发电厂电气设备的选择及其校验.doc
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1、变电所电气设备的选择及其校验作者 郑磊摘要:了解变电所电气设备的选择原则以及校验过程。电压互感器和电流互感器,它们的工作原理和变压器相似,它们把高电压设备和母线的运行电压、大电流即设备和母线的负荷或短路电流按规定比例变成测量仪表、继电保护及控制设备的低电压和小电流。变压器是变电所的主要设备,电压高低与绕组匝数成正比,电流则与绕组匝数成反比。开关设备,它包括断路器、隔离开关、负荷开关、高压熔断器等都是断开和合上电路的设备。关键词:隔离开关;母线;绝缘子;断路器;变电所;变压器;避雷针;绝缘子;电抗器;前言:变电所是把一些设备组装起来,用以切断或接通、改变或者调整电压,在电力系统中,变电所是输电和
2、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。变电所是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施,它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。1 组成变电所的电气设备1.1变压器变压器是变电所的主要设备,分为双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器即高、低压每相共用一个绕组,从高压绕组中间抽出一个头作为低压绕组的出线的变压器。电压高低与绕组匝数成正比,电流则与绕组匝数成反比。 变压器按其作用可分为升压变压器和降压变压器。前者用于电力系统送端变电所,后者用于受端变电所。变压器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
3、要切换变压器的分接头。1.2互感器互感器分为电流互感器和电压互感器,它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。1.3隔离开关隔离开关是高压开关电器中使用最多的一种电器,顾名思义,是在电路中起隔离作用的它本身的工作原理及结构比较简单,但是由于使用量大,工作可靠性要求高,对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。刀闸的主要特点是无灭1.6母线为了汇集、分配和传输电能,常常需要设置母线。变电所的母线分为发电机出口母线、发电机电压(汇流)母线和升高电压(汇流)母线。1.4断路器 断
4、路器按其使用范围分为高压断路器和低压断路器,高低压界线划分比较模糊,一般将3kV以上的称为高压电器。 低压断路器又称自动开关,俗称空气开关也是指低压断路器,它是一种既有手动开关作用,又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能,不频繁地启动异步电动机,对电源线路及电动机等实行保护,当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路,其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。1.5限流电抗器限流电抗器一般用于配电线路。从同一母线引出的分支馈线上往往串有限流电抗器,以限制馈线的短路电流,并维持母线电压,不致因馈线短路而致过低。、限流电抗器、避雷针、电压互感器、电流互
5、感器等等。1.6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。1.7母线为了汇集、分配和传输电能,常常需要设置母线。变电所的母线分为发电机出口母线、发电机电压(汇流)母线和升高电压(汇流)母线。1.8防雷保护装置变电站还装有防雷设备,主要有避雷针和避雷器。避雷针是为了防止变电站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。2 电气设备选择的主要选择原则2.1 按正常工作条件选择按额定电压选择 (1-1) 指电气设备的额定电压;指设备所在电网的电压等级的额定电压。按额定电流选择
6、电气设备的额定电流是指在额定环境条件(环境温度、日照、海拔、安装条件等)下,电气设备的长期允许电流值。这是出厂时给定的值。一般实际环境条件不同于额定环境条件,因此要对进行修正。修正后的额定电流为: (1-2) 为综合修正系数。具体算法见【发电厂电气部分】第226页。 此时按额定电流选择的条件为: (1-3)2.2 按短路情况校验 首先计算短路电流 确定短路计算时间(1)校验热稳定的的短路计算时间(用于计算短路电流热效应)由下式确定: (1-5)为后备继电器保护动作时间(s);为断路器全开断时间(s);为断路器故有分闸时间(s);为断路器开断时电弧持续时间。(2)校验开断电器(断路器)开断能力的
7、短路计算时间由下式确定: (1-6)为主继电保护动作时间(s)。(3)热稳定和动稳定校验热稳定校验要求所选电气设备能承受短路电流所产生的热效应,在短路电流通过时,电气设备各部分的温度(或发热效应)应不超过允许值。电气设备满足热稳定的条件为: (1-7)为制造厂规定的允许通过电器的热稳定电流,查表可得;为制造厂规定的允许通过电器的热稳定时间,查表可得;为短路电流通过电器时所产生的热效应,注意单位。的算法如下:热效应由两部分组成,即短路电流周期分量产生部分和非周期部分产生部分。的计算: (1-8)式中,、分别为短路电流周期分量的起始值、时刻值、时刻值。的计算: (1-9)为非周期分量等效时间(s)
8、,与短路点及有关,可查【发电厂电气部分】第34页表2-3。若,导体的发热主要由周期分量来决定,此时可不计,即有: (1-10) 注意单位为动稳定校验动稳定就是要求电气设备能承受短路冲击电流所产生的电动力效应。电气设备满足动稳定校验所谓条件为: () (1-11)式中,为电器允许通过的动稳定电流(或称为极限通过电流)的幅值(kA),查表可得。为短路冲击电流。高压短路时发电机端或发电机电压母线短路时3 各种电气设备的选择3.1变压器的选择首先要调查用电地方的电源电压,用户的实际用电负荷和所在地方的条件;然后参照变压器铭牌标示的技术数据逐一选择,一般应从变压器容量、电压、电流及环境条件综合考虑,其中
9、容量选择应根据用户用电设备的容量、性质和使用时间来确定所需的负荷量,以此来选择变压器容量。在正常运行时,应使变压器承受的用电负荷为变压器额定容量的7590左右。运行中如实测出变压器实际承受负荷50小于时,应更换小容量变压器,如大于变压器额定容量应立即更换大变压器。同时,在选择变压器根据线路电源决定变压器的初级线圈电压值,根据用电设备选择次级线圈的电压值,最好选为低压三相四线制供电。这样可同时提供动力用电和照明用电。对于电流的选择要注意负荷在电动机起动时能满足电动机的要求(因为电动机起动电流要比下沉运行时大47倍)。变压器的主要作用是传输电能,额定容量是它的主要参数。选择变压器需要注意的就是选择
10、变压器的额定容量。像双绕组变压器的额定容量即为绕组的额定容量。多绕组变压器应对每个绕组的额定容量加以规定。其额定容量为量大的绕组额定容量;当变压器容量由冷却方式而变更时,则额定容量是指量大的容量。我国现在变压器的额定容量等级是按1.26的倍数增加的,如容量有100、125、160、200kVA等,只有30 kVA和63000 kVA以外的容量等级与优先数系有所不同。1967年以前变压器的额定容量等级是按R8=81.33倍数增加的R8容量系列。变压器的容量大小与电压等级也是密切相关的。电压低,容量大时电流大,损耗增大;电压高,容量小时绝缘比例过大,变压器尺寸相对增大,因此,电压低的容量必小,电压
11、高的容量必大。现在国内变压器种类很多,那么怎样选择变压器的种类才能适合您的需求呢?电力变压器一般分为电力变压器和特种变压器,前者是电力系统中输配电的重要设备,按用途分,升压变压器,降压变压器,配电变压器和联络变压器;按结构分,双绕组变压器,三绕组变压器和自藕变压器;按相数分,单相变压器,三相变压器和多相变压器。变压器的选择需要您多方面的去参考和判断。kva是功率单位,就是千伏安的意思。1kva=1*1000伏特*1安培=1000瓦特=1千瓦功率是分为有功功率(单位kW)、无功功率(单位kvar)、视在功率(单位kVA)。它们的关系应该是:kVA的平方=kW的平方+kvar的平方。当你把所有的设
12、备负荷总量统计出来后的结果应该是有功功率,单位kW,而变压器的单位是kVA,也就是视在功率。根据:有功功率/功率因素=视在功率,这个公式来计算所需要变压器的容量,各地区的供电局所规定的功率都不大一样,但是基本上施工用电和小工业的功率因素为0.85,大工业用电的功率因素为0.9。因此,假设550kW的施工设备,应该选择的变压器大小=550kW/0.85=647kVA,因此应该选择630kVA的变压器。负荷功率的总和不可以超过选择的变压器功率的百分之八十。3.2 断路器的选择首先根据额定电压选,额定电压要一致。断路器的额定电流要大于等于所用电路的额定电流。断路器的额定开断电流要大于等于所用电路的短
13、路电流。根据环境条件选,如海拔、温度、湿度,选择符合要求的断路器。根据品牌选质量、性价比较高的断路器。对特殊开断情况,进行校验断路器。 然而不同的负载应选用不同类型的断路器, 最常见的负载有配电线路、电动机和家用与类似家用(照明、家用电器等)三大类。以此相对应的便有配电保护型、电动机保护型和家用及类似家用保护型的断路器。这三类断路器的保护性质和保护特性是不相同的。对配电型断路器而言,它有A类和B类之分:A类为非选择型,B类为选择型。所谓选择型是指断路器。 具有过载长延时、短路短延时和短路瞬时的三段保护特性。万能式(又称框架式)断路器中的DW15系列、DW17(ME)系列、AH系列和DW40、D
14、W45系列中大部分是B型,而DZ5、DZ15、DZ20、TO、TG、CM1、 TM30及HSM1等系列和万能式DW15、DW17的某些规格因仅有过载长延时、短路瞬时的二段保护,它们是属于非选择型的A类断路器。选择性保护。 当F点短路时,只有靠近F点的QF2断路器动作,而上方位的QF1断路器不动作,这就是选择性保护(由于QF1不动作,就使未发生故障的QF3、QF4支路保持供电)。 如果QF2和QF1都是A类断路器,则F点发生短路,短路电流值达一定值时,QF1、QF2同时动作,QF1断路器回路及其下的支路全部停电,就不是选择性保护了。 能够实现选择性保护的原因是,QF1为B类断路器,它具有短路短延
15、时性能,当F点短路时,短路电流流过QF2支路,也流过QF1回路,QF2的瞬时动作脱扣器动作(通常它的全分断时间不大于0.02s),因QF1的短延时,QF1在0.02s内不会动作(它的短延时0.1s或0.2、0.3、0.4s)。在QF2动作切断故障线路时,整个系统就恢复了正常。 家用和类似场所的保护(过去又称它为导线保护或照明保护),也是一种小型的A类断路器,其典型产品有C45N、PX200C、HSM8等等。 配电(线路)、电动机和家用等的过电流保护断路器,因保护对象(如变压器、电线电缆、电动机和家用电器等)的承受过载电流的能力(包括电动机的起动电流和起动时间等)有差异,因此,选用的断路器的保护
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