110kv及以下电气设备选择

1、第七章110kv及以下电气设备选择一、电力变压器1、阻抗电力变压器的阻抗实质就是绕组间的漏抗。从电力系统稳定和供电质量考虑，希望主变压器的阻抗越小越好，但阻抗偏小又会使系统短路电流增加，使高、低压电器设备选择遇到困难或增大投资，另外阻抗的大小还要考虑变压器并联运行的要求。双绕组电力变压器，一般按标准规定值选择，对三绕组电力变压器，其最大阻抗是在高、中绕组间还是在高、低绕组间，要按中、低压侧电压波动要求及短路电流限制来确定。目前国内生产的变压器有“升压型”和“降压型”两种结构。升压型的绕组排列顺序为自铁芯向外依次为中、低、高、所以高、中压绕组间阻抗最大，降压型的绕组排列顺序为自铁芯向外依次为低、

2、中、高所以高、低压绕组间阻抗最大。2、调压方式由于供电电网在运行时会有电压偏移，因而变压器的一个绕组或二个绕组需要设置分接头，用切换分接头的方法来进行电压调整。有两种分接开关，一种是无励磁调压分接开关，它的作用是在一次侧和二次侧均与电网断开的情况下，用以变换一次或二次侧绕组的分接，进行分级调压。另一种是有载调压分接开关，它是在变压器带负载运行中，用以变换一次或二次绕组的分接，改变其有效匝数，进行分级调压。3、变压器绕组的联结方式及其标号三相变压器的一组相绕组或连接成三相组的单相变压器的相同电压的绕组连接成星形、三角形、曲折形时，对高压绕组分别用大写拉丁字母Y、D、Z表示，对中压或低压绕组分别用

3、小写拉丁字母y、d、z表示。如星形联结或曲折形联结的中性点是引出的，则分别以YN或ZN及yn或zn表示。绕组电压间的相位移用钟时序数来表示。取高压绕组的电压矢量作原始位置， 即时钟的12点(或0点)，低压绕组电压矢量所指向的钟点数，就是钟时序数。对于多绕组变压器，高压绕组的电压矢量仍作为参考矢量，按各绕组额定电压的递减次序如高一中、高一低排列接线组别代号和钟时序数。举例1：一台双绕组变压器，高压为中性点引出的星形联结绕组，额定电压为110kV,.低压为三角形联结绕组，额定电压为10.5V，三角形联结绕组上的电压超前于星形联结绕组上的电压30°(钟时序数11)。其联结组标号为YN，d1

4、1。举例2：一台三绕组变压器，高压为中性点，引出的星形联结绕组，额定电压为110kV，中压为中性点引出的星形联结绕组，额定电压为38.5kV，低压为三角形联结绕组，额定电压为10.5kV。两个星形联结绕组的电压是同相位(钟时序数为0)，而三角形联结绕组上的电压超前于其它电压30°(钟时序数为11)。因此，联结组标号为YN,yno,dll。二、高压电器的选择（一）高压电器选择的一般要求1 技术条件（1） 长期工作条件1）工作电压选用电器的允许最高工作电压Umax应高于或等于所在回路的最高运行电压UY，即 高压电器的允许最高工作电压，为其额定电压1015%，一般最高运行工作电压不会超过额

5、定电压的1015%，故按设备的额定电压来选择即可满足要求。2）工作电流选用电器的额定电流Ir应大于该回路的最大工作电流Imax，即Ir>Imax 高压电器没有明确的过载能力，因此在选择其额定电流时，应满足可能运行方式下回路持续工作电流的要求。（2） 短路稳定条件1）短路的热稳定条件电器的热稳定是指当通过短路电流时，其抵抗热力作用的能力。由在电器中所产生而不致使其损坏的热量而定，此热量可由下式求得： 式中 Ith电器的热稳定电流，kAIth热稳定电流作用的允许时间，秒热稳定电流是在一定的时间内，电器各部分不致短时地超过允许温度所能支持的电流值。该电流以及流过的时间，都由电器制造厂提供，一般

6、是给出1秒、3秒、4秒、5秒的电流。电器在短路时间内产生的实际热量。 式中 tf假想时间，秒比较上述二式的右端，可得电器的热稳定应满足下列公式 从电器发热的观点看，如短路电流IK流过电器的时间相对较短时，则此电流允许超过热稳定电流Ith，但不能超过该电器所规定的最大容许电流或称极限电流imax。电器在流过该电流下不致引起其继续工作的最大电流。故对电器而言，无论在怎样短促的时间内，电流均不得超过此值。最大容许电流主要是表明电器的电动力稳定，即其抵抗短路电流的机械作用的能力，且以电器的最弱的元件决定的。对于有线圈的电器（如电流互感器），其最大允许电流不仅表明它们的机械稳定，还表明由于流过短路电流使

7、匝间的电压升高时，其匝间绝缘的电气强度。对于有触头的电器（如断路器、隔离开关），该电流还表明触头的稳定。电器的最大允许电流imax也由电器制造厂提供。2)短路的动稳定条件高压电器的动稳定应满足下列公式 式中ich短路冲击电流峰值，kA Ich短路全电流有效值，kA imax电器允许的极限通过电流峰值，kA Imax电器允许的极限通过电流有效值，kA（3）绝缘水平 高压电器在工作电压和过电压的作用下，电器的内、外绝缘应保证必要的可靠性。电器的绝缘水平，应按电网中出现的各种电压和保护设备相应的保护水平来确定。当所选电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时，应通过绝缘配合计算，选用适当的过电压保护设备

8、。可见国家标准高压输变电设备的绝缘配合GB311.1-97。值得注意的是，国外高压电器设备由于额定电压不完全与我国相同，故其绝缘水平往往低于中国标准，例如我国采用35 kV额定电压等级的电器，在西欧为33kV。国内35 kV高压电器标准为雷电冲击耐压/工频耐压为185/80kV，设备最高工作电压为40.5kV而IEC标准却为170/70kV，36 kV。这点大家在采用国外电器设备时要特别注意。2环境条件（1）温度当电器使用在环境温度与其额定温度不同时，电器的最大允许工作电流要修正。高压电器长期工作时的允许最高发热温度可见钢铁企业电力设计手册上册P541，表13-4。（2）湿度当电器使用在相对湿

9、度超过一般产品的使用标准时，应选用湿热带型高压电器，这类产品的型号后面一般都标有“TH”字样。当电器使用在年最高温度超过+40，而长期处于低湿度的干热地区，应选用干热带型高压电器，这类产品型号后面一般都标有“TA”字样。国产热带电工产品的环境条件可见钢铁企业电力设计手册上册P540表13-3。（3）污秽在空气污秽地区户外安装的高压电器，应根据污秽情况增大电瓷外绝缘的有效泄露比距等措施。发电厂、变电所污秽分级标准见导体和电器选择设计技术规定SDGJ14-86附录二。（4）海拔高度高压电器一般使用条件为海拔高度不超过1000m。超过1000m的地区称为高原地区。高原地区环境条件的特点是，气压低、气

10、温低、日温差大、绝对湿度低、日照强。对电器的绝缘、温升、灭弧、老化等影响是多方面的。在高原地区，由于气温降低是足够补偿海拔对温升的影响，因而在实际使用中其额定电流可与一般地区相同。对安装在海拔高度超过1000m地区的电器外绝缘一般应予加强，可选用高原型产品或用外绝缘提高一级的产品。由于现有110 kV及以下大多数电器的外绝缘有一定裕度，故可使用在海拔2000m以下的地区。（二）高压电器选择的补充要求上节论述了高压电器的四项基本性能，这些性能可以选择串联在电路上的所有电器，这四项性能为1 额定与最高工作电压2 额定电流3 热稳定电流4 通过的极限短路电流下面对主要电器设备再作一些补充要求。1 断

11、路器断路器是电路中最复杂和最重要的电器，它能在带负载的情况下闭合或切断电路，并在短路时能以最快的速度切断故障电路，以保持系统工作的稳定。断路器除须按上述四项性能选择外，还有以下一些性能要求。（1）额定短路开断电流断路器的触头在开始分开瞬间时的短路电流有效值应小于此值。为了求得此短路电流值，必须决定断路器切断的计算时间，也就是短路电流的持续时间，为为后备保护装置动作时间，按具体的装设的保护装置而定，为启动机构，延时机构和执行机构动作时间的总和。tgu为断路器固有分闸时间，thu为燃弧持续时间，两者之和为断路器全分闸时间，可在样本上查出。因此，断路器的额定短路开断电流应满足下列公式Ibr 式中Ib

12、r断路器额定短路电流，kA ISt断路器触头开始分开瞬间的短路电流有效值，kA对于远离电源的用户，使用低速断路器，其实际开断时间等于或大于0.2秒，则按0.2秒的短路电流周期分量有效值I0.2来选断路器。当实际开断时间小于0.2秒时，则按次暂态短路电流有效值I来选择断路器。如采用快速断路器，当实际开断时间小于0.1秒时，或靠近电源处短路时，其开断短路电流还应考虑非周期分量的影响，真空断路属于快速断路器。在采用真空断路器和微机综合保护器时，实际开断时间很可能会小于0.1秒。（2）额定短路关合电流在关合短路电流时，断路器的稳定用额定关合电流来表示，此电流即连接在传动机构上的断路器，在电压等于其额定

13、值时能关合而不致使触头焊接或发生其它损伤的最大电流。此参数对用于自动重合闸的断路器尤为重要。（3）额定操作顺序装有自动重合闸的断路器，应考虑重合闸对额定短路开断电流的影响。我国近期生产的产品，均已按断路器标准通过额定操作顺序（操作循环）的开断电流。对于按一次自动重合闸操作顺序“分-合分-t-合分”（为无电流间隔时间，110kV及以上为0.3s，110kV以下为0.30.5s，t为180s）完成试验的断路器，不必再因重合闸而降低其开断能力有二次重合要求时要与制造厂协商。 对于一些特殊用途的断路器，例如电弧炉或钢包炉用的断路器，因工艺生产需要频繁切合，在电气和机械寿命上，都要满足频繁操作的要求。又

14、如谐波滤波器和功率因数补偿装置断路器也要满足能切合容性电流的要求。2负荷开关 负荷开关主要用以开断和关合负荷电流。与高压熔断器联合使用可代替断路器作短路保护，带有热脱扣器的负荷开关还具有过载保护性能。 负荷开关按前述的四项基本性能来选择外，还要校验额定短路关合电流。由于极限通过电流甚小，往往满足不了企业配电系统的要求。3 隔离开关 隔离开关的主要功用为 （1）将电路的一部分电压隔离 （2）造成良好的看得见的空气绝缘间隔，即有一个明显的断开点。 因此，为便于电器设备的检修或改变供配电系统在运行中的接线(例如双母线系统将负荷从一段母线倒换到另一段母线)时，装设了隔离开关。要特别注意在任何情况下不能

15、用隔离开关来切断负荷电流，以防止相间飞弧而引起事故，必须与相应的断路器作机械和电气联锁。隔离开关按前述的四项基本性能来选已足够。4 高压熔断器 高压熔断器除了要按额定电压、额定电流和极限短路电流选择外，还要校验额定开断电流。熔断器的熔丝在稳定状态发热时，所有其吸收的能量完全散发到周围空间。相当于熔丝此种发热状态的最大电流叫最小熔化电流，样本上叫最小开断电流(以额定电流倍数来表示)，在该电流时，理论上的熔化时间为无穷大，当电流增加时，熔化时间减少，为反比延时特性，其安一秒特性曲线见下图。具体型号熔断器的安-秒特性曲线列在样本上。 安秒特性曲线熔断器有限流的与非限流的两大类。在熔丝熔化后，使电流在

16、未达到其最大值之前，立刻减小到零的熔断器叫限流断路器，下图示出该熔断器工作时，电路中电流的示波图。限流熔断器示波图当电流为i时，熔丝即蒸发，间隙被打穿，电弧开始燃烧，在限流熔断器中，电流没有达到最大值Im，而相反的却从i开始下降，迫使电流在自然到零值前下降到零，充有石英砂的熔断器即属于限流熔断器。非限流的熔断器在熔丝蒸发后，电弧中电流达到其最大值，最好的情形是第一次过零时电弧熄灭，也可能在经过几个半周后熄灭。由于熔断器切断的时间很快，因此在导体的电器选择设计技术规定SDGJ14-86第条规定：“用熔断器保护的导体和电器可不验算热稳定；除用有限流作用的熔断器保护者外，裸导体和电器的动稳定仍应验算

17、”。5 限流电抗器限流电抗器是用来限制短路电流的，它尚能在配电网络中发生短路时，维持母线上的电压（剩余电压）不致太低而影响其它用户，但正常工作时要求在电抗器上的电压降不要过大。下图示出正常工作时与在电抗器后短路时电压降的分配情况。因电压降主要产生在电抗器上，故母线上能维持足够高的电压。 电压分配图根据上述要求，选择限流电抗器时，第一步根据需要的限流值来选出电抗器的参数，再来验算其剩余电压和压降是否满足要求。其计算系统见下图。 选择限流电抗器系统图（1）限流电抗器电抗百分数xk%的选择"=或 上式是以Uj、Ij为基准的，将它换算到以电抗器额定参数为基准时为将上述X*K式代入上式得 式中

18、电抗器在额定参数下的电抗百分数 电抗器前的系统以Uj、Ij为基准的电抗标幺值 Uj基准电压，连接电抗器回路的平均电压，kVIj基准电流，kAUek电抗器的额定电压，kVIek电抗器额定电流，kA I"电抗器后短路时次暂态短路电流有效值，kA （2）剩余电压百分数uk%的校验，一般要求为额定电压的6070% uK%=而 xk=故 uk%= (3)正常工作时电抗器上压降百分数U%的校验，一般要求不大于额定电压的5%U% = 式中Ig正常通过的负载电流，kA负载功率因数角，一般取cos=0.8, sina=0.6例某变电所10kV母线上的短路容量为500MVA，I"=38.5 k

19、A，设计要求在馈电线后的短路容量降低至200MVA，I"=11kA，请计算限流电抗器的参数，馈电线上正常的负载电流为800A，cos=0.8,请校验短路后10kV母线的剩余电压值和正常工作时电抗上的电压降。解：取Sj=100MVA,Uj=10.5kV,Ij=5.5kA电抗器前系统的电抗标幺值为取按公式得故选6%标准电抗器验算10kV母线剩余电压 6电抗器的电抗幺值为电抗器后短路时的次暂态短路电流为按公式得满足60以上的要求验算正常工作时电抗器上的压降按公式得电压降小于5%满足要求6 电压互感器（1）型式电压互感器常用的有油浸绝缘电磁式、树脂浇注绝缘干式以及电容式三种结构型式，110k

20、V及以下的，通常都采用前两种型式。安装在35kV及以下成套高压柜内的电压互感器，为节约占用空间，一般为树脂浇注结构，而35110kV的配电装置，则采用油浸式结构。电压互感器又有单相双绕组、单相三绕组、三相三柱式双绕组、三相五柱式三绕组等，按不同的需要来选用。（2）接线方式常用的接线方式有以下几种1） 一个单相双绕组电压互感器供仪表和继电器接于一个线电压，用于备用电源进线侧的电压监视，或备用电源自投后自动复归的场合。电压互感器的二次绕组一端接地。2） 两个单相双绕组电压互感器接成V-V型供仪表和继电器接于a-b，b-c两个线电压，用于主接线较为简单的变电所。这种接线不能接绝缘检查电压表。电压互感

21、器二次侧b相接地。3） 三个单相双绕组电压互感器接成星-星形，高压侧中性点接地供仪表和继电器接于三个线电压，也可接绝缘检查电压表。如高压侧系统中性点直接接地，则可测系统的相电压，如高压侧系统中性点不接地或经阻抗接地，则测得的是相对地电压而不是相电压。电压互感器二次绕组中性点接地。4） 一个三相三柱式电压互感器供仪表和继电器接入线电压和相电压。这种电压互感器在电网中性点不接地的情况下，不能测量相对地电压，因为电压互感器一次侧的中性点不能接地，如接地的话，则在回路发生单相接地时，零序磁通相位重合，只能经过空气与铁壳形成通路，磁阻很大，故零序电流也较大，这种不正常情况长期使用，会由于绕组的过热，将损

22、坏互感器。因此，为避免接线不当，接成星-星的三相三柱式电压互感器的一次绕组无引出的中性点。5） 一个三相五柱式电压互感器主二次绕组接成星形，供仪表和继电器接入线电压和相电压。如高压侧系统中性点直接接地，则可测系统的相电压。如高压侧系统中性点不接地或经阻抗接地时，则测得的是相对地电压而不是相电压。剩余电压绕组接成开口三角形，构成零序电压滤过器，供接入保护继电器和接地信号（绝缘检查）继电器。6） 三个单相三绕组电压互感器一次绕组接成星形，主二次绕组也接成星形，剩余电压绕组接成开口三角形，使用范围与上述五柱式电压互感器相同。 (3)电压、容量和准确度 1)电压互感器的一次侧电压应等于电网的额定电压，

23、当采用三个单相互感器接成星形连接时，每一单相互感器的一次侧电压应为电网的额定相电压，即额定电压的。 电压互感器的二次侧电压，当采用单相互感器接于一个线电压或VV接法时为lOOV，接成星一星接法时为V。当采用三相互感器时为lOOV。对于有剩余电压绕组的电压互感器，其第三绕组的电压，当采用单相互感器而电网中性点不接地或经小电阻接地时为V。电网中性点接地时为lOOV，当采用三相互感器时均为V。 2)电压互感器的额定容量与其准确度等级有关。样本上列出在不同准确度下的额定容量，并列出其最大容量。最大容量是按允许发热条件而确定的，当电压互感器以最大容量工作时，就没有准确度可言了。 3)电压互感器的准确度是

24、根据其所按表计的要求来选择。电力装置的电测量仪表装置设计规范GBJ-63-90规定了各类表计的精确度要求。当电压互感器所接负荷及其最高精确度仪表确定后，即可计算电压互感器的相负荷，作为选择其容量的依据。7 电流互感器（1）型式 电流互感器有瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构，35 k V及以下成套高压柜内的电流互感器，大都采用树脂浇注绝缘，而35220 k V非成套供应的配电装置，一般采用油浸磁箱式绝缘。有条件时，应尽量采用组装在变压器套管内或穿墙套管内的电流互感器。（2）参数选择 电流互感器除按其一次绕组额定电压和额定电流选择，并满足动热稳定要求外，还要正确选择以下附加特性。 1) 二次额定电流二

25、次额定电流有5A和1A两种，强电回路一般常用5A。2）准确度准确度是根据它的用途选择的，规范中规定了各类表计和继电保护对准确度的要求。电流互感器准确度的表示方式为：当用于测量表计时，例如0.5FS5，则表示在额定负载、额定电流时误差为0.5%，FS为饱和倍数，Fs后的数字5，意即铁芯在5倍额定电流时饱和，以防止大倍数的短路电流流过时将表计的指针打弯。当用于继电保护时，例如10P10，则表示在额定负载下、10倍额定电流时误差为10%，P为保护的意思，意即10倍额定电流时铁芯仍有较好的线性，可充分提供继电保护的电流，因此字母P或FS前的数字越小准确度越高，后的数字越大则铁芯线性范围越大。3）额定二

26、次容量额定二次容量相当于误差不超过准确度所限制的负荷伏安数，例如某电流互感器0.5准确度额定容量为20VA，则在该电路内所接表计和连接导线等的负荷总和不能超过20VA。三、中性点设备选择1、中性点接地方式(1)经消弧线圈接地感性电流与容性电流向量相反，为180° (2)经电阻接地阻性电流与容性电流向量差90°2、中性点设备(1)消弧线圈1)补偿容量Q=KLC (7-2-15)式中Q补偿容量KVAK系数，过补偿取1.35Un电网的额定线电压kVIc电网的电容电流A 2)电容电流IC的估算架空线路IC=(2.73.3)L× (7-2-16)式中L架空线路长度

27、2.7系数，用于无架空地线3.3系数，用于有架空地线同杆双回线的电容电流为单回路的1.31.6倍，上式可简化为IC=电缆线路IC=0.1 即IC=3)变电所增加的接地电容电流见指导书 表7-2-134)中性点位移电压 (7-2-18)式中： 消弧线圈投入前，中性点的不对称电压，取0.8%相电压 阻尼率，IR为漏泄电流脱谐度，=为了维持三相对地电压的对称平衡，对Uo应加以控制，即中性点长时间位移电压不能超过相电压的15%。5)接入方式)直接接在变电站主变压器的中性点上 主变为YN接线 主变为YN以上两种接法，消弧线圈的容量不应超过主变三相总容量的50%,且不得大于三绕组变压器的任一绕组容量。如接

28、在YN主变的中性点上，则消弧线圈的容量不应超过三相绕组总容量的20%。)如主变中性点没有引出，由应装设容量相当的接地变压器。(2)接地电阻1)高电阻接地)电阻参数 电阻额定电压1.05× (7-2-19) 电阻值R=×=× (7-2-20) 电阻消耗功率=×I (7-2-21) 式中： R中性点接地电阻值 欧姆 UR系统额定线电压 kV IR电阻电流 A K单相短路时电阻电流与电容电流之比)接地电阻经单相配电变压器接入电阻的额定电压应不低于变压器二次侧电压，一般选用110V或220V。电阻值 (7-2-22)电消耗功率 P= = = = (7-2-23)

29、2)低电阻接地)电阻参数 电阻额定电压 1.05× （7-2-24） 电阻值 = （7-2-25） 电阻消耗功率 I×UR （7-2-26） 式中 RN中性点接地电阻 欧姆 I选定的单相接地电流 A 电阻短时耐受电流按10S时间考虑(3)接地变压器1)系统有中性点引出时用单相接地变的参数接地变额定电压 (7-2-27) 式中 UN发电机或变压器额定一次线电压 kV 接地变压器容量 (7-2-28) 式中 接地变二次侧电压 kV 二次电阻电流 A K变压器过载倍数 (由制造厂提供)2)用三相接地变压器 当系统中性点未引出或没有中性点，如变压器为YNd时，则可接入一台三相接地变压器人为地制造一个中性点。其额定容量应与消弧线圈或接地电阻相匹配。若带有二次绕组还要考虑二次负荷的容量。)用Z型或YN接线Z型 YN ZN(二次绕组带负荷) 接地变容量 接消弧线圈 SNQX (7-2-29) 接电阻 SNPX (7-2-29)用Y/开口接线接地变容量接消弧线圈 SNQ X/3 (7-2-30) 接电阻 SN (7-2-30) 式中 Q X消弧线圈额定容量