煤矿35kV变电所的设计（五）

第5章：电气设备的选择与校验

5.1 高压电器设备选择的一般原则

为了保障高压电气设备的可靠运行，高压电气设备选择与校验的一般条件有：按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电流等选择；按短路条件包括动稳定、热稳定校验；按环境工作条件如温度、湿度、海拔等选择。

由于各种高压电气设备具有不同的性能特点，选择与校验条件不尽相同，高压电气设备的选择与校验项目见表5-1。

表5-1    高压电气设备的选择与校验项目

注：表中“√”为选择项目，“○”为校验项目。

一、按正常工作条件选择高压电气设备

（一）额定电压和最高工作电压

高压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压，故所选电气设备允许最高工作电压U_N不得低于所接电网的最高运行电压。 一般电气设备允许的最高工作电压可达1.1~1.15U_N ，而实际电网的最高运行电压U_N.W一般不超过1.1U_N，因此在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压U_N不低于装置地点电网额定电压U_N.W的条件选择，即                                            

U_N ≥U_N.W                                                         

（二）额定电流

电气设备的额定电流I_N是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许通过电流。I_N应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

I_N ≥I_max                                                           

计算时有以下几个应注意的问题：

（1）由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的I_max为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.5倍；

（2）若变压器有过负荷运行可能时， I_max应按过负荷确定（1.3~2倍变压器额定电流）；

（3）母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的I_max；

（4）出线回路的I_max除考虑正常负荷电流（包括线路损耗）外，还应考虑事故时由其它回路转移过来的负荷。

（三）按环境工作条件校验

在选择电气设备时，还应考虑电气设备安装地点的环境(尤须注意小环境)条件，当气温、风速、温度、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。例如:当地区海拔超过制造部门的规定值时，由于大气压力、空气密度和湿度相应减少，使空气间隙和外绝缘的放电特性下降，一般当海拔在1000~3500m范围内，若海拔比厂家规定值每升高l00m，则电气设备允许最高工作电压要下降1%。当最高工作电压不能满足要求时，应采用高原型电气设备，或采用外绝缘提高一级的产品。对于110kV及以下电气设备，由于外绝缘裕度较大，可在海拔2000m以下使用。

当污秽等级超过使用规定时，可选用有利于防污的电瓷产品，当经济上合理时可采用屋内配电装置。

当周围环境温度θ₀和电气设备额定环境温度不等时，其长期允许工作电流应乘以修正系数K，即

我国目前生产的电气设备使用的额定环境温度θ_N=40℃。如周围环境温度θ₀高于40℃(但低于60℃)时，其允许电流一般可按每增高1℃，额定电流减少1.8%进行修正，当环境温度低于40℃时，环境温度每降低1℃，额定电流可增加0.5%，但其最大电流不得超过额定电流的20%。

二、按短路条件校验

（一）短路热稳定校验

短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度(或发热效应)应不超过允许值。满足热稳定的条件为

式中   I_t —由生产厂给出的电气设备在时间t秒内的热稳定电流。

I_∞—短路稳态电流值。           t—与I_t相对应的时间。

t_dz—短路电流热效应等值计算时间。

（二）电动力稳定校验

电动力稳定是电气设备承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件为

                   或                  

式中    i_ch、I_ch—短路冲击电流幅值及其有效值；

i_es 、I_es——电气设备允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。

下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：

（1）用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不校验热稳定。

（2）采用限流熔断器保护的设备，可不校验动稳定。

（3）装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可不校验动、热稳定。

5.2 电气设备的选择和校验

1、断路器

高压断路器是变电所主要电气设备之一，其选择的好坏，不但直接影响变电所的正常状态下运行，而且也影响在故障条件下是否能可靠地分断。断路器的选择根据额定电压、额定电流、装置种类、构造型式、开断电流或开断容量各技术参数，并且进行动稳定和热稳定校验。

① 按额定电压选择

断路器的额定电压，应不小于所在电网的额定电压，即

U_N ≥ U_N.W

式中 U_N—断路器的额定电压，KV；

U_N.W —电网的额定电压，KV。

② 按额定电流选择

断路器的额定电流I_N应不小于回路的持续工作电流，即

I_N ≥ I_ca

式中 I_N—断路器额定电流，A；

I_ca—回路持续工作电流，A。

③ 按配电装置种类选择

装置的种类指断路器安装的场所。装设在屋内的应选屋内型，装设在屋外的，应选屋外型。

④ 按构造型式选择

在相同技术参数的条件下，有各种型式的断路器，如多油断路器、少油断路器、空气断路器、六氟化硫断路器等。要根据配电装置的工作条件和要求，结合各断路器的特点来选用。

少油断路器的特点是油量少、重量轻，不用采取特殊的防火防爆措施。且其尺寸小、占地面积小，造价低。因此，凡是在技术上能满足要求的场合应优先采用。但少油断路器由于油量少，在低温下易于凝冻，故不适宜严寒地区低温下运行。也不适于多次重合的场合。

空气断路器是无油不会起火，而且其动作速度快，断路时间短，断流容量大，适用于多次重合的场合。但是，其结构复杂，附有一套压缩空气装置，价值高。因此，只在要求动作速度快，多次重合的情况下，才选用空气断路器。

六氟化硫断路器的特点灭弧性能好，在密封不好的情况下，在断路器周围环境中易于沉积SF6气体，并需进行充气。

在设计时，具体问题要具体分析，根据上述条件，选用技术上合理而又经济的断路器为宜。

2、隔离开关

隔离开关应按其额定电压、额定电流及使用的环境条件选择出合适的规格和型号，然后按短路电流的动、热稳定性进行校验。

按环境条件选择隔离开关时，可根据安装地点和环境选择户内式、户外式、普通型或防污型等类型，防污型用于污染比较严重的地方。隔离开关按构造可分为三柱式、双柱式和V型结构，工况企业35KV变电所户外多选用V型结构。此外，隔离开关还有带接地刀闸和不带接地刀闸两种，带接地刀闸的一般用于变电所进线。在选择隔离开关的同时还必须选择配套的操作机构。

隔离开关的选择，除了不校验开断能力外，其余与断路器的选择相同，因为隔离开关与断路器串联在回路中，网络出现短路故障时，对隔离开关的影响完全取决于断路器的开断时间，故计算数据与断路器选择时的计算数据完全相同。

3、电流互感器

根据使用环境和安装条件确定电流互感器的类型，然后按正常工作条件及短路参数确定其规格。选择步骤如下：

（1）额定电压的选择

电流互感器的额定电压应大于或等于电网的额定电压，同断路器额定电压的选择。

（2）一次额定电流的选择

电流互感器原边额定电流I_1N应大于等于1.2~1.5倍最大长时工作电流I_ca，即

I_1N >(1.2~1.5)I_ca

(3)、确定准确等级

电流互感器的准确度级别有0.2，0.5,1.0，3.0，10等级。测量和计量仪表使用的电流互感器为0.2级，只为电流、电压测量用的电流互感器允许使用1.0级，对非重要的测量允许使用3.0级。

（4）动稳定校验

电流互感器满足动稳定的条件是

式中 K_es----动稳定倍数，由产品目录查出；

     i_im-----三相短路冲击电流，Ka

（5）热稳定校验

电流互感器满足热稳定的条件是

式中 K_ts---对应于t的热稳定倍数，由产品目录查出；

     t-----给定的热稳定时间，一般为1s；

     I_ss---三项稳态短路电流有效值，A；

     t_f----短路电流的家乡作用时间，s。

4、母线

（1）母线材料及形状的选择

母线材料一般采用铝导体，对于35kv及以上的户外母线常采用钢芯铝导线，而6kv及以下的母线一般采用矩形母线。

（2）母线截面的选择

1）按最大长时工作电流选择

母线的长时允许电流应大于或等于通过母线的最大长时工作电流，即

式中 I_p—母线的长时允许电流，A

     I_ca---通过母线的最大长时工作电流，A

     K_so----温度校正系数。

2）按短路热稳定条件校验

式中 A_min---母线的最小热稳定截面，mm²

     I_SS-----通过母线的最大三相短路电流稳定值，A;

     K_sk----集肤效应系数

     C------导体的热稳定系数

3）母线的动稳定校验

三相短路时，位于同一平面的三相平行母线中产生的最大电动力为

式中 F---三相短路时，作用在母线一个跨距上的最大电动力，N

---三相短路电流的冲击值，A

L-----母线跨距，cm

a------两母线间中心线间的距离，cm

Ks-----母线的形状系数

5、支柱绝缘子

主要用来支持导线和杆塔绝缘。目前种类很多，主要有悬式绝缘子，针式绝缘子，蝴蝶型绝缘子，拉紧绝缘子，支柱绝缘子，钢化玻璃绝缘子，陶瓷横担，钢化玻璃横担，各类电气设备进出线套管，以及穿墙套管等。

选高压支柱式绝缘子：

户外支柱： ZS ——实心棒型支柱

           ZSX—— 悬挂式棒式支柱

           ZSW——耐污型棒式支柱

 户内支柱：ZN——户内内胶装支柱瓷绝缘子

ZL——户内联合胶装

Z ——户内外胶装

A，B，C，D——机械破坏等级

Y——圆柱底座

T——椭圆形底座

F——方形

户外选      ZSW—35/4

户内选      ZL—35/4 Y

6、高压开关柜的选择

（1）、高压开关柜型号的选择

高压开关柜按安装地点和使用环境分，可分为户内型、户外型、普通型、封闭型、矿用一般型和矿用防爆型等类型。按电器元件在高压开关柜内的安装方式不同可分为固定式和移开式两种。按开关柜的安装方式和维护小球分，又分为靠墙或不靠墙安装，单面或双面维护。

在高压开关柜中大都装设少油断路器，对于频繁通断或短路故障较多的线路，要选中装有真空断路器的开关柜。选择高压开关柜的时候还应考虑其操作机构，手动式用于小型变电所，电磁式用于大、中型变电所。

（2）、高压开关柜一次电路方案的确定

选择高压开关柜的一次电路方案时，应考虑以下几个因素：

（1）开关柜的用途。高压开关柜按用途不同，可分为进线柜、出现柜、电压互感器柜等多种。开关柜的用途不同，柜内的电气元件和接线方式也不同，确定开关柜的一次电路方案时，应首先考虑其用途。

（2）负荷情况。对于负荷容量大、继电保护要求较高的用电户，必须使用断路器进行保护和控制；对于负荷容量较小，继电保护要求不高的用电户，可采用装有负荷开关和熔断器的开关柜，对于单回路供电的用户，开关柜只要求断路器靠近母线的一侧装设隔离开关；对双回路供电的用户，断路器两侧都应该装设隔离开关。

（3）开关柜之间的组合情况。变电所的进线柜和联络柜，由于安装需要，往往选用两种不同方案的开关柜组合使用。

（4）进出线及安装布置情况。为了保证足够的安全距离，两个架空出线柜不得相邻布置，中间至少应隔开一个其他方案的开关柜。

3、高压开关柜电气参数的选择校验

当高压开关柜的型号和一次电路方案确定以后，开关柜中所装电器元件的型号也就基本确定。下一步应对柜内电气元件的技术参数进行选择校验。主要开关电器的选择和校验方法如前所述。有些高压配电装置，厂家已经进行配套生产，选择时，只需要按配电箱所给技术参数选择校验即可。