【文章內容簡介】 6設備名稱容量變壓器臺數照明變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)工作電流的計算以及短路計算的方法、步驟。最大持續(xù)工作電流的計算是發(fā)電廠設計不可省略的重要部分，各個回路的最大持續(xù)工作電流的計算結果直接影響著第四章電氣設備的選擇，因為個電氣設備的初步選擇的主要依據就是回路最大持續(xù)工作電流，而設備的校驗則要依據短路電流計算的數據。為了保證最終電氣設備選擇的正確、合理、經濟就要保證初步選擇的準確性，以便減少工作量。如此一來就要保證回路最大持續(xù)工作電流及短路計算的準確性。 各回路最大持續(xù)工作電流 各個回路的最大持續(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行溫度下設備允許通過的最大連續(xù)工作電流。發(fā)電廠各個回路的的最大持續(xù)工作電流Imax要視以下具體情況而定：（1） 在電壓降低5%時，發(fā)電機、變壓器以及調相機的輸出功率能保持不變，故其對應回路的Imax應是發(fā)電機；（2） 當變壓器存在過負荷運行時，Imax應按照過負荷來確定（～2倍額定電流）；（3） 母聯斷路器回路通常可以取母線上最大的一臺變壓器或發(fā)電機的Imax；（4） 母線上分段電抗器的Imax應取母線上一臺容量最大的發(fā)電機跳閘時，能滿足該段母線上的負荷所需求的電流，或取一臺容量最大的發(fā)電機的額定電流的50%～80%；（5） 出線回路的Imax除了考慮正常的負荷電流以外，還要考慮故障時由別的回路轉移來的負荷[1]。 各個回路的最大持續(xù)電流發(fā)電機出口處最大持續(xù)工作電流Imax： （31）220kV側最大持續(xù)工作電流Imax： （32）同理，500kV側最大持續(xù)工作電流Imax：6kV側最大持續(xù)工作電流Imax： 短路電流計算點的確定和短路電流計算 短路電流計算的目的和條件短路電流計算主要的作用是在工程設計時，為各種電氣設備的選擇、比較和校驗提供理論數據，確保所選的各種電氣設備（如：高壓斷路器、隔離開關、互感器、電抗器、高壓熔斷器、裸導體等等）擁有足夠地可靠性、經濟性和合理性，并在一定時期內能很好地適應電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。計算短路電流的主要目的是及時采取措施限制短路的危害和縮短故障的影響范圍。短路電流計算應按照下列條件予以確定。（1） 容量和接線。按工程設計的最終容量并考慮電力系統(tǒng)長遠發(fā)展規(guī)劃予以計算；其接線應盡可能發(fā)生在最大短路電流的正常接線方式（最大運行方式），但不考慮切換過程可能短時并列的接線方式。（2） 短路類型。單相短路最為常見，其次是兩相短路，而三相短路較為嚴重，如果出現其它更為嚴重的短路情況，在短路電流驗算時，則按情況最嚴重的短路情況進行驗算。（3） 短路電流計算的基本假設條件：1）對于電源，各發(fā)電機均用xd作為其等值電抗；2）在電網方面，作短路電流計算時可以比潮流計算簡化。一般可以忽略線路對地電容和變壓器的勵磁回路；3）綜合性的負荷對短路電流的影響是很難準確計及的。一般假設短路前按空載情況決定次暫態(tài)電動勢短，路后電網上依舊不接負荷；4）對于短路點附近的電動機必須考慮反饋電流現象；5）一般假設短路處為直接短路[1]。 計算短路點的確定方法所謂短路計算點就是流過電氣設備的短路電流值最大的地點，在計算電路圖中，同電位的各短路點的短路電流值均相等，通過各支路的短路電流將隨短路點的位置不同而不同。在校驗電氣設備和載流導體時，必須確定出電氣設備和載流導體處于最嚴重情況的短路點，使通過的短路電流校驗值最大。短路計算的步驟：（1） 繪出等值電路圖；（2） 計算各元件的參數（短路計算一般采用標幺值）；（3） 計算短路電流初始有效值和沖擊電流。計算短路電流時所用的接線方式，應是可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式（即最大運行方式）；一般按照三相短路進行考慮計算，若有其他短路較三相短路情況嚴重，則應按嚴重情況的進行計算。具體數據參見短路電流計算書。第四章 主要電氣設備及各電壓等級配電裝置選擇導體和電氣設備選擇是電氣設計的主要任務之一。電氣設備的選擇條件包括兩大部分：一是電氣設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)校驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定；二是根據不同電氣設備的特點而提出選擇和校驗項目。電氣設備選取的原則是：①要能滿足在正常運行、故障檢修、短路及過電壓等情況之下的要求，還需考慮長遠發(fā)展；②進行校驗時，要按具體環(huán)境條件進行；③要力求經濟合理和技術先進；④應和整個工程建設的標準協調一致；⑤要盡量減少同類設備的品種。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)定運行。各種高壓電器的一般技術條件如表41所示：表41 高壓電氣設備的技術性能條件表序號電器名稱額定電壓(kV)額定電流(A)機械負荷（N）額定開斷電流（kA）短路穩(wěn)定性絕緣水平熱穩(wěn)定動穩(wěn)定1高壓斷路器√√√√√√√2隔離開關√√√√√√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)中的重要開關電器之一，具有分斷能力強，工作可靠，性能穩(wěn)定和運行維護方便等特點。其的主要功能是：①正常運行時倒換運行方式，把設備或線路接入電路或退出運行，起控制作用；②當設備或線路故障時，能快速切除故障回路、保障無故障部分正常運行，起保護作用；③高壓斷路器最大的特點就是能斷開電氣設備中負荷電流和短路電流。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電壓等級裝置中應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，占地少且價廉等優(yōu)點。但油斷路器開斷性能較差有些地方難以實現斷口電壓平衡，因而在500kV及以上電壓等級禁止運用。（2） 壓縮空氣斷路器：具有大容量下開斷能力強及開斷時間短的特點，但結構復雜，價格較貴，合閘時噪音大，所以主要運用于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斷路器運行可靠性高，維護量少，故適用于各電壓等級，特別在220kV及以上配電裝置中得到廣泛的運用。但是SF6氣體雖然無毒，卻一種很強的溫室效應氣體，且分解物有毒性，因此SF6斷路器在35kV及以下屋內配電裝置中使用較少，此外對于SF6氣體的回收利用也是十分重要的。（4） 真空斷路器：具有滅弧時間短、低噪音、高壽命及可頻繁操作的優(yōu)點，已在35kV及以下配電裝置中獲得廣泛應用。真空斷路器切斷短路電流及分合電動機負荷時，會產生載流過電壓，需采用氧化鋅避雷器等過電壓保護措施[1]。選擇斷路器型式時，應依據各類斷路器的特點及使用環(huán)境、條件決定。 斷路器選擇的技術條件（1）額定電壓：UN≥USN（電網額定工作電壓kV）（2）額定電流：IN≥Imax（電網的最大負荷電流A）（3）額定開斷電流（或開斷容量）：INbr≥I（或Sdt≥Skd）式中：I為斷路器實際開斷時間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為三相短路時的最大沖擊電流。（5）熱穩(wěn)定：I2t≥Qk式中：I∞為三相短路時的穩(wěn)態(tài)電流；tk為短路時電流等值發(fā)熱時間；It為斷路器t秒熱穩(wěn)定電流。 隔離開關的選擇說明隔離開關也是發(fā)電廠常用的一種開關電氣設備，一般有電動及手動操動機構，單相或三相操作，它沒有專門的滅弧裝置，不能直接接通或關斷負荷電流和短路電流。一般用于隔離電壓、倒閘操作，分合小電流。隔離開關的工作特點是在有電壓、無負荷電流情況下分合線路，一般與斷路器配套使用。隔離開關的型式較多，按安裝地點不同可分為屋外式和屋內式，按絕緣支柱數目可分為單柱式、雙柱式和三柱式。它對配電裝置的布置和占地面積有較大影響，選型時應該根據配電裝置特點和使用要求以及技術經濟條件確定。隔離開關選擇的基本要求有：（1） 要有明顯地斷口；（2） 斷口處要有足夠可靠地絕緣強度；（3） 應具備足夠地動、熱穩(wěn)定性；（4） 結構應盡量地簡單，分閘動作應靈活可靠；（5） 隔離開關必須帶接地閘刀開關。 隔離開關選擇的技術條件（1）額定電壓：UN≥USN（電網額定工作電壓kV）（2）額定電流：IN≥Igmax（最大持續(xù)電流）（3）動穩(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)熱時間；It為斷路器t秒熱穩(wěn)定電流。 母線的選擇說明母線導體通?？捎射X、鋁合金、銅制成。載流導體一般是使用鋁和鋁合金材料。純鋁制成的成型導體有矩形、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，雖然機械強度大，但焊接困難，因此使用受限制；而銅導體只用在持續(xù)工作電流大，且出現位置特別狹窄或污穢，對鋁及鋁合金有嚴重腐蝕的場所[1]。矩形導體一般只用于35kV及以下、電流在4000A及以下配電裝置中；槽形導體一般可用于4000A~8000A的配電裝置中；管形導體可用于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，軟導線常用的有鋼芯鋁絞線、組合導線、分裂導線以及擴徑導線，后者廣泛用于330kV及以上配電裝置[1]。 母線導體選擇的技術條件（1）按長期發(fā)熱允許電流選擇導線截面S，即 （41）其中：Ial為相應某一母線布置方式和環(huán)境溫度為θ0=25℃時的導體長期允許電流；K為溫度修正系數(K可以參考電氣綜合修正系數表)，計算式為： （42）式中：θa、θ0分別為導體安裝出處的實際環(huán)境溫度和導體額定載流量的基準溫度；θal為導體長期發(fā)熱允許的最高溫度。（2）按經濟電流密度J選擇在選擇導體截面S時，除配電裝置的匯流母線、廠用電動機的電纜等外，長度在20m以上的導體，其截面S一般按經濟電流密度選擇。即 （mm2） （43）其中：J為導體的經濟電流密度。按此條件選擇的導體截面S，應盡量接近經濟計算截面SJ。當無合適規(guī)格導體時，允許小于SJ。本次設計采用長期發(fā)熱允許電流選擇導線截面S。 母線導體的熱穩(wěn)定校驗在校驗導體熱穩(wěn)定性時，若計及集膚效應系數Kf的影響，由短路時發(fā)熱的計算公式可得到短路熱穩(wěn)定決定的導體最小面積Smin為： （44）當不考慮集膚效應系數Kf時，熱穩(wěn)定校驗公式為： （mm2） （45）其中：Smin為根據熱穩(wěn)定決定的導體最小允許截面（mm2）；C為熱穩(wěn)定系數；I∞為穩(wěn)態(tài)短路電流（kA）；tk為短路電流等值時間（s）。、母線導體的動穩(wěn)定校驗導體最大最大相間應力σph應小于導體材料允許應力σal，計算式為： （46）其中：σph為母線導體最大相間應力；σal為作用在母線導體材料允許應力（母線上的最大計算應力）。 絕緣子、穿墻套管以及避雷器的選擇說明 型式、額定電壓選擇依據裝置地點、環(huán)境選擇屋內、屋外或防污式及滿足使用要求的產品形式。支柱絕緣子一般屋內采用聯合膠裝多棱式、屋外式采用棒式、需要倒裝時采用懸掛式。穿墻套管一般采用鋁導體，對鋁有明顯腐蝕的地區(qū)可用銅導體。無論支柱絕緣子或套管均應符合產品額定電壓大于或等于所有在電網電壓的要求。3~20kV屋外支柱絕緣子和套管宜選用高一等級的產品；對于3~6kV者，必要時也可以采用提高兩等級電壓產品，以提高運動過電壓的安全性，而對其價格的影響甚微。具有導體的穿墻套管額定電流IN應大于或等于回路中最大持續(xù)工作電流Imax，當環(huán)境溫度θ=40～60℃，導體的θal取85℃，IN應按式（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。 動熱穩(wěn)定性校驗(1)穿墻套管的熱穩(wěn)定校驗。具有導體的套管應對導體校驗熱穩(wěn)定，其套管的熱穩(wěn)定能力It2t，應大于或等于短路電流通過套管所產生的熱效應Qk，即It2t≥Qk。(2)動穩(wěn)定校驗。無論支柱絕緣子或套管均要進行動穩(wěn)定校驗。一般支柱絕緣子所受電動力Fmax為： （48）式中：LC為計算跨距（m），取LC=(L1+L2)/2，其余支柱絕緣子