交流與直流牽引變電所設(shè)計(jì)教材

1、第第6章章 交流與直流牽引變電所設(shè)交流與直流牽引變電所設(shè) 計(jì)計(jì)第第1 1節(jié)節(jié) 概述概述 變電所設(shè)計(jì)涉及的主要內(nèi)容是變電所高壓設(shè)備的選擇，一般按照以下步驟進(jìn)行： 選擇供變電工程的主結(jié)線； 根據(jù)設(shè)備的工作正常條件對設(shè)備進(jìn)行初步選擇（如額定電壓、額定電流、最大工作電流、戶內(nèi)還是戶外等）； 根據(jù)設(shè)備工作的異常工作條件對設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)（如根據(jù)短路電流進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)和動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)、根據(jù)過電壓進(jìn)行耐壓水平校驗(yàn)等）； 如果校驗(yàn)通過，則所選設(shè)備可以正常工作，否則要重新選擇，注意在選擇設(shè)備時(shí)要注意工程的經(jīng)濟(jì)性； 在完成高壓設(shè)備的選擇設(shè)計(jì)后，進(jìn)行配電裝置的設(shè)計(jì)，繪出平面布置圖和斷面圖； 完成配電裝置的設(shè)計(jì)后，進(jìn)行防雷系

2、統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 在完成一次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)后，分別二次系統(tǒng)的控制、測量和保護(hù)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成對二次設(shè)備的選擇和校驗(yàn)，繪出二次系統(tǒng)展開圖； 對交流電源和直流電源系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 上述步驟僅僅是一個(gè)一般性的流程，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可能存在某些步驟的反復(fù)。 對于具體的高壓設(shè)備來說，設(shè)計(jì)可歸結(jié)為：選擇、校驗(yàn)，如果校驗(yàn)通過，則選擇合格，否則重新選擇，在校驗(yàn)。 對設(shè)備的選擇依據(jù)通常是工作的正常條件。 對設(shè)備的檢驗(yàn)依據(jù)通常是設(shè)備工作的異常條件。 針對對設(shè)備校驗(yàn)，主要從發(fā)熱和受力兩個(gè)方面考慮。第第2 2節(jié)節(jié) 電器與載流導(dǎo)體的發(fā)熱和負(fù)載能力電器與載流導(dǎo)體的發(fā)熱和負(fù)載能力1 1、電器與載流導(dǎo)體正常工作下的發(fā)熱容許溫度、電器與載

3、流導(dǎo)體正常工作下的發(fā)熱容許溫度 電器或載流導(dǎo)體中流過的電流將導(dǎo)致其發(fā)熱，發(fā)熱的結(jié)果可能引起： 發(fā)熱導(dǎo)致金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度下降； 發(fā)熱導(dǎo)致電器設(shè)備的絕緣熱老化； 發(fā)熱導(dǎo)致電能損耗增加； 大電流甚至?xí)龤щ娖鳎ㄈ鐚?dǎo)體之間的連接處）。 為了防止出現(xiàn)以上情況，在電器與載流導(dǎo)體的選擇時(shí)，要根據(jù)負(fù)荷電流選擇電器的額定電流，根據(jù)經(jīng)濟(jì)電流密度計(jì)算并選擇導(dǎo)線截面。2 2、電器和載流導(dǎo)體在正常工作容許發(fā)熱下的過、電器和載流導(dǎo)體在正常工作容許發(fā)熱下的過載能力載能力 發(fā)熱導(dǎo)致的溫度升高，分兩種情況：一種是長期發(fā)熱，另一種是短期發(fā)熱。導(dǎo)體的散熱形式有：傳導(dǎo)、輻射和對流。 無論是何種發(fā)熱情況，其熱平衡方程式都是：發(fā)熱量=

4、散熱量+導(dǎo)致溫度升高所需要的熱量。即： 熱源有：電流流過導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱量，渦流損耗產(chǎn)生的熱量，介質(zhì)損耗產(chǎn)生的熱量等（焦耳）； 導(dǎo)體溫度升高所吸收的熱量：G導(dǎo)體質(zhì)量（公斤），C導(dǎo)體比熱（焦耳/公斤/）；dtKSGCddtQ 散熱：對于暴露在空氣中導(dǎo)體，考慮其散熱形式為輻射，K散熱系數(shù)（W/平方米/），S散熱有效面積，導(dǎo)體溫升。 注意：溫度與溫升的差別。 上式的解為： 其中： 為穩(wěn)態(tài)溫升， 為溫度變化時(shí)間常數(shù)。 上式與一階電路的解具有相似的意義，當(dāng)發(fā)熱量與散熱量相等時(shí)，導(dǎo)體的最終溫度將穩(wěn)定下來，比熱、散熱系數(shù)等可以通過查手冊獲得。TtTtwee0)1 (KSQwKSGCT 當(dāng)導(dǎo)線電流減小后，導(dǎo)線溫

5、度下降，因此導(dǎo)線的冷卻時(shí)的溫度變化量： 對于裸導(dǎo)線，導(dǎo)線電阻為R，導(dǎo)線的最終容許溫度為 ，則導(dǎo)體的容許電流為 ： 設(shè)計(jì)中采用的導(dǎo)線材料、導(dǎo)線安裝方式、導(dǎo)線的運(yùn)行環(huán)境等，對于導(dǎo)線的容許電流有很大的影響。導(dǎo)線的發(fā)熱和散熱計(jì)算是很復(fù)雜的，因此，按自然冷卻條件（環(huán)境溫度25、導(dǎo)體最高溫度70） TtweXUXUIRKSIXUXU 計(jì)算和編制了標(biāo)準(zhǔn)截面導(dǎo)線的長期允許電流表，供設(shè)計(jì)時(shí)查用。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，對這中情況，一般就是查表。 上面的溫升計(jì)算結(jié)果是在導(dǎo)線中電流穩(wěn)定的情況下獲得。 由于導(dǎo)線中流過的電流不是一個(gè)恒定值，因此導(dǎo)致導(dǎo)線發(fā)熱計(jì)算的復(fù)雜化，通常的做法是根據(jù)等效發(fā)熱原則： 把日負(fù)荷曲線分成若干段（視曲

6、線的形狀定），每段曲線中把最大負(fù)荷段單獨(dú)劃分出來，把剩下部分根據(jù)持續(xù)平均電流產(chǎn)生的熱量與除最大負(fù)荷電流外負(fù)荷產(chǎn)生的熱量相等的原則，可以計(jì)算出等效持續(xù)平均電流，則導(dǎo)線溫升曲線計(jì)算就是其溫度上升，然后下降，再上升，在下降，最終找出導(dǎo)線的最高溫升。 1）計(jì)算最大負(fù)荷系數(shù)： -周期內(nèi)平均電流值， -周期內(nèi)最大電流值。 2）計(jì)算電流過載系數(shù) t-一周期時(shí)間， -最大負(fù)荷電流持續(xù)時(shí)間。 MppIIkpIMIMpMttktK.2Mt 如果 1，則說明該設(shè)備可以過負(fù)荷運(yùn)行。該設(shè)備的最大允許工作電流為： 以上計(jì)算的允許工作電流在進(jìn)行導(dǎo)線和開關(guān)選擇的時(shí)候會(huì)用到。MKeMIK第第3節(jié)節(jié) 短路電流通過導(dǎo)體時(shí)的發(fā)熱和電

7、動(dòng)短路電流通過導(dǎo)體時(shí)的發(fā)熱和電動(dòng)力計(jì)算力計(jì)算1 1、載流導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱計(jì)算、載流導(dǎo)體短路時(shí)的發(fā)熱計(jì)算 上面在進(jìn)行導(dǎo)線溫升計(jì)算時(shí)，并沒有考慮一旦出現(xiàn)短路的情況，在導(dǎo)線中流過短路電流時(shí)，由于短路發(fā)生到消失過程很短暫，因此，可以認(rèn)為，短路電流產(chǎn)生的熱量幾乎無法散發(fā)到大氣中，也就是說，短路電流產(chǎn)生的熱量全部為導(dǎo)線吸收。 短路電流引起的導(dǎo)體發(fā)熱，可以不考慮發(fā)熱過程中的散熱，因此導(dǎo)體溫度與短路電流產(chǎn)生熱量之間的關(guān)系為（具體推導(dǎo)過程略）： 、 分別為短路電流周期分量和非周期分量引起的熱效應(yīng)。、分別為短路起始和終了時(shí)的“熱脈沖”。 2 2、短路電流周期分量和非周期分量熱效應(yīng)的計(jì)、短路電流周期分量和非周期分量

8、熱效應(yīng)的計(jì) 算算 從前面的分析，不難知道：短路電流發(fā)熱可以分為兩部分，一部分是短路電流周期分量的熱效應(yīng)，另一部分是非周期分量的熱效應(yīng)。 按理我們可以分別計(jì)算出短路電流和非周期分量短路電流的熱效應(yīng)后，獲得短路電流的熱效應(yīng)，但是 szfizAAQQzQfiQ實(shí)際上這是不可能的，因?yàn)槎搪冯娏魇菚r(shí)間的函數(shù)，而且是非線性函數(shù)。 當(dāng)然，通過對短路電流函數(shù)的積分來獲得結(jié)果，不過積分值的計(jì)算也不是一件容易的事，對于一條給定的曲線，我們當(dāng)然可以實(shí)現(xiàn)其積分計(jì)算，但對于一條不是確定的曲線，則積分結(jié)果會(huì)存在誤差。從工程實(shí)踐的角度出發(fā)，對積分的結(jié)果精度也沒有過高的要求，因此，實(shí)際上積分結(jié)果通常用若干時(shí)間點(diǎn)上的值通過數(shù)值

9、計(jì)算的方法獲得。 顯然，在工程應(yīng)用中，如果采取上述計(jì)算方法，則計(jì)算過程將會(huì)比較復(fù)雜，等值時(shí)間法計(jì)算導(dǎo)體的發(fā)熱是一個(gè)簡捷而有效的方法。 由前述內(nèi)容可知：導(dǎo)體發(fā)熱溫度計(jì)算實(shí)際上歸結(jié)為短路電流在某一時(shí)間段上導(dǎo)體發(fā)熱量的計(jì)算問題。等值時(shí)間法計(jì)算熱效應(yīng)的思想是：用于計(jì)算熱效應(yīng)的電流是短路電流的穩(wěn)態(tài)值，相應(yīng)的短路電流周期分量發(fā)熱時(shí)間和短路非周期分量的發(fā)熱時(shí)間不取以實(shí)際短路電流通過時(shí)間，而是分別以和來代替，從而有： 計(jì)算出暫態(tài)短路電流周期分量與穩(wěn)態(tài)短路電流之比： 由周期分量等值時(shí)間曲線可以查出 ，從而計(jì)算出 ，如果短路時(shí)間最大給出了5秒，如果大于5秒，則 。查曲線時(shí)，需要知道短路持續(xù) fZZfZZdtItI

10、QQQ22IIZ ZtZQ5)5(dzzttt時(shí)間，這個(gè)時(shí)間可取為被保護(hù)設(shè)備的繼電保護(hù)最慢動(dòng)作時(shí)間和開關(guān)的固有動(dòng)作時(shí)間之和。 對于短路電流非周期分量熱效應(yīng)，一般情況下?。?3 3、短路電流作用下母線電動(dòng)力的計(jì)算、短路電流作用下母線電動(dòng)力的計(jì)算 當(dāng)導(dǎo)線中有電流通過時(shí)，在導(dǎo)線周圍就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場，如果附近存在導(dǎo)線且導(dǎo)線中流過電流，則該導(dǎo)線將受力（電動(dòng)力），對于空氣中兩平行細(xì)導(dǎo)線（中心間距為a，導(dǎo)線長度為l），有： 牛 上式成立的前提條件是導(dǎo)線為細(xì)長導(dǎo)線（ ）2 05. 0fzt721102aliiFal 否則就要引進(jìn)修正系數(shù) ，該修正系數(shù)可以通過差別獲得。 在三相交流電路中，流過導(dǎo)線的是交流電流，

11、各相導(dǎo)線所受到的電動(dòng)力是不同的，且每時(shí)刻的電動(dòng)力也是不同的，如果三相導(dǎo)線平放在同一平面中，則中間導(dǎo)線所承受的電動(dòng)力最大： 上式的最大值為： 上式就是計(jì)算導(dǎo)體承受短路電流時(shí)電動(dòng)力的依據(jù)。xK7210)2402sin(2tIalKFmx72310)(73. 1chxialKF第第4 4節(jié)節(jié) 選擇電氣設(shè)備時(shí)短路計(jì)算點(diǎn)的確定選擇電氣設(shè)備時(shí)短路計(jì)算點(diǎn)的確定 在進(jìn)行變電所電器設(shè)備選擇時(shí)，需要對電器設(shè)備進(jìn)行熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)，進(jìn)行上述校驗(yàn)的數(shù)據(jù)來源于短路電流計(jì)算的結(jié)果，因此在進(jìn)行上述校驗(yàn)前，要進(jìn)行短路計(jì)算，就必須首先確定假想短路點(diǎn)。 把可能出現(xiàn)的最大短路電流計(jì)算出來，因此計(jì)算短路電流的條件是最大運(yùn)行方式下的

12、最大短路電流。 我們知道：在最大運(yùn)行方式（可能投運(yùn)的發(fā)電機(jī)投入運(yùn)行、可能出現(xiàn)的變壓器并聯(lián)運(yùn)行方式、可能出現(xiàn)的輸電線路并聯(lián)運(yùn)行方式和可能出現(xiàn)的母線運(yùn)行方式）的條件下，可能出現(xiàn)最大短路電流的短路故障方式有三相短路和兩相短路。如果變電所與電源之間的電氣距離較遠(yuǎn)，就取三相短路電流。 在進(jìn)行短路電流計(jì)算時(shí)，根據(jù)不同的用途分別計(jì)算出不同時(shí)間的短路電流。 通常在末端變電所的短路計(jì)算時(shí)，給出的條件是變電所入口處的短路容量，實(shí)際上，這個(gè)短路容量對應(yīng)著一個(gè)短路電抗。 在選擇短路點(diǎn)時(shí)，要考慮到設(shè)備可能受到的最大短路電流的影響。 短路電流計(jì)算時(shí)，需要考慮系統(tǒng)是作為無窮大容量電源出現(xiàn)還是有限容量電源出現(xiàn)。關(guān)于短路電流計(jì)

13、算的方法，可參照電力系統(tǒng)分析課程的有關(guān)章節(jié)內(nèi)容。第第5 5節(jié)節(jié) 母線、電纜與支持絕緣子的選擇母線、電纜與支持絕緣子的選擇 變電所主要一次設(shè)備：斷路器、隔離開關(guān)、母線、導(dǎo)線、電纜、絕緣子、電流互感器、電壓互感器、避雷器、電抗器等。 本課程主要地設(shè)計(jì)變電所一次設(shè)備的選擇和校驗(yàn)問題。在進(jìn)行變電所設(shè)計(jì)時(shí)，大量的數(shù)據(jù)來源于電力工程設(shè)計(jì)手冊這一類的資料。 一般來說：根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行地點(diǎn)地點(diǎn)、環(huán)境環(huán)境、正常工正常工作電壓和電流（含可能出現(xiàn)的過負(fù)荷情況）作電壓和電流（含可能出現(xiàn)的過負(fù)荷情況）等初步確定選用的設(shè)備型號；根據(jù)短路計(jì)算參數(shù)對所初步選定的設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)，如果校驗(yàn)通過，則所選設(shè)備合格， 否則就要調(diào)整選擇，對

14、調(diào)整后的設(shè)備再校驗(yàn)，直至合格。 如果沒有辦法在現(xiàn)有設(shè)備中選出合格的，則要采取技術(shù)措施確保選擇設(shè)備合格（如加限流設(shè)備）。 通常根據(jù)短路參數(shù)校驗(yàn)的項(xiàng)目，對于不同的設(shè)備有所差別，主要校驗(yàn)項(xiàng)目有：動(dòng)穩(wěn)定（在短路電流引起的電動(dòng)力作用下，設(shè)備不會(huì)受到損壞）和熱穩(wěn)定（短路電流發(fā)熱不會(huì)造成設(shè)備的損壞）。 通常，對于載流設(shè)備（如開關(guān)、母線）需要進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)，對于需要承受短路電流引起的電動(dòng)力的設(shè)備（如絕緣子、開關(guān)），需要進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)，有些設(shè)備只要進(jìn)行上述兩種校驗(yàn)之一（如絕緣子），而有些設(shè)備則兩種校驗(yàn)都要進(jìn)行（如開關(guān)）。 除了上述兩種校驗(yàn)項(xiàng)目之外，其它的一些校驗(yàn)項(xiàng)目則與具體的設(shè)備有關(guān)，如互感器的容量校驗(yàn)。 母線

15、和電纜的選擇是根據(jù)不同的工作條件確定，設(shè)計(jì)內(nèi)容有：母線和電纜的導(dǎo)電截面積、母線和電纜的結(jié)構(gòu)形式和材料。確定后進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)和熱穩(wěn)定校驗(yàn)。動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 熱穩(wěn)定校驗(yàn) 經(jīng)濟(jì)電流密度 長期最大工作電流 校驗(yàn)計(jì)算項(xiàng)目 選擇計(jì)算項(xiàng)目 母線的選擇母線的選擇 母線一般有硬母線和軟母線，前者多用于屋內(nèi)配電裝置，后者在屋外配電裝置中常用。導(dǎo)電材料可以是銅或鋁。 按最大長期工作電流選擇母線截面 要求根據(jù)導(dǎo)線允許溫度查表獲得的允許電流大于母線長期工作電流。即： 查表獲得的數(shù)據(jù)是在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度（25）下的數(shù)據(jù)，當(dāng)環(huán)境溫度高與該溫度不一致時(shí)，通過下式修正：max.gxuII式中： 或通過查表獲得。實(shí)際計(jì)算時(shí)，可首先修正長期

16、工作電流，即： 按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線截面 導(dǎo)線發(fā)熱損耗隨著導(dǎo)線截面積的增加而降低，同時(shí)，導(dǎo)線截面積的增加將導(dǎo)致導(dǎo)線的投資和維護(hù)費(fèi)用增加，考慮上述兩條件可獲得導(dǎo)線的年運(yùn)行費(fèi)用，對應(yīng)年運(yùn)行費(fèi)用最小值，就是導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)截面積。xuxutIKI.25xuxutKKIIggmax.max. 每種材料的導(dǎo)線都有一個(gè)經(jīng)濟(jì)電流密度（根據(jù)最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)），由導(dǎo)線的長期工作電流除以經(jīng)濟(jì)電流密度就可以獲得導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)截面積。即：式中： 為導(dǎo)線長期工作電流（A）， 為經(jīng)濟(jì)電流密度（A/ ）。 故導(dǎo)線截面的選擇有兩種方法：根據(jù)最大長期工根據(jù)最大長期工作電流作電流，根據(jù)經(jīng)濟(jì)電流密度根據(jù)經(jīng)濟(jì)電流密度。 根據(jù)經(jīng)濟(jì)電流密度選

17、擇導(dǎo)線的實(shí)際流程根據(jù)經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線的實(shí)際流程：一般來說，選擇導(dǎo)線時(shí)，首先確定導(dǎo)線材料，一般是先鋁后銅，在鋁導(dǎo)線不能滿足要求時(shí)才考慮銅導(dǎo)線，根據(jù)ngjIS 2mmgInj最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)和導(dǎo)線材料確定經(jīng)濟(jì)電流密度（查表），計(jì)算出導(dǎo)線截面，查表，選擇一款比計(jì)算截面大但最接近計(jì)算截面的導(dǎo)線。 根據(jù)最大長期工作電流選擇導(dǎo)線的實(shí)際流程根據(jù)最大長期工作電流選擇導(dǎo)線的實(shí)際流程：根據(jù)給出的最大長期工作電流，查表，取一款允許電流大于該長期工作電流且最接近該電流的導(dǎo)線。注意進(jìn)行環(huán)境溫度修正。 根據(jù)經(jīng)濟(jì)電流密度選擇的導(dǎo)線可能與根據(jù)最大長期工作電流選擇的導(dǎo)線不一樣，但最終選擇的導(dǎo)線截面一定能滿足最大長期工作電

18、流的要求，一般情況下，用經(jīng)濟(jì)電流密度選擇出來的導(dǎo)線截面要大一些。 實(shí)際上，按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面積的方法多用于輸電線路而非母線，母線通常按照最大長期工作電流來選擇其截面積。 母線的校驗(yàn)?zāi)妇€的校驗(yàn) 按短路條件校驗(yàn)?zāi)妇€的熱穩(wěn)定性 母線的最小容許截面為： 式中的C值可根據(jù)導(dǎo)線材料、短路發(fā)生的起始溫度通過查表獲得。 在這里提一點(diǎn)看法：在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，有很多參數(shù)我們不見得完全知道，如上面提到的短路fizQQCS1min發(fā)生時(shí)導(dǎo)線起始溫度，肯定是在環(huán)境溫度的基礎(chǔ)上加上一個(gè)溫差，這個(gè)溫差取多少就與工作經(jīng)驗(yàn)有關(guān)了。 按短路條件校驗(yàn)?zāi)妇€的機(jī)械穩(wěn)定性 分別對屋內(nèi)和屋外兩種條件進(jìn)行校驗(yàn)。1 1屋內(nèi)安裝的母線屋

19、內(nèi)安裝的母線 屋內(nèi)母線為硬母線，導(dǎo)線的截面形狀以矩形居多（一般屋內(nèi)配電裝置的電壓等級較低，因此電流較大，為避免趨膚效應(yīng)引起導(dǎo)線電阻增大而選矩形）。 屋內(nèi)配電裝置的導(dǎo)線從屋外引進(jìn)時(shí)，需要通過 墻體，在墻體中的導(dǎo)線用穿墻套管防護(hù)，而在屋內(nèi)，導(dǎo)線則需要用支持絕緣子固定，因此，對于屋內(nèi)安裝的母線來說，在短路電流產(chǎn)生的電動(dòng)力作用下，母線不會(huì)產(chǎn)生變形是進(jìn)行機(jī)械穩(wěn)定性校驗(yàn)的目標(biāo)。 對于跨距數(shù)大于2（對母線的支持點(diǎn)多于3），母線的最大彎距為： N.M（牛米） 如果跨距數(shù)等于2，則母線的最大彎距為： 對于截面積為W的母線，最大計(jì)算應(yīng)力為：10FlM 8FlM （Pa） 對于水平放置的母線，有 ，對于垂直放置的母

20、線，有 計(jì)算出導(dǎo)線的最大應(yīng)力后，根據(jù)材料不同，查得導(dǎo)線的允許應(yīng)力，應(yīng)該有： 如果不滿足要求，可以有兩個(gè)調(diào)整方法：一是重新選擇能滿足要求的導(dǎo)線截面積、形狀和導(dǎo)線放置方式；或者是改變支持絕緣子的位置。不過一般盡量不要采用增大導(dǎo)線截面的方法。 以上介紹的是矩形母線的應(yīng)力計(jì)算，對于如槽型母線，應(yīng)力的計(jì)算要復(fù)雜一些，這方面內(nèi)容，大家可以在課后自學(xué)。82)3(1073. 1aWlich2)6/1 (bhW hbW2)6/1 (xu2 2屋外安裝的母線屋外安裝的母線 屋外安裝的母線和屋內(nèi)安裝的母線，在動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)上存在一定的差別，前者一般使用軟母線（多股導(dǎo)線，如鋼芯鋁絞線），而后者則一般使用硬母線，在安裝方式

21、上也存在著差別，同時(shí)，自然環(huán)境的差別也是原因之一。 其余略。 通過上面討論的母線選擇、校驗(yàn)計(jì)算方法，可以總結(jié)出來在一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)設(shè)計(jì)中需要關(guān)注的問題：該設(shè)備需要進(jìn)行哪些選擇項(xiàng)目的計(jì)算？進(jìn)行哪些校驗(yàn)項(xiàng)目的計(jì)算？如果直接選擇不到設(shè)備該如何處理？如果校驗(yàn)通不過該如何處理？存在多個(gè)選擇依據(jù)時(shí)，如何給這些依據(jù)排個(gè)先后順序？某些校驗(yàn)項(xiàng)目通不過時(shí)，該采取何種技術(shù)手段解決？等。 下面，我們通過計(jì)算例子來演示前面討論的內(nèi)容。例：某變電站，電源進(jìn)線的最大電流為1100A，最大負(fù)荷利用小時(shí)為3200小時(shí)/年，繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為0.1秒，斷路器動(dòng)作時(shí)間為0.2秒，環(huán)境溫度35，母線水平放置， ，選擇母線并校驗(yàn)其熱

22、穩(wěn)定。（要求選擇鋁母線） 解：1）選擇)( ,20,28)2()3()3( IIkAIkAI計(jì)算出溫度修正系數(shù)為：把長期最大工作電流修正為： 查表，選擇的導(dǎo)線為LMY型單條硬母線，母線截面積為 ，允許載流量為1361A。 根據(jù)最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)3200小時(shí)/年和選擇鋁母線的要求，查表得到：則母線計(jì)算截面積為 :882. 02570357035KA1247882. 011002/15. 1mmAjn25 .95615. 11100mmjISng1080 因此，選用LMY型單條硬鋁母線，母線截面積為 。 因?yàn)榄h(huán)境溫度不等于25，因此計(jì)算修正系數(shù)為： 查表得到所選擇的母線長期允許載流量為1674A，

23、但該數(shù)據(jù)是環(huán)境溫度為25的數(shù)值，因此修正為： 經(jīng)過修正后的長期允許載流量依然大于1100A，說明選擇LMY- 母線正確。 實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，選擇的母線應(yīng)該為LMY- 單條硬鋁母線。10100882. 02570357035KA5 .1476882. 01674108010100 通過上面計(jì)算我們也可以看出，一般情況下，采用經(jīng)濟(jì)電流密度選擇出來的母線截面積要大一些。 實(shí)際上，本計(jì)算例題已經(jīng)考慮到同學(xué)們在進(jìn)行導(dǎo)線（如電纜或輸電線路）截面選擇方面的計(jì)算。2）熱穩(wěn)定校驗(yàn)短路存在時(shí)間為0.3秒，應(yīng)考慮非周期分量的影響。查圖6.8得， 秒。按起始溫度為40取C值有：4 . 12028 II4 . 0zt22

24、2min4 .14371. 09920000)4 . 105. 04 . 0(200009911mmQQCSfiz 小于母線截面積。因此選擇合格。由該熱穩(wěn)定校驗(yàn)計(jì)算結(jié)果也可以看出，上面兩種導(dǎo)線截面積計(jì)算出來的結(jié)果都能滿足要求。例：同上例，三相母線的中心距離為40cm，支持絕緣子間距為100cm，跨數(shù)大于2，進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。解：取沖擊電流為： 因此三相短路時(shí)的相間電動(dòng)力為： N前例選擇的導(dǎo)線截面為，母線水平放置，因此抗彎摸量為：kAIich4 .712855. 255. 2 95.88110104 .7173. 11073. 17627aiiFch352210067. 108. 001. 061

25、61mbhW母線的計(jì)算應(yīng)力為： Pa 查表知，鋁母線的允許應(yīng)力為 Pa，因此母線的計(jì)算應(yīng)力小于允許應(yīng)力。校驗(yàn)合格。 電力電纜的構(gòu)造及其選擇電力電纜的構(gòu)造及其選擇 電力電纜的構(gòu)造 電力電纜一般由導(dǎo)電芯線、絕緣層和防護(hù)層構(gòu)成。導(dǎo)電芯線可以是單股導(dǎo)線，也可以是多股導(dǎo)線，導(dǎo)電材料多是銅或鋁，其截面以圓形和扇形居多。絕緣層用于導(dǎo)體之間的絕緣保護(hù)，以絕緣紙居多。防護(hù)層分內(nèi)防護(hù)層和外防護(hù)層，內(nèi)防護(hù)層的作 65102657. 810067. 11095.88110WFWM61069用在于防止絕緣受潮和有害物質(zhì)的侵害（如酸性物質(zhì)、堿性物質(zhì)等），外防護(hù)層主要作用是防止電纜的機(jī)械損傷，內(nèi)防護(hù)層主要由橡膠等材料做成，

26、外防護(hù)層主要由金屬材料做成（又稱鎧裝）。 大家可以通過書上的示意圖了解電力電纜的構(gòu)造。 電力電纜的選擇 選擇電力電纜時(shí)，首先要根據(jù)用途、電纜埋設(shè)環(huán)境、電壓等級等初步選定電纜類型。 在選定電纜類型后，進(jìn)行電纜纜芯截面的選擇，電力電纜的纜芯截面根據(jù)最大容許電流或經(jīng)濟(jì)電流密度選定。 電纜截面的選擇、電纜動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)及熱穩(wěn)定校驗(yàn)與母線有關(guān)的計(jì)算相同，注意查表的差別。 支持絕緣子及穿墻套管的選擇支持絕緣子及穿墻套管的選擇 母線架設(shè)需要支持絕緣子，導(dǎo)線從屋外引進(jìn)或引出到屋內(nèi)需要穿墻套管，對于穿墻套管，由于導(dǎo)線穿過其中，故其導(dǎo)體必須按照長期最大工作電流選擇，同樣，其校驗(yàn)方法與母線的校驗(yàn)方法相同。而支持絕緣子則

27、需校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定。 按電壓選擇按電壓選擇 要求絕緣子和穿墻套管的工作電壓小于其允許最大電壓。戶外安裝的絕緣子需要進(jìn)行爬距校驗(yàn)。 按最大長期工作電流選擇絕緣套管按最大長期工作電流選擇絕緣套管 對于穿墻套管，其額定電流必須大于其長期工作電流。當(dāng)環(huán)境溫度超過40時(shí)，必須進(jìn)行修正。 按短路時(shí)熱穩(wěn)定性校驗(yàn)穿墻套管按短路時(shí)熱穩(wěn)定性校驗(yàn)穿墻套管 對于穿墻套管，有： 按短路時(shí)機(jī)械穩(wěn)定性校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度 穿墻套管在受力情況方面與支持絕緣子相似，其受力計(jì)算公式為： N 式中：a為絕緣子的中心距， 和 分別為計(jì)算絕緣子與其兩側(cè)絕緣子之間的距離，對于穿墻套管，取 。RtfiZdtIQQQ27212)3()3(max10)(7

28、3. 121lliaFch1l2l21ll 考慮一定的裕度，則：例：某變電站屋內(nèi)配電裝置，母線水平置， ,選擇母線支持絕緣子。絕緣子之間距離相等，絕緣子之間距離1.2米，相間距離0.7米，沖擊系數(shù)取1.8。解：沖擊電流為： 支持絕緣子上母線的電動(dòng)力為： N取安全系數(shù)為1.67。則： xuFF6 . 0maxkAI28 kAIkichch12.712854. 22 1500107 . 02 . 17112073. 11073. 17272aLiFch2505150067. 167. 1F因此選擇支持絕緣子為：ZA-10Yl 母線水平放置，無需對力臂的不同進(jìn)行歸算，選母線水平放置，無需對力臂的不同

29、進(jìn)行歸算，選擇擇ZA-10T的同學(xué)也算對。的同學(xué)也算對。某變電站屋內(nèi)配電裝置，母線水平放置， ，已經(jīng)選擇穿墻套管CLB-10/600。絕緣子之間距離相等，絕緣子之間距離1.2米，相間距離0.7米，沖擊系數(shù)取1.8。對該選擇的穿墻套管進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。解：沖擊電流為： 支持絕緣子上母線的電動(dòng)力為： NkAI28 kAIkichch12.712854. 22 1500107 . 02 . 17112073. 11073. 17272aLiFch穿墻套管承受的電動(dòng)力為： N查CLB-10/600的破壞荷重為7500N。因此有： 滿足要求。75015005 . 05 . 0F750450075006 .

30、 0第第6 6節(jié)節(jié) 開關(guān)設(shè)備的選擇開關(guān)設(shè)備的選擇 通過前面內(nèi)容的學(xué)習(xí)，我們可以初步地了解了變電所高壓設(shè)備的設(shè)計(jì)流程、步驟和方法。1 1、高壓斷路器的選擇、高壓斷路器的選擇 斷路器種類、形式的選擇斷路器種類、形式的選擇 目前一般使用的斷路器類型有：少油斷路器、真空斷路器、SF6斷路器，要根據(jù)使用場合和用途選擇斷路器類型，少油斷路器屬于通用產(chǎn)品，如果沒有特殊要求，一般選少油斷路器；真空斷路器分合閘時(shí)間短、允許動(dòng)作次數(shù)多，一般頻繁操作和對動(dòng)作時(shí)間有特殊要求的場合使用；SF6斷路器絕緣性能好，一般用于高壓系統(tǒng)中。 聲明：低壓系統(tǒng)、中壓系統(tǒng)和高壓系統(tǒng)的區(qū)分。 斷路器額定電壓、額定電流選擇斷路器額定電壓、

31、額定電流選擇 斷路器的額定電壓應(yīng)按照斷路器安裝地點(diǎn)的工作電壓考慮，額定電流要大于斷路器長期流過的最大電流（短路電流除外）。應(yīng)滿足以下條件： 且 按開斷電流或斷路器斷流容量選擇按開斷電流或斷路器斷流容量選擇 斷路器的額定開斷電流要求大于短路電流，取何時(shí)間短路電流則要看保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間。geUU geII 對于快速分閘開關(guān)（如真空開關(guān)），可以取短路的次暫態(tài)電流為選擇用短路電流。 對于其它開關(guān)，則根據(jù)保護(hù)的最短動(dòng)作時(shí)間加上開關(guān)的固有分閘時(shí)間作為計(jì)算短路電流的時(shí)間。 如果沒有保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的資料，一般可按照0.030.05秒計(jì)；如果沒有斷路器的固有分閘時(shí)間參數(shù)，一般可按照真空短路器，取0.05秒，其它斷路

32、器取0.10.15秒。 高壓開關(guān)的額定開斷電流或額定斷流容量應(yīng)滿足： 或 dtekIIekeedIUS32 2、高壓斷路器的校驗(yàn)、高壓斷路器的校驗(yàn) 開斷電流開斷電流 要求： 為斷路器額定開斷電流。 為第t秒短路電流，這個(gè)時(shí)間由兩部分組成：開關(guān)固有分閘時(shí)間+繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。 當(dāng)短路發(fā)生后約0.1秒，一般來說，短路電流的非周期分量就已經(jīng)衰減完畢，可直接取短路電流的周期分量計(jì)算。熱穩(wěn)定校驗(yàn)熱穩(wěn)定校驗(yàn)dtekIIekIdtI 要求： 是開關(guān)廠家給出t秒的熱穩(wěn)定電流， 為短路穩(wěn)態(tài)電流， 為短路電流等值時(shí)間。 對應(yīng)著短路電流周期分量發(fā)熱的等值時(shí)間， 對應(yīng)著短路電流非周期分量發(fā)熱的等值時(shí)間。 可以通過查表

33、獲得， 也可以根據(jù)以下公式進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)： 短路電流周期分量和非周期分量的發(fā)熱計(jì)算，參見書上P233處。eqttItI22tIIeqteaepeqtttepteatept2 22 05. 005. 0IIteafiZtQQtI2 為故障切除時(shí)間。 工程應(yīng)用中，一般使用前一種方法。 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)要求： 值有開關(guān)參數(shù)查得。如SN10-10I的 ，SN10-10II的 。 dtdtdzZtIIIQ12)()(10222/2 )(2sA dt22 203. 0ItIQfzfichpii pikAip52kAip743 3、高壓熔斷器的選擇、高壓熔斷器的選擇 按額定電壓選擇按額定電壓

34、選擇 同斷路器。 按熔管和熔體額定電流選擇按熔管和熔體額定電流選擇 要求熔管的額定電流熔件的額定電流 電路的最大長期工作電流。 一般?。喝奂~定電流=可靠系數(shù)負(fù)荷最大工作電流。4 4、高壓熔斷器校驗(yàn)、高壓熔斷器校驗(yàn) 開斷電流校驗(yàn)開斷電流校驗(yàn) 分兩種情況處理 對于無限流作用的熔斷器，可按其額定開斷電流大于等于最大沖擊電流有效值校驗(yàn)； 否則按照額定開斷電流大于等于短路起始周期分量來校驗(yàn)，一般產(chǎn)品目錄中給出熔斷器在其額定電壓下的極限開斷電流，可換算成在電網(wǎng)電壓下的極限開斷電流=額定電壓下極限開斷電流額定電壓與電網(wǎng)電壓的比值。 熔斷器選擇性配合的校驗(yàn)熔斷器選擇性配合的校驗(yàn) 熔斷器熔斷時(shí)間與流過的電流之

35、間的關(guān)系為熔體的安-秒特性，如果存在多級熔斷器，就必須校驗(yàn)熔斷器之間的熔斷選擇性。 如果存在線路保護(hù)，也要與保護(hù)進(jìn)行配合（選擇性）。5、負(fù)荷開關(guān)與隔離開關(guān)的選擇及校驗(yàn)負(fù)荷開關(guān)與隔離開關(guān)的選擇及校驗(yàn) 與高壓斷路器計(jì)算相似，無需校驗(yàn)斷流容量或開斷短路電流。例：10千伏饋線短路器，線路工作電流350安，線路上過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間2秒，饋線出口三相短路電流值為： 。開關(guān)工作地點(diǎn)：戶內(nèi)配電裝置。 1)選擇該斷路器型號； 2)對斷路器進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)； 3)對斷路器進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。kAikAIkAIch5 .50;20;5 . 8 解： 1)根據(jù)斷路器的工作環(huán)境、電網(wǎng)電壓等級、線路工作電流和 ，初步選擇斷路器

36、型號為：SN10-10I。該斷路器參數(shù)如下： ，斷路器固有分閘時(shí)間0.05秒。 2)熱穩(wěn)定校驗(yàn) 短路電流持續(xù)時(shí)間：2+0.05=2.05秒 因此由教科書圖6.8查得： 秒所以： I42 .20,52,2 .20,600,1022tIkAikAIAIkVUtpeknn35. 25 . 820 II9 . 2zt合格。 3)由： 可知：合格。例：10千伏饋線隔離開關(guān)，線路工作電流350安，線路上過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間2秒，饋線出口三相短路電流為： 。開關(guān)工作地點(diǎn)：戶內(nèi)配電裝置。 1)選擇該隔離開關(guān)型號； 2)對隔離開關(guān)進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)； 3)對隔離開關(guān)進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)。42 .208176. 3)35.

37、205. 09 . 2(8)05. 0(22222 2zdtIQkAikAichp5 .50,52chpiikAikAIkAIch5 .50;20;5 . 8 解： 1）根據(jù)隔離開關(guān)的工作環(huán)境、電網(wǎng)電壓等級、線路工作電流，初步選擇隔離開關(guān)型號為：GN6-10T/600。該斷路器參數(shù)如下：注：如果第一步選擇注：如果第一步選擇GN6-10T/400GN6-10T/400，只要在進(jìn)行動(dòng)，只要在進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)后修正為穩(wěn)定校驗(yàn)后修正為GN6-10T/600GN6-10T/600也可以。也可以。 2)熱穩(wěn)定校驗(yàn) 短路電流持續(xù)時(shí)間：2+0.05=2.05秒因此由教科書圖6.8查得： 秒514,52,600,

38、1022tIkAiAIkVUtpnn35. 25 . 820 II9 . 2zt所以：合格。 4)由：可知：合格。 5148176. 3)35. 205. 09 . 2(8)05. 0(22222 2zdtIQkAikAichp5 .50,52chpii第第7 7節(jié)節(jié) 儀用互感器的選擇儀用互感器的選擇1 1、電壓互感器的選擇、電壓互感器的選擇電壓互感器的選擇包含以下內(nèi)容：額定電壓選擇額定電壓選擇一般來說要根據(jù)測量監(jiān)視點(diǎn)的電壓等級來確定，要求互感器原邊電壓滿足：副邊電壓選擇與原邊接線有關(guān)： eeUUU9 . 01 . 11中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地 中性點(diǎn)接地 相電壓 線電壓 高壓側(cè)接法 開口

39、三角線圈 副線圈線圈 按工作場所選擇按工作場所選擇戶內(nèi)、戶外。按構(gòu)造選擇按構(gòu)造選擇 ，采用油浸式普通結(jié)構(gòu)或環(huán)氧樹脂澆注干式結(jié)構(gòu)； ，采用串級式電壓互感器。精確度等級選擇精確度等級選擇 有測量儀表或繼電器的形式和用途，確定電壓互感器的精確度等級，查表，獲得互感器在該精確度下的額定容量（校驗(yàn)用）。一般來說，可以根據(jù)以下原則確定精確度等級：100/3 100 100 副邊電壓（V） 3/100kV35kV110 計(jì)量用（接電度表），0.5級； 供給監(jiān)視用電度表、功率表或發(fā)電廠的電壓繼電器，1級； 供給監(jiān)視用電壓表、電壓繼電器，3級。按副邊負(fù)荷選擇按副邊負(fù)荷選擇要求：即副邊負(fù)荷的總和小于相應(yīng)精確度等級

40、對應(yīng)的額定容量。2 2、電流互感器的選擇、電流互感器的選擇按額定電壓選擇按額定電壓選擇nSS 2pwUU即電流互感器安裝位置的工作電壓小于該電流互感器允許的最大工作電壓。按額定電流選擇按額定電流選擇 即電流互感器安裝位置的原邊最大長期工作電流小于該電流互感器原邊額定電流。 以40為界，環(huán)境溫度每降低1，I1n 可增加0.5%，直至0.2In，當(dāng)環(huán)境溫度高于40時(shí)，則有 。按裝置種類和互感器的型式選擇按裝置種類和互感器的型式選擇 電壓等級610kV的電流互感器，多選擇澆注絕nwII1max.4075741nnII絕緣式，而電壓等級為35kV及以上的電流互感器，多選擇戶外型或安裝在變壓器、斷路器套管中的。按精確度等級和副邊負(fù)荷選擇按精確度等級和副邊負(fù)荷選擇與電壓互感器相似：計(jì)量用（接電度表）：0.5級；監(jiān)視用電度表、功率表、發(fā)電廠電流表：1級；監(jiān)視用其它表計(jì)：3級；只用于觀測有無的表計(jì)：10級。要求：其中： 可以