城市轨道交通供变电技术课件：电气设备选择

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电气设备选择

【电气设备选择】第1节【短路的基本概念】01一、短路1.短路的定义指供电系统中相与相之间,或在中性点接地系统中相与地之间的不正常连接2.短路的类型短路有三相短路、两相短路、两相接地短路、单相接地短路等多种类型三相短路为对称性短路,其余皆为不对称性短路。单相接地短路和两相接地短路只会在中性点接地系统中发生。单相接地短路发生的概率最高,三相短路最少3.短路产生的原因(1)自然灾害。例如,带电部分遭受雷击,或因风雪引起的倒杆、断线等。(2)恶劣的工作环境。例如,供电设备位于污染严重地区,绝缘子因受污染而发生闪络。(3)设备维护不善。例如,设备绝缘已老化,未及时更换而造成击穿。(4)工作人员违章操作。例如,接触网工带电挂接地线,及未撤接地线就送电等。【电气设备选择】第1节【短路的基本概念】014.短路的危害(1)短路点产生的电弧将烧坏电气设备,或使设备的绝缘损坏(2)很大的短路电流通过导体时,导体间产生很大的电动力。导体及其支持装置产生变形,或遭受机械破坏。(3)短路时,由于系统电压急剧下降,严重危及用户电气设备的正常运行,造成产品报废及设备损坏(4)接地短路时,要产生不平衡电流,干扰通信系统，危及通信设备及人身安全(5)电力系统短路最严重的后果是引起系统解列5.短路的防范措施(1)减少短路发生的可能,根除短路危害(2)限制短路电流,减轻危害程度(3)限制短路电流的危害时间和范围(4)提高发电机的性能,增强系统稳定性【电气设备选择】第1节【短路的基本概念】01二、短路的分析计算1.短路计算的目的为变电所等供电装置的电气主接线及电器设备选择、比较,提供必要的数据;为供电系统继电保护与自动装置的设计、动作参数的整定,提供必要的数据;为保护接地装置的设计以及运行中的事故分析,提供必要的数据。2.短路计算的假设条件(1)电力系统中所有发电机电势相角都相同,发电机间无交换电流。(2)电力系统中元件的磁路不饱和,即系统中元件参数恒定不变,为线性电路(3)一般将电气元件的电阻忽略不计(4)330kV及以下电压等级的输电线路的电容忽略不计。(5)变压器的激磁电流忽略不计。(6)电力系统是对称的三相系统。(7)短路点没有阻抗,即发生金属性短路。在以上假设的基础上,计算结果稍偏大,一般误差为10%~15%。3.短路计算的步骤已知条件、要求和系统接线图计算所需的等效网络,并变换和化简至最简网络按选定的计算方法进行短路分析和计算【电气设备选择】第2节【标幺值及其应用】01一、标幺值(一)定义任何电气量的标幺值,是该电气量的实际值与一预先选定的同一电气量的基准值的比值,标幺值=实际值(任意量纲)

基准值(与实际值同量纲)(二)表示符号及表示方法标幺值的表示符号,通常是在表示该电气量文字符号的右下角加注*号标幺值的数值有两种表示方法。一种是用实际比值表示,这个数可以表示成小数,也可以表示成百分数;另一种是用百分值表示,即以比值百分数的分子数表示(三)基准值的选择原则及方法1.选择原则,应使由其所得的标幺值符合电路基本定律2.选择方法一种是选发电机额定容量SGN为基准容量,即Sd=SGN;另一种是选Sd=100MV·A。本教材在分析计算中采用后者。【电气设备选择】第2节【标幺值及其应用】01(四)电抗标幺值的换算1.实际值与标幺值的互换2.选取不同基准值时,标幺值的换算(五)标幺值的优点1.标幺值不用折算2.标幺值适用于电路基本定律二、供电系统元件的阻抗及其标幺值(一)同步发电机(二)变压器1.双绕组变压器2.三绕组变压器(三)输电线(四)电抗器【电气设备选择】第3节【三相对称短路的分析计算】01一、由无限大容量电源供电的系统三相短路(一)无限大容量电源无限大容量电源处理的几种情况:(1)电源内阻抗小于短路回路总阻抗的10%时;(2)系统数据不祥时,可以按无限大容量电源处理,估算短路电流最大值;(3)电源与短路点间的电气距离较远(计算电抗Xc≥3.45)时;(4)对于牵引供电系统,电力系统部分(发电厂至牵引变电所间)采用无限大容量电源串接一个外部电抗近似等效。(二)无限大容量系统三相短路时的过渡过程在过渡过程中,短路电流ik由幅值恒定、正弦变化的周期分量ip和以一定的初始值inp0按指数规律衰减的非周期分量inp两部分组成。非周期分量电流衰减到零后,短路的过渡过程结束,进入稳定的短路状态,这时的短路电流就是周期分量电流。无限大容量电源是理想的电源,其输出电压不随输出电流而变化,为一恒定电压。由于电源电势固定不变,当输出电流任意变化,即负载电流任意变化时,输出电压不变,则电源内阻抗必然为零【电气设备选择】第3节【三相对称短路的分析计算】01两种极端情况下的短路电流【电气设备选择】第3节【三相对称短路的分析计算】01(三)有关电气量的计算1.周期分量电流有效值Ip2.短路冲击电流ich3.短路电流的最大有效值Ich4.系统中任意点M的残压UM5.三相短路功率Skt【电气设备选择】第3节【三相对称短路的分析计算】01二、由有限容量电源供电的系统三相短路统中发生三相短路时,同步发电机内部将产生复杂的电磁过渡过程。它的电势和电抗均要发生复杂的变化,这与无限大容量电源电势恒定、内阻为零的情况大不相同。而同步发电机的过渡过程对整个系统的过渡过程起着主导作用,它将影响到短路电流周期分量幅值,使其并非维持不变,而是从某一最大初瞬值逐渐减小到最后的稳态值;与此同时,发电机的电抗不能忽略,它从稳态下的同步电抗转变为相应的暂态电抗。但非周期分量电流的产生原因、变化特性以及影响其变化的因素与前面的分析相同。(一)同步发电机在发生三相短路时的过渡过程同步发电机磁路不饱和、转子对称、短路前为空载,在发电机出线端发生三相短路。【电气设备选择】第3节【三相对称短路的分析计算】01(二)有限容量系统发生三相短路时的过渡过程及电气量的计算有限容量系统发生三相短路时的过渡过程,由发电机的过渡过程决定,与在发电机出线端发生三相短路时的过渡过程完全类似。三、三相短路电流的实用计算法(一)运算曲线(二)运算曲线的应用3.根据电源类型和网络实际情况,确定相应的变化计算方法有效值的方法和步骤如下:根据已知的电力系统接线图和短路点,制定等效网络。2.计算各元件电抗标幺值。(1)同一变化计算法(2)个别变化计算法【电气设备选择】第3节【三相对称短路的分析计算】01发电机能否进行分组合并,按以下几点判断:①至短路点的电气距离大致相等的同类型发电机,可以合并。②至短路点的电气距离较远(Xc>1)的发电机,不论类型是否相同,只要电气距离相近,均可以合并。③彼此无关联(各电源到短路点无公共电抗,通过转移电抗直接与短路点相连)的电源或无限大容量的电源,不宜合并。④至短路点的电气距离相差较大,或电气距离相近但类型不同时,不宜合并。4.按照所确定的变化计算方法(同一法或个别法),将网络化至最简形式。5.求各等效电源至短路点的计算电抗。6.按所要求的时间t和计算电抗Xci,查对应类型发电机的运算曲线,读取该等效电源支路短路电流周期分量有效值的标幺值Ipt*i,并计算其实际值。7.计算短路点总的短路电流周期分量有效值。【电气设备选择】第4节【不对称短路电流的计算】01一、两相短路电流的计算无限大容量电力系统中,同一地点的两相短路电流为三相短路电流的0.866倍,因此在求出三相短路电流后,可利用式直接求得两相短路电流。二、单相短路电流的计算无限大容量系统中或远离发电机处发生两相短路或者单相短路时,它们的短路电流都比同一地方发生三相短路电流小。但两相短路电流可能比单相短路电流大,也可能比单相短路电流小,这要视具体短路情况而定。因此为了方便,在计算校验继电保护时,把两相短路电流作为最小的短路电流来进行校验。单相短路电流除用于检验保护灵敏度外,主要用于单相短路保护的整定及单相短路热稳定度的校验。THANKS城市轨道交通供变电技术

【电气设备选择】第5节【短路电流的效应】01一、短路电流的热效应1.电器和载流导体的负荷电流发热(正常发热)2.电器和载流导体通过短路电流的发热(短时发热)二、短路电流的电动力效应1.两根平行细长均匀截流导体的电动力2.同一平面内三相平行载流导体间的电动力【电气设备选择】第6节【电气设备选择】01一、选择电气设备的原则1.按正常工作条件选择电气设备①选择型式根据安装地点不同,电气设备一般制成户内型和户外型②选择电气设备的额定电压一般讲应使电气设备额定电压等于电气设备安装地点的电网额定电压。③选择电气设备的额定电流电气设备的额定电流应大于或等于流过电气设备的最大长期负荷电流2.按短路条件校验电气设备的热稳定和动稳定性①短路热稳定校验②电动力稳定性电动力稳定性是指电气设备承受短路电流引起机械效应的能力【电气设备选择】第6节【电气设备选择】01二、主要电气设备的选择与校验(一)电力电缆的选择1.按结构类型选择电缆(即选择电缆规格型号)2.按电压选择电缆3.电缆截面的选择4.按短路时热稳定校验电缆截面5.按电压损失校验电缆截面积6.电力电缆不进行短路时动稳定性校验。【电气设备选择】第6节【电气设备选择】01(二)高压开关电器的选择1.高压断路器的选择高压断路器主要是根据其技术参数来选择的①根据断路器的安装场所选择户内型或户外型。②根据经济技术指标的比较、负荷种类及特点、供货条件等选择断路器的构造型式、灭弧介质的种类。③断路器的额定电压UN应不小于所在电网的额定电压UW,即UN≥UW。④断路器的额定电流IN应不小于电路中的最大长期工作电流ILmax,即IN≥ILmax。⑤制造厂给定的断路器的额定开断电流INk不小于断路器灭弧触头刚分离瞬间电路内短路电流的有效值IKt,即INk≥IKt。⑥制造厂给定的断路器额定断流容量SNk应不小于短路功率SKt⑦校验高压断路器在短路时的动稳定性⑧校验高压断路器短路时的热稳定性⑨高压断路器操动机构的选择,应根据选用的高压断路器而定,通常在高压断路器产品样本中都有说明。2.高压隔离开关的选择【电气设备选择】第6节【电气设备选择】013.高压熔断器的选择①首先根据安装地点选择户内式或户外式,根据保护对象选择结构形式。②熔断器的额定电压UN应不小于所在电网的额定电压UW,即UN≥UW。③按额定电流选择时,必须使熔断器的额定电流IN大于熔件的额定电流INj,大于电路中最大长期工作电流ILmax,即IN≥INj≥ILmax④熔断器断路能力的选择方法与高压断路器相同,断路能力决定于额定开断电流INk,但其断路特性与断路器不同,故选择时所用的计算短路电流也不同⑤保护电压互感器用的高压熔断器,只需按额定电压及断流容量来选择,其熔件不按额定电流选择而按熔件的机械强度选择,因为其负荷电流太小,若按负荷电流选择,则熔件截面太小,熔件过细在安装时容易折断。【电气设备选择】第6节【电气设备选择】01(三)电流互感器的选择应根据流互的安装地点和安装方式选择形式。如户内式、户外式、穿墙式、套管式、支柱式等。