-发电厂电气设备的选择校验45.doc

发电厂课程论文

题 目
变电所电气设备的选择校验

学 院
机械交通学院

专 业
电气工程及其自动化
班级
电气104班

姓 名
王建云
学号
103736423

指导教师
艾海提
职称
教授

2013 年 5 月 23 日
新疆农业大学教务处制

目录
摘要： 1
前言 3
一、变电所的主要电气设备 3
1.1变压器 3
1.2断路器 3
1.3 隔离开关 3
1.4 互感器 3
1.5 电抗器 3
1.6 母线 4
1.7 高压熔断器 4
1.8 防雷保护装置 4
1.9 绝缘子 4
二、各种电气设备的选择原则 4
2.1变压器 5
2.2断路器 6
2.3隔离开关 7
2.4互感器 7
2.5电抗器 7
2.6母线 8
2.7高压熔断器 8
2.8防雷保护装置 8
2.9绝缘子 8
三、母线的选择与校验 9
3.1母线的材料和电晕问题 9
3.2母线截面积选择 9
3.3母线的热稳定校验 10
3.4硬母线的动稳定校验（软母线不需要校验动稳定） 10
3.5封闭母线的选择方法 10
谢 辞 11
参考文献： 12

变电所电气设备的选择校验
王建云
摘要：通过对变电所电气设备的介绍，了解变电所的电气设备构成和电气设备的选择原则以及校验过程。变电所最主要的电气设备室变压器，分为升压变电器和降压变压器。开关设备有断路器、隔离开关，都是断开和合上电路的设备。测量设备有电压互感器和电流互感器，他们的工作原理和变压器相似，他们吧高压设备和母线的电压、电流按规定比例变成测量仪表、继电保护和控制设备的低电压和小电流。变电所还有保护设备如避雷针和避雷器。
关键字：变电所；变压器；断路器；隔离开关；母线；绝缘子；电抗器
Substation electrical equipment choice calibration
Wang Jianyun
Abstract：Based on the introduction of electric equipment of substation, substation electrical equipment to understand the structure and electrical equipment selection principle and calibration process. Substation electrical equipment room of the main transformer, divided into boost transformers and step-down transformer. Switch device with circuit breaker, isolating switch, are disconnected and the equipment circuit. Measuring equipment of capacitor voltage transformer and current transformer, the transformer working principle and their similarity, low voltage and low current them current and voltage, high voltage equipment and bus according to the specified proportion into measuring instrument, relay protection and control equipment. Substation and protection equipment such as lightning and lightning arrester.
Key words: Substation; transformer; circuit breaker; isolation switch; bus; insulator; reactor

前言
变电所是通过变压器将各个电压等级线路连接在一起的枢纽，完成升压或者降压的任务。为了保证变电所的安全运行和电能的质量，在变电所组装了一些设备用于切断或接通、改变或调整电压。在电力系统中，变电所是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、二次变电所、配电站。

一、变电所的主要电气设备
1.1变压器
变压器按其作用分为升压变压器和降压变压器。前者处于电力系统输送端，后者处于电力系统接收端。变电所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。
变压器有分为双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器，从高绕组中间抽出一个头作为低压绕组的出线变压器。电压高低与绕组匝数成正比，电流则与绕组匝数成正比。
1.2断路器
断路器是电力系统中最重要的开关设备，它既可以在正常情况下接通或断开电路，又可以在系统故障情况下自动的迅速断开电路。断开电路时会在断口处产生电弧，为此断路器设有专门的灭弧装置。
1.3 隔离开关
隔离开关俗称刀闸，没有灭弧装置。它既不能断开正常负荷电流，更不能断开短路电流，否则级发生“带负荷拉刀闸”的严重事故。此时产生的电弧不能熄灭，甚至造成飞弧（相间或相对地经电弧短路），会损坏设备兵严重危及人身安全。
1.4 互感器
互感器分为电流互感器和电压互感器，他们既是电力系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。
1.5 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。
1.6 母线
为了汇集、分配和传输电能，常常需要设置母线。发电厂的母线分为发电机出口母线、发电机电压（汇流）母线和升官电压（汇流）母线。
1.7 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。
1.8 防雷保护装置
变电所还装有防雷设备，主要有避雷针和避雷器。避雷针是为了防止变电所遭受直接雷击将雷电对其自身放电把雷电流引入大地。
1.9 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
不同类别的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及安全性，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。

1. 按正常工作电压选择设备额定电压
所选电气设备的最高允许电压必须高于或等于所在电网的最高运行电压。
设备允许长期承受的最高工作电压，厂家一般规定为相应电网额定电压的1.1~1.15倍，而电网实际运行的最高工作电压也在此范围内，故选择时只要满足下式即可：

式中 ——设备所在电网的额定电压，KV;
——设备的额定电压，KV。

2. 按工作电流选择设备额定电流
所选设的额定电流应大于或等于所在回路的最大长期工作电流：

应当注意，有关手册中给出的各种电器的额定电流，均是按标准环境条件确定的。当设备实际使用环境条件不同时，应对其额定电流进行修改。

3. 按使用环境选择设备
一般高压电气设备可在环境温度为-30~+40℃的范围内长期正常运行。当使用环境温度低于-30℃时，应选用适合高寒地区的产品；若使用环境温度超过+40℃时，应选用型号后带“TA”字样的干热带型产品。
线圈目前生产的电器设计时所采用的周围介质温度如下：
电流变压器和电器
发电机
导线 母线 电缆 指装在空气中
埋入地下电缆
如果周围介质温度高于上述规定值时电器容许的通过电流将有响应的改变。即

公式中：—周围环境实际温度，计算时取当地月平均最高气温（）
—电器的长期允许温度
—对应某种电器设计时所采用的周围环境温度
—空气温度为时的额定电流
—对应于实际温度的长期允许电流
当周围介质温度低于上述规定值时没低1允许电流增加0.5%但增加的总数不得大于20%

2.1变压器
变压器容量的选择是一个全面、综合性的技术问题，没有一个简单的公式可以表示。变压器容量的选择与负荷种类和特性、负荷率、需要率、功率因数、变压器有功损耗和无功损耗、电价（包括基本电价）、基建投资、（包括变压器价格及安装土建费用和供电贴费）、使用年限、变压器折旧、维护费以及将来的计划等因数有关。
2.1.1变压器容量的基本估算
变压器容量的基本估算主要有以下三种方面。
2.2.2.1利用计算负荷法估算
先求出变压器所要供电的总计算负荷，然后按下式估算。
变压器总容量=总计算负荷+考虑将来的增容裕量。
2.2.2.2利用最经济运行效果法估算
所选择的变压器，其最佳经济负荷和实际使用负荷相等或接近，即：变压器容量约等于S/贝塔m, 式中S--实际使用负荷，KVA;
贝塔m--所选择变压器最高效率时的负荷率。
按上式选择的变压器容量往往偏大，按最高效率相应的的负荷率贝塔m所选择的变压器在最高效率的工况下运行，不一定会使企业得到最好的经济效益。这是由于没有综合考虑影响经济选择企业变压器的各种因数的缘故。
2.2.2.3按年电能损耗最小法选择变压器
该方法适用于不同的企业性质和生产班制及负荷曲线的场合，它是根据年电能损耗最小为原则来选择变压器容量的，因此，从节能角度看较合理。计算结果表明，变压器容量应在使用负荷和最高经济负荷之间进行选择。一班制企业，可按使用负荷选择变压器容量，也可略留裕量；二班间断和三班间断的企业，可分别按比例使用负荷高一级和二级左右的容量选择变压器；三班连续制企业，可按最经济负荷选择变压器。然而该方法只考虑年电能损耗最小这一点，还未考虑其他因数，因此，还是不全面的。按变压器年电能损耗最小和运行费用最低、并综合考虑变压器装设的投资来确定变压器安装容量，才是经济合理的。

2.2断路器
断路器的选择内容包括：1.选择型式；2.选择额定电压；3.选择额定电流；4校验开断能力；5校验动稳定；6校验热稳定。
2.2.1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。
2.2.2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。
2.2.3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。
2.2.4校核额定开断能力
为使断路器安全可靠地切断短路电流，应满足下列条件：
（KA）
式中 ——断路器的额定开断电流，KA；
——刚分电流（断路器触头刚分瞬间的短路全电流有效值），KA
2.2.5校核动稳定
按式校验动稳定
2.2.6校验热稳定
按式校验热稳定

2.3隔离开关
隔离开关选择方法可参照断路器，其内容包括：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
2.4互感器
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.选择结构类型、接线方式和准确等级；2.选择额定电压、电流；3.选择容量。

2.5电抗器
2.5.1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。
2.5.2按额定电流选择
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。电抗器基本设有过载能力，选择时应有适度裕度。
2.5.3电抗百分比的选择
电抗器电抗百分值的选择，实质上是选择决定电抗器的电抗值。

2.6母线
母线的选择内容包括
① 确定母线的材料、截面形状、布置方式
②选择母线的截面积
③校验母线的动稳定和热稳定
④. 对重要的和大电流的母线，校验其共振频率
⑤对110kv以上的母线，还应交验能否发生电晕

2.7高压熔断器
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
保护一般回路的熔断器
① 熔体的额定电流应为回路负荷电流的1.5-2.5倍
② 熔断器的额定电流应大于熔体的额定电流。
③ 上、下级熔断器的安-秒特性要互相配合。
2.8防雷保护装置
在发电厂中，户外布置的电力变压器、配电装置、发电机电压引出线，以及油处理室、露天油罐、主变压器修理间等，均应装设直击雷保护装置。主厂房、主控制室和35kv以下的户内配电装置，一般不需设置直击雷保护装置，仅将其屋顶金属结构接地即可。
2.9绝缘子
支柱绝缘子应按安装地点和额定电压选择，并进行短路动稳定校验。

三、母线的选择与校验
3.1母线的材料和电晕问题
3.1.1母线的材料
常用的母线材料有铜、铝和铝合金三种。一般用铝或铝合金作为母线材料。
3.1.2电晕问题
电晕发生时不仅引起电能损耗，而且伴随有金属腐蚀等不良影响。
母线不发生电晕的条件是母线相电压要低于电晕起始电压：

式中——母线的线电压，KV;
——电晕（临界）电压，KV;可用经验公式进行计算：

式中k——三相导体布置方式系数，水平布置时中间相易放电，k=0.96；三角布置时k=1；
——导线表面状况系数，管形母线及星股导线为0.98~0.93;
——天气系数，晴好天气=1，阴雨天=0.8；
——空气相对密度；
r——导体半径，cm;
——三相导体的相间距离，cm.
3.2母线截面积选择
母线截面积选择有两种方法：1.按最大长期工作电流选择；2.按经济电流密度选择。
3.2.1按最大长期工作电流选择
为保证母线正常工作时的温度不超过允许值，应满足如下条件：

式中——对应于规定的环境温度及放置方式的母线允许载流量，A;
——通过母线的最大长期工作电流，A。
3.2.2按经济电流密度选择
根据确定的母线材料和最大负荷年利用小时，查出经济电流密度J。
按下式计算母线的经济截面积

3.3母线的热稳定校验
满足热稳定要求的母线最小截面积
（）
只要实际选用的母线截面积S,母线便是热稳定。
3.4硬母线的动稳定校验（软母线不需要校验动稳定）
为保证母线在短路时的动稳定性，必须对母线进行应力计算。
（N/m）
——单位长度母线受到的相间电动力，vN/m。
母线受到的最大相间应力：
(Pa)
W——母线对垂直于作用力方向轴的截面系数（也称抗弯矩），
3.5封闭母线的选择方法
发电厂的封闭母线分为共箱式和分相全连式两种。每一种又分为定型产品和非定型产品。选用定型封闭母线时，制造厂一般提供有关封闭母线的额定电压、额定电流和动、热稳定等参数，此时的母线选择可按电器选择中所述的方法进行选择和校验。若根据发电机、主变压器和配电装置连接等具体情况，需要选用非定型封闭母线时，应向制造厂提供有关资料，供制造厂进行布置和连接部分设计。这时应进行母线导体和外壳发热、应力及绝缘子抗弯等项计算，并进行共振校验。

谢 辞
在这里我首先要感谢艾海提老师在我学习这门课期间给我的帮助和支持。在这一学期里，通过学习发电厂电气部分了解了电能的检测，输送，分配及变电厂在电路中重要作用，还有发电厂是怎么运营的的。对于以后的学习及工作有很大的帮助。
其次，我要感谢我的同学。是他们在我平常学习中给了我许多帮助，在课下及时的帮助我解决了有疑问的地方，给了我学习这门课很大的鼓励。
在写论文的过程中，使我在许多不懂的地方又有了新的理解，加深了我对这门课的知识的理解，拓宽了我的思路。
最后我再次感谢艾海提老师给予的帮助和支持。

参考文献：
1. 刘绍俊.高压电器.北京:机械工业出版社，1982
2. 赵修民.电流互感器.济南：山东科技出版社，1990
3. 熊太昌.电力避雷器的原理、试验与维护.北京：水利电力出版社，1993
4. 华东电机工程学会.电气设备及其系统.北京：中国电力出版社，2000
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