水電站電氣設備的選擇條件的探究

摘 要：電氣設備的具體選擇是根據主接線方案及短路電流計算結果、當地環境條件以及制造廠產品目錄等方面資料，按一定方法進行。這個方法就是簡單具體地規定若干“選擇條件”。本文主要分析各類設備共有的一般選擇條件，即：電氣設備型式的一般選擇條件、按正常工作條件選擇設備的額定電壓和額定電流、按短路條件校驗設備的熱穩定和動穩定。

關鍵詞：水電站；電氣設備；選擇條件

一．電氣設備型式的一般選擇條件

所謂電氣設備的型式選擇，是指在具有基本相同功能的同類設備中選用合適的系列或結構型式的產品，以便更好地發揮其在電路中的作用。

（一）按照電氣設備的使用環境選型

1．按戶內、戶外等安裝環境選型安裝在屋外的設備必須選用戶外型，在屋內則可選用戶內或戶外型，但戶外型價格較貴，尺寸也較大，用于屋內只限于特殊情況。有些設備的安裝環境有更具體的規定，例如電纜要按空氣中、土壤中和水流中等安裝環境來選型。

2．按特殊地區環境選型

在濕熱、高海拔、污穢、腐蝕、地震、強風及冰雪等環境下，應選用相應的產品型式，或向制造廠提出補充技術要求。

（1）濕熱帶是指一年內有2個月以上的濕熱天數的地區，在這兩個月中每天有12小時以上氣溫高于20℃和相對濕度大于80％。這類地區的生物因素對產品起不良影響，應選用濕熱型電器產品。這類產品的型號后面一般都標有“TH”字樣。應當指出，有的水電站雖然不處于濕熱地區，但其水下部分常具有這種濕熱帶的局部環境，對其中的電氣設備選擇應給予注意。

（2）超過1000m高度的地區視為高海拔區，應選用增大外絕緣的產品。從1000m以上海升高100m，其外絕緣水平（指工頻和沖擊試驗電壓）應增加l％。但因1l0kV及以下電器的外絕緣有一定裕度，實際上可使用到海拔2000m以下。

（3）在海岸、鹽湖、塵埃區、化工廠等附近，大氣中含有嚴重銹蝕設備和降低絕緣的物質，如鹽霧、二氧化硫等這些地區稱為污穢地區，它對電氣設備安全運行有很大影響。除了在運行維護和電氣布置上采取措施以外，宜選用增大瓷絕緣表面泄漏距離的防污型產品，或選高一級額定電壓。

（4）對強地震（基本強度大于7度），強風（風速>35m／s）、冰雪（設備覆冰厚度超過10—15mm）地區，可向制造廠提出特殊要求。此外，也可選用普通型設備而在安裝措施、布置方式和運行維護上采取防護措施。

（二）按布置或裝配方式選型

電氣設計程序通常是先選擇設備，再作布置，但實際上電氣布置也反過來影響設備的選擇。因此，若不考慮或不了解電氣布置，便不能正確地選擇設備。例如，某些設備結構型式中的支持式與穿墻式的選擇就完全由設備的布置來決定其選型。為了簡化電氣設備的布置和裝配，在滿足基本要求的前提下應盡量選用體積小、重量輕的“輕型設備”，少油或無油設備以及成套設備等。

（三）按參數范圍選型選擇設備型式應滿足一定的工作特性和參數的要求，故型式與參數選擇密切相關。在我國，部分分類設備在一定的參數范圍內只有少數幾種適用的產品型式，實際上選定參數的同時也就基本上選定了型式。新技術、新產品的推廣使用和經濟實惠電氣設備產品的革新換代層出不窮。新產品的推出，或是改進了設備的性能，或是具有較好的經濟指標。但一般只宜選擇通過正式鑒定合格并已定型生產的產品。適當避免型式選用的多樣化設備的選擇要合理地減少同類設備的型號或品種，以方便運行、維護和管理，減少備品備件。

二．按正常工作條件選擇電氣設備的額定電壓和額定電流

（一）額定電壓的選擇

電氣設備允許的最高工作電壓鞏應不小于設備所在回路的最高工作電壓Ugmax，即Uy≥Ugmax；

電氣設備的允許最高工作電壓按廠家規定為設備額定電壓的1．1—1．15倍，而回路的工作電壓在電網額定電壓上下波動，其值一般不超過電網額定電壓的1.15倍，故上述條件可改寫為Ue≥Uew

式中Ue——電氣設備額定電壓；Uew——電氣設備所在電網的額定電壓等級。

（二）額定電流的選擇

電氣設備的長期發熱允許電流Iy應不小于其所在回路最大持續工作電流Igmax，即Iy≥Igma

電器產品（開關電器、電流互感器和套管絕緣子等）的額定電流修正可按制造廠建議：當所取周圍環境溫度高于40℃但不超過60℃時，每增高l℃，減少額定電流1．8％；每降低l℃，增加額定電流0．5％。但一般不修正后者，而將環境溫度偏低所增加的額定電流充作設備容量的裕度。

周圍介質溫度θo的采取應以夏季高溫天氣為準。對屋外設備采取年最高干均溫度，即年極端最高溫度的多年平均值，高的可達40℃上下。對屋內設備則取裝置處的通風設計溫度；當無資料時，可按最熱月平均溫度加5℃。所謂“最熱月平均溫度”是一年中最熱的一個月內每日最高溫度的月平均值，再取多年平均值。在我國南方一般不超過35℃。海拔高程愈高，空氣愈稀薄，散熱愈差。當海拔高度超過1000m時，在相同的環境溫度下每升高100m，電氣設備的額定電流減少0．4％。

三．按短路條件校驗電氣設備的熱穩定和動穩定

（一）電氣設備的動穩定校驗

動穩定校驗旨在判明初選設備是否能經受得住所在回路的最大短路沖擊電流的電動力作用。由于各類設備中電動力的作用是不相同的，校驗應針對電動力可能給設備造成損壞的具體情況進行計算，方法各異。但對于定型電器產品，制造廠直接或間接給出各產品的動穩峰值電流iF，動穩定條件簡化為：ich≤[iF]

應該看到，處在特定回路中的某些設備，其動穩定或熱穩定無需進行校驗。如受熔斷器保護的載流導體或設備，只要熔斷器有足夠的靈敏度（短路電流與熔件額定電流之比），便能迅速切斷故障電流，不需作熱穩定校驗。由限流型熔斷器或串有限流電阻的熔斷器保護的設備還可不校驗動穩定。

（二）短路電流計算條件

短路電流的熱效應和電動力均與電流的平方成正比。為了使選擇的電氣設備安全可靠而又經濟合理，并能適應可預見的發展的需要，作為選擇電氣設備依據的短路電流應按以下條件確定。

（1）計算電路圖應根據5—10年遠景規劃并處最大運行方式下的網絡圖作出。（2）短路計算時間td為繼電保護動作時間tb與斷路器開斷時間tkd之和，

即td＝tb+tkd

tb一般取主保護動作時間，主保護有死區的還應取后備保護動作時間和死區短路電流作補充熱穩校驗。tb包括繼電保護裝置的起動機構、執行機構和延時機構的動作時間之和。前兩項共約0．05—0．06s，對晶體管裝置取0．04s。tkd為斷路器固有分閘時間與熄弧時間之和，對油斷路器一般取0．08——0.12s。

為簡便計算，將繼電保護裝置的起動機構與執行機構的延時以及斷路器的開斷時間總共取為0．2s，上式可寫為td＝0．2+tbx

式中：tbx真為主保護延時機構的整定時間。

（3）計算短路點的選取：在計算電路圖上，同電位的各短路點的短路電流值均相等。但通過各支路的短路電流將隨著短路點的不同位置而變。此外，各支路的繼電保護整定時間也不相同。計算短路點的選取應根據校驗項目，使設備通過的短路電流校驗值為最大。

（4）短路種類：一般按三相短路校驗，但對近距離短路點（計算電抗小于0．6）應同時計算三相和兩相短路電流的熱效應值，取較大者作熱穩定校驗。

四．結束語

在水電站電氣部分的設計中，設備的選擇是一項重要內容，它與主接線的擬定、短路電流計算及電氣布置等各環節密切相關，同時還與運行維護經驗及產品的制造狀況相關聯。選擇電氣設備要在保證安全、可靠和方便的前提下注意節約投資和運行費用，并顧及與整個工程建設標準協調一致，還要積極而穩妥地采用新技術、新設備。

參考文獻：

[1] 王新輝，水電站電氣設備故障分析與處理[J]科技創新導報，2010-06-01。

[2] 蘭旺英，中小型水電站電氣設備相間短路的保護 [J]安徽水利水電職業技術學院學報，2003-06-25 。

[3] 孔令儉，詹青云，淺談小水電站電氣設備預防性試驗，[J]浙江水利水電專科學校學報，2005-06-25。

作者簡介：徐柏健，男，碩士，研究方向：電氣設備安置和調試