水电站电气设备的选择条件的探究

摘 要：电气设备的具体选择是根据主接线方案及短路电流计算结果、当地环境条件以及制造厂产品目录等方面资料,按一定方法进行.这个方法就是简单具体地规定若干“选择条件”.本文主要分析各类设备共有的一般选择条件,即：电气设备型式的一般选择条件、按正常工作条件选择设备的额定电压和额定电流、按短路条件校验设备的热稳定和动稳定.

关 键 词：水电站；电气设备；选择条件

一、电气设备型式的一般选择条件

所谓电气设备的型式选择,是指在具有基本相同功能的同类设备中选用合适的系列或结构型式的产品,以便更好地发挥其在电路中的作用.

(一)按照电气设备的使用环境选型

1．按户内、户外等安装环境选型安装在屋外的设备必须选用户外型,在屋内则可选用户内或户外型,但户外型较贵,尺寸也较大,用于屋内只限于特殊情况.有些设备的安装环境有更具体的规定,例如电缆要按空气中、土壤中和水流中等安装环境来选型.

2．按特殊地区环境选型

在湿热、高海拔、污秽、腐蚀、地震、强风及冰雪等环境下,应选用相应的产品型式,或向制造厂提出补充技术要求.

（1）湿热带是指一年内有2个月以上的湿热天数的地区,在这两个月中每天有12小时以上气温高于20℃和相对湿度大于80％.这类地区的生物因素对产品起不良影响,应选用湿热型电器产品.这类产品的型号后面一般都标有“TH”字样.应当指出,有的水电站虽然不处于湿热地区,但其水下部分常具有这种湿热带的局部环境,对其中的电气设备选择应给予注意.

（2）超过1000m高度的地区视为高海拔区,应选用增大外绝缘的产品.从1000m以上海升高100m,其外绝缘水平（指工频和冲击试验电压）应增加l％.但因1l0kV及以下电器的外绝缘有一定裕度,实际上可使用到海拔2000m以下.

（3）在海岸、盐湖、尘埃区、化工厂等附近,大气中含有严重锈蚀设备和降低绝缘的物质,如盐雾、二氧化硫等这些地区称为污秽地区,它对电气设备安全运行有很大影响.除了在运行维护和电气布置上采取措施以外,宜选用增大瓷绝缘表面泄漏距离的防污型产品,或选高一级额定电压.

（4）对强地震（基本强度大于7度）,强风（风速>35m／s）、冰雪（设备覆冰厚度超过10—15mm）地区,可向制造厂提出特殊要求.此外,也可选用普通型设备而在安装措施、布置方式和运行维护上采取防护措施.

(二)按布置或装配方式选型

电气设计程序通常是先选择设备,再作布置,但实际上电气布置也反过来影响设备的选择.因此,若不考虑或不了解电气布置,便不能正确地选择设备.例如,某些设备结构型式中的支持式与穿墙式的选择就完全由设备的布置来决定其选型.为了简化电气设备的布置和装配,在满足基本要求的前提下应尽量选用体积小、重量轻的“轻型设备”,少油或无油设备以及成套设备等.

（三）按参数范围选型选择设备型式应满足一定的工作特性和参数的要求,故型式与参数选择密切相关.在我国,部分分类设备在一定的参数范围内只有少数几种适用的产品型式,实际上选定参数的同时也就基本上选定了型式.新技术、新产品的推广使用和经济实惠电气设备产品的革新换代层出不穷.新产品的推出,或是改进了设备的性能,或是具有较好的经济指标.但一般只宜选择通过正式鉴定合格并已定型生产的产品.适当避免型式选用的多样化设备的选择要合理地减少同类设备的型号或品种,以方便运行、维护和管理,减少备品备件.

二．按正常工作条件选择电气设备的额定电压和额定电流

(一)额定电压的选择

电气设备允许的最高工作电压巩应不小于设备所在回路的最高工作电压Ugmax,即Uy≥Ugmax；

电气设备的允许最高工作电压按厂家规定为设备额定电压的1．1—1．15倍,而回路的工作电压在电网额定电压上下波动,其值一般不超过电网额定电压的1.15倍,故上述条件可改写为Ue≥Uew

式中Ue——电气设备额定电压；Uew——电气设备所在电网的额定电压等级.

(二)额定电流的选择

电气设备的长期发热允许电流Iy应不小于其所在回路最大持续工作电流Igmax,即Iy≥Igma

电器产品（开关电器、电流互感器和套管绝缘子等）的额定电流修正可按制造厂建议：当所取周围环境温度高于40℃但不超过60℃时,每增高l℃,减少额定电流1．8％；每降低l℃,增加额定电流0．5％.但一般不修正后者,而将环境温度偏低所增加的额定电流充作设备容量的裕度.

周围介质温度θo的采取应以夏季高温天气为准.对屋外设备采取年最高干均温度,即年极端最高温度的多年平均值,高的可达40℃上下.对屋内设备则取装置处的通风设计温度；当无资料时,可按最热月平均温度加5℃.所谓“最热月平均温度”是一年中最热的一个月内每日最高温度的月平均值,再取多年平均值.在我国南方一般不超过35℃.海拔高程愈高,空气愈稀薄,散热愈差.当海拔高度超过1000m时,在相同的环境温度下每升高100m,电气设备的额定电流减少0．4％.

三、按短路条件校验电气设备的热稳定和动稳定

(一)电气设备的动稳定校验

动稳定校验旨在判明初选设备是否能经受得住所在回路的最大短路冲击电流的电动力作用.由于各类设备中电动力的作用是不相同的,校验应针对电动力可能给设备造成损坏的具体情况进行计算,方法各异.但对于定型电器产品,制造厂直接或间接给出各产品的动稳峰值电流iF,动稳定条件简化为：ich≤[iF]

应该看到,处在特定回路中的某些设备,其动稳定或热稳定无需进行校验.如受熔断器保护的载流导体或设备,只要熔断器有足够的灵敏度（短路电流与熔件额定电流之比）,便能迅速切断故障电流,不需作热稳定校验.由限流型熔断器或串有限流电阻的熔断器保护的设备还可不校验动稳定.

(二)短路电流计算条件

短路电流的热效应和电动力均与电流的平方成正比.为了使选择的电气设备安全可靠而又经济合理,并能适应可预见的发展的需要,作为选择电气设备依据的短路电流应按以下条件确定.

（1）计算电路图应根据5—10年远景规划并处最大运行方式下的网络图作出.（2）短路计算时间td为继电保护动作时间tb与断路器开断时间tkd之和,

即td＝tb+tkd

tb一般取主保护动作时间,主保护有死区的还应取后备保护动作时间和死区短路电流作补充热稳校验.tb包括继电保护装置的起动机构、执行机构和延时机构的动作时间之和.前两项共约0．05—0．06s,对晶体管装置取0．04s.tkd为断路器固有分闸时间与熄弧时间之和,对油断路器一般取0．08——0.12s.

为简便计算,将继电保护装置的起动机构与执行机构的延时以及断路器的开断时间总共取为0．2s,上式可写为td＝0．2+tbx

式中：tbx真为主保护延时机构的整定时间.

（3）计算短路点的选取：在计算电路图上,同电位的各短路点的短路电流值均相等.但通过各支路的短路电流将随着短路点的不同位置而变.此外,各支路的继电保护整定时间也不相同.计算短路点的选取应根据校验项目,使设备通过的短路电流校验值为最大.

（4）短路种类：一般按三相短路校验,但对近距离短路点（计算电抗小于0．6）应同时计算三相和两相短路电流的热效应值,取较大者作热稳定校验.

四、结束语

在水电站电气部分的设计中,设备的选择是一项重要内容,它与主接线的拟定、短路电流计算及电气布置等各环节密切相关,同时还与运行维护经验及产品的制造状况相关联.选择电气设备要在保证安全、可靠和方便的前提下注意节约投资和运行费用,并顾及与整个工程建设标准协调一致,还要积极而稳妥地采用新技术、新设备.