高鐵變電所一次系統(tǒng)運行與維護項目十一、電氣設備的選擇

電纜的選擇電纜的選擇與校驗

1、電纜型號的選擇基本結構：由導電線芯、絕緣層和保護層三部分組成。線芯材料：銅芯和鋁芯兩種。常用的線芯數(shù)目：單芯充油電纜（用于110kV及以上）三芯電纜（用于35kV及以下三相系統(tǒng)）雙芯電纜（用于單相系統(tǒng)）四芯、五芯電纜（用于380/220V三相四線系統(tǒng)或有一線芯用于接地）。

選擇電纜時，應根據(jù)其用途、敷設方式和場所、工作條件及負荷大小，選擇線芯材料、線芯數(shù)目、線芯絕緣材料和保護層等，進而確定電纜的型號。2、額定電壓選擇：UN≥UNs

線芯絕緣：有油浸紙絕緣，塑料絕緣和橡皮（膠）絕緣三類。保護層：塑料電纜的保護層由聚乙烯做成。油浸紙絕緣電力電纜保護層由內(nèi)保護層和外保護層構成，內(nèi)保護層目的是防潮和防漏油，有金屬鋁包和鉛包兩種；外保護層防機械損傷和防腐蝕，有鋼帶鎧裝（抗壓）、鋼絲鎧裝（抗拉）等種類。3、截面選擇（1）長度在20m以下的電纜，一般按長期發(fā)熱允許電流選擇其截面，即Imax≤KIal

綜合修正系數(shù)K的計算在空氣中敷設時在空氣中穿管敷設時土壤中直埋或穿管直埋時（2）年最大負荷利用時數(shù)≥

5000h，長度在20m以上的電纜，按經(jīng)濟電流密度選擇電纜截面：

按經(jīng)濟電流密度選擇的電纜還應滿足長期發(fā)熱要求：Imax≤KIal

為便于敷設，一般盡量選用線芯截面不大于185mm2的電纜。4、熱穩(wěn)定校驗電纜的熱穩(wěn)定校驗仍采用最小截面法，即所選截面S（單位為mm2）應滿足5、電壓損失校驗對供電距離較遠的電纜線路應校驗其電壓損失:

高鐵變電所一次系統(tǒng)運行與維護項目十一、電氣設備的選擇電流互感器的選擇電流互感器的選擇（1）種類和型式選擇根據(jù)安裝地點可選擇：屋內(nèi)或屋外式。根據(jù)安裝方式可選擇：支持式、裝入式（裝在變壓器套管或多油斷路器套管中）和穿墻式（兼作穿墻套管）。根據(jù)一次繞組匝數(shù)可選擇：單匝LD（用于大電流）、多匝LF（用于小電流）和母線式LM（用于大電流）。

6~20kV屋內(nèi)配電裝置的電流互感器有：瓷絕緣（如LDC、LFC和LMC系列）結構；樹脂澆注絕緣（小電流回路采用LA和LFZ系列，大電流回路采用LDZ、LMZ、LAJ和LBJ系列）結構。一般多采用澆注絕緣型。35kV及以上配電裝置的電流互感器采用油浸瓷箱式絕緣結構的獨立式電流互感器（如屋外的LCW系列）或干式電流互感器。220kV多為SF6絕緣。選用母線式電流互感器時，應校核其窗口允許通過的母線尺寸。LDZJ10LA10LMZB6-10LFZ1-10LAJ1010kV樹脂澆注絕緣電流互感器LRD235DW2(裝入式)（2）額定電壓選擇：UN≥UNs

（3）額定電流的選擇：IN1≥Imax

為保證電流互感器的準確級，回路的最大持續(xù)工作電流Imax應盡可能接近一次額定電流IN1。

電流互感器的二次額定電流IN2，可根據(jù)二次回路的要求選用5A（強電系統(tǒng)）或1A（弱電系統(tǒng)）。（4）準確級和額定容量的選擇

電流互感器的準確級是指在規(guī)定的二次負荷變化范圍內(nèi)，一次電流為額定值時的最大電流誤差百分數(shù)。根據(jù)測量時電流互感器誤差的大小和用途，電流互感器的準確級分為0.2、0.5、1、3級及P（穩(wěn)態(tài)保護用）和TP（暫態(tài)保護用）級。

例：5P20表示該電流互感器一次側流過20倍額定電流時，其保護的誤差不大于±5%

為保證測量儀表的準確度，電流互感器的準確級不得低于所供測量儀表的準確級。

用于電能計量的電流互感器，準確級不應低于0.5級，500kV宜采用0.2級；

供運行監(jiān)視儀表用的電流互感器，準確級不應低于1級；

供粗略測量儀表用的電流互感器，準確級可用3級；

穩(wěn)態(tài)保護用的電流互感器選用P級；暫態(tài)保護用的電流互感器選用TP級。(4)二次負荷校驗

電流互感器二次側所接實際負荷Z2或容量S2不超過該準確度級下的最大允許負荷ZN2或容量SN2，即：或式中：ZN2、SN2——電流互感器某一準確度級的允許負荷和容量。

Z2、S2——電流互感器二次側所接實際負荷和容量。

(5)電流互感器動穩(wěn)定校驗電流互感器的動穩(wěn)定性倍數(shù)Kes是指電流互感器允許短時極限通過電流峰值與電流互感器一次側額定電流峰值之比，即：

電流互感器的動穩(wěn)定性校驗條件為：

(6)電流互感器熱穩(wěn)定性校驗電流互感器的熱穩(wěn)定倍數(shù)Kt是指在規(guī)定時間(通常取1s)內(nèi)所允許通過電流互感器的熱穩(wěn)定電流與其一次側額定電流之比，即：

電流互感器的熱穩(wěn)定條件應為：

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電氣設備選擇的原則2目錄一電氣設備選擇的一般原則二不同電氣設備的選擇與校驗項目三按正常工作條件選擇電氣設備四按短路情況進行校驗3一、電氣設備選擇的一般原則

按正常工作條件下選擇額定電流、額定電壓及型號等，按短路情況下校驗開關的開斷能力、短路熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。同時要滿足海拔、溫度、濕度等環(huán)境條件。4二、不同電氣設備的選擇與校驗項目供配電系統(tǒng)中的各種電氣設備由于工作原理和特性不同，選擇及校驗的項目也有所不同，常用高低壓設備選擇校驗項目如下：5設備名稱選擇項目校驗項目額定電壓(kV)額定電流

(A)裝置類型(戶內(nèi)/戶外)準確度級

短路電流開斷能力(kA)二次容量熱穩(wěn)定動穩(wěn)定高壓斷路器√√√√√√高壓負荷開關√√√√√√高壓隔離開關√√√√√高壓熔斷器√√√√電流互感器√√√√√√√電壓互感器√√√√母線√√√√電纜√√√支柱絕緣子√√√穿墻套管√√√√√高壓電氣設備的選擇與校驗項目6低壓電氣設備選擇與校驗項目設備名稱額定電壓(V)額定電流(A)短路電流開斷能力(kA)熱穩(wěn)定動穩(wěn)定低壓斷路器√√（√）（√）√低壓負荷開關√√（√）（√）√低壓刀開關√√（√）（√）√低壓熔斷器√√√7（1）電氣設備的額定電壓電氣設備的額定電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運行電壓。（2）電氣設備的額定電流電氣設備的額定電流不小于該回路的最大持續(xù)工作電流。（3）選擇電氣設備時還應考慮設備的安裝地點、環(huán)境及工作條件，合理地選擇設備的類型，如戶內(nèi)戶外、海拔高度、環(huán)境溫度及防塵、防腐、防爆等。三、按正常工作條件選擇電氣設備8（1）短路熱穩(wěn)定校驗當系統(tǒng)發(fā)生短路，有短路電流通過電氣設備時，導體和電器各部件溫度(或熱量)不應超過允許值，即滿足熱穩(wěn)定的條件四、按短路情況進行校驗9（2）短路動穩(wěn)定校驗當短路電流通過電氣設備時，短路電流產(chǎn)生的電動力應不超過設備的允許應力，即滿足動穩(wěn)定的條件或式中：ish

，Ish—短路電流的沖擊值和沖擊有效值;imax

，Imax—設備允許的通過的極限電流峰值和有效值。10（3）開關設備斷流能力校驗對要求能開斷短路電流的開關設備，如斷路器、熔斷器，其斷流容量不小于安裝處的最大三相短路容量，即：

或

式中：，—三相最大短路電流與最大短路容量；，—斷路器的開斷電流與開斷容量。高鐵變電所一次系統(tǒng)運行與維護項目十一、電氣設備的選擇

電壓互感器的選擇電壓互感器的二次負荷阻抗很大，一次電流很小，不存在額定電流選擇問題。外部電網(wǎng)短路電流不通過電壓互感器，故不進行短路穩(wěn)定性校驗。（1）種類和型式選擇應根據(jù)安裝地點及使用條件來選擇電壓互感器的種類和型式。6~20kV屋內(nèi)：一般采用油浸絕緣或樹脂澆注絕緣的電磁式電壓互感器。35~110kV：一般采用油浸絕緣的電磁式電壓互感器。220kV及以上：當容量和準確度等級滿足要求時，一般采用電容式電壓互感器。電壓互感器的選擇需要測量零序電壓時，6~20kV可以采用三相五柱式三繞組電壓互感器，或三臺單相式三繞組電壓互感器。35kV及以上只有單相式電壓互感器。JDZ6,10或JDZJ6,10(單相澆注絕緣)JDJ6,10(單相油浸絕緣)

一次繞組接于線電壓上時，一次繞組額定電壓選UNs

，一次繞組接于相電壓上時，一次繞組額定電選。（2）額定電壓的選擇電壓互感器一次側的額定電壓應滿足電網(wǎng)電壓要求，二次側的額定電壓按測量表計和保護要求，已標準化為100V。電壓互感器一次繞組及二次繞組額定電壓的具體數(shù)值與電壓互感器的相數(shù)和接線方式有關。二次繞組額定電壓選100V或V。

單相式電壓互感器用于測量線電壓或用兩臺接成不完全星形接線時，一次繞組額定電壓選電網(wǎng)額定電壓UNs，二次繞組額定電壓選100V；

三臺單相式電壓互感器接成星形接線時，一次繞組電壓額定選二次繞組額定電壓選

用于中性點直接接地系統(tǒng)，輔助二次繞組額定電壓選100V，用于中性點不接地系統(tǒng)，輔助二次繞組額定電壓選100/3V。

三相式電壓互感器接于電網(wǎng)的線電壓上，三相繞組為一整體，一次繞組額定電壓(線電壓)選UNs，二次繞組額定電壓(線電壓)選100V。（3）準確級的選擇

電壓互感器的準確級：指在規(guī)定的二次負荷和一次電壓變化范圍內(nèi)，二次負荷功率因數(shù)為額定值時，最大電壓誤差的百分數(shù)。

電壓互感器的準確級分為0.2、0.5、1、3級及3P和6P級（保護級）。

為保證測量儀表的準確度，電壓互感器的準確級不得低于所供測量儀表的準確級。（4）二次負荷的校驗為保證所選電壓互感器的準確級，其最大相二次負荷S2應不大于所選準確級相應的一相額定容量SN2，否則準確級將相應降低，校驗條件為S2≤SN2

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高壓斷路器和隔離開關的選擇2目錄一高壓電氣設備的選擇概述二高壓斷路器的選擇三高壓隔離開關的選擇3一、高壓電氣設備的選擇概述

高壓斷路器、負荷開關、隔離開關和熔斷器的選擇條件基本相同，除了按電壓、電流、裝置類型選擇，校驗熱、動穩(wěn)定性外，對高壓斷路器、負荷開關和熔斷器還應校驗其開斷能力。4二、高壓斷路器的選擇（1）斷路器的種類和類型高壓斷路器應根據(jù)設備安裝的條件，環(huán)境等來選擇斷路器的類型和種類。常用的斷路器類型主要有少油斷路器、真空斷路器、SF6斷路器，由于真空斷路器、SF6斷路器技術特性比較好，少油斷路器已經(jīng)逐漸被它們代替。

（2）額定電壓選擇：UN≥UNs

（3）額定電流選擇：IN≥Imax5（4）開斷電流選擇高壓斷路器運行時應可以開斷短路電流，所以斷路器的額定開斷電流應不小于短路電流周期分量的有效值，實際計算中我們一般根據(jù)次暫態(tài)電流來進行選擇，即：

式中：—短路電流的次暫態(tài)值

—斷路器的開斷電流6（5）短路關合電流的選擇為了保證斷路器在關合短路時的安全，斷路器的額定關合電流需滿足：

式中：—斷路器的額定關合電流（kA）。（6）熱穩(wěn)定校驗（7）動穩(wěn)定校驗7（1）隔離開關的型號應根據(jù)其安裝地點，配電裝置的布置特點等選擇。（2）由于隔離開關沒有滅弧裝置，故沒有開斷電流和關合電流的校驗，隔離開關的額定電壓、額定電流選擇和熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定校驗項目與斷路器相同。三、高壓隔離開關的選擇8高壓隔離開關的選擇例：試選擇如圖所示變壓器10.5kV側高壓斷路器QF和高壓隔離開關QS。已知圖中K點短路時I’’=I∞=4.8kA,繼電保護動作時間tp=1S。擬采用快速開斷的高壓斷路器，其固有分閘的時間ttr=0.1S,采用彈簧操作機構。9斷路器及隔離開關的選擇結果

計算數(shù)據(jù)ZN12-10I型斷路器GN6-10型隔離開關工作電壓10kV最大工作電流439.9A短路電流4.8kA短路電流沖擊電流12.24kA熱穩(wěn)定性校驗I∞2timar=4.82×1.1=25.34A2s額定電壓UN=10kV額定電流IN=630A額定開斷電流IOFF=25kA極限過電流峰值imax=80kA熱穩(wěn)定值It2t=252×3=1875A2sUN=10kVIN=630A----imax=50kAIt2t=142×5=980A2s高鐵變電所一次系統(tǒng)運行與維護項目十一、電氣設備的選擇任務6、高壓熔斷器、支柱絕緣子和穿墻套管的選擇目錄一高壓熔斷器的選擇二支柱絕緣子的選擇三穿墻套管的選擇一、高壓熔斷器的選擇1、種類和型式的選擇根據(jù)安裝地點可選擇：

戶內(nèi)式—RN2、RN6專用于PT保護；

RN1、RN3、RN5專用于線路及變壓器；戶外式—6～10kV：RW7、RW4、RW3（跌落式熔斷器）

35kV—RW5專用于線路及變壓器

RW10專用于PT保護2、高壓熔斷器的參數(shù)選擇及校驗（1）額定電壓選擇對于一般的高壓熔斷器，其額定電壓必須大于或等于電網(wǎng)的額定電壓。另外對于充有石英砂有限流作用的熔斷器，則只能用在等于其額定電壓的電網(wǎng)中，因為這種類型的熔斷器能在電流達到最大值之前就將電流截斷，致使熔斷器熔斷時產(chǎn)生過電壓。（2）額定電流的選擇熔斷器的額定電流，包括熔斷器熔管的額定電流和熔體的額定電流的選擇。

熔管額定電流的選擇。為了保證熔斷器殼體不致?lián)p壞，高壓熔斷器的熔管的額定電流INft,應大于或等于熔體的額定電流INfs

即：INft≥INfs

熔體額定電流的選擇。為了防止熔體在通過變壓器勵磁涌流和保護范圍以外的短路及電機自起動等沖擊電流時誤動作，保護35kV以下電力變壓器的高壓熔斷器，其熔體的額定電流可按下式選擇：INfs=KImax

（3）熔斷器開斷電流INbr校驗：INbr≥Ich（或I〞）

對于沒有限流作用的熔斷器，選擇時用沖擊電流的有效值Ich進行校驗；

對于有限流作用的熔斷器，在電流最大值之前已截斷，故不計非周期分量影響，而采用I〞進行校驗。（4）熔斷器選擇性校驗為了保證前后兩級熔斷器之間或熔斷器與電源（或負荷）保護之間動作的選擇性，應進行熔體選擇性校驗。對于保護電壓互感器用的高壓熔斷器，只需按額定電壓及斷流容量兩項來選擇。二、支柱絕緣子的選擇

支柱絕緣子只承受導體的電壓、電動力和正常機械荷載，不載流，沒有發(fā)熱問題。（1）種類和型式選擇屋內(nèi)型支柱絕緣子：由瓷件及用水泥膠合劑膠裝于瓷件兩端的鐵底座和鐵帽組成。膠裝方式：鐵底座和鐵帽膠裝在瓷件外表面的稱為外膠裝（Z型），膠裝入瓷件孔內(nèi)的稱為內(nèi)膠裝（ZN型）。性能：外膠裝機械強度高，內(nèi)膠裝增大了電氣距離，電氣性能好，但不能承受扭矩，對機械強度要求較高時，應采用外膠裝或聯(lián)合膠裝絕緣子（ZL型，鐵底座外膠裝，鐵帽內(nèi)膠裝）。屋外型支柱絕緣子采用棒式絕緣子。外膠裝支柱絕緣子內(nèi)膠裝支柱絕緣子6~10kV棒式絕緣子

高壓110~220kV戶外棒式絕緣子

（2）額定電壓選擇：UN≥UNs

在屋外有空氣污穢或冰雪的地區(qū)，應選用高一級電壓的產(chǎn)品。（3）動穩(wěn)定校驗當三相導體水平布置時，如圖6-6所示，支柱絕緣子所受電動力應為兩側相鄰跨導體受力總和的一半，即式中L1、L2——與絕緣子相鄰的跨距（m）。三、穿墻套管的選擇（1）種類和型式選擇根據(jù)裝設地點：可選屋內(nèi)型和屋外型。根據(jù)用途：可選擇帶導體的穿墻套管和不帶導體的母線型穿墻套管。屋內(nèi)配電裝置一般選用鋁導體穿墻套管。10~35kV穿墻套管（2）額定電壓選擇：UN≥UNs

當有冰雪時，應選用高一級電壓的產(chǎn)品。（3）額定電流選擇帶導體的穿墻套管，其額定電流：IN≥Imax

母線型穿墻套管本身不帶導體，沒有額定電流選擇問題，但應校核窗口允許穿過的母線尺寸。（4）熱穩(wěn)定校驗Qk為短路電流熱效應[(kA)2·s]；It制造廠家給出的t秒內(nèi)允許通過的熱穩(wěn)定電流（kA）。母線型穿墻套管無熱穩(wěn)定校驗。穿墻套管端部所受電動力Fmax（單位為N）為式中L1——套管端部至最近一個支柱絕緣子間的距離（m）；L2——套管本身長度Lca（m）。動穩(wěn)定校驗條件為Fmax≤0.6Fde

式中Fde——抗彎破壞負荷（N），0.6為安全系數(shù)。5．動穩(wěn)定校驗高鐵變電所一次系統(tǒng)運行與維護項目十一、電氣設備的選擇

母線和的選擇1、導體的選擇

（1）導體材料、類型與布置方式選擇導體的材料

銅：電阻率低，機械強度高，耐腐蝕性比鋁強，但儲量少，價格高。

鋁：電阻率比銅高，機械強度低，耐腐蝕性較銅差，但儲量高，價格低。一般優(yōu)先采用鋁導體，在工作電流大，地方狹窄的場所和對鋁有嚴重腐蝕的地方可采用銅導體。一、母線的選擇與校驗

（2）導體的選型

①常用硬導體的截面形狀有矩形、槽形和管形。導體截面形狀影響硬導體的散熱、集膚效應系數(shù)和機械強度。

矩形導體廣泛用于35kV及以下，工作電流不超過4000A的屋內(nèi)配電裝置中，例如，主母線，連接導體和變壓器及小容量發(fā)電機的引出線母線。當單條導體的載流量不能滿足要求時，每相可采用2~4條并列使用；

槽形導體適用于35kV及以下，工作電流為4000~8000A的配電裝置中，例如，100MW發(fā)電機的引出線母線；

管形導體適用于8000A以上的大電流母線，例如，容量為200MW及以上的發(fā)電機引出線。對110kV及以上屋內(nèi)外配電裝置，采用硬母線時，應選用管形導體（防止電暈）。②常用的軟導線有鋼心鋁絞線、組合導線、空心導線、擴徑導線和分裂