不用考慮一臺(tái)變壓器故障時(shí)則要另一臺(tái)變壓器增加負(fù)荷的可行性,只要以單一變壓器的額定電流來(lái)選擇斷路器就可.其次種狀況:正常運(yùn)行時(shí)需要33150KVA10%，其余負(fù)荷應(yīng)卸載。ACB1,ACB2,ACB35000A⑤2500KVA,6.30.4KV正常運(yùn)行6.3KV229.1A400V3608.5AACB11，124000A1.66.3KVI=1.6229.1=366.6AVCB17,VCB18630A400VI=1.63608.5=5773.6AACB11,ACB125000A50003608.5=1.386即一臺(tái)變壓器故障后，另一臺(tái)變壓器本應(yīng)能擔(dān)當(dāng)全部負(fù)荷，它可以超載持續(xù)160%5000A138.6%，缺乏局部應(yīng)卸載削減其運(yùn)行負(fù)荷60%，ACB38.6%，其中有負(fù)荷必需卸載實(shí)際此系統(tǒng)可設(shè)計(jì)成圖十

1600

336.3一臺(tái)變壓器故障，另一臺(tái)變壓器擔(dān)當(dāng)全部負(fù)荷時(shí)，其負(fù)荷率約為1.6，此時(shí)I=1.6146.6=234.6AVCB1~3630A330.4

1600

=2309.5AACB1~34000A聯(lián)絡(luò)斷路器和匯流排額定電流的選擇VCB6電流第一種狀況圖十一MBG，GMBVCB6GGI=22

9600

1 2 1336.3其次種狀況匯流排MA上發(fā)電機(jī)不運(yùn)行，而MA上負(fù)荷都超載圖十二最嚴(yán)峻狀況2500KVA3150KVAVCB6MA匯流排。設(shè)發(fā)電機(jī)負(fù)荷率為1.036.336.3

9600

=2639.4A13150KVA0.8336.3

3150

=230.9AVCB6MA2639.4-230.9=2408.5AMA→MB 1759.6AMB→MA 2408.5AVCB6斷路器可選2500AMAMB2500AVCB21VCB19，VCB20，VCB22，VCB23圖十三12500KVAT2

故障，由另一臺(tái)T1

擔(dān)當(dāng)全部負(fù)荷，此時(shí)擔(dān)負(fù)荷的T變壓1

12500

3315.2此電流流過(guò)VCB19VCB22，VCB21VCB23荷759.7流徑VCB21，VCB23和VCB22的電流為2 =379.8AT2

故障同時(shí)VCB22電路也出故障，此時(shí)全部負(fù)荷電流都要經(jīng)過(guò)可以不用考慮因此斷路器電流可作如下選擇800AVCB21，VCB22，VCB23630A③ACB4，ACB5，ACB6，ACB7在一臺(tái)變壓器故障，由另一臺(tái)變壓器向故障變壓器負(fù)荷供電時(shí)其負(fù)荷電流最80%，這是考慮正常變壓器的負(fù)0.8〕30.430.4

3150

0.8=3637.4A5000-3637.4=1362.6AACB4，ACB53200A2500A330.40.8

1600

=2886.6A2886.6AACB6,ACB73200A④ACB9ACB10當(dāng)由2500KVA400V2886.6AACB9ACB103200AVCB16VCB161000AVCB8，VCB13，VCB14VCB15由于負(fù)荷不詳，取原設(shè)計(jì)值VCB8，VCB13，VCB14VCB151250A⑦2500KVA6.3KV1250A⑧2500KVA400VACB11ACB125000A,則匯流排電流可作如下考慮5000A負(fù)荷分布在匯流排兩側(cè),ACB11ACB12向匯流排兩側(cè)(正確設(shè)計(jì)應(yīng)如此),則匯流排電流為2500A,考慮負(fù)荷不肯定3200AACB13ACB13,ACB13在故障變壓器的匯流排上的負(fù)荷為變壓器容量的80%,電流為330.4

2500

=2886.8A在故障變壓器匯流排上負(fù)荷為變壓器全容量值,電流2500330.4

=3608.5A100%的負(fù)荷率ACB133200A⑩3150KVA400V330.4

3150

=4546.8A負(fù)荷都在匯流排一側(cè):則匯流排中電流為4546.8A在另一臺(tái)變壓器故障時(shí),5000AACB5000A負(fù)荷分布在匯流排兩側(cè)(正確設(shè)計(jì)應(yīng)如此)2500A,3200A4000A斷路器和匯流排選用參數(shù)表(A)VCB1879.81250/(A)VCB1879.81250/1000VCB2879.81250/1000VCB3879.81250/1000VCB4879.81250/1000VCB5879.81250/1000VCB62408.53200/2500VCB71145.616001832.92000VCB8(229.1)1250/1250VCB9288.7630461.9630VCB101145.616001832.92000VCB11288.7630461.9630VCB12288.7630461.9630VCB13(229.1)1250/1250

流等級(jí)

流(A)

流等級(jí)

備注正常閉合60%值不詳,值僅能超載10%60%僅能超載10%僅能超載10%值不詳,值VCB14 (229.1) 1250 / 1250VCB15 (229.1) 1250 /

值不詳,值VCB16/1250/1000VCB17VCB16/1250/1000VCB17229.11250366.6630僅能超載38.6%VCB18229.1VCB18229.11250366.6630VCB19474.81250759.7800VCB20474.81250759.7800VCB21/1250379.85630VCB22474.81250/630VCB23474.81250/630ACB14546.8500050005000ACB24546.8500050005000ACB34546.850005000500038.6%以超載計(jì)算以超載正常斷開(kāi)ACB4/5000ACB4/50001362.6ACB5/50001362.625002500ACB62886.82500ACB62886.84000/3200正常閉合ACB72886.84000/3200正常閉合ACB82886.850001.12886.8=3175.53200正常斷開(kāi)ACB92886.84000/3200正常斷開(kāi)ACB102886.84000/3200正常斷開(kāi)ACB113608.5500050005000ACB123608.5500050005000ACB13/50002886.83200正常斷開(kāi)MA32002500MB320025003150KVA

變壓器排

5000

320025002500KVA變壓器排

5000 2886.8 32003150KVA變壓器6.3KVA流排

1250 1000系統(tǒng)電壓等級(jí)，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)為6.3KV，海底電纜供電為15.2KV斷路器電壓等級(jí)常規(guī)選擇6.3KV選用絕緣等級(jí)7.2KV15.2KV選用絕緣等級(jí)17.5KV中線不接地系統(tǒng) 消滅過(guò)電壓為5U，最高可達(dá)7.5U中線低阻接地系統(tǒng) 多數(shù)消滅過(guò)電壓為4U其中U為系統(tǒng)的相電壓6.3KV353

6.3

=18.2KV15.2KV圖十四Ω315.2315.2

12500

=474.8A

8800115

=76.52接地電阻折算至高壓側(cè)電阻R=k2r=76.522x0.015=87.83Ω=G

15200

=99.92A387.83低阻接地電流范圍為〔25~387.8399.92474.8

100%=21.04%4U15.2343

=35.1KV絕緣電壓等級(jí)U〔KV〕112絕緣電壓等級(jí)U〔KV〕11217.524U〔KV〕2283850U/U2.3332.172.082 1U/U，U為U相壓 4.04 3.758 3.62 1P 1P 17.2KV〔2.3~2.5〔2.3~2.5〕7.2=16.6~18KV6.3KV12KV3因其過(guò)電壓〔5~7.5〕U=(5~7.5)3均在其能承通電壓28KV以?xún)?nèi)15.2KV17.5KV

6.3

=18.2~27.3KV33

=35.1KV在其能承受電壓38KVABB2.51.12500KVA,6.3 KV，6.3KV15.236.336.3N

=1145.6A0.15~1%I0.0015~0.0021145.6=1.72~11.5Ao2.3150KVA,6.30.4 KV，6.3KV36.336.3N

3150

=288.7A(0.2~1)%額定電流I=(0.002~0.01)288.7=0.58~2.89Ao3.2500KVA, 6.30.4 KV，6.3KV36.336.3N

2500

=229.1AI=(0.002~0.01)229.1=0.45~2.29Ao10A，當(dāng)斷路器切斷超過(guò)10A以上的空載變壓器電路時(shí)都會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的過(guò)電壓。10A以下切斷時(shí)，可以考慮其2.5倍〔線電壓。如以相電壓作標(biāo)準(zhǔn)，則為33

U=4.33UABB4.34.04，3.763.6倍，根本是適用于直接接地過(guò)電壓為3.5U和低阻接地過(guò)電壓為4U之間。斷路器的適用性是根本以直接接地考慮的。4.33U-(3.5~4)U=(0.83~0.33)U。則其過(guò)電壓就會(huì)比正常消滅的過(guò)電壓值要高〔0.5~1〕U。6.3KV系統(tǒng)是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),其可能消滅的過(guò)電壓值為5U。值要增加〔0.5~1〕U，則過(guò)電壓為35U+〔0.5~1〕U=〔5.5~6〕U=〔5.5~6〕6.3=20~21.8KV328KV12KV。從切斷空載海底電纜的電容電流值引起的過(guò)電壓考慮31.5A。由單線圖知〔3400〕10KM4-2〔3400〕10KM5-1由于海纜都由FPSO上的旋轉(zhuǎn)滑環(huán)供電，二條海底電纜是并聯(lián)在一起的，要切斷海纜的電源，必需切斷VCB22VCB23。它們跳閘可以有先后，但最終一個(gè)斷路器跳閘時(shí)就是切斷二條并聯(lián)的海底電纜的電流。海底電纜的電容量為C=0.64F/KMC=2100.64=12.8F1XC=

1= =248.682fc25012.81063248.683248.68

15200

=35.29A壓值會(huì)超出系統(tǒng)的平均過(guò)電壓值。其過(guò)電壓值要增加〔0.5~1)U以過(guò)電壓值增加0.5U考慮,其過(guò)電壓要在原低阻接地4U根底上再加0.5U33

=39.5KV此過(guò)電壓值超過(guò)17.5KV等級(jí)能承受電壓38KV應(yīng)選電壓等級(jí)高一級(jí)的24KV斷路器,其能承受電壓等級(jí)為50KV。⑦斷路器電壓等級(jí)選擇表斷路器系統(tǒng)額定原斷路器原斷路器系統(tǒng)過(guò)電應(yīng)選斷路斷路器能〔KV〕〔KV〕能承受電壓〔KV〕器電壓承受電壓壓〔KV〕〔KV〕〔KV〕9600KVA6.37.216.6~1818.21228VCB1~5聯(lián)絡(luò)斷路器6.37.216.6~1818.21228VCB63150KVA6.37.216.6~1818.21228VCB9，11，122500KVA6.37.216.6~1818.21228VCB8，1312500KVA6.37.216.6~1818.21228VCB7，10VCB14，156.37.216.6~1818.21228聯(lián)絡(luò)斷路器6.37.216.6~1818.21228VCB16VCB19，2015.217.53839.52450聯(lián)絡(luò)斷路器15.217.53839.52450VCB21VCB22，2315.217.53839.52450低壓斷路器ACB1~130.40.692U+1000計(jì)算1.150.692.42.4發(fā)電機(jī)短路電流發(fā)電機(jī)參數(shù)TDC=165ms36.336.3

9600

=880A63003880發(fā)電機(jī)負(fù)載阻抗3880Xd”=0.1784.133=0.7357Xd’=0.234.133=0.9506Xd=1.754.133=7.236300330.73576300330.95066300337.23以中國(guó)船檢計(jì)算公式IAC=(I”-I’)et/TD”” +(I’-I)et/TD”+I15ms，中間繼電器15msABB60mst=15+15+60=90msIAC=(4.944-3.826)e90/85 +(3.826-0.503)e90/540+0.503=1.118e1.0588+3.323e0.1667+0.503=1.1180.3469+3.3320.8465+0.503=0.3878+2.8129+0.503=3.7037KA5IAC=53.7037=18.52KA電動(dòng)機(jī)的短路電流估量由于不清楚電動(dòng)機(jī)負(fù)荷具體值，以船檢和IEC60%。臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行總?cè)萘?9600=38400KVA電動(dòng)機(jī)容量為384000.6=23040KVATM’=21ms電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流為其額定電流值的7倍23040336.30

7=14.781KA91%90msIM=14.7810.91e90/21=14.7810.910.0138=0.185KAI=IAC+IM=18.52+0.185=18.71KA90ms)1.5IK〔2〕=1.5IK〔3〕因此二相短路后至斷路器跳閘,需時(shí)延90ms時(shí)的短路電流值為1.518.71=28.06KAT短路后2

時(shí)的三相短路電流發(fā)電機(jī)TIACT

=(I”-I’)

TT

+(I’-I)

TD”+I=(4.944-3.826)e10/85+(3.826-0.503)e10/540+0.503=1.1180.889+3.3230.982+0.503=0.994+3.263+0.503=4.76KAIAC=54.76=23.8KA電動(dòng)機(jī)短路電流T2T2Tm”IM=14.7810.91e

=14.7810.91e1021=14.7810.910.621=8.353KA三相短路電流I=23.8+8.353=32.153KA系統(tǒng)短路功率因數(shù)計(jì)算反響電流已衰減至很小,短路電流主要是發(fā)電機(jī)供給,而且此時(shí)發(fā)電機(jī)電抗已是Xd’。ra=0.018Ra=0.018發(fā)電機(jī)負(fù)載阻抗值=0.0184.133=0.0744

Xd’=0.9506Xd” 0.9506

=12.7769=85.5248°cos=0.078曲線，得n’=2.55斷路器斷開(kāi)電流的選擇T2時(shí)IK〔3〕=32.153KAIK〔2〕=1.532.153=48.229KAT2時(shí)的短路電流選擇斷路器的斷開(kāi)電流則應(yīng)選斷開(kāi)電流50KA等級(jí)實(shí)際斷路器切斷電流是在短路后90ms此時(shí)短路電流為IK〔3〕=18.71KAIK〔2〕=28.06KA斷路器的切斷電流可選40KA等級(jí)斷路器的接通電流依據(jù)IEC有關(guān)。1.0(12)知20~50KA=2.1斷開(kāi)電流2.140=84KA但目前有些中高壓斷路器廠商的產(chǎn)品，往往其比值可達(dá)2.52.540=100KA到底實(shí)際接通電流值是多少，應(yīng)依據(jù)產(chǎn)品名目所列確定。斷開(kāi)電流值的校核接通電流斷開(kāi)電流實(shí)際斷開(kāi)電流= n” 接通電流斷開(kāi)電流依據(jù)的二種比值，可得出斷開(kāi)電流

844040=32.94KA

2.551004040=39.21KA2.55以上兩種40KA切斷力量的斷路器都能切斷28.06KA的短路電流.接通電流的校核T22時(shí)的短路電流222

IK=1.8

32.153=81.85KAIM〔2〕=1.581.85=122.77KA由以上短路電流值84KA,40KA或 接通電流為100KA,斷開(kāi)電流為40KA的二種斷路器都合格.對(duì)于以二相短路電流來(lái)選擇,則接通電流都不滿(mǎn)足要求,因此應(yīng)選用接通電125對(duì)接通短路電流的考慮

2.5

=50KAIM〔2〕=122.77KA5值。換機(jī)時(shí)不會(huì)操作其他負(fù)荷，因此不會(huì)消滅在電路已短路狀況下合閘的可能。短路電流T時(shí)〔4.6〕2IK〔3〕=32.153-4.76=27.393接通電流2IM