【文章內(nèi)容簡介】 6設(shè)備名稱容量變壓器臺(tái)數(shù)照明變630kVA2污水變315kVA2灰漿泵變1000kVA2第三章 最大持續(xù)工作電流及短路計(jì)算本章主要介紹電氣主系統(tǒng)各回路的最大持續(xù)工作電流的計(jì)算以及短路計(jì)算的方法、步驟。最大持續(xù)工作電流的計(jì)算是發(fā)電廠設(shè)計(jì)不可省略的重要部分，各個(gè)回路的最大持續(xù)工作電流的計(jì)算結(jié)果直接影響著第四章電氣設(shè)備的選擇，因?yàn)閭€(gè)電氣設(shè)備的初步選擇的主要依據(jù)就是回路最大持續(xù)工作電流，而設(shè)備的校驗(yàn)則要依據(jù)短路電流計(jì)算的數(shù)據(jù)。為了保證最終電氣設(shè)備選擇的正確、合理、經(jīng)濟(jì)就要保證初步選擇的準(zhǔn)確性，以便減少工作量。如此一來就要保證回路最大持續(xù)工作電流及短路計(jì)算的準(zhǔn)確性。 各回路最大持續(xù)工作電流 各個(gè)回路的最大持續(xù)電流的確定所謂回路最大持續(xù)工作電流就是在正常運(yùn)行溫度下設(shè)備允許通過的最大連續(xù)工作電流。發(fā)電廠各個(gè)回路的的最大持續(xù)工作電流Imax要視以下具體情況而定：（1） 在電壓降低5%時(shí)，發(fā)電機(jī)、變壓器以及調(diào)相機(jī)的輸出功率能保持不變，故其對(duì)應(yīng)回路的Imax應(yīng)是發(fā)電機(jī)；（2） 當(dāng)變壓器存在過負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，Imax應(yīng)按照過負(fù)荷來確定（～2倍額定電流）；（3） 母聯(lián)斷路器回路通?？梢匀∧妇€上最大的一臺(tái)變壓器或發(fā)電機(jī)的Imax；（4） 母線上分段電抗器的Imax應(yīng)取母線上一臺(tái)容量最大的發(fā)電機(jī)跳閘時(shí)，能滿足該段母線上的負(fù)荷所需求的電流，或取一臺(tái)容量最大的發(fā)電機(jī)的額定電流的50%～80%；（5） 出線回路的Imax除了考慮正常的負(fù)荷電流以外，還要考慮故障時(shí)由別的回路轉(zhuǎn)移來的負(fù)荷[1]。 各個(gè)回路的最大持續(xù)電流發(fā)電機(jī)出口處最大持續(xù)工作電流Imax： （31）220kV側(cè)最大持續(xù)工作電流Imax： （32）同理，500kV側(cè)最大持續(xù)工作電流Imax：6kV側(cè)最大持續(xù)工作電流Imax： 短路電流計(jì)算點(diǎn)的確定和短路電流計(jì)算 短路電流計(jì)算的目的和條件短路電流計(jì)算主要的作用是在工程設(shè)計(jì)時(shí)，為各種電氣設(shè)備的選擇、比較和校驗(yàn)提供理論數(shù)據(jù)，確保所選的各種電氣設(shè)備（如：高壓斷路器、隔離開關(guān)、互感器、電抗器、高壓熔斷器、裸導(dǎo)體等等）擁有足夠地可靠性、經(jīng)濟(jì)性和合理性，并在一定時(shí)期內(nèi)能很好地適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。計(jì)算短路電流的主要目的是及時(shí)采取措施限制短路的危害和縮短故障的影響范圍。短路電流計(jì)算應(yīng)按照下列條件予以確定。（1） 容量和接線。按工程設(shè)計(jì)的最終容量并考慮電力系統(tǒng)長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃予以計(jì)算；其接線應(yīng)盡可能發(fā)生在最大短路電流的正常接線方式（最大運(yùn)行方式），但不考慮切換過程可能短時(shí)并列的接線方式。（2） 短路類型。單相短路最為常見，其次是兩相短路，而三相短路較為嚴(yán)重，如果出現(xiàn)其它更為嚴(yán)重的短路情況，在短路電流驗(yàn)算時(shí)，則按情況最嚴(yán)重的短路情況進(jìn)行驗(yàn)算。（3） 短路電流計(jì)算的基本假設(shè)條件：1）對(duì)于電源，各發(fā)電機(jī)均用xd作為其等值電抗；2）在電網(wǎng)方面，作短路電流計(jì)算時(shí)可以比潮流計(jì)算簡化。一般可以忽略線路對(duì)地電容和變壓器的勵(lì)磁回路；3）綜合性的負(fù)荷對(duì)短路電流的影響是很難準(zhǔn)確計(jì)及的。一般假設(shè)短路前按空載情況決定次暫態(tài)電動(dòng)勢短，路后電網(wǎng)上依舊不接負(fù)荷；4）對(duì)于短路點(diǎn)附近的電動(dòng)機(jī)必須考慮反饋電流現(xiàn)象；5）一般假設(shè)短路處為直接短路[1]。 計(jì)算短路點(diǎn)的確定方法所謂短路計(jì)算點(diǎn)就是流過電氣設(shè)備的短路電流值最大的地點(diǎn)，在計(jì)算電路圖中，同電位的各短路點(diǎn)的短路電流值均相等，通過各支路的短路電流將隨短路點(diǎn)的位置不同而不同。在校驗(yàn)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體時(shí)，必須確定出電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體處于最嚴(yán)重情況的短路點(diǎn)，使通過的短路電流校驗(yàn)值最大。短路計(jì)算的步驟：（1） 繪出等值電路圖；（2） 計(jì)算各元件的參數(shù)（短路計(jì)算一般采用標(biāo)幺值）；（3） 計(jì)算短路電流初始有效值和沖擊電流。計(jì)算短路電流時(shí)所用的接線方式，應(yīng)是可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式（即最大運(yùn)行方式）；一般按照三相短路進(jìn)行考慮計(jì)算，若有其他短路較三相短路情況嚴(yán)重，則應(yīng)按嚴(yán)重情況的進(jìn)行計(jì)算。具體數(shù)據(jù)參見短路電流計(jì)算書。第四章 主要電氣設(shè)備及各電壓等級(jí)配電裝置選擇導(dǎo)體和電氣設(shè)備選擇是電氣設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一。電氣設(shè)備的選擇條件包括兩大部分：一是電氣設(shè)備所必須滿足的基本條件（如額定電流IN≥Imax、額定電壓UN≥USN等），即按正常工作條件下選擇，并按短路狀態(tài)校驗(yàn)熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定；二是根據(jù)不同電氣設(shè)備的特點(diǎn)而提出選擇和校驗(yàn)項(xiàng)目。電氣設(shè)備選取的原則是：①要能滿足在正常運(yùn)行、故障檢修、短路及過電壓等情況之下的要求，還需考慮長遠(yuǎn)發(fā)展；②進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，要按具體環(huán)境條件進(jìn)行；③要力求經(jīng)濟(jì)合理和技術(shù)先進(jìn)；④應(yīng)和整個(gè)工程建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致；⑤要盡量減少同類設(shè)備的品種。所選高壓電器，在長期正常工作條件及發(fā)生過電壓、過電流的情況之下都能穩(wěn)定運(yùn)行。各種高壓電器的一般技術(shù)條件如表41所示：表41 高壓電氣設(shè)備的技術(shù)性能條件表序號(hào)電器名稱額定電壓(kV)額定電流(A)機(jī)械負(fù)荷（N）額定開斷電流（kA）短路穩(wěn)定性絕緣水平熱穩(wěn)定動(dòng)穩(wěn)定1高壓斷路器√√√√√√√2隔離開關(guān)√√√√√√3電壓互感器√√√4電流互感器√√√√√√5絕緣子√√√6避雷器√√√ 高壓斷路器的選擇說明高壓斷路器是發(fā)電廠主系統(tǒng)中的重要開關(guān)電器之一，具有分?jǐn)嗄芰?qiáng)，工作可靠，性能穩(wěn)定和運(yùn)行維護(hù)方便等特點(diǎn)。其的主要功能是：①正常運(yùn)行時(shí)倒換運(yùn)行方式，把設(shè)備或線路接入電路或退出運(yùn)行，起控制作用；②當(dāng)設(shè)備或線路故障時(shí)，能快速切除故障回路、保障無故障部分正常運(yùn)行，起保護(hù)作用；③高壓斷路器最大的特點(diǎn)就是能斷開電氣設(shè)備中負(fù)荷電流和短路電流。其核心部件是滅弧裝置和觸頭，按采用的不同滅弧介質(zhì)可以制成不同類型的斷路器，如油斷路器（多油、少油）、壓縮空氣斷路器、SF6斷路器、真空斷路器等[1]。（1） 油斷路器：在110kV~220kV電壓等級(jí)裝置中應(yīng)用較為廣泛的是少油式斷路器，其具有絕緣部件采用瓷件，油量少，占地少且價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)。但油斷路器開斷性能較差有些地方難以實(shí)現(xiàn)斷口電壓平衡，因而在500kV及以上電壓等級(jí)禁止運(yùn)用。（2） 壓縮空氣斷路器：具有大容量下開斷能力強(qiáng)及開斷時(shí)間短的特點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴，合閘時(shí)噪音大，所以主要運(yùn)用于220kV及以上電壓的屋外配電裝置。（3） SF6斷路器：具有優(yōu)良的開斷性能。SF6斷路器運(yùn)行可靠性高，維護(hù)量少，故適用于各電壓等級(jí)，特別在220kV及以上配電裝置中得到廣泛的運(yùn)用。但是SF6氣體雖然無毒，卻一種很強(qiáng)的溫室效應(yīng)氣體，且分解物有毒性，因此SF6斷路器在35kV及以下屋內(nèi)配電裝置中使用較少，此外對(duì)于SF6氣體的回收利用也是十分重要的。（4） 真空斷路器：具有滅弧時(shí)間短、低噪音、高壽命及可頻繁操作的優(yōu)點(diǎn)，已在35kV及以下配電裝置中獲得廣泛應(yīng)用。真空斷路器切斷短路電流及分合電動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生載流過電壓，需采用氧化鋅避雷器等過電壓保護(hù)措施[1]。選擇斷路器型式時(shí)，應(yīng)依據(jù)各類斷路器的特點(diǎn)及使用環(huán)境、條件決定。 斷路器選擇的技術(shù)條件（1）額定電壓：UN≥USN（電網(wǎng)額定工作電壓kV）（2）額定電流：IN≥Imax（電網(wǎng)的最大負(fù)荷電流A）（3）額定開斷電流（或開斷容量）：INbr≥I（或Sdt≥Skd）式中：I為斷路器實(shí)際開斷時(shí)間t秒的短路電流的周期分量；Skd為斷路器t秒的開斷容量；INbr為斷路器能開斷的額定電流；Sdt為斷路器能開斷的額定容量。（4）動(dòng)穩(wěn)定：ies≥ish式中：ies為斷路器通過極限電流的峰值；ish為三相短路時(shí)的最大沖擊電流。（5）熱穩(wěn)定：I2t≥Qk式中：I∞為三相短路時(shí)的穩(wěn)態(tài)電流；tk為短路時(shí)電流等值發(fā)熱時(shí)間；It為斷路器t秒熱穩(wěn)定電流。 隔離開關(guān)的選擇說明隔離開關(guān)也是發(fā)電廠常用的一種開關(guān)電氣設(shè)備，一般有電動(dòng)及手動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，單相或三相操作，它沒有專門的滅弧裝置，不能直接接通或關(guān)斷負(fù)荷電流和短路電流。一般用于隔離電壓、倒閘操作，分合小電流。隔離開關(guān)的工作特點(diǎn)是在有電壓、無負(fù)荷電流情況下分合線路，一般與斷路器配套使用。隔離開關(guān)的型式較多，按安裝地點(diǎn)不同可分為屋外式和屋內(nèi)式，按絕緣支柱數(shù)目可分為單柱式、雙柱式和三柱式。它對(duì)配電裝置的布置和占地面積有較大影響，選型時(shí)應(yīng)該根據(jù)配電裝置特點(diǎn)和使用要求以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件確定。隔離開關(guān)選擇的基本要求有：（1） 要有明顯地?cái)嗫?；?） 斷口處要有足夠可靠地絕緣強(qiáng)度；（3） 應(yīng)具備足夠地動(dòng)、熱穩(wěn)定性；（4） 結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量地簡單，分閘動(dòng)作應(yīng)靈活可靠；（5） 隔離開關(guān)必須帶接地閘刀開關(guān)。 隔離開關(guān)選擇的技術(shù)條件（1）額定電壓：UN≥USN（電網(wǎng)額定工作電壓kV）（2）額定電流：IN≥Igmax（最大持續(xù)電流）（3）動(dòng)穩(wěn)定：ies≥ish（4）熱穩(wěn)定：It2t≥Qk式中：ies為斷路器極限通過電流的峰值；ish為三相短路時(shí)最大沖擊電流；I∞為三相短路穩(wěn)態(tài)電流；tk為短路電流等值發(fā)熱時(shí)間；It為斷路器t秒熱穩(wěn)定電流。 母線的選擇說明母線導(dǎo)體通?？捎射X、鋁合金、銅制成。載流導(dǎo)體一般是使用鋁和鋁合金材料。純鋁制成的成型導(dǎo)體有矩形、槽形和管形；鋁合金制成管形的居多，主要有錳鋁合金與鎂鋁合金兩種；兩者各有優(yōu)劣，由于鎂鋁合金其載流量少，雖然機(jī)械強(qiáng)度大，但焊接困難，因此使用受限制；而銅導(dǎo)體只用在持續(xù)工作電流大，且出現(xiàn)位置特別狹窄或污穢，對(duì)鋁及鋁合金有嚴(yán)重腐蝕的場所[1]。矩形導(dǎo)體一般只用于35kV及以下、電流在4000A及以下配電裝置中；槽形導(dǎo)體一般可用于4000A~8000A的配電裝置中；管形導(dǎo)體可用于8000A以上的大電流母線或者要求電暈放電電壓高的110kV及以上的配電裝置中。此外，軟導(dǎo)線常用的有鋼芯鋁絞線、組合導(dǎo)線、分裂導(dǎo)線以及擴(kuò)徑導(dǎo)線，后者廣泛用于330kV及以上配電裝置[1]。 母線導(dǎo)體選擇的技術(shù)條件（1）按長期發(fā)熱允許電流選擇導(dǎo)線截面S，即 （41）其中：Ial為相應(yīng)某一母線布置方式和環(huán)境溫度為θ0=25℃時(shí)的導(dǎo)體長期允許電流；K為溫度修正系數(shù)(K可以參考電氣綜合修正系數(shù)表)，計(jì)算式為： （42）式中：θa、θ0分別為導(dǎo)體安裝出處的實(shí)際環(huán)境溫度和導(dǎo)體額定載流量的基準(zhǔn)溫度；θal為導(dǎo)體長期發(fā)熱允許的最高溫度。（2）按經(jīng)濟(jì)電流密度J選擇在選擇導(dǎo)體截面S時(shí)，除配電裝置的匯流母線、廠用電動(dòng)機(jī)的電纜等外，長度在20m以上的導(dǎo)體，其截面S一般按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。即 （mm2） （43）其中：J為導(dǎo)體的經(jīng)濟(jì)電流密度。按此條件選擇的導(dǎo)體截面S，應(yīng)盡量接近經(jīng)濟(jì)計(jì)算截面SJ。當(dāng)無合適規(guī)格導(dǎo)體時(shí)，允許小于SJ。本次設(shè)計(jì)采用長期發(fā)熱允許電流選擇導(dǎo)線截面S。 母線導(dǎo)體的熱穩(wěn)定校驗(yàn)在校驗(yàn)導(dǎo)體熱穩(wěn)定性時(shí)，若計(jì)及集膚效應(yīng)系數(shù)Kf的影響，由短路時(shí)發(fā)熱的計(jì)算公式可得到短路熱穩(wěn)定決定的導(dǎo)體最小面積Smin為： （44）當(dāng)不考慮集膚效應(yīng)系數(shù)Kf時(shí)，熱穩(wěn)定校驗(yàn)公式為： （mm2） （45）其中：Smin為根據(jù)熱穩(wěn)定決定的導(dǎo)體最小允許截面（mm2）；C為熱穩(wěn)定系數(shù)；I∞為穩(wěn)態(tài)短路電流（kA）；tk為短路電流等值時(shí)間（s）。、母線導(dǎo)體的動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)導(dǎo)體最大最大相間應(yīng)力σph應(yīng)小于導(dǎo)體材料允許應(yīng)力σal，計(jì)算式為： （46）其中：σph為母線導(dǎo)體最大相間應(yīng)力；σal為作用在母線導(dǎo)體材料允許應(yīng)力（母線上的最大計(jì)算應(yīng)力）。 絕緣子、穿墻套管以及避雷器的選擇說明 型式、額定電壓選擇依據(jù)裝置地點(diǎn)、環(huán)境選擇屋內(nèi)、屋外或防污式及滿足使用要求的產(chǎn)品形式。支柱絕緣子一般屋內(nèi)采用聯(lián)合膠裝多棱式、屋外式采用棒式、需要倒裝時(shí)采用懸掛式。穿墻套管一般采用鋁導(dǎo)體，對(duì)鋁有明顯腐蝕的地區(qū)可用銅導(dǎo)體。無論支柱絕緣子或套管均應(yīng)符合產(chǎn)品額定電壓大于或等于所有在電網(wǎng)電壓的要求。3~20kV屋外支柱絕緣子和套管宜選用高一等級(jí)的產(chǎn)品；對(duì)于3~6kV者，必要時(shí)也可以采用提高兩等級(jí)電壓產(chǎn)品，以提高運(yùn)動(dòng)過電壓的安全性，而對(duì)其價(jià)格的影響甚微。具有導(dǎo)體的穿墻套管額定電流IN應(yīng)大于或等于回路中最大持續(xù)工作電流Imax，當(dāng)環(huán)境溫度θ=40～60℃，導(dǎo)體的θal取85℃，IN應(yīng)按式（47）修正，即 （47）母線型穿墻套管無需按持續(xù)工作電流選擇，只需保證套管的型式與穿過母線的窗口尺寸配合。 動(dòng)熱穩(wěn)定性校驗(yàn)(1)穿墻套管的熱穩(wěn)定校驗(yàn)。具有導(dǎo)體的套管應(yīng)對(duì)導(dǎo)體校驗(yàn)熱穩(wěn)定，其套管的熱穩(wěn)定能力It2t，應(yīng)大于或等于短路電流通過套管所產(chǎn)生的熱效應(yīng)Qk，即It2t≥Qk。(2)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。無論支柱絕緣子或套管均要進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。一般支柱絕緣子所受電動(dòng)力Fmax為： （48）式中：LC為計(jì)算跨距（m），取LC=(L1+L2)/2，其余支柱絕緣子