1、第七章110kv及以下電氣設備選擇一、電力變壓器1、阻抗電力變壓器的阻抗實質就是繞組間的漏抗。從電力系統穩定和供電質量考慮，希望主變壓器的阻抗越小越好，但阻抗偏小又會使系統短路電流增加，使高、低壓電器設備選擇遇到困難或增大投資，另外阻抗的大小還要考慮變壓器并聯運行的要求。雙繞組電力變壓器，一般按標準規定值選擇，對三繞組電力變壓器，其最大阻抗是在高、中繞組間還是在高、低繞組間，要按中、低壓側電壓波動要求及短路電流限制來確定。目前國內生產的變壓器有“升壓型”和“降壓型”兩種結構。升壓型的繞組排列順序為自鐵芯向外依次為中、低、高、所以高、中壓繞組間阻抗最大，降壓型的繞組排列順序為自鐵芯向外依次為低、

2、中、高所以高、低壓繞組間阻抗最大。2、調壓方式由于供電電網在運行時會有電壓偏移，因而變壓器的一個繞組或二個繞組需要設置分接頭，用切換分接頭的方法來進行電壓調整。有兩種分接開關，一種是無勵磁調壓分接開關，它的作用是在一次側和二次側均與電網斷開的情況下，用以變換一次或二次側繞組的分接，進行分級調壓。另一種是有載調壓分接開關，它是在變壓器帶負載運行中，用以變換一次或二次繞組的分接，改變其有效匝數，進行分級調壓。3、變壓器繞組的聯結方式及其標號三相變壓器的一組相繞組或連接成三相組的單相變壓器的相同電壓的繞組連接成星形、三角形、曲折形時，對高壓繞組分別用大寫拉丁字母Y、D、Z表示，對中壓或低壓繞組分別用

3、小寫拉丁字母y、d、z表示。如星形聯結或曲折形聯結的中性點是引出的，則分別以YN或ZN及yn或zn表示。繞組電壓間的相位移用鐘時序數來表示。取高壓繞組的電壓矢量作原始位置， 即時鐘的12點(或0點)，低壓繞組電壓矢量所指向的鐘點數，就是鐘時序數。對于多繞組變壓器，高壓繞組的電壓矢量仍作為參考矢量，按各繞組額定電壓的遞減次序如高一中、高一低排列接線組別代號和鐘時序數。舉例1：一臺雙繞組變壓器，高壓為中性點引出的星形聯結繞組，額定電壓為110kV,.低壓為三角形聯結繞組，額定電壓為10.5V，三角形聯結繞組上的電壓超前于星形聯結繞組上的電壓30°(鐘時序數11)。其聯結組標號為YN，d1

4、1。舉例2：一臺三繞組變壓器，高壓為中性點，引出的星形聯結繞組，額定電壓為110kV，中壓為中性點引出的星形聯結繞組，額定電壓為38.5kV，低壓為三角形聯結繞組，額定電壓為10.5kV。兩個星形聯結繞組的電壓是同相位(鐘時序數為0)，而三角形聯結繞組上的電壓超前于其它電壓30°(鐘時序數為11)。因此，聯結組標號為YN,yno,dll。二、高壓電器的選擇（一）高壓電器選擇的一般要求1 技術條件（1） 長期工作條件1）工作電壓選用電器的允許最高工作電壓Umax應高于或等于所在回路的最高運行電壓UY，即 高壓電器的允許最高工作電壓，為其額定電壓1015%，一般最高運行工作電壓不會超過額

5、定電壓的1015%，故按設備的額定電壓來選擇即可滿足要求。2）工作電流選用電器的額定電流Ir應大于該回路的最大工作電流Imax，即Ir>Imax 高壓電器沒有明確的過載能力，因此在選擇其額定電流時，應滿足可能運行方式下回路持續工作電流的要求。（2） 短路穩定條件1）短路的熱穩定條件電器的熱穩定是指當通過短路電流時，其抵抗熱力作用的能力。由在電器中所產生而不致使其損壞的熱量而定，此熱量可由下式求得： 式中 Ith電器的熱穩定電流，kAIth熱穩定電流作用的允許時間，秒熱穩定電流是在一定的時間內，電器各部分不致短時地超過允許溫度所能支持的電流值。該電流以及流過的時間，都由電器制造廠提供，一般

6、是給出1秒、3秒、4秒、5秒的電流。電器在短路時間內產生的實際熱量。 式中 tf假想時間，秒比較上述二式的右端，可得電器的熱穩定應滿足下列公式 從電器發熱的觀點看，如短路電流IK流過電器的時間相對較短時，則此電流允許超過熱穩定電流Ith，但不能超過該電器所規定的最大容許電流或稱極限電流imax。電器在流過該電流下不致引起其繼續工作的最大電流。故對電器而言，無論在怎樣短促的時間內，電流均不得超過此值。最大容許電流主要是表明電器的電動力穩定，即其抵抗短路電流的機械作用的能力，且以電器的最弱的元件決定的。對于有線圈的電器（如電流互感器），其最大允許電流不僅表明它們的機械穩定，還表明由于流過短路電流使

7、匝間的電壓升高時，其匝間絕緣的電氣強度。對于有觸頭的電器（如斷路器、隔離開關），該電流還表明觸頭的穩定。電器的最大允許電流imax也由電器制造廠提供。2)短路的動穩定條件高壓電器的動穩定應滿足下列公式 式中ich短路沖擊電流峰值，kA Ich短路全電流有效值，kA imax電器允許的極限通過電流峰值，kA Imax電器允許的極限通過電流有效值，kA（3）絕緣水平 高壓電器在工作電壓和過電壓的作用下，電器的內、外絕緣應保證必要的可靠性。電器的絕緣水平，應按電網中出現的各種電壓和保護設備相應的保護水平來確定。當所選電器的絕緣水平低于國家規定的標準數值時，應通過絕緣配合計算，選用適當的過電壓保護設備

8、。可見國家標準高壓輸變電設備的絕緣配合GB311.1-97。值得注意的是，國外高壓電器設備由于額定電壓不完全與我國相同，故其絕緣水平往往低于中國標準，例如我國采用35 kV額定電壓等級的電器，在西歐為33kV。國內35 kV高壓電器標準為雷電沖擊耐壓/工頻耐壓為185/80kV，設備最高工作電壓為40.5kV而IEC標準卻為170/70kV，36 kV。這點大家在采用國外電器設備時要特別注意。2環境條件（1）溫度當電器使用在環境溫度與其額定溫度不同時，電器的最大允許工作電流要修正。高壓電器長期工作時的允許最高發熱溫度可見鋼鐵企業電力設計手冊上冊P541，表13-4。（2）濕度當電器使用在相對濕

9、度超過一般產品的使用標準時，應選用濕熱帶型高壓電器，這類產品的型號后面一般都標有“TH”字樣。當電器使用在年最高溫度超過+40，而長期處于低濕度的干熱地區，應選用干熱帶型高壓電器，這類產品型號后面一般都標有“TA”字樣。國產熱帶電工產品的環境條件可見鋼鐵企業電力設計手冊上冊P540表13-3。（3）污穢在空氣污穢地區戶外安裝的高壓電器，應根據污穢情況增大電瓷外絕緣的有效泄露比距等措施。發電廠、變電所污穢分級標準見導體和電器選擇設計技術規定SDGJ14-86附錄二。（4）海拔高度高壓電器一般使用條件為海拔高度不超過1000m。超過1000m的地區稱為高原地區。高原地區環境條件的特點是，氣壓低、氣

10、溫低、日溫差大、絕對濕度低、日照強。對電器的絕緣、溫升、滅弧、老化等影響是多方面的。在高原地區，由于氣溫降低是足夠補償海拔對溫升的影響，因而在實際使用中其額定電流可與一般地區相同。對安裝在海拔高度超過1000m地區的電器外絕緣一般應予加強，可選用高原型產品或用外絕緣提高一級的產品。由于現有110 kV及以下大多數電器的外絕緣有一定裕度，故可使用在海拔2000m以下的地區。（二）高壓電器選擇的補充要求上節論述了高壓電器的四項基本性能，這些性能可以選擇串聯在電路上的所有電器，這四項性能為1 額定與最高工作電壓2 額定電流3 熱穩定電流4 通過的極限短路電流下面對主要電器設備再作一些補充要求。1 斷

11、路器斷路器是電路中最復雜和最重要的電器，它能在帶負載的情況下閉合或切斷電路，并在短路時能以最快的速度切斷故障電路，以保持系統工作的穩定。斷路器除須按上述四項性能選擇外，還有以下一些性能要求。（1）額定短路開斷電流斷路器的觸頭在開始分開瞬間時的短路電流有效值應小于此值。為了求得此短路電流值，必須決定斷路器切斷的計算時間，也就是短路電流的持續時間，為為后備保護裝置動作時間，按具體的裝設的保護裝置而定，為啟動機構，延時機構和執行機構動作時間的總和。tgu為斷路器固有分閘時間，thu為燃弧持續時間，兩者之和為斷路器全分閘時間，可在樣本上查出。因此，斷路器的額定短路開斷電流應滿足下列公式Ibr 式中Ib

12、r斷路器額定短路電流，kA ISt斷路器觸頭開始分開瞬間的短路電流有效值，kA對于遠離電源的用戶，使用低速斷路器，其實際開斷時間等于或大于0.2秒，則按0.2秒的短路電流周期分量有效值I0.2來選斷路器。當實際開斷時間小于0.2秒時，則按次暫態短路電流有效值I來選擇斷路器。如采用快速斷路器，當實際開斷時間小于0.1秒時，或靠近電源處短路時，其開斷短路電流還應考慮非周期分量的影響，真空斷路屬于快速斷路器。在采用真空斷路器和微機綜合保護器時，實際開斷時間很可能會小于0.1秒。（2）額定短路關合電流在關合短路電流時，斷路器的穩定用額定關合電流來表示，此電流即連接在傳動機構上的斷路器，在電壓等于其額定

13、值時能關合而不致使觸頭焊接或發生其它損傷的最大電流。此參數對用于自動重合閘的斷路器尤為重要。（3）額定操作順序裝有自動重合閘的斷路器，應考慮重合閘對額定短路開斷電流的影響。我國近期生產的產品，均已按斷路器標準通過額定操作順序（操作循環）的開斷電流。對于按一次自動重合閘操作順序“分-合分-t-合分”（為無電流間隔時間，110kV及以上為0.3s，110kV以下為0.30.5s，t為180s）完成試驗的斷路器，不必再因重合閘而降低其開斷能力有二次重合要求時要與制造廠協商。 對于一些特殊用途的斷路器，例如電弧爐或鋼包爐用的斷路器，因工藝生產需要頻繁切合，在電氣和機械壽命上，都要滿足頻繁操作的要求。又

14、如諧波濾波器和功率因數補償裝置斷路器也要滿足能切合容性電流的要求。2負荷開關 負荷開關主要用以開斷和關合負荷電流。與高壓熔斷器聯合使用可代替斷路器作短路保護，帶有熱脫扣器的負荷開關還具有過載保護性能。 負荷開關按前述的四項基本性能來選擇外，還要校驗額定短路關合電流。由于極限通過電流甚小，往往滿足不了企業配電系統的要求。3 隔離開關 隔離開關的主要功用為 （1）將電路的一部分電壓隔離 （2）造成良好的看得見的空氣絕緣間隔，即有一個明顯的斷開點。 因此，為便于電器設備的檢修或改變供配電系統在運行中的接線(例如雙母線系統將負荷從一段母線倒換到另一段母線)時，裝設了隔離開關。要特別注意在任何情況下不能

15、用隔離開關來切斷負荷電流，以防止相間飛弧而引起事故，必須與相應的斷路器作機械和電氣聯鎖。隔離開關按前述的四項基本性能來選已足夠。4 高壓熔斷器 高壓熔斷器除了要按額定電壓、額定電流和極限短路電流選擇外，還要校驗額定開斷電流。熔斷器的熔絲在穩定狀態發熱時，所有其吸收的能量完全散發到周圍空間。相當于熔絲此種發熱狀態的最大電流叫最小熔化電流，樣本上叫最小開斷電流(以額定電流倍數來表示)，在該電流時，理論上的熔化時間為無窮大，當電流增加時，熔化時間減少，為反比延時特性，其安一秒特性曲線見下圖。具體型號熔斷器的安-秒特性曲線列在樣本上。 安秒特性曲線熔斷器有限流的與非限流的兩大類。在熔絲熔化后，使電流在

16、未達到其最大值之前，立刻減小到零的熔斷器叫限流斷路器，下圖示出該熔斷器工作時，電路中電流的示波圖。限流熔斷器示波圖當電流為i時，熔絲即蒸發，間隙被打穿，電弧開始燃燒，在限流熔斷器中，電流沒有達到最大值Im，而相反的卻從i開始下降，迫使電流在自然到零值前下降到零，充有石英砂的熔斷器即屬于限流熔斷器。非限流的熔斷器在熔絲蒸發后，電弧中電流達到其最大值，最好的情形是第一次過零時電弧熄滅，也可能在經過幾個半周后熄滅。由于熔斷器切斷的時間很快，因此在導體的電器選擇設計技術規定SDGJ14-86第條規定：“用熔斷器保護的導體和電器可不驗算熱穩定；除用有限流作用的熔斷器保護者外，裸導體和電器的動穩定仍應驗算

17、”。5 限流電抗器限流電抗器是用來限制短路電流的，它尚能在配電網絡中發生短路時，維持母線上的電壓（剩余電壓）不致太低而影響其它用戶，但正常工作時要求在電抗器上的電壓降不要過大。下圖示出正常工作時與在電抗器后短路時電壓降的分配情況。因電壓降主要產生在電抗器上，故母線上能維持足夠高的電壓。 電壓分配圖根據上述要求，選擇限流電抗器時，第一步根據需要的限流值來選出電抗器的參數，再來驗算其剩余電壓和壓降是否滿足要求。其計算系統見下圖。 選擇限流電抗器系統圖（1）限流電抗器電抗百分數xk%的選擇"=或 上式是以Uj、Ij為基準的，將它換算到以電抗器額定參數為基準時為將上述X*K式代入上式得 式中

18、電抗器在額定參數下的電抗百分數 電抗器前的系統以Uj、Ij為基準的電抗標幺值 Uj基準電壓，連接電抗器回路的平均電壓，kVIj基準電流，kAUek電抗器的額定電壓，kVIek電抗器額定電流，kA I"電抗器后短路時次暫態短路電流有效值，kA （2）剩余電壓百分數uk%的校驗，一般要求為額定電壓的6070% uK%=而 xk=故 uk%= (3)正常工作時電抗器上壓降百分數U%的校驗，一般要求不大于額定電壓的5%U% = 式中Ig正常通過的負載電流，kA負載功率因數角，一般取cos=0.8, sina=0.6例某變電所10kV母線上的短路容量為500MVA，I"=38.5 k

19、A，設計要求在饋電線后的短路容量降低至200MVA，I"=11kA，請計算限流電抗器的參數，饋電線上正常的負載電流為800A，cos=0.8,請校驗短路后10kV母線的剩余電壓值和正常工作時電抗上的電壓降。解：取Sj=100MVA,Uj=10.5kV,Ij=5.5kA電抗器前系統的電抗標幺值為取按公式得故選6%標準電抗器驗算10kV母線剩余電壓 6電抗器的電抗幺值為電抗器后短路時的次暫態短路電流為按公式得滿足60以上的要求驗算正常工作時電抗器上的壓降按公式得電壓降小于5%滿足要求6 電壓互感器（1）型式電壓互感器常用的有油浸絕緣電磁式、樹脂澆注絕緣干式以及電容式三種結構型式，110k

20、V及以下的，通常都采用前兩種型式。安裝在35kV及以下成套高壓柜內的電壓互感器，為節約占用空間，一般為樹脂澆注結構，而35110kV的配電裝置，則采用油浸式結構。電壓互感器又有單相雙繞組、單相三繞組、三相三柱式雙繞組、三相五柱式三繞組等，按不同的需要來選用。（2）接線方式常用的接線方式有以下幾種1） 一個單相雙繞組電壓互感器供儀表和繼電器接于一個線電壓，用于備用電源進線側的電壓監視，或備用電源自投后自動復歸的場合。電壓互感器的二次繞組一端接地。2） 兩個單相雙繞組電壓互感器接成V-V型供儀表和繼電器接于a-b，b-c兩個線電壓，用于主接線較為簡單的變電所。這種接線不能接絕緣檢查電壓表。電壓互感

21、器二次側b相接地。3） 三個單相雙繞組電壓互感器接成星-星形，高壓側中性點接地供儀表和繼電器接于三個線電壓，也可接絕緣檢查電壓表。如高壓側系統中性點直接接地，則可測系統的相電壓，如高壓側系統中性點不接地或經阻抗接地，則測得的是相對地電壓而不是相電壓。電壓互感器二次繞組中性點接地。4） 一個三相三柱式電壓互感器供儀表和繼電器接入線電壓和相電壓。這種電壓互感器在電網中性點不接地的情況下，不能測量相對地電壓，因為電壓互感器一次側的中性點不能接地，如接地的話，則在回路發生單相接地時，零序磁通相位重合，只能經過空氣與鐵殼形成通路，磁阻很大，故零序電流也較大，這種不正常情況長期使用，會由于繞組的過熱，將損

22、壞互感器。因此，為避免接線不當，接成星-星的三相三柱式電壓互感器的一次繞組無引出的中性點。5） 一個三相五柱式電壓互感器主二次繞組接成星形，供儀表和繼電器接入線電壓和相電壓。如高壓側系統中性點直接接地，則可測系統的相電壓。如高壓側系統中性點不接地或經阻抗接地時，則測得的是相對地電壓而不是相電壓。剩余電壓繞組接成開口三角形，構成零序電壓濾過器，供接入保護繼電器和接地信號（絕緣檢查）繼電器。6） 三個單相三繞組電壓互感器一次繞組接成星形，主二次繞組也接成星形，剩余電壓繞組接成開口三角形，使用范圍與上述五柱式電壓互感器相同。 (3)電壓、容量和準確度 1)電壓互感器的一次側電壓應等于電網的額定電壓，

23、當采用三個單相互感器接成星形連接時，每一單相互感器的一次側電壓應為電網的額定相電壓，即額定電壓的。 電壓互感器的二次側電壓，當采用單相互感器接于一個線電壓或VV接法時為lOOV，接成星一星接法時為V。當采用三相互感器時為lOOV。對于有剩余電壓繞組的電壓互感器，其第三繞組的電壓，當采用單相互感器而電網中性點不接地或經小電阻接地時為V。電網中性點接地時為lOOV，當采用三相互感器時均為V。 2)電壓互感器的額定容量與其準確度等級有關。樣本上列出在不同準確度下的額定容量，并列出其最大容量。最大容量是按允許發熱條件而確定的，當電壓互感器以最大容量工作時，就沒有準確度可言了。 3)電壓互感器的準確度是

24、根據其所按表計的要求來選擇。電力裝置的電測量儀表裝置設計規范GBJ-63-90規定了各類表計的精確度要求。當電壓互感器所接負荷及其最高精確度儀表確定后，即可計算電壓互感器的相負荷，作為選擇其容量的依據。7 電流互感器（1）型式 電流互感器有瓷絕緣結構和樹脂澆注絕緣結構，35 k V及以下成套高壓柜內的電流互感器，大都采用樹脂澆注絕緣，而35220 k V非成套供應的配電裝置，一般采用油浸磁箱式絕緣。有條件時，應盡量采用組裝在變壓器套管內或穿墻套管內的電流互感器。（2）參數選擇 電流互感器除按其一次繞組額定電壓和額定電流選擇，并滿足動熱穩定要求外，還要正確選擇以下附加特性。 1) 二次額定電流二

25、次額定電流有5A和1A兩種，強電回路一般常用5A。2）準確度準確度是根據它的用途選擇的，規范中規定了各類表計和繼電保護對準確度的要求。電流互感器準確度的表示方式為：當用于測量表計時，例如0.5FS5，則表示在額定負載、額定電流時誤差為0.5%，FS為飽和倍數，Fs后的數字5，意即鐵芯在5倍額定電流時飽和，以防止大倍數的短路電流流過時將表計的指針打彎。當用于繼電保護時，例如10P10，則表示在額定負載下、10倍額定電流時誤差為10%，P為保護的意思，意即10倍額定電流時鐵芯仍有較好的線性，可充分提供繼電保護的電流，因此字母P或FS前的數字越小準確度越高，后的數字越大則鐵芯線性范圍越大。3）額定二

26、次容量額定二次容量相當于誤差不超過準確度所限制的負荷伏安數，例如某電流互感器0.5準確度額定容量為20VA，則在該電路內所接表計和連接導線等的負荷總和不能超過20VA。三、中性點設備選擇1、中性點接地方式(1)經消弧線圈接地感性電流與容性電流向量相反，為180° (2)經電阻接地阻性電流與容性電流向量差90°2、中性點設備(1)消弧線圈1)補償容量Q=KLC (7-2-15)式中Q補償容量KVAK系數，過補償取1.35Un電網的額定線電壓kVIc電網的電容電流A 2)電容電流IC的估算架空線路IC=(2.73.3)L× (7-2-16)式中L架空線路長度

27、2.7系數，用于無架空地線3.3系數，用于有架空地線同桿雙回線的電容電流為單回路的1.31.6倍，上式可簡化為IC=電纜線路IC=0.1 即IC=3)變電所增加的接地電容電流見指導書 表7-2-134)中性點位移電壓 (7-2-18)式中： 消弧線圈投入前，中性點的不對稱電壓，取0.8%相電壓 阻尼率，IR為漏泄電流脫諧度，=為了維持三相對地電壓的對稱平衡，對Uo應加以控制，即中性點長時間位移電壓不能超過相電壓的15%。5)接入方式)直接接在變電站主變壓器的中性點上 主變為YN接線 主變為YN以上兩種接法，消弧線圈的容量不應超過主變三相總容量的50%,且不得大于三繞組變壓器的任一繞組容量。如接

28、在YN主變的中性點上，則消弧線圈的容量不應超過三相繞組總容量的20%。)如主變中性點沒有引出，由應裝設容量相當的接地變壓器。(2)接地電阻1)高電阻接地)電阻參數 電阻額定電壓1.05× (7-2-19) 電阻值R=×=× (7-2-20) 電阻消耗功率=×I (7-2-21) 式中： R中性點接地電阻值 歐姆 UR系統額定線電壓 kV IR電阻電流 A K單相短路時電阻電流與電容電流之比)接地電阻經單相配電變壓器接入電阻的額定電壓應不低于變壓器二次側電壓，一般選用110V或220V。電阻值 (7-2-22)電消耗功率 P= = = = (7-2-23)

29、2)低電阻接地)電阻參數 電阻額定電壓 1.05× （7-2-24） 電阻值 = （7-2-25） 電阻消耗功率 I×UR （7-2-26） 式中 RN中性點接地電阻 歐姆 I選定的單相接地電流 A 電阻短時耐受電流按10S時間考慮(3)接地變壓器1)系統有中性點引出時用單相接地變的參數接地變額定電壓 (7-2-27) 式中 UN發電機或變壓器額定一次線電壓 kV 接地變壓器容量 (7-2-28) 式中 接地變二次側電壓 kV 二次電阻電流 A K變壓器過載倍數 (由制造廠提供)2)用三相接地變壓器 當系統中性點未引出或沒有中性點，如變壓器為YNd時，則可接入一臺三相接地變壓器人為地制造一個中性點。其額定容量應與消弧線圈或接地電阻相匹配。若帶有二次繞組還要考慮二次負荷的容量。)用Z型或YN接線Z型 YN ZN(二次繞組帶負荷) 接地變容量 接消弧線圈 SNQX (7-2-29) 接電阻 SNPX (7-2-29)用Y/開口接線接地變容量接消弧線圈 SNQ X/3 (7-2-30) 接電阻 SN (7-2-30) 式中 Q X消弧線圈額定容量