电气设备选择条件.doc

变电所高压电气设备选择(seleetion of high voftage eleetrie equipments in substation)选 择变电所内主变压器、电抗器、断路器、隔离开关、进 雷器等主要高压电气设备应满足的各项条件.并通过 设备选型和设备额定参数选择来满足这些条件。通常 高压电气设备应满足的主要条件是:使用环境条件; 正常运行和故障情况下的基本技术条件;完成设 备本身主要功能的特殊技术条件。这些条件包括使用 环境及电力系统对设备的要求，也包括必须限制设备 本身对环境造成不良影响的要求。 使用环境条件它包括海拔高度、环境温度、日温 差、风速、相对湿度、日照强度、搜冰厚度、地震基本 烈度等自然环境条件;污秽等级、电晕及无线电干扰、 嗓声等环境保护条件;机械负荷条件。 海拔高度高压电气设备通常按海拔高度镇100 m的条件设计，称为普通高压电气设备。当海拔高度 超过1000m时，空气密度降低、气温下降、日温差变 大和日照强度增加等因素将对电气设备产生影响。空 气密度降低将使高压电气设备的外绝缘水平下降;温 升增加，还将使断路器的载流量下降.因此当海拔高度 超过looom时，高压电气设备的性能应按所处地区的 海拔高度进行修正，通常用海拔高度修正系数表示。一 般情况下，气温降低可以抵消温升和日照强度增加的 影响，因此高海拔电气设备的额定电流值变化不大。主 要是高海拔电气设备的外绝缘水平，必须按照所处地 区的海拔高度进行修正。 环境温度指最高环境温度和最低环境温度，它 们是高压电气设备所在地区气象站于一年中所测得最 高和级低沮度的多年平均值.是形响商压电气设备翰 出容t，使用寿命和性能的重要因素之一通常规定屋 外高压电气设备的最高环境温度为+40，最低环境 通度为一25。屋内高压电气设备的最高环境温度为 +40，最低环境温度为一10.当使用环境温度超过 上述规定范围时，偏要在制造上对高压电气设备采取 相应的措施.对sF6绝缘的高压断路器，应注意最低环 境温度，因为SF。气体在严寒地区会出现液化现象，使 断路器的开断能力下降. 日渔差指每日最高环境温度与最低环境温度之 差.它主要形响高压电气设备绝缘、密封以及操动机构 箱内气体干燥度等性能.当日温差大时，会使高压电气 设备的瓷套甘密封件的性能变坏，造成设备诵气、诵 油，使设备操动机构箱和控制箱内的空气潮湿，端子排 上出现结礴现象，严重的会引起二次端子闪络的事故。 通常规定高压电气设备的日温差为25. 风速它主要形响高压电气设备的机械强度.一 般取离地10m高、30年一遇、lomin平均最大风速。通 常规定高压电气设备的最大风速为35m/s。当使用地 区最大风速超过上述规定时，需要采取降低安装高度、 加强基础固定等措施。 相对湿度指日平均相对湿度、月平均相对湿度。 它们主要影响高压电气设备的绝缘性能。当相对湿度 过大时，会使高压电气设备的绝缘性能下降，外礴的金 属部件锈蚀，严重时会影响设备的安全运行。通常规定 商压电气设备日平均相对湿度(95%，月平均相对湿 度成90%。 日照强度指太阳照射在地面上的日光强度。它 是形响屋外高压电气设备额定电流的重要因素之一。 屋外高压电气设备有许多裸礴在外面的金属部件，在 太阳辐射下会使电气设备的温度升高，影响电气设备 允许的额定电流，电压等级越高，影响越大。特别是高 压隔离开关，强烈的太阳辐射会使隔离开关的触头产 生过热现象.通常规定屋外高压电气设备的日照强度 为0. IW/c mZ。一般高压电气设备制造厂用提高设计 时计算最高环境温度或增大额定电流值进行温升试验 的方法计及日照强度对高压电气设备发热的影响。 搜冰厚度它主要影响高压电气设备的机械强度 和外绝缘强度.特别是高压隔离开关，严重夜冰会引起 其绝缘瓷柱的对地闪络和隔离开关正常的合、分闸操 作，必须进行高压隔离开关的破冰试验。通常规定一般 地区高压电气设备的砚冰厚度为10 mm，重冰区的搜 冰厚度为20 mm. 地震墓本烈度它是影响高压电气设备机械强度 的主要因素。地屁对高压电气设备的影响主要是地震 时地面运行最大加速度和地屁波的频率、波形及持续 时间，其中危害最大的是地面水平加速度.通常将耐受 地展基本烈度7度及以下的高压电气设备称为普通型 设备，它不藉要采取防展措施。而耐受地展羞本烈度8 度及以上的设备称为抗屁型高压电气设备.对高压断 路器和隔离开关等电气设备应在地展试脸台上进行真 型抗展试脸，而电力变压器自皿达到几百吨，无法进行 实际的振动试验，应按上述条件进行理论计算。 污秽等级它主要形响高压电气设备的外绝缘性 能.沿海地区的盐雾、化工厂及矿山排向大气中含金 属物的烟气、各种有害物质的尘埃都会积琅在所处地 区高压电气设备外瓷套管的表面，在出现小雨或有雾 的季节，使外瓷套管出现爬电和沿面闪络的现象，影 响高压电气设备的安全运行.根据离压电气设备污闪 事故多年的统计运行经验，中国将变电所环境污区分 为五个等级:0级污秽区为清洁区;I级污秽区为轻 度污染区，等值附盐密度(0.06mg/cm，爬电比距 1.6 cm/kV(爬电距离/最高电压);万级污秽区为中等 污染区，等值附盐密度0.06010 mg/em，爬电 比距2.0 cm/kV;.级污秽区为较严重污染区，等值 附盐密度o10o25 mg/em，爬电比距2.5 em/ kV，W级污秽区为严重污染区，等值附盐密度0.25 o35 mg/emZ，爬电比距3.2 em/kV。可按照上述 规定的爬电比距确定各种污秽地区商压电气设备外瓷 套管的爬电距离.为了防止出现因瓷裙间距过小导致 外瓷套管有效爬电距离降低的问题，IEC规定高压电 气设备外瓷套管相邻两个瓷裙之间的垂直距离30 mm。由于制造上的原因，通常500 kV高压电气设备 只有。级I级污秽等级的产品，Iv级污秽等级500 kV瓷套管制造难度很大，一般不生产此类产品. 电晕及无线电干扰高压电气设备的工作电压较 高，容易使其带电导体周围的空气产生游离，出现电晕 现象，形成电晕损耗、发热以及噪声等不利的影响。此 外这些高压带电导体都是无线电干扰源，当它们周围 表面的空气发生电晕游离时，形成了许多相当于小无 线电发射源的电晕脉冲，产生了无线电干扰波，沿着变 电所的导线(纵向)和空气(横向)向外传播，制造了 对周围的电磁影响。因此必须对高压电气设备的电晕 及无线电干扰水平加以限制。 一般情况下，110 kV及以下高压电气设备不会出 现电晕现象，因此通常规定220 kV及以上高压电气设 备在1.1倍最高相电压下，晴天夜晚不应出现可见电 晕。330 kV及以上高压电气设备在1.1倍最高相电压 下，无线电干扰电压应小于250。料v。多年运行经验和 大量实侧结果表明，满足上述条件的高压和超高压变 电所不会对周围居民区造成不良的电磁影响。 嗓声高压电气设备在运行时会产生电晕、机械 和空气动力性各种不同的噪声。主变压器、电扰器和隔 离开关等高压电气设备产生连续性噪声，断路器在正 常运行时噪声很小，在操作时会产生很大的噪声，它是 非连续性噪声。特别是集中式空气压缩机，噪声大，又 是连续性，危害最大。噪声过大时，会使变电所值班人 员精神涣散，影响正常安全运行，甚至还会影响周围居 民区的正常生活。因此必须对高压电气设备的噪声水 平加以限制，主要是控制主变压器、电抗器和隔离开关 的连续嗓声水平和断路器操作时的瞬间非连续性噪声 水平。 通常规定主变压器、电抗器外壳边缘Zm处的连 续嗓声应小于8085 dB，SF。断路器设备边缘Zm处 的非连续性噪声应小于85 dB。在变电所除了限制高 压电气设备产生的噪声水平以外，还采取在主变压器 或电抗器的四周设!防噪声的隔音壁以及将空气压缩 机单独安装在边远的屋内等措施，降低变电所的整体 噪声水平。 机械负荷条件它主要影响高压电气设备的机械 强度。在实际运行中与高压电气设备接线端子相连接 的导线将产生机械力，通常称为设备端子拉力，它由连 接导线的弧垂、跨距及各种状态的荷载等因素决定。设 备端子拉力包括水平、垂直及横向三个方向，它们对电 气设备瓷套管的根部产生弯矩，形成弯曲应力.高压电 气设备必须满足这些外加的机械负荷条件。根据各级 高压配电装置中设备连接导线典型的布置方案，通常 分成两类:第一类是主变压器和电抗器，与它们相连接 的导线档距较小，弧垂较大，因此设备端子拉力较小。 第二类是断路器、隔离开关等电气设备，与它们相连接 的导线档距较大，弧垂较小，因此设备端子拉力较大。 甚本技术条件它是各种高压电气设备在正常运 行和故障情况下需要共同满足的技术要求。包括额定 电压、额定绝缘水平、额定电流、额定短时耐受电流及 时间、额定瞬时峰值耐受电流、局部放电量、短时工频 过电压能力及持续时间等参数。 额定电压它是表征高压电气设备对长期作用在 其上面工频电压耐受等级的参数。通常要求高压电气 设备的额定电压与其安装地点电力系统的标称电压相 一致，但是对某些有特殊定义的高压电气设备除外，例 如在中性点有效接地系统中的金属氧化物避雷器的额 定电压一般低于安装地点电力系统的标称电压，但是 要求金属氧化物避雷器的持续运行电压大于电力系统 的最离相电压.在一些特殊情况下，例如高海拔地区或 箱要操作大容量电容器组而又选不出合适的断路器 时，可以选用比电力系统标称电压高一级的断路器。 羞准冲击绝缘水平(BIL值)它是表征高压电气 设备绝缘性能最基本的参数。播要根据电力系统可能 出现的各种操作过电压和工频过电压值以及绝缘保护 装工的保持特性进行绝缘配合计算，并参照电力系统 的多年运行经验，确定电气设备的BIL值。例如20世 纪8。年代初期中国第一批500 kV变电所电气设备的 BIL值为1 550 kV(峰值)，到90年代初期第二批500 kV变电所的电气设备，考虑到500 kV电力系统已经 形成，结构比较紧密，过电压水平有所降低，特别是采 用了保护特性优良的500 kV金属氧化物避雷器，又具 有BIL为1550 kV多年的运行经验，因此500 kV电 气设备的BIL值下降为1425 kV，运行良好. 额定电流它是表征高压电气设备正常运行长期 工作时通流能力的参数。通常规定高压电气设备的额 定电流应不小于回路中可能长期出现的最大工作电 流。对于户外高压隔离开关，因其触头攀礴在空气中， 长期运行以后，触头会发生氧化或受污秽影响，使触头 温升偏高，因此在选择其额定电流时通常应留有适当 的裕度。在某些特殊情况下，例如电容器组回路中的断 路器、隔离开关、电流互感器、串联电扰器等高压电气 设备额定电流的选择，应考虑电容器组的过电流能力、 过电压能力以及实际安装容量的制造误差等因素的影 响，它们的额定电流应等于电容器组额定电流的1.35 倍。 额定短时耐受电流及时间它们是表征高压电气 设备在故障情况下短时间热稳定性能的参数，又称为 额定热稳定电流及额定热稳定时间。通常规定高压电 气设备额定短时耐受电流应不小于在故障情况下流过 回路的最大短路电流交流分量有效值。由于导体发热 取决于电流和时间两个因素，因此还规定额定热稳定 时间应不小于切除故障系统后备保护的动作时间。根 据电力系统各级后备保护典型的整定时间，通常规定 no kV及以下高压电气设备的额定热稳定时间为 35，22。500 kV高压电气设备的额定热稳定时间为 25.按照上述的定义，断路器的额定短时耐受电流等 于额定开断电流。 额定瞬时峰值耐受电流它是表征高压电气设备 在故障短路电流作用下动稳定性能的参数，又称为额 定动稳定电流。通常规定高压电气设备额定瞬时峰值 耐受电流应不小于在故障情况下流过回路的最大短路 电流峰值，需要计及短路电流交流分量的峰值和直流 分量。通常额定瞬时峰值耐受电流为额定短时耐受电 流的2.55倍。变压器不采用额定瞬时峰值耐受电流这 个参数，而是直接采用变压器各侧绕组安装地点电力 系统的允许短路容量来表征它的短路动稳定强度。 局部放电t它是高压电气设备表征在长期工作 电压下，对其绝缘产生长期影响的参数。高压电气设备 由于设计、制造工艺及运行维护等间题，都可能导致设 备内局部的电场强度过高，产生局部放电。对于具有干 式绝缘的电气设备会使导体表面绝缘中的气隙产生气 睐局部放电.对具有油浸式绝缘的变压器、电抗器及电 流互感器等会产生油中局部放电.这些局部放电都是 长期作用在高压电气设备工频电压引起的，它将对设 备绝缘产生长期的影响，过高的局部放电量将加速绝 缘老化，降低设备绝缘强度，缩短设备的使用寿命，甚 至会导致绝缘击穿、设备损坏。 通常规定新出厂的500 kV变压器和电抗器在 1.5倍最高相电压下，绕组的局部放电量应不大于 soopC，套管的局部放电量应不大于lopC。500 kV电 容式电压互感器和电流互感器在1.1倍最高相电压 下，局部放电且应不大于10PC。 短时工频过电压能力及持续时间它是表征高压 电气设备承受电力系统产生的短时工频过电压能力的 参数一般将高压电气设备分成两类，第一类是对工频 过电压比较敏感的设备，如带铁芯的变压器和电抗器 等设备，当发生短时工频过电压时，铁芯迅速地饱和， 产生过励磁现象，含高次谐波的过励磁电流很快增加， 它将引起铁芯及其附件和线圈出现过热现象。此外，由 于无间晾金属氧化物避雷器的电阻片具有非线性特 性，因此在工频过电压下电流会迅速增加，导致电阻片 过热，严重时会使电阻片损坏。第二类是对工频过电压 不敏感的设备，如不带铁芯的断路器和隔离开关等设 备，短时工频过电压将形响它们的绝缘特性，影响较 小。这些问题对330kV及以上的电气设备尤为突出。 必须采取安装高压并联电抗器等措施对电力系统可能 出现的最大短时工频过电压倍数及持续时间加以限 制。 特殊技术条件它是各种高压电气设备为完成其 主要功能需要单独满足的技术要求。包括设备选型和 设备参数选择两部分内容。 主变压器主要特殊技术要求相数选择。主变 压器有单相、三相两种型式。其选择的基本原则是在不 受运翰条件限制时应尽童采用三相变压器，因为它比 3台单相变压器经济、布置紧凑、占地面积小。通常330 kV及以下主变压器都采用三相变压器。对于500 kV 主变压器的相数，运翰条件是关键因素，中国在20世 纪80年代建设初期由于受铁路运输条件限制，基本上 都采用单相500 kV变压器，但是进人到90年代中期 随着公路运翰条件的大力改善，开始使用500 kv三相 变压器。调压方式选择.主变压器有无载调压、有载 调压两种调压方式。其选择的基本原则是优先采用结 构简单、维护方便、运行安全的无载调压方式，只有在 变电所母线电压波动范围超过无载调压范围时才采用 有载调压变压器。通常在一些电压波动大的220 kV大 容t枢纽变电所还采用有载调压方式，而在更高一级 电压的500 kV变电所目前已较少采用有载调压变压 器.主要是因为有载调压装工电气寿命短、检修颇萦， 质量不易保证，而且价格昂贵.通常用投切无功补偿装 t的方法满足保证电压质量的要求。冷却方式选择. 主变压器有自冷、风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环 水冷等各种冷却方式。它主要根据主变压器的容t、安 装地点等条件进行选择。容量较小的主变压器一般采 用自冷方式安装在地面上的大容量主变压器采用强 迫油循环风冷方式;而安装在城市地下的大容量主变 压器考虑防火等因素，采用强迫油循环水冷方式。铁 芯型式选择。主变压器有内铁芯和外铁芯两种形式。20 世纪90年代以前中国大量采用内铁芯变压器，它具有 拆换绕组方便、容易检修等优点，符合中国对主变压器 需要吊芯检查的检修方式。中国变压器制造厂也只单 一的生产内铁芯主变压器。20世纪90年代以后随着 进口500 kV主变压器的增加，在中国一些重点工程中 开始采用进口的外铁芯500 kV主变压器，它具有节省 铜材，可以分割运翰、现场组装成整体等优点.对于这 两种铁芯型式可以根据工程的具体条件分别加以选 用。 断路器主要特殊技术要求型式选择。高压断 路器按绝缘介质不同有少油、多油、空气、真空、SF6 等各种不同型式。通常要求根据电压等级、倾定工作电 流及开断电流、经济性等各种条件对高压断路器进行 设备选型。一般在35kV变电所尽量采用价格低并带 套管电流互感器的少油断路器.在110 kV变电所开断 能力能满足要求时选用少油断路器，以取得其经济性， 对于开断能力要求高的110 kV变电所和220330 kV枢纽变电所则选用SF断路器。对500 kV变电所 均选用结构简单、可靠性高的SF。断路器.对于35kv 投切电容器组和电抗器组的断路器通常选用真空断路 器或六氛化硫断路器。正常开断能力。它是表征高压 断路器完成最基本开断电流功能的重要参数。包括额 定开断电流、开断空载长线路充电电流、开断小电感电 流。在这些条件下不仅要求断路器灭弧室可靠的灭弧， 而且要求断路器不重燃，以限制操作过电压倍数。特 殊开断能力。它是表征高压断路器在一些特殊情况下 开断短路电流的特性参数。包括并联开断、失步开断、 发展性故障开断和近区故障开断等。其中并联开断是 指采用一个丰断路器接线、三分之四断路器接线、多角 形接线和双断路器接线的断路器，在线路或变压器发 生短路故障时需要跳开两台相邻的断路器，才能切除 短路故障。超前动作的断路器因弧道电阻的存在将大 部分短路电流转移给滞后动作的断路器，突然加大的 短路电流在已经拉长的弧柱中产生很高的能量，断路 器应经受住这种考验，对断路器的动、热稳定性能提出 了新的要求。 隔离开关主要特殊技术要求型式选择