第五章 电气设备的选择

5 电气设备的选择

电气设备的选择是发电厂和变电所电气设计的主要内容之一。正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、可靠、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求确是一致的。电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验动、热稳定性。本设计，电气设备的选择包括：断路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择、导线的选择。

5.1 电气设备选择的一般原则

在变电所中，电气设备的种类很多，它们的工作条件和运行要求各不相同，但选择这些电气设备的基本要求确实一致的。选择电气设备的一般条件是：保证电气设备在正常工作条件不能可靠工作，而在短路情况下不被破坏。即按长期工作条件进行选择，按短路情况进行校验。

1.按正常工作条件选择

电气设备按正常工作条件选择，主要包括以下几个方面：

（1）使用环境条件：主要包括设备的安装地点、环境温度、海拔、相对湿度等，还要考虑防尘、防腐、防爆、防火等要求。即根据安装地点的坏境不同，可以分为室内型和室外型两种。

（2）额定电压：电气设备的额定电压U N 应要不小于设备安装地点电网的最高工作电压U w 。max ，即：

U N ≥U w.max

（3）额定电流：电气设备的额定电流I N 应不小于设备正常工作时的最大负荷电流I w 。max ，即：

I N ≥I w.max

目前，我国生产的电气设备是按环境温度θ0=40℃设计的，如果安装地点的实际环境温度θ0‘

≠40℃，则额定电流应乘以温度校正系数K θ

K θ

=√θal −θ0

′

θal −θ0

式中，θal 为电气设备长期工作时的最高允许温度；θ0′

为设备安装地点的实际环境

温度。

电气设备的最大长期工作电流I w.max ，取线路的计算电流I 30或变压器的额定电流I NT 。

2.按短路情况进行校验

（1）动稳定校验：动稳定是指电气设备承受短路电流力效应的能力，满足动稳定的条件是：

i max ≥i sh (3)

或I max ≥I sh (3)

式中，i max 、I max 分别为电气设备允许通过的最大电流峰值和有效值；i sh (3)

、I sh (3)

分别为设备安装地点短路冲击电流的峰值和有效值。

（2）热稳定校验：热稳定是指电气设备承受短路电流热效应的能力，满足热稳定的条件是

I t 2t ≥I ∞2

t ima

式中，I t 为电气设备在t 时间内的热稳定电流（kA ）；I ∞为三相短路稳态短路电流（kA ）；t 为厂家给出的热稳定试验时间（s ）；t 为假想时间（s ）。

表5.1 高低压电气设备的选择和校验项目

续表

注：表中“√”表示选择此项，“×”表示不选择此项。

5.2 高压电气设备一般配置

5.2.1 断路器的配置

容量为100～300MW的发电机与双绕组变压器为单元接线时，在发电机与变压器之间不应该装设断路器，负荷开关或隔离开关，但应有可拆连接点。

5.2.2 隔离开关的配置

（1)容量为100MW及以上大机组于双绕组变压器为单元连接时，发电机出口不装设隔离开关，但应有可拆连接点；

（2)接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组避雷器开关；

（3)断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源；

（4)中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；

5.2.3 接地刀闸或接地器的配置

（1)为保证电器和母线的检修安全，35KV 及以上每段母线根据长度宜装设1～2组接地刀闸或接地线。

（2)63KV及以上配电装置的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配置接地刀闸，双母线接线两组母线隔离开关的断路器侧可共用一组接地刀闸。

（3)63KV及以上主变压器进线隔离开关的主变压器侧宜装设一组接地刀闸。5.2.4 电压互感器的配置

（1)电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、同期和自动装置的要求，电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能取得电压。

（2)6～220KV电压等级的每组主母线的三相上装设电压互感器。

（3)当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器（4)当需要在330KV及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容式套管上的电压抽取装置。

（5)发电机出口一般装设两组电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置，当采用零序电压式匝间保护时，可再增设一组电压互感器。

5.2.5 电流互感器的配置

（1)凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、保护和自动装置要求。

（2)在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口。

（3)对直接接地系统，一般按三相配置。对非直接接地系统，以具体要求按两相或三相配置。

5.2.6 避雷器的配置

（1)配电装置的每组母线上,应该装设避雷器，当进出线都装设避雷器时除外。

（2)220KV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。

（3)下列情况的变压器中性点应装设避雷器：

1）直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘并且装有隔离开关时。

2）不接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点上。

（4)单元接线的发电机出线宜装设一组避雷器。

（5)110～220KV 线路侧一般不装设避雷器。

5.2.7 母线的配置

根据目前电气技术的革新和配置趋势，参照《国家电网220kV变电站典型设计实施方案编制和推广应用手册》全封闭组合电器宜用于110KV及以上电网。35kV及以下电网均选用高压开关柜。所以本次设计中220KV电压等级的电气配置均选用GIS，10KV及厂用电电压等级的电气配置均选用高压开关柜。

1)我国生产的封闭电器为SF6全封闭组合电器。它将断路器、隔离开关、负荷开关、电流互感器、避雷器、母线、出线套管、电缆连接装置、间隔汇控柜等按接线要求组合在一起，构成高压配电装置。除汇控柜外，其余的元件均组合在接地的金属壳内，用环氧树脂等绝缘材料浇注的绝缘子支持导体，并充SF6气体作为绝缘和断路器的灭弧介质。

2) SF6全封闭组合电器与常规敞开式电器相比，其组成的配电装置具有占地面积小、运行可靠、检修周期长、不受外界环境影响等优点。适用于城市电网、严重污秽