220kV降压变电站电气一次部分设计(三)

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4.1.2.1．按正常工作条件选择导体和电气设备
4.1.2.1.1．电压：
所选电器和电缆允许最高工作电压Uymax不得低于回路所接电网的最高运行电压Ugmax
即    Uymax≥Ugmax
一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在220KV及以下时为1.15Ve，而实际电网运行的Ugmax一般不超过1.1Ue。
4.1.2.1.2．电流
导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度Q 0下，导体和电器的长期允许电流Iy应不小于该回路的最大持续工作电流Igmax
即    Iy≥Igmax
由于变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Igmax = 1.05Ie（Ie为电器额定电流）
4.1.2.1.3．按当地环境条件校核
当周围环境温度Q和导体额定环境温度Q 0不等时，其长期允许电流Iy Q可按下式修正
Iy Q = Iy = Kiy
基中K —修正系数
Q y—导体或电气设备正常发热允许最高温度
我国目前生产的电气设备的额定环境温度Q。= 40℃，裸导体的额定环境温度为+25℃。
4.1.2.2．按短路情况校验
电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，一般校验取三相短路时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。
4.1.2.2.1．短路热稳定校验
                     Qd≤Qr
满足热稳定条件为
                     Ir2tdz≤Ir2t

Qd —短路电流产生的热效应
Qr —短路时导体和电器允许的热效应
Ir —t秒内允许通过的短时热电流
验算热稳定所用的计算时间：tdz = tb+toL
tb —断电保护动作时间
110KV以下导体和电缆一般采用主保护时间
110KV以上导体电器和充油电缆采用后备保护动作时间
toL —相应断路器的全开断时间
4.1.2.2.2．短路的动稳定校验
满足动稳定条件为：
             ich≤idf
             Ich≤Idf
Ich — 短路冲击直流峰值   （KA）
Ich — 短路冲击电流有效值（KA）
idf、Idf —电器允许的极限通过电流峰值及有效值（KA）

4.2．断路器的选择
变电站中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在某所电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常继电保护的配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。
高压断路器应根据断路器安装地点，环境和使用技术条件等要求选择其种类及型式，由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器，可靠性更好，维护工作量更少，灭弧性能更高，目前得到普遍推广，故35～220KV一般采用SF6断路器。真空断路器只适应于10KV电压等级，10KV采用真空断路器。
4.2.1．按开断电流选择
高压断路器的额定开断电流Iekd应不小于其触头开始分离瞬间（td）的短路电流的有效值Ie(td)
即：Iekd≥Iz（KA）
Iekd — 高压断路器额定开断电流（KA） Iz — 短路电流的有效值（KA）
4.2.2．短路关合电流的选择
在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏，且断路器在关合短路电流时，不可避免地接通后又自动跳闸，此时要求能切断短路电流，为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器额定关合电流ieg 不应小于短路电流最大冲击值。
即：ieg≥icj 或 idw≥icj
ieg — 断路器额定关合电流   idw — 额定动稳定电流 icj — 短路冲击电流
4.2.3．关于开合时间的选择
对于110KV及以上的电网，当电力系统稳定要求快速切除故障时，分闸时间不宜大于0.045s，用于电气制动回路的断路器，其合闸时间大于0.04 ~ 0.06s。
4.2.4．其选择具体过程见计算说明书

4.3．隔离开关的选择
隔离开关，配置在主接线上时，保证了线路及设备检修形成明显的断口，与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵循倒闸操作顺序。
4.3.1．隔离开关的配置：
1）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源侧隔离；
2）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；
3）接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母上宜装设1—2组接地刀闸或接地器。63KV及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关；
4）按在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关；
5）当馈电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。

4.4．母线的选择
母线在电力系统中主要担任传输功率的重要任务，电力系统的主接线也需要用母线来汇集和分散电功率，在发电厂、变电站及输电线路中，所用导体有裸导体，硬铝母线及电力电缆等，由于电压等级及要求不同，所使用导体的类型也不相同。
敞露母线一般按导体材料、类型和敷设方式、导体截面、电晕、短路稳定、共振频率等各项进行选择和校验。
4.4.1．裸导体应根据具体使用情况按下列条件选择和校验
（1）型式：载流导体一般采用铝质材料，对于持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机，变压器出线端部，以及对铝有较严重腐蚀场所，可选用铜质材料的硬裸导体。
回路正常工作电流在400A及以下时，一般选用矩形导体。在400～8000A时，一般选用槽形导体。
（2）配电装置中软导线的选择，应根据环境条件和回路负荷电流、电晕、无线电干扰等条件，确定导体的截面和导体的结构型式。
（3）当负荷电流较大时，应根据负荷电流选择导线的截面积，对220KV及以下配电装置，电晕对选择导体一般不起决定作用，故可采用负荷电流选择导体截面。
4.4.2．母线及电缆截面的选择
除配电装置的汇流母线及较短导体按导体长期发热允许电流选择外，其余导体截面，一般按经济电流密度选择。
（1）按导体长期发热允许电流选择，导体能在电路中最大持续工作电流Igmax应不大于导体长期发热的允许电流Iy
即：Igmax≤kIy
（2）按经济电流密度选择，按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低，对应不同种类的导体和不同的最大负荷年利用小时数Tmax将有一个年计算费用最低的电流密度—经济电流密度（J），导体的经济截面可由下式：
S =       J取0.9A/MM2
（3）热稳定校验：按上述情况选择的导体截面S，还应校验其在短路条件下的热稳定。
S≥Smm = （mm2）
C — 热稳定系数    取    I∞ — 稳态短路电流（KA） tdz — 短路等值时间S
（4）动稳定校验：动稳定必须满足下列条件
即：δmax≤δy
δy — 母线材料的允许应力（硬铅δy为69×106P∞硬铜137×106Pa，铜为157×106Pa）提供电源，以获得较高的可靠性。

4.5．支持绝缘子及穿墙套管的选择
4.5.1．型式选择
根据装置地点、环境，选择屋内、屋外或防污式及满足使用要求的产品型式。一般屋外采用联合胶装多棱式，屋外采用棒式，需要倒装时，采用悬挂式。
4.5.2．额定电压选择
无论支持绝缘子或套管均要负荷产品额定电压大于或等于所在电网电压要求
4.5.3．穿墙套管的额定电流选择与窗口尺寸配合
   具有倒替的穿墙套管额定电流应大于或等于回路中最大持续工作电流，当环境温度为，导体温度为，额定环境温度为＋25℃，应按照一下公式修正

母线型穿墙套管，只需保证套管的型式与穿过母线的窗口尺寸配合即可。
4.5.4．动热稳定校验
（1）穿墙套管的热稳定校验。   具有导体的套管，应对导体校验热稳定，其套管的热稳定能力，应大于或等于短路电流通过套管所产生的热效应，即
     母线型穿墙套管无需热稳定校验。
（2）动稳定校验。     无论是支持绝缘子或套管均要进行动稳定校验。布置在同一平面内三相导体，在发生短路时，支持绝缘子（或套管）所受的力为该绝缘子相邻跨导体上电动力的平均值。例如某一绝缘子所受电动力为
          （N）
式中：——冲击电流， ——相邻线路距离
      ——计算跨距（m）,，与是绝缘子与相邻绝缘子（或套管）的距离，对于套管（套管长度）
支持绝缘子的抗弯破坏强度是按作用在绝缘子高度处给定的，而电动力是作用在导体截面中心线上，折算到绝缘子帽上的计算系数为，则应满足：

式中：0.6——裕度系数，是计及绝缘材料性能的分散性；
      ——绝缘子底部导体水平中心线的高度（mm），，而b是导体支持器下片厚度，一般竖放矩形导体b＝18mm，平放矩形导体及槽形导体b＝12mm，h为导体中心到支持器距离

4.6．限流电抗器的选择
为了选择10KV侧各配电装置，因短路电流过大，很难选择轻型设备，往往需要加大设备型号，这不仅增强投资，甚至会因断流容量不足而选不到合乎要求的电器，选择应采取限制短路电流，即在10KV侧需加装设电抗器。一般按照额定电压、额定电流、电抗百分数、动稳定和热稳定来进行选择和检验。
4.6.1．额定电压和额定电流的选择应满足
          Vek≥Vew         Iek≥Igmax
Vek、Iek — 电抗器的额定电压和额定电流
Vew、Igmax — 电网额定电压和电抗器最大持续工作电流

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