發(fā)電廠電氣設備（論文）題 目 變電所設備的選擇校驗學 院 機械交通學院專 業(yè)電氣工程及其自動化 班級 電氣104班姓 名 程 旭 學號 103736405指導教師 艾海提 職稱 副教授2013年5月20日新疆農(nóng)業(yè)大學教務處制摘要：...................................................................1前言：..................................................................21變電所主要電氣設備....................................................21.1輸變電系統(tǒng)的基本電氣設備..........................................21.1.1導線............................................................21.1.2變壓器..........................................................21.1.3開關設備........................................................21.1.4絕緣子..........................................................21.2輸變電的保護設備..................................................31.2.1互感器..........................................................31.2.2繼電保護裝置....................................................31.2.3避雷器..........................................................31.3.其他電力設備......................................................31.3.1電力電容器......................................................31.3.2電力電抗器......................................................32各種電氣設備的選擇原則...............................................32.1變壓器............................................................32.1.1變壓器容量的基本估算............................................32.2.2.1利用計算負荷法估算............................................32.2.2.2利用最經(jīng)濟運行效果法估算......................................32.2.2.3按年電能損耗最小法選擇變壓器..................................42.2開關設備,重點介紹隔離開關.........................................42.3絕緣子............................................................42.4互感器............................................................42.4.1電力設備的熱穩(wěn)定性檢驗..........................................52.4.2動穩(wěn)定校驗......................................................52.5避雷器............................................................53 53.1 53.2 63.3 63.4 73.5 73.6 7910變電所電氣設備的選擇校驗程旭摘要:本文歸納了變電所的主要設備，變電所電氣設備主要分為一次設備和二次設備（此次論文主要涉及的是一次設備）,本文介紹了這些設備的基本原理和基本作用。介紹了電氣設備的選用原則。分析了電流互感器的誤差，影響誤差的因素，減小誤差的措施，重點描述了電流互感器的校驗。關鍵詞:變電所;電氣設備;選用原則;設備校驗1前言：輸變電系統(tǒng)是一系列電氣設備組成的，主要有導線、變壓器、開關設備、高壓絕緣子等。發(fā)電站發(fā)出的強大電能只有通過輸變電系統(tǒng)才能輸送到電力用戶。除了變壓器、導線、絕緣子、互感器、避雷器、隔離開關和斷路器等電氣設備外，還有電容器、套管、阻波器、電纜、電抗器和繼電保護裝置等，這些都是輸變電系統(tǒng)中必不可缺的設備。電氣設備在選用和運行時也要注意設備的選擇，根據(jù)選用原則選擇合適的電氣設備，并且注意校驗。變電所主要電氣設備1.1輸變電系統(tǒng)的基本電氣設備1.1.1導線導線的主要功能就是引導電能實現(xiàn)定向傳輸。導線按其結(jié)構可以分為兩大類：一類是結(jié)構比較簡單不外包絕緣的稱為電線；另一類是外包特殊絕緣層和鎧甲的稱為電纜。1.1.2變壓器變壓器是利用電磁感應原理對變壓器兩側(cè)交流電壓進行變換的電氣設備。為了大幅度地降低電能遠距離傳輸時在輸電線路上的電能損耗，發(fā)電機發(fā)出的電能需要升高電壓后再進行遠距離傳輸，而在輸電線路的負荷端，輸電線路上的高電壓只有降低等級后才能便于電力用戶使用。除了升壓變壓器和降壓變壓器外，還有聯(lián)絡變壓器、隔離變壓器和調(diào)壓變壓器等。1.1.3開關設備開關設備的主要作用是連接或隔離兩個電氣系統(tǒng)。高壓開關是一種電氣機械，其功能就是完成電路的接通和切斷，達到電路的轉(zhuǎn)換、控制和保護的目的。最簡單的是隔離開關，它只能在線路中基本沒有電流時，接通或切斷電路。斷路器也是一種開關，它是開關中較為復雜的一種，它既能在正常情況下接通或切斷電路，又能在事故下切斷和接通電路。除了隔離開關和斷路器以外，還有在電流小于或接近正常時切斷或接通電路的負荷開關。1.1.4絕緣子絕緣子通常分為可擊穿型和不可擊穿型。按結(jié)構可分為柱式（支柱）絕緣子、懸式絕緣子、防污型絕緣子和套管絕緣子。按應用場合又分為線路絕緣子和電站、電器絕緣子。其中用于線路的可擊穿型絕緣子有針式、蝶形、盤形懸式，不可擊穿型有橫擔和棒形懸式。用于電站、電器的可擊穿型絕緣子有針式支柱、空心支柱和套管，不可擊穿型有棒形支柱和容器瓷套。架空線路中所用絕緣子，常用的有針式絕緣子、蝶式絕緣子、懸式絕緣子、瓷橫擔、棒式絕緣子和拉緊絕緣子等?，F(xiàn)在常用的絕緣子有：陶瓷絕緣子，玻璃鋼絕緣子，合成絕緣子，半導體絕緣子。為了防止浮塵等污穢在絕緣子表面附著,形成通路被絕緣子兩端電壓擊穿,即爬電.故增大表面距離,即爬距,沿絕緣表面放電的距離即泄漏距離叫爬距.爬距=表面距離/系統(tǒng)最高電壓.根據(jù)污穢程度不同,重污穢地區(qū)一般采用爬距為31毫米/每千伏。21.2輸變電的保護設備1.2.1互感器互感器的主要功能是將變電站高電壓導線對地電壓或流過高電壓導線的電流按照一定的比例轉(zhuǎn)換為低電壓和小電流，從而實現(xiàn)對變電站高電壓導線對地電壓和流過高電壓導線的電流的有效測量。互感器分為電流互感器和電壓互感器，分別用于電流和電壓變換。由于它們的變換原理和變壓器相似，因此也稱為測量變壓器。1.2.2繼電保護裝置繼電保護裝置是電力系統(tǒng)重要的安全保護系統(tǒng)。它根據(jù)互感器以及其他一些測量設備反映的情況，決定需要將電力系統(tǒng)的哪些部分切除和哪些部分投入 .1.2.3避雷器避雷器主要用于保護變電站電氣設備免遭雷擊損害。變電站主要采用避雷針及避雷器兩種防雷措施。避雷器主要安裝在變電站輸電線路的進出端，當來自輸電線路的雷電波的電壓超過一定幅值時，它就首先動作，把部分雷電流經(jīng)避雷器及接地網(wǎng)泄放到大地中，從而起到保護電氣設備的作用。1.3其他電力設備1.3.1電力電容器電力電容器的主要作用是為電力系統(tǒng)提供無功功率，達到節(jié)約電能的目的。主要用來給電力系統(tǒng)提供無功功率的電容器，一般稱為移相電容器；而安裝在變電站輸電線路上以補償輸電線路本身無功功率的電容器稱為串聯(lián)電容器。1.3.2電力電抗器電力電抗器與電力電容器的作用正好相反，它主要是吸收無功功率。對于比較長的高壓輸電線路，由于輸電線路對地電容比較大，輸電線路本身具有很大的無功功率，而這種無功功率往往正是引起變電站電壓升高的根源。各種電氣設備的選擇原則2.1變壓器變壓器容量的選擇是一個全面、綜合性的技術問題，沒有一個簡單的公式可以表示。變壓器容量的選擇與負荷種類和特性、負荷率、需要率、功率因數(shù)、變壓器有功損耗和無功損耗、電價（包括基本電價）、基建投資、（包括變壓器價格及安裝土建費用和供電貼費）、使用年限、變壓器折舊、維護費以及將來的計劃等因數(shù)有關。2.1.1變壓器容量的基本估算變壓器容量的基本估算主要有以下三種方面。2.1.1.1 利用計算負荷法估算先求出變壓器所要供電的總計算負荷，然后按下式估算。變壓器總?cè)萘?總計算負荷+考慮將來的增容裕量。2.1.1.2 利用最經(jīng)濟運行效果法估算所選擇的變壓器，其最佳經(jīng)濟負荷和實際使用負荷相等或接近，即：變壓器容量3約等于S/貝塔m,式中S--實際使用負荷，KVA;貝塔m--所選擇變壓器最高效率時的負荷率。按上式選擇的變壓器容量往往偏大，按最高效率相應的的負荷率貝塔m所選擇的變壓器在最高效率的工況下運行，不一定會使企業(yè)得到最好的經(jīng)濟效益。這是由于沒有綜合考慮影響經(jīng)濟選擇企業(yè)變壓器的各種因數(shù)的緣故。2.1.1.3 按年電能損耗最小法選擇變壓器該方法適用于不同的企業(yè)性質(zhì)和生產(chǎn)班制及負荷曲線的場合， 它是根據(jù)年電能損耗最小為原則來選擇變壓器容量的，因此，從節(jié)能角度看較合理。計算結(jié)果表明，變壓器容量應在使用負荷和最高經(jīng)濟負荷之間進行選擇。 一班制企業(yè)，可按使用負荷選擇變壓器容量，也可略留裕量；二班間斷和三班間斷的企業(yè)，可分別按比例使用負荷高一級和二級左右的容量選擇變壓器；三班連續(xù)制企業(yè)，可按最經(jīng)濟負荷選擇變壓器。然而該方法只考慮年電能損耗最小這一點，還未考慮其他因數(shù)，因此，還是不全面的。按變壓器年電能損耗最小和運行費用最低、并綜合考慮變壓器裝設的投資來確定變壓器安裝容量，才是經(jīng)濟合理的。2.2開關設備,重點介紹隔離開關隔離開關選擇方法可參照斷路器，其內(nèi)容包括：①選擇型式②選擇額定電壓③選擇額定電流④校核動穩(wěn)定⑤校驗熱穩(wěn)定2.3絕緣子絕緣子應承受電壓的作用,不發(fā)生絕緣擊穿,不能造成損壞.應保證穩(wěn)定可靠的工作,有較好的承受能力.2.4互感器為了測量高壓交流電路中流過的大電流，通常借助電流互感器，利用互感器的變比關系將大電流變成小電流，使測量儀表不用直接接到被測的線路上，同時二次回路可以按需要接成任何方式的接線圖，電流互感器是作為一個電流源而工作，其一次電流的大小實際上與二次負載無關，因為二次負載換算到一次側(cè)后與系統(tǒng)阻抗相比可以忽略不計。選擇電流互感器時，首先要根據(jù)裝設地點、用途等具體條件確定互感器的結(jié)構類型、準確等級、額定電流比；其次要根據(jù)互感器的額定容量和二次負荷計算二次回路鏈接導線的截面積；最后校驗其動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。2.4.1電氣設備的熱穩(wěn)定性校驗電氣設備熱穩(wěn)定性校驗是以電氣設備的短路電流的數(shù)值作為依據(jù)的，在工程上常采用下式來做熱穩(wěn)定性校驗，即I22tt≥I∞tj式中It——制造成規(guī)定的在t秒內(nèi)電氣設備的熱穩(wěn)定電流，這個電流是在指定時間內(nèi)不使電器各部分加熱到超過所規(guī)定的最高允許溫度的電流（kA）；4t ――與It相對應的時間，通常規(guī)定為 1s、4s、5s或10s；I ∞――電路中短路電流周期分量的穩(wěn)態(tài)值 （kA）；――時間（s），2.4.2動穩(wěn)定校驗斷路器、負荷開關、隔離開關及電抗器的動穩(wěn)定應滿足下式的要求I max ≥Ishimax≥ish式中 I max、imax――制造廠規(guī)定的電器允許通過的最大電流的有效值和幅值kA）；I sh、ish――按三項短路電流計算所得的短路全電流的有效值和沖擊電流值（kA）。2.5避雷器選擇避雷器時應充分考慮地理環(huán)境、氣象條件和電子設備電源接線方式等諸多不確定因素，避雷器應有較大的余量。避雷器的可靠性和防雷能力 .電流互感器的選擇與校驗為了測量高壓交流電路中流過的大電流，通常借助電流互感器，利用互感器的變比關系將大電流變成小電流，使測量儀表不用直接接到被測的線路上，同時二次回路可以按需要接成任何方式的接線圖，電流互感器是作為一個電流源而工作，其一次電流的大小實際上與二次負載無關，因為二次負載換算到一次側(cè)后與系統(tǒng)阻抗相比可以忽略不計。電流互感器及連接到二次側(cè)的負載，如圖:Z1=R1+jX1-電流互感器一次繞組的電阻和漏抗(已換算到二次側(cè));Z2=R2+jX2-電流互感器二次繞組的電阻和漏抗;3.1電流互感器的誤差電流互感器主要由三部分組成：鐵心、一次線圈和二次線圈。由于鐵心磁阻的存在，電流互感器在傳變電流的過程中，必須消耗一小部分電流用于激磁，使鐵心磁化，從而在二次線圈產(chǎn)生感應電勢和二次電流，電流互感器的誤差就是由于鐵心所消耗的勵磁電流引起的。由于激磁電流和鐵損的存在，電流互感器一次電流和二次電流的差值是一個向量，誤差包括比值差和相角差。一次電流和二次電流在數(shù)值上的誤差用相對誤差方式以百分數(shù)表示時稱為比差，根據(jù)國家標準規(guī)定比差定義 :5式中:I1- 線路上流過的一次電流;I2- 電流互感器二次回路中的電流 ;Ke- 電流互感器額定電流比;從比差定義的公式中可知比差有正負值。比差為正時表示連接在互感器上的測量儀表的電流讀數(shù)乘以變比 Ke后大于線路上的實際電流 ; 比差為負時意義剛好相反。同一電流互感器在不同電流和負載時比差可能為正也可能為負。此外一次電流和二次電流之間還有相位角的差別，角差也有正負之分:當反轉(zhuǎn)后二次電流向量超前一次電流向量時，角差指定為正，反之，滯后于一次電流向量時為負。作為測量用的電流互感器，比差和角差的大小直接影響測量結(jié)果的正確程度，因此，比差和角差是測量用電流互感器最主要的特性。 然而對于繼電保護用電流互感器與對測量用電流互感器的要求是不相同的， 測量用電流互感器只要求在正常運行時準確，而繼電保護用電流電流互感器卻要求在短路狀態(tài)下準確， 即要求互感器對穩(wěn)態(tài)短路電流和暫態(tài)短路電流均能準確轉(zhuǎn)換。由于電流互感器鐵心具有逐漸飽和的特性，在短路電流下，電流互感器的鐵心趨于飽和，勵磁電流急劇上升，勵磁電流在一次電流中所占的比例大為增加，使比差逐漸移向負值并迅速增大。由于繼電器的動作電流一般比額定電流大好幾倍，所以作為繼電保護用的電流互感器應該保證在比額定電流大好幾倍的短路電流下能夠使繼電器可靠動作。因此，對繼電保護用電流互感器的主要特性不是比差和角差而是飽和倍數(shù)。3.2影響誤差的因素電流互感器的內(nèi)部參數(shù)是影響電流互感器誤差的主要因素。①二次線圈內(nèi)阻 R2和漏抗X2對誤差的影響:②鐵芯截面對誤差的影響③線圈匝數(shù)對誤差的影響 :④減少鐵芯損耗和提高導磁率3.3運行中的電流互感器的誤差當電流互感器已經(jīng)定型，其內(nèi)部參數(shù)就確定了，那么它的誤差大小將受二次電流（或一次電流）、二次負載、功率因數(shù)以及頻率的影響。這些因素稱為外部因素，在運行中的電流互感器的誤差主要受這四個因素影響。①電流頻率的變動對誤差的影響比較復雜，一般系統(tǒng)頻率變化甚小，其影響可忽略不計。②當一次電流減小時，磁通密度按比例相應減少，但在低磁通密度時，勵磁安匝的減少比磁通密度減少要慢，因此比差和角差的絕對值就相對增大。③電流互感器誤差具有以下特征：當一次電流在規(guī)定的范圍內(nèi)變化時，二次電流按比例變化，當二次負載阻抗在規(guī)定范圍內(nèi)變化時，不影響二次電流的大小。所以當二次6負載在額定范圍內(nèi)減少時，磁通密度也減少，由于二次電流不變，勵磁電流減小，誤差也將減小。⑤二次負載的功率因數(shù)增大，角差將增大而比差將減少3.4減小誤差的措施①采用高導磁率的材料做鐵芯，因為鐵心磁性能不但影響比差和角差，也影響飽和倍數(shù)。②增大鐵心截面，縮短磁路長度；增加線圈匝數(shù)。③限制二次負載的影響。④適當增大電流互感器變比。在現(xiàn)場運行中選用較大變比的互感器電流互感器的校驗3.5電流互感器的校驗測量用的電流互感器在選用時一般不進行誤差校驗，只在運行時進行誤差測試。設計選用時根據(jù)其準確等級和二次負載選擇二次連接導線截面，而在運行時也只校驗下限負荷（如10%額定電流）和上限負荷（如120%額定電流）下的比值差和相角差，比差和角差的試驗方法很多。對繼電保護用電流互感器一般按10%誤差曲線（或伏安特性曲線）進行誤差校驗或短路電流倍數(shù)和二次連接負載的校驗。當電力系統(tǒng)對電流互感器有暫態(tài)要求時，尚需進行暫態(tài)誤差校驗。3.6誤差曲線（飽和倍數(shù)）的校驗比差的大小與二次負載的大小有關，二次負載增加，比差特性曲線就向負值移動，同一電流互感器當比差達到-10%時，二次負載大的，其電流比（I1/I1e）倍數(shù)小，二次負載小的，其電流比（I1/I1e）倍數(shù)大。如果二次負載為額定值，這一倍數(shù)就是飽和倍數(shù)。把不同二次負載與相應的飽和倍數(shù)繪成曲線，就是“ 10%誤差曲線”。根據(jù)繼電保護的運行經(jīng)驗，在實際運行條件下，保護裝置所用的電流互感器的電流誤差不允許超過10%，而角度誤差不超過7度。在試驗中為了使輸出的電壓接近正弦波一般使用單相調(diào)壓器調(diào)節(jié)電流，并采用電動型或電磁型儀表，使10%誤差曲線更為安全。