发电厂电气设备的选择及其校验12.doc

（发电厂课程论文）

题目
变电所设备的选择校验

学院
机械交通学院

专业
电气工程及其自动化
班级
电 气 104 班

姓名
李阳
学号
103736415

老师
艾 海 提
职称
副教授

2013 年 5月24日

新疆农业大学设计（论文）任务书
专业 电气工程及其自动化 班级 电气104 学生姓名 李阳
一、
设计（论文）题目： 变电所电气设备的选择校验

二、
设计（论文）应阅读或翻译的文献、资料： 《发电厂电气部分（第三
版）》 、《变电站电气设备(专业类)》

三、
设计（论文）要点： 1.变电所有哪些主要电气设备构成 2.各种电气设
备的选择原则及选择方法3.以电流互感器为例，介绍该电气设备的选择及校验过
程

四、
设计（论文）进程安排：

五、
根据大纲要求对学生毕业设计（论文）提出明确的工作要求：
1、文献综述 2、论文实验记录 3、论文调查项目及内容 4、外文翻
译篇数或字数 4、毕业设计说明书字数、图纸张数及其他相关技术指标等，
毕业论文字数。

目 录
摘要 1
前言 1
1变电所的电气设备 1
1.1变压器 1
1.2断路器 2
1.2.1断路器的分类 2
1.2.2断路器结构和工作原理 2
1.3隔离开关 2
1.3.1隔离开关的分类 2
1.3.2隔离开关的工作原理 3
1.4互感器 3
1.4.1电流互感器 3
1.5电抗器 3
1.6母线 4
1.7高压熔断器 4
1.8防雷保护装置 4
1.9绝缘子 4
1.9.1 绝缘子的种类 4
1.9.2 绝缘子的作用 4
2 电气设备的选择的基本原则
2.1按正常工作条件选择电气设备 5
2.1.1电气设备型式的选择 5
2.1.2电气设备的电压选择 5
2.1.3．电气设备额定电流的选择 5
2.2按短路条件校验电气设备 5
2.2.1电气设备的热稳定性校验 5
2.2.2 动稳定校验 5
2.2.3开关电器的断流能力的检验 6
3.电流互感器的选择及校验 6
3.1电流互感器选择的具体技术条件 6
3.2 220K线路电流互感器的选择及校验 7
3.3 220KV母联电流互感器的选择及校验 7
3.4 110K线路电流互感器的选择及校验 8
3.5 6KV出线电流互感器的选择及校验 8
4 结论 8
谢辞 ……………………………………………………………………………… 9参考文献 ……………………………………………………………………… 9

3

变电所电气设备的选择校验
李 阳
摘要：变压器是变电站的主要设备，变电所的开关设备，包括断路器、隔离开关、负荷开关、高压熔断器等。变电所中的互感器分为电压互感器和电流互感器，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。变电站还装有防雷设备，主要有避雷针和避雷器。
关键词：变电所，变压器，断路器，隔离开关，母线，绝缘子，电抗器。
前言
正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程的实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而准确的采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。应满足正常运行、维修。短路和过电压情况下的要求，并考虑长期的发展。按当地环境条件检验核对。应力求技术先进和经济合理，与整个工程的建设标准应协调一致；同类设备应尽量减少品种。选用的新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格，在特殊情况下，用未经正式鉴定的心产品时，应经上级批准。选择的高电压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压和过电流的情况下保持正常运行。
电气设备选择的一般要求：
（1） 应满足正常运行、检修以及短路和过电压情况下的工作要求。即满足工作要求。
（2） 应按当地环境进行校核。即适应环境条件。
（3） 应力求技术先进和经济合理。即先进合理。
（4） 应与整个工程的建设标准协调一致。即整体协调。
应适当考虑发展，留有一定裕量。即适应发展。

1.变电所的主要电气设备构成
1.1变压器
变压器是变电站的主要设备，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。

图1 变压器原理图

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站，后者用于受端变电站。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要切换变压器的分接头。按分接头切换方式变压器有带负荷有载调压变压器和无负荷无载调压变压器。有载调压变压器主要用于受端变电站。

1.2断路器
高压断路器是电力系统中最重要的开关设备，它既可以在正常情况下接通或断开电路，又可以在系统故障情况下自动地迅速断开电路。断开电路时会在断口处产生电弧，为此断路器设有专门的灭弧装置。灭弧能力是断路器的核心性能。
1.2.1断路器的分类
断路器的种类很多。按灭弧介质可分为油断路器（少油和多油）、压缩空气断路器、六氟化硫断路器、真空断路器等；按安装场所可分为户内式和户外式。
1.2.2断路器结构和工作原理
（一）少油断路器
少油断路器中的绝缘油仅作为灭弧介质和触头开断后触头间的绝缘介质，而以瓷或其他绝缘材料作为带电体与地之间的绝缘介质。它用油少，还具有钢材消耗量少、体积小、重量轻、占地面积小等优点，在我国的电力工业中获得了广泛的应用。
（二）多油断路器
多油断路器以绝缘油作为灭弧介质，同时还是带电体与接地外壳的绝缘介质，因而用油量大，故障时还有燃爆危险，且耗钢材多，占地面积大。
（三）六氟化硫断路器
由于六氟化硫气体的电气绝缘性好，所以六氟化硫断路器的断口可承受更高电压，灭弧能力更强，触头从分离位置到息弧位置的行程很短，且检修周期长。
（四）真空断路器
由于高真空的绝缘强度很高，所以真空断路器具有触头开距短、熄弧快、体积小、重量轻、无爆炸危险、无污染等优点。
1.3隔离开关
隔离开关没有灭弧装置,它既不能断开正常负荷电流，更不能断开短路电流，否则即发生“带负荷拉闸刀”的严重事故。此时产生的电弧不能熄灭，甚至造成飞弧（相间或相对地经电弧短路），会损坏设备并严重危及人身安全。
1.3.1隔离开关的分类
隔离开关种类很多。按安装地点可分为户内式和户外式两种，按级数可分为单极和三极两种；按支持瓷柱数目可分为单柱式、双柱式和三柱式；按闸刀运动方向可分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动和插入式等。
1.3.2隔离开关的工作原理
传动绝缘子一端与闸刀相连，另一端与装在公共转轴上的拐臂铰接。操作机构驱动拐臂转动时，顶起传动绝缘子，从而使闸刀与固定触头分离。
1.4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。
1.4.1电流互感器
（1）一次绕组线径较粗而匝数很少；二次绕组线径较细而匝数较多。
（2）一次绕组串联接入一次电路，同父哦一次绕组的电流，之取决一次回路负载的多少与性质，而与二次侧负载无关；而其二次电流在理想情况下仅取决于一次电流。
（3）电流互感器的额定变比近似等于二次与一次匝数之比。

图2 电流互感器原理图
1.4.2电压互感器
（1）电磁式电压互感器就是一台小容量的降压变压器。一次绕组匝数很多。而二次绕组匝数较少。
（2）一次绕组并接于一次系统，二次侧各仪表亦为并联关系。
（3）二次绕组说接负荷均为高阻抗的电压表及电压继电器，故正常运行时二次绕组接近于空载状态。

1.5电抗器
用来限制短路电流的限流电抗器一般选用NKL系列铝线电抗器或FFL系列铝线分裂电抗器。变电站还装有防雷设备，主要有避雷针和避雷器。

图3 可控电抗器电路器
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。

1.7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。

图4 高压后背限流熔断器
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。
1.9.1 绝缘子的种类
绝缘子通常分为可击穿型和不可击穿型。按结构可分为柱式（支柱）绝缘子、悬式绝缘子、防污型绝缘子和套管绝缘子。按应用场合又分为线路绝缘子和电站、电器绝缘子。其中用于线路的可击穿型绝缘子有针式、蝶形、盘形悬式，不可击穿型有横担和棒形悬式。用于电站、电器的可击穿型绝缘子有针式支柱、空心支柱和套管，不可击穿型有棒形支柱和容器瓷套。架空线路中所用绝缘子，常用的有针式绝缘子、蝶式绝缘子、悬式绝缘子、瓷横担、棒式绝缘子和拉紧绝缘子等。现在常用的绝缘子有：陶瓷绝缘子，玻璃钢绝缘子，合成绝缘子，半导体绝缘子。
1.9.2 绝缘子的作用
为了防止浮尘等污秽在绝缘子表面附着,形成通路被绝缘子两端电压击穿,即爬电.故增大表面距离,即爬距,沿绝缘表面放电的距离即泄漏距离叫爬距.爬距=表面距离/系统最高电压.根据污秽程度不同,重污秽地区一般采用爬距为31毫米/每千伏。

2.电气设备选择的基本原则
2.1按正常工作条件选择电气设备
2.1.1电气设备型式的选择 选用电气设备必须考虑设备的装置地点和工作环境。另外，根据施工安装的要求，或运行操作的要求，或维护检修的要求，电气设备又有各种不同的型式可供选择。
2.1.2电气设备电压的选择 选择电气设备时，应使所选择的电气设备的额定电压大于或等于正常时可能出现的最大的工作电压，即：
UN ≥ Uet

2.1.3电气设备额定电流的选择
电气设备的额定电流应大于或等于正常工作时最大负荷电流，即
IN ≥ Iet
我国目前所生产的电气设备，设计师取周围空气温度为40℃作为计算值，如装置地点周围空气温度低于40℃时，每低1℃，则电气设备（如断路器、负荷开关、隔离开关、电流互感器、及套管绝缘子等）的允许工作电流可以比额定值增大0.5%，但总共增大的值不能超过20%。
2.2按短路条件校验电气设备
2.2.1 电气设备的热稳定性校验
电气设备热稳定性校验是以电气设备的短路电流的数值作为依据的，在工程上常采用下式来做热稳定性校验，即
I2tt ≥ I2∞tj 或
I∞ ≤ It√t/tj
式中
It ——　 制造成规定的在t秒内电气设备的热稳定电流，这个电流是在指定时间内不使电器各部分加热到超过所规定的最高允许温度的电流（kA）；
t ―― 与It相对应的时间，通常规定为1s、4s、5s或10s ；
I∞ ―― 电路中短路电流周期分量的稳态值 （kA） 。

2.2.2 动稳定校验
断路器、负荷开关、隔离开关及电抗器的动稳定应满足下式的要求
Imax ≥ Ish
imax ≥ ish
式中 Imax、imax ――　制造厂规定的电器允许通过的最大电流的有效值和幅
值 （kA） ；
Ish、 ish 　――　按三项短路电流计算所得的短路全电流的有效值和冲击电流值
（kA）。

2.2.3 开关电器的断流能力的检验
高压断路器、低压断路器和熔断器等设备，应当具备在最严重的短路状态下切断故障电流的能力。制造厂一般在产品目录中提供其在额定电压下允许切断的短路电流Izk和允许切断的短路容量Szk。Izk又称开端电流，Szk又称开断容量。为了能使开关电器安全可靠切断短路电流，必须使Izk和Szk大于开关电器必须切断的最大短路电流和短路容量，即
Izk ≥ Idt
Szk ≥ Sd
式中Izk、Szk ――　开关的耳钉开断电流（kA）和耳钉开断容量（MVA）；
Idt 、Sdt ――　电力系统在t秒时（ 电器断开的时间）的三相短路电流（kA）和短路容量（MVA）。

3.电流互感器的选择及校验
3.1电流互感器选择的具体技术条件
一次回路电压：

式中：——电流互感器安装处一次回路工作电压；
——电流互感器额定电压。
一次回路电流：

式中：——电流互感器安装处的一次回路最大工作电流；
——电流互感器原边额定电流。
当电流互感器使用地点环境温度不等于时，应对进行修正。修正的方法与断路器的修正方法相同。
动稳定校验：
（3.8）
式中：——短路电流冲击值；
——电流互感器一次额定电流；
——电流互感器动稳定倍数。
热稳定校验：
（3.9）
式中：——最大短路电流；
——短路电流发热等值时间；
——电流互感器一次额定电流。
——t秒时的热稳定倍数。
电流互感器的选择
根据如下条件选择电流互感器：
一次回路电压：
一次回路电流：
3.2 220K线路电流互感器的选择及校验
最大、、和电压等级、安装地点及接线查表可选用LB2-220型电流互感器，其参数如下表。
型 号

额定一
次电流
电流
变比
级次组合
热稳定电流
5s
动稳定电流
二次负荷
0.5
D
LB2-220
300
300/5
0.5/D/D/D
30倍
115倍
50
60
热动稳定校验：
满足热稳定要求。
动稳定校验：
满足稳定要求。
3.3 220KV母联电流互感器的选择及校验
最大电流、、和电压等级、安装地点及接线查表可选用LCLWD3-220型瓷绝缘的电容式电流互感器，其参数如下表。
型 号

额定一
次电流
电流
变比
级次组合
热稳定电流
5s
动稳定电流
二次负荷
D级
LCLWD3-220
300
300/5
0.5/D/D/D
35倍
85倍
24
热动稳定校验：
满足稳定要求。

动稳定校验：
满足稳定要求。

3.4 110K线路电流互感器的选择及校验
最大电流、、和电压等级、安装地点及接线查表可选用LCWB5-110型瓷绝缘的支持式电流互感器，其参数如下表。
型 号

额定一
次电流
电流变比
级次组合
热稳定电流
动稳定
电流
二次负荷
0.2
P
LCWB5-110
200
200/5
0.2/P/P
40KA
20KA
50
50
热动稳定校验：
满足热稳定要求。
动稳定校验：
满足稳定要求。
3.5 6KV出线电流互感器的选择及校验
根据最大电流、、和电压等级、安装地点及接线查表可选用LA-6型瓷绝缘的支持式电流互感器，其参数如下表。
型 号

额定一
次电流
电流变比
级次组合
热稳定电流
动稳定电流
二次负荷
0.5/3
LA-6
400
400/5
0.5/3
75倍
130倍
3/0.6
热动稳定校验：
满足
热稳定要求。
动稳定校验：满足稳定要求。

4 结论
通过对本学期的学习，我了解了许多变电所的重要设备，及各种电器设备选择的原则及方法，能够很好的适应实际工程不同的电网条件、地理条件、气候条件、环境条件、经济条件以及变电站的建设规模、配电装置型式，具有广泛的实用性。
我了解了变电所电器设备的构成、配电装置的布置形式及特点，对于以后的学习大了很好的基础，对于以后的毕业设计也有很大的帮助，对于将来从事相关的行业打了很好的基础。

谢 辞
首先，我真心的感谢艾海提老师对我的谆谆教导，老师一丝不苟的将知识传授给了我们，给予了我很大的帮助及支持。让我学到了很多关于发电厂电气部分的知识，对于电能的输送和使用有了许多了解，以及发电厂的运营有了一些了解，对于以后的学习以及工作有很大的帮助，让我受益匪浅。
其次，我真心的感谢我的同学，在平常的学习中，他们给予了我许多的帮助，给予了我好多的宝贵意见，帮助及支持，在课下的学习中，同学经常会帮我解答一些自己不太懂的问题，对我的学习有很大的帮助。

参考文献：
[1]齐高升．35kV城镇变电所电气系统设计[D]．黑龙江工程学院，2010.6．
[2]范锡普．发电厂电气部分(第二版)．水利电力出版社．
[3]翁双安．供电工程．北京：机械工业出版社，2004．
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[5]高圣．职校降压变电所的电气设计[D]．天津理工大学，2010:23-24．
[6]何仰赞．电力系统分析．华中理工大学．
[7]刘继春．发电厂电气设计与CAD应用．四川大学．
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