第9章电气设备选择 教学要求:熟悉电器和载流导体发热及电动力效应的计算:掌握电气设备的一般选择条件和具 体设备选择校验的主要内容:掌握主要设备的选择条件、方法和技巧 电气设备的长期与短时发热 1、发热的影响 (1)机械强度下降 (2)接触电阻增加 (3)绝缘性能降低 2、两种发热状况: 长期发热一一正常工作情况下的持续发热 短时发热一一故障情况下的短时发热 3、短时发热量的计算公式 Q=2dm+()=2+Q 周期分量:Q,=1(2+102+1) 非周期分量:QA=Tnn2 表9-1不同短路点等效时间常数Tn的推荐值 短路点 T (s) 0.25 水轮发电机端 0.19 主变容量>100MVA 高压侧母线 主变容量=40~100MVA 4、热稳定的校验 电器和载流体的电动力效应 1、电动力效应一一载流导体之间产生电动力的相互作用 2、短路电流所产生的巨大电动力的危害性: (1)电器的载流部分可能因为电动力而振动,或者因电动力所产生的应力大于其材料允 许应力而变形,甚至使绝缘部件或载流部件损坏
第 9 章 电气设备选择 教学要求：熟悉电器和载流导体发热及电动力效应的计算；掌握电气设备的一般选择条件和具 体设备选择校验的主要内容；掌握主要设备的选择条件、方法和技巧。 一、电气设备的长期与短时发热 1、发热的影响： (1)机械强度下降 (2)接触电阻增加 (3) 绝缘性能降低 2、 两种发热状况： 长期发热——正常工作情况下的持续发热 短时发热——故障情况下的短时发热 3、短时发热量的计算公式 zt fzt t Qdt = I ztdt +Tfi I z = Q +Q 0 2 2 ( ) 周期分量： ( 10 ) 12 2 2 ( 2) 2 zt z z t zt I I I t Q = + + 非周期分量： Qfzt = 2 fi z T I 表 9-1 不同短路点等效时间常数 Tfi 的推荐值 短 路 点 Tfi (s) 汽 轮 发 电 机 端 0.25 水 轮 发 电 机 端 0.19 高压侧母线 主变容量>100MVA 0.13 主变容量=40～100MVA 0.11 远 离 发 电 厂 处 0.05 4、热稳定的校验 二、 电器和载流体的电动力效应 1、电动力效应—— 载流导体之间产生电动力的相互作用 2、短路电流所产生的巨大电动力的危害性： （1)电器的载流部分可能因为电动力而振动，或者因电动力所产生的应力大于其材料允 许应力而变形，甚至使绝缘部件或载流部件损坏
(2)电气设备的电磁绕组,受到巨大的电动力作用,可能使绕组变形或损坏。 3、动稳定的校验。 三、电气设备选择的一般条件 #按正常工作条件进行选择,并按短路状态来校验其热稳定和动稳定 1、按正常工作条件选择 1)Ue的选择:U。≥Uc mx 2)1e的选择:gm≤1,(或l) 当周围环境温度O和额定环境温度O不等时,其长期允许电流可按下式修正 0-b L,e-110,-Bo 式中K——修正系数 O,—导体或电气设备正常发热允许最高温度 (当导体用螺栓连接时,θy=0℃) Ig.max的计算: kg1max=1.05/e=1.05 Pe 发电机回路 3× Ecosse 变压器回路 1max=1.05Kg1315 Pmax ←(线损+事故移过来的负荷) g maX= √3× Uecose 出线回路 母联断路器:取最大支路的Ig.max 汇流主母线:接于母线上的主要设备而定 2、按短路条件校验 1)热稳定校验 Qd≤Q 2t≤2 Qd——短路电流产生的热效应;
（2）电气设备的电磁绕组，受到巨大的电动力作用，可能使绕组变形或损坏。 3、动稳定的校验。 三 、电气设备选择的一般条件 #按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验其热稳定和动稳定 1、按正常工作条件选择、 1）∪e 的选择： Ue ≥ Uew U y max ≥ Ug max 2）Ie 的选择： g max I ≤ y I (或 e I ) 当周围环境温度 和额定环境温度 0 不等时，其长期允许电流 y I 可按下式修正 y I = y I 0 − − y y = KI y 式中 K ——修正系数： y ——导体或电气设备正常发热允许最高温度 (当导体用螺栓连接时， y =70℃)。 Ig.max 的计算： 发电机回路： Ue e Pe Ig Ie 3 cos max 1.05 1.05 1 = = 变压器回路： 1 1.3~1.5 Ig max =1.05IeKg 出线回路： ( ) 3 cos max max 线损+事故移过来的负荷 = Ue e P Ig 母联断路器：取最大支路的 Ig.max 汇流主母线：接于母线上的主要设备而定 2、按短路条件校验 1）热稳定校验 Qd ≤ Qr 或 jz I t 2 ≤ I t r 2 Qd ——短路电流产生的热效应；
Q,短路时导体和电气设备允许的热效应 --t秒内允许通过的短时热电流(或短时耐受电流)。 2)动稳定校验 ≤l i、Ⅰ,—一短路冲击电流幅值及其有效值 l、l——允许通过稳定电流的幅值和有效值 下列几种情况可不校验热稳定或动稳定 1)用熔断器保护的电器,其热稳定由熔断时间保证,故可不验算热稳定。 (2)采用有限流电阻的熔断器保护的设备可不校验动稳定;电缆因有足够的强度, 亦可不校动稳定 (3)装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动、热稳定。 3、短路电流计算条件: 1)计算电路图应根据5~10年远景规划 2)校验时应取流过设备的最大可能短路电流 (包括合理确定短路点、最大运行方式、三相短路) 例 fro
Qr ——短路时导体和电气设备允许的热效应； r I ——t 秒内允许通过的短时热电流(或短时耐受电流)。 2）动稳定校验 cj i ≤ dw i 或 cj I ≤ dw I cj i 、 cj I ——短路冲击电流幅值及其有效值； dw i 、 dw I ——允许通过稳定电流的幅值和有效值。 下列几种情况可不校验热稳定或动稳定： （1)用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。 （2)采用有限流电阻的熔断器保护的设备可不校验动稳定；电缆因有足够的强度， 亦可不校动稳定。 （3）装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动、热稳定。 3、短路电流计算条件： 1）计算电路图应根据 5～10 年远景规划。 2）校验时应取流过设备的最大可能短路电流。 （包括合理确定短路点、最大运行方式、三相短路） 例： G～ QF1 2 G1 G2 G～ QF2 1 QF 4 QF3 3 QF5 5 G～ 6 QF4 7 8
#选择发电机、变压器回路的断路器一一应比较断路器前或后短路时通过断路器的电流 值,择其较大者为短路计算点 例如,选择发电机断路器QF1,当A点短路时,流过QF1的电流为G;当2点短路 时,流过的电流为a2+l,若二台发电机容量相等,则la2+lx>la,故应选K2点为QF1 的短路计算点。 #选择母联断路器 应考虑当母联断路器向备用母线充电时,备用母线故障,即K4点短路,此时,全部短 路电流an+la+r流过母联断路器QF及汇流母线。 #选择带电抗器的出线回路 在母线和母线隔离开关隔板前的母线引线及套管应按电抗器前人7点短路选择。由于干 式电抗器工作可靠性较高,且电器间的连线都很短,故障几率小,故隔板后的导体和电器一 般可按电抗器后即8点为计算 这样出线可选用轻型断路器,节约投资。 3)短路计算时间、 td=tb+tkd、 裸导体及110k及以下电缆时,tb=主保护动作时间(0.05~0.06s) 电器及110kV及以上充油电缆时,tb=主保护+后备保护时间 tkb一固有动作时间与熄弧时间(0.08~0.12s) 简化公式:td=0.2+t(延时) 四、开关电器的选择 表9-4高压断路器、隔离开关及高压熔断器的选择校验项目 短路关合电 项目额定电压 额定电流 开断电流 热稳定 动稳定 高压断路 1≥1a≥ ≥I ≥l 隔离刀关U≥Um1≥1gm 高压熔断
#选择发电机、变压器回路的断路器——应比较断路器前或后短路时通过断路器的电流 值，择其较大者为短路计算点。 例如，选择发电机断路器 QF1，当 K1 点短路时，流过 QF1 的电流为 G1 I ；当 K2 点短路 时，流过的电流为 G2 I + T I ，若二台发电机容量相等，则 G2 I + T I > G1 I ，故应选 K2 点为 QF1 的短路计算点。 #选择母联断路器 应考虑当母联断路器向备用母线充电时，备用母线故障，即 K4 点短路，此时，全部短 路电流 G1 I + G2 I + T I 流过母联断路器 QF 及汇流母线。 #选择带电抗器的出线回路 在母线和母线隔离开关隔板前的母线引线及套管应按电抗器前 K7 点短路选择。由于干 式电抗器工作可靠性较高，且电器间的连线都很短，故障几率小，故隔板后的导体和电器一 般可按电抗器后即 K8 点为计算短路点，这样出线可选用轻型断路器，节约投资。 3）短路计算时间、 td = tb + tkd、 裸导体及 110 kV 及以下电缆时，tb=主保护动作时间（0.05～0.06s） tb— 电器及 110 kV 及以上充油电缆时，tb=主保护+后备保护时间 tkb—固有动作时间与熄弧时间（0.08～0.12s） 简化公式：td=0.2+t(延时)、 四、 开关电器的选择 表 9-4 高压断路器、隔离开关及高压熔断器的选择校验项目 项 目 额定电压 额定电流 开断电流 短路关合电 流 热稳定 动稳定 高压断路 器 Ue ≥ Uew e I ≥ g max I ekd I ≥ z I gh i ≥ cj i r I ≥ t t I dz dw i ≥ cj i 隔离刀关 — — 高压熔断 器 ekd I ≥ cj I — — —
1、选择高压断路器的步骤 1)选型:3~10kV—SN10-10I、Ⅱ、Ⅲ或SN3-10、 35kVDN8-35、DW12-35、SN10-35(户内)、 110kV—SW4-110、SW6-110GA、500kV-—SF6 操作机构:优先示用电磁式操作机构 Ie≥Ig 3)开断电流c≥/ 4)[Itt]≥I-2tj、[idw]≥ich 2、选择隔离开关步骤: 1)选型:户内式-35kV:GN2、6~10kV:GN6、GN8、GN19、 户外式一6~10kV:GW1、GW8、GW9(专用于主B中性点) ~110kV:GW4、GW5、 2)ue≥Uew、Ie≥Ig 3)[It2t]≥I2t、[idw]≥ich 例9-1选择图9-8中发电机F1的断路器和隔离开关,发电机参数和系统阻抗如图98 所示。主保护t1=0.05s,后备保护tb2=4s =0。243 =100MVA 110kV 60MVA u4=10.5%○ 32M18@e,⑨°,=9 16%
1、选择高压断路器的步骤 1）选型：3～10kV—SN10-10Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ或 SN3-10、 35kV—DN8-35、DW12-35、SN10-35（户内）、 110kV—SW4-110、SW6-110GA、500kV—SF6、 操作机构：优先示用电磁式操作机构、 2）∪e≥∪ew、Ie≥Ig 3）开断电流 ekd I ≥ z I 4） ［It 2 t］≥I∞ 2 tj、 ［idw］≥ich 2、选择隔离开关步骤： 1）选型： 户内式—35kV：GN2、6～10kV：GN6、GN8、GN19、 户外式—6～10kV：GW1、GW8、GW9（专用于主 B 中性点） 35～110kV：GW4、GW5、 2）∪e≥∪ew、Ie≥Ig 3）［It 2 t］≥I∞ 2 tj、［idw］≥ich、 例 9-1 选择图 9-8 中发电机 F1 的断路器和隔离开关，发电机参数和系统阻抗如图 9-8 所示。主保护 b1 t =0.05s，后备保护 b2 t =4s
解:最大持续工作电流gm=1.05l=1804A 因为发电机断路器设在10.5kV屋内配电装置中,故选用VB12-20-40G真空断路器,其 主要参数见表9-5。VB12-20-40G固有分闸时间为0.06s,全开断时间为0.1 开断计算时间 k=bt+bx=0.05+0.06=0.1ls 查运算曲线得短路电流并换算为有名值 "=26.4kA:2)2=15.5kA;2)=19.1kA:lon=20.8kA 短路热稳定计算时间t1=b2+lk=4+0.1=4.ls 因∫(>r(3),故应按二相短路校验热稳定。 0.871"229 1.2 查周期分量等值时间曲线得1=3.8s,由于t>1s,故非周期分量发热可忽略不计 t2=3.8s 隔离开关按额定电压和额定电流选用GN2-10/2000。 断路器和隔离开关选择结果,如表9-5所示。断路器配用CD10-Ⅲ型操作机构。 表9-5断路器和隔离开关选择结果表 十算数据 V122090600210/200 10(kv) 12(kV) 10(kv) l804(A) 2000(A 2000(A) ekd (kA) 78.5(kA) 100(kA) 12t1.1×3.80·s)r2t 40×3(kA·s) 362×5(kA2·s) lg 8.5(kA) 100(kA) 85(kA)
解： 最大持续工作电流 g max I =1.05 e I =1804A 因为发电机断路器设在 10.5kV 屋内配电装置中，故选用 VB12-20-40G 真空断路器，其 主要参数见表 9-5。VB12-20-40G 固有分闸时间为 0.06s，全开断时间为 0.1s。 开断计算时间 k t ＝ b1 t + gf t =0.05+0.06=0.11s 查运算曲线得短路电流并换算为有名值： z I =26.4kA； (3) I =15.5 kA； (2) I =19.1kA； 0.11 I ＝20.8kA。 短路热稳定计算时间 r t ＝ b2 t + kd t =4+0.1＝4.1s 因 (2) I > (3) I ，故应按二相短路校验热稳定。 1.2 19.1 0.87 22.9 (2) (2) (2) (2) = = = = I I I I z z 查周期分量等值时间曲线得 z t ＝3.8s，由于 r t >1s，故非周期分量发热可忽略不计， dz t =3.8s。 隔离开关按额定电压和额定电流选用 GN2-10/2000。 断路器和隔离开关选择结果，如表 9-5 所示。断路器配用 CD10-Ⅲ型操作机构。 表 9-5 断路器和隔离开关选择结果表 计算数据 VB12-20-40G GN2-10/2000 U 10（kV） Ue 12(kV) 10(kV) g max I 1804(A) e I 2000(A) 2000(A) z I 20.8(kA) ekd I 40(kA) — cj i 78.5(kA) eg i 100(kA) — dz I t 2 19.12×3.8(kA2 •s) I t r 2 402×3(kA2 •s) 362×5(kA2 •s) cj i 78.5(kA) dw i 100(kA) 85(kA)
3、选择高压熔断器步骤 选型:户内式一RN2、RN6专用于PT保护 RN1、RN3、RN5专用于线路及B;(RN限流型)、 户外式一6~10kV:RW7、RW4、RW3(跌落开关)非限流型、 35kV—RW5专用于线路及变压器、非限流型、 Rw10专用于PT保护非限流型 五、互感器的选择 、电流互感器的选择步骤 选型:根据配置地点、安装方式等选型。 6~10kV (户内式)可采用LA、LQJ、LDZ、LFC 35kV——LR(装入DL)LCW-35(油浸式瓷绝缘) 2)Ue≥Uew Ile>lomax Od×103 Kt≥ duel 2131) 3)热稳校验: Kd≥ (√2lekd≥lh) 动稳校验: 4)准确度等级:供计费电度表用0.5级,保护用:3级:D级 副边容量校验:<二次负载额定阻抗。 2、电压互感器的选择步骤 选型:根据用途安装地点等来选择。 6~10kV—(户内式)JDJ-6、JSJW-6、JDZJ-10、 35kV——(多用户外式)JDZJ-35、JDJ-35 l10kV——(户外)、串级式:JCCJ-110、 台单相TV及二台单相Tv:用于同期、测量、保护。 台三相五柱式及三个单相TV:用于同期、测量、保护及绝缘监察及单相接地保护。 2)Ule=Uew(线电压)U2e=100V 3)准确度等数选择:应满足二次侧所连接测量仪表对其的最高要求 副边容量校验:计算出负荷<该准确度对应的互感器Sze 六、导体与绝缘子的选择
3、选择高压熔断器步骤 ： 选型：户内式—RN2、RN6 专用于 PT 保护； RN1、RN3、RN5 专用于线路及 B；（RN 限流型）、 户外式—6～10kV：RW7、RW4、RW3（跌落开关）非限流型、 35kV—RW5 专用于线路及变压器、非限流型、 RW10 专用于 PT 保护非限流型 五、互感器的选择 1、电流互感器的选择步骤 1）选型：根据配置地点、安装方式等选型。 6～10kV——（户内式）可采用 LA、LQJ、LDZ、LFC、 35kV——LR（装入 DL）LCW-35（油浸式瓷绝缘） 2）∪e≥∪ew I1e≥Igmax 3）热稳校验： (( ) ) 10 2 2 1 1 3 KtI I tj I Qd Kt e t e 动稳校验： ( 2 ) 2 10 1 1 3 I k d ich I ich Kd e e 4）准确度等级：供计费电度表用 0.5 级，保护用：3 级；D 级 副边容量校验：＜二次负载额定阻抗。 2、电压互感器的选择步骤 1）选型：根据用途安装地点等来选择。 6～10kV——（户内式）JDJ-6、JSJW-6、JDZJ-10、 35kV——（多用户外式）JDZJ-35、JDJ-35、 110kV——（户外）、串级式：JCCJ-110、 一台单相 TV 及二台单相 TV：用于同期、测量、保护。 一台三相五柱式及三个单相 TV：用于同期、测量、保护及绝缘监察及单相接地保护。 2） ∪1e=∪ew （线电压） ∪2e=100V 3）准确度等数选择：应满足二次侧所连接测量仪表对其的最高要求 副边容量校验：计算出负荷＜该准确度对应的互感器 Sze。 六、 导体与绝缘子的选择
1、导体选择 选型:母线户内——硬母线优先采用铝、其次为铜,截面分为矩形、槽型、管型, 布置方式有水平垂直布置及平放、立放之分 户外—一软母线优先采用钢芯铝绞线 电缆:包括线芯材料,电缆绝缘型式、密封层、保护层 2)截面选择 ①按导体长期发热允许电流选择针对汇流母线及L U gmax (电缆无需校验动稳定) 电晕临界电压 2、绝缘子选择 选型:一般选用支柱绝缘子,当需要穿墙过板时,采用套管绝缘子 2)Ue≥Uew在污秽冰雪环境下可选高一级电压 3)Δ穿墙套管需要按电流选择:Ixu≥ Igmax 4)校验套管绝缘子的热稳定:[Itt]≥I-2tj 5)校验动稳固性:Fjs≤0.6Fph(抗弯能力) L≤Lmax
1、导体选择： 1）选型：母线 户内——硬母线优先采用铝、其次为铜，截面分为矩形、槽型、管型， 布置方式有水平垂直布置及平放、立放之分 户外——软母线优先采用钢芯铝绞线 电缆：包括线芯材料，电缆绝缘型式、密封层、保护层 2）截面选择 ① 按导体长期发热允许电流选择 针对汇流母线及 L＜20m 导线 KθIe≥Igmax 屋外—年最高平均湿度 其中： 70 25 70 − − = − − = g xu e g xu K 屋内—最热月平均湿度+5 度 ② 按经济电流密度选择 针对 L≥20m 的导线、 取①②中大者为 S。 （在电流通过时，年运行费用最小） 10 5 max → − = J 通过Tzd查表 Ig Sjn 对于电缆，还应确定电缆根数 ③ 校验热稳定：S≥Smin dz f Z K dz f d f Z K d f I K C I A A I t K S Q K A A C Q K S = − = = − = 2 min min 1 ④校验动稳定：L≤Lmax=K 公式 ⑤电晕电压校验：∪lj＞∪gmax (电缆无需校验动稳定) 电晕临界电压 2、绝缘子选择 1）选型：一般选用支柱绝缘子，当需要穿墙过板时，采用套管绝缘子。 2）∪e≥∪ew 在污秽冰雪环境下可选高一级电压。 3）Δ穿墙套管需要按电流选择：Ixu≥Igmax 4）校验套管绝缘子的热稳定：［It 2 t］≥I∞ 2 tj 5）校验动稳固性： Fjs≤0.6Fph (抗弯能力) L≤Lmax
练习:某电站有三台发电机组,试选择发电机机压母线及支柱绝缘子及电流 ①发电机参数为:Pe=1250kV、Ue=6.3 kv Cmpe=0.8 ②母线布置在高压开关柜柜顶平放。A=25cm、L=120cm ③最热月平均热度为300c,Tzd=4780h ④发生短路时,I"=7423kA,Ix=6403kA,ich=192kA ⑤发电机后备保护时间为tb=2.5S,开关全分闸时间为td=02S 习题与思考题 如图9-14(a)所示接线及参数: (1)设发电机容量为25万kW,最大负荷利用小时Tm=6000h,主保护动作时间t61=0s,后 备保护动作时间t2=4s,母线垂直布置,相间距离为700m,周围环境温度+40℃,试选择 发电机回路母线及断路器QF 2)设10.5kV出线最大负荷为560A,出线保护动作时间tn3=1s,若线路上采用ZN2-10型断 路器,选择出线电抗器L (3)设发电机回路装有下列仪表:电流表三只,有功电力表、无功电力表、有功电度表、无 功电度表、电压表及频率表各一只,电流及电压互感器接线如图9-14(b)、(c)所示,互感 器距控制室为60m,试选择电流互感器TA及电压互感器2TV iRn okv VArh LW100 sFL1-315001 =105 ZNx-10/600 10.5kv TA① 平‰聊 U=10,5kv I=1716A x=136% 图9-14设备选择接线
练习：某电站有三台发电机组，试选择发电机机压母线及支柱绝缘子及电流 ① 发电机参数为：Pe=1250kV、 ∪e=6.3kV Cmpe=0.8 ② 母线布置在高压开关柜柜顶平放。A=25cm、 L=120cm ③ 最热月平均热度为 300c，Tzd=4780h ④ 发生短路时，I″=7.423kA，Ix=6.403kA , ich=19.2kA ⑤ 发电机后备保护时间为 tb=2.5S，开关全分闸时间为 tfd=0.2S 习题与思考题 如图 9-14(a)所示接线及参数： (1)设发电机容量为 2.5 万 kW，最大负荷利用小时 Tmax =6000h，主保护动作时间 b1 t =0s，后 备保护动作时间 b2 t =4s，母线垂直布置，相间距离为 700mm，周围环境温度+40℃，试选择 发电机回路母线及断路器 QF； (2)设 10.5kV 出线最大负荷为 560A，出线保护动作时间 b3 t =1s，若线路上采用 ZN28-10 型断 路器，选择出线电抗器 L； (3)设发电机回路装有下列仪表：电流表三只，有功电力表、无功电力表、有功电度表、无 功电度表、电压表及频率表各一只，电流及电压互感器接线如图 9-14(b)、(c)所示，互感 器距控制室为 60m，试选择电流互感器 TA 及电压互感器 2TV。 图 9-14 设备选择接线图