发电厂及其电气部分第十三讲PPT课件.ppt

13 1限流电抗器的选择 1 作者 版权所有 限流电抗器 关于 百分电抗 百分电抗是以电抗器自身额定值为基准值的标么值乘以100 即 所以电抗器电抗的有名值为 相同UN IN时 XL 越大 XL越大 限流效果越好 相同UN XL 时 IN越小 XL越大 限流效果越好 2 作者 版权所有 一 普通电抗器的选择和校验 1 选择额定电压和额定电流 额定电压 额定电流 注意 电抗器安装地点不同 所在回路的Imax就不同 一定要正确选择 3 作者 版权所有 一 普通电抗器的选择和校验 2 选择电抗百分数 电抗器的百分数是按 将所在回路的短路电流 电抗器后发生短路 限制到一定数值 的原则来选择的 这样 经过电抗器限流后 所在回路就可以选用轻型的断路器 比如 出线就选用SN10系列断路器 也就是说 经过电抗器限流后的短路电流值I 不会超过所要选用的轻型断路器的额定开断电流INbr 因此 最终我们就按 将电抗器所在回路的短路电流 电抗器后发生短路 限制到不大于所要选用的轻型断路器的额定开断电流INbr 的原则来选择电抗百分数 4 作者 版权所有 一 普通电抗器的选择和校验 2 选择电抗百分数 其中 X 电源到电抗器前的系统电抗标么值X L 电抗器电抗标么值 上述标么值都是在系统基准值Sd Ud Id下得出的 按要求 应该把短路电流I 限制到所用QF的INbr 比如 对SN8 10 600型QF 其SNbr 200MVA 5 作者 版权所有 一 普通电抗器的选择和校验 2 选择电抗百分数 其中 6 作者 版权所有 一 普通电抗器的选择和校验 2 选择电抗百分数 而 7 作者 版权所有 一 普通电抗器的选择和校验 2 选择电抗百分数 先由负荷电流和短路电流选择该回路的断路器 由断路器的INbr得到短路电流的限制值I 利用上式计算所需百分电抗最小值 然后选择 8 作者 版权所有 一 普通电抗器的选择和校验 3 校验正常运行时的电压损失 功率因数角一般cos 0 8 以相电压表示 U 9 作者 版权所有 一 普通电抗器的选择和校验 3 校验正常运行时的电压损失 要求 U 5 才校验通过 若大于5 说明XL 选大了 需重新选择后再校验 10 作者 版权所有 一 普通电抗器的选择和校验 4 校验母线残压 而短路时通常sin 1 感性负载 80 90 对母线分段电抗器 厂用电抗器和装有无延时保护的出线电抗器 不校验此项 由于线路电抗器后短路时的母线残压就等于此时在电抗器上的电压降 所以有 注意 上式中的I 应是按选定百分电抗后重新计算的短路电流值 11 作者 版权所有 一 普通电抗器的选择和校验 5 校验动稳定 最大三相短路冲击电流应不大于电抗器动稳定电流 6 校验热稳定 实际短路电流热效应应不大于电抗器热稳定效应 12 作者 版权所有 二 分裂电抗器的选择和校验 1 分裂电抗器的原理 分裂电抗器两臂间有磁的联系 两臂自感L相同 自感抗为XL L 两臂间互感为M fL f为互感系数 一般为0 4 0 6 XM M fL fXL 分裂电抗器的等值电路如图 13 作者 版权所有 二 分裂电抗器的选择和校验 2 分裂电抗器电抗百分值确定 分裂电抗器电抗百分值仍按下式计算 但因分裂电抗器产品是按单臂自感电抗XL1给出 所以应进行换算 XL1与XL的关系与电源连接和限制哪一侧短路电流有关 当只有中间抽头接电源 两臂短路时XL1 XL 当两臂接有电源 而中间抽头短路时XL1 2XL 1 f 14 作者 版权所有 二 分裂电抗器的选择和校验 3 校验电压波动 分裂电抗器在运行中两臂的负荷应尽量接近 否则将引起很大的电压偏差和电压波动 1 正常运行时 分裂电抗器两臂母线电压波动不应大于母线额定电压的5 可按课本 6 50 6 51 所列公式校验 2 当一臂母线短路时 另一臂母线电压会因互感影响而升高 此升高电压会使电动机的无功电流增大 甚至使继电保护装置误动作 因此 当使用分裂电抗器时 感应电动机的继电保护整定应避开此电流增值 15 13 2高压熔断器的选择 16 作者 版权所有 高压熔断器 RW3 10 户外高压跌落式熔断器 RW5 35 RW11 10RW11 35 17 作者 版权所有 一 高压熔断器的用途和工作原理 1 高压熔断器的用途 用途 保护电气设备免受过载和短路电流的损害 35kV及以下 保护小容量配电回路保护电压互感器与负荷开关配合 可代替高压断路器 18 作者 版权所有 一 高压熔断器的用途和工作原理 2 高压熔断器的工作原理 由金属熔体 支持熔体的触头和外壳 熔管 组成 某些熔断器内还装有特种灭弧介质 如产气纤维管 石英砂等 用来熄灭熔体熔断时形成的电弧 熔体是熔断器内的主要元件 它由金属制成 具有一定的截面 铅 铅锡合金和锌的熔点低 但电阻率较大 所以制成的熔体截面积大 形成的电弧截面也大 铜的电阻率小 热传导率高 制成的熔体截面小 缺点是熔点高 在小而持久的过负荷时不易熔化 19 作者 版权所有 一 高压熔断器的用途和工作原理 2 高压熔断器的工作原理 熔断器与所保护的线路或设备串联 正常状态下 熔体仅通过不大于额定值的负荷电流 其正常发热温度不会使它熔断 其它部分如触头 外壳也会发热 但都不超过它们的长期发热允许温度 当回路发生过负荷或短路时 过负荷电流或短路电流通过熔体在其上产生发热 熔体在被保护设备的温度未达到破坏其绝缘之前熔断 从而电路断开 设备得到保护 20 作者 版权所有 二 高压熔断器的技术特性和技术参数 1 高压熔断器的技术特性 熔体上通过电流越大 熔断越快 熔体熔断时间与通过电流的关系称为 熔断器的保护特性 也叫 安秒特性 当I IN1时 熔断时间为 当同一短路电流Id流过不同额定电流的熔体时 额定电流小的熔体先熔断 t2 t1 2 截面较大1 截面较小 21 作者 版权所有 二 高压熔断器的技术特性和技术参数 2 高压熔断器的技术参数 1 熔断器的额定电流INft 保证壳体的载流部分和接触部分长期通过此电流 不损坏熔断器 2 熔体的额定电流INfs 长期通过熔体而熔体不会熔断的最大电流 注意 熔断器和熔体的额定电流不一定相同 但INfs Inft 在同一个熔断器内 通常可装入多个具有不同额定电流的熔体 3 最大开断电流 容量 熔断器能切断的最大电流 22 作者 版权所有 三 高压熔断器的分类 1 限流型高压熔断器 在熔体熔化后 短路电流未达到最大值之前 就立即减小到0的熔断器 比如 RN2 10型熔断器 熔管内充填有石英砂 利用石英砂的冷却作用 增强去游离 使电弧在短路电流未达到最大值 冲击值 时就熄灭 起到限流作用 因为灭弧时间很短 电流变化很大 会产生过电压 可能会超过正常电源电压的几倍 用限流型熔断器保护的设备 可以不校验短路时的动稳定和热稳定 23 作者 版权所有 三 高压熔断器的分类 2 非限流型高压熔断器 自然灭弧 在熔体熔化后 短路电流不减小 一直达到最大值 在第一次过零或经过几个半周期之后电弧才熄灭 24 作者 版权所有 四 高压熔断器的选择和校验 1 选择额定电压 非限流型 UN UNS 限流型 UN UNS 原因 用在UN UNS的系统中 过电压倍数约2 2 5倍 不会超过这个电压等级电网中电气设备的绝缘水平 但如果把限流型熔断器用在UN UNS的系统中 因熔体较长过电压倍数可达3 5 4倍 会损坏电气设备的绝缘 若把把限流型熔断器用在UN UNS的系统中 则过电压会使电弧重燃 并且难以熄灭 25 1 INft INfs Imax 作者 版权所有 四 高压熔断器的选择和校验 2 选择额定电流 2 INfS考虑 A 保护35kV及以下电力变压器 计及励磁涌流 电动机启动等因素 则 INfs K Imax B 用于保护电力电容器 计及涌流和波形畸变 则 INfs K Imax 注意 对于保护电压互感器高压侧的RN2型熔断器 其熔体按机械强度选择 因为负荷电流很小 若按其选择 则截面太细易断 26 非限流型 INbr Ish 作者 版权所有 四 高压熔断器的选择和校验 3 校验开断容量 限流型 INbr I 27 如果电网电路中有几个熔断器串联 则应考虑各级熔断器特性的配合问题 作者 版权所有 四 高压熔断器的选择和校验 4 校验选择性 即任一支路发生过负荷或短路 熔断器必须有选择性的熔断 应只有该支路中的熔断器熔断 INfs2 INfs1 28 作者 版权所有 四 高压熔断器的选择和校验 4 校验选择性 INfs2 INfs1 因此 在d点短路 熔断器1的熔断是有选择性的 而熔断器2的熔断是非选择性的 所以 电路中串联接入几个熔断器时 必须根据它们的保护特性曲线 检查在装置中出现最大短路电流情况下 熔断器的选择性是否有保证 29 13 3裸导体的选择 30 作者 版权所有 裸导体的选择 裸导体一般按下列各项选择和校验 选择导体的材料 类型和敷设方式选择导体截面的大小 选择项目 电晕校验母线短路时的热稳定校验母线短路时的电动力稳定校验 只对硬导体进行 母线共振校验 校验项目 31 作者 版权所有 裸导体的选择 1 选择导体的材料 类型和敷设方式 常用的导体材料有铜 铝 铝合金 和钢 1 导体的材料 铜 电阻率低 机械强度大 抗腐蚀性强 工业上有很多重要用途 储量不多 价值较贵 只用在持续工作电流大 且出线位置特别狭窄或对铝有严重腐蚀而对铜腐蚀较轻的户外配电装置中 32 铝 铝合金 电阻率为铜的1 7 2倍 密度只有铜的30 储量丰富 价值低 铝或铝合金材料的导体广泛应用在户外和户内配电装置中 作者 版权所有 裸导体的选择 1 选择导体的材料 类型和敷设方式 常用的导体材料有铜 铝 铝合金 和钢 1 导体的材料 33 钢 电阻率为铜的6 8倍 机械强度大 价值低廉 用于交流时 有很大的磁滞损耗和涡流损耗 只适用于高压 小热量 工作电流不大于300 400安的低压电路和直流电路中 作者 版权所有 裸导体的选择 1 选择导体的材料 类型和敷设方式 常用的导体材料有铜 铝 铝合金 和钢 1 导体的材料 34 作者 版权所有 裸导体的选择 1 选择导体的材料 类型和敷设方式 工程上常用的硬导体截面有矩形 槽形和管形 2 导体的截面形状 矩形 散热条件好 便于固定和连接 但集肤效应严重 单条矩形截面最大不超过1250mm2 当工作电流超过最大截面单条导体允许载流量时 每相可将2 4条矩形导体并列使用 适用于35kV及以下 工作电流在4000A及以下 50MW及以下机组 的配电装置中 35 作者 版权所有 裸导体的选择 1 选择导体的材料 类型和敷设方式 工程上常用的硬导体截面有矩形 槽形和管形 2 导体的截面形状 槽形 机械强度大 载流量大 集肤效应系数小 适用于工作电流4000A 8000A 50MW 100MW机组 的配电装置中 36 作者 版权所有 裸导体的选择 1 选择导体的材料 类型和敷设方式 工程上常用的硬导体截面有矩形 槽形和管形 2 导体的截面形状 管形 机械强度大 集肤效应系数小 管内可以通水或通风来冷却 载流量大 表面光滑 电晕放电电压高 可用作工作电流8000A及以上的大电流母线 可用作110kV及以上的高压母线 37 作者 版权所有 裸导体的选择 1 选择导体的材料 类型和敷设方式 导体的布置方式影响到导体的散热和机械强度 应根据工作电流大小 短路电流水平和配电装置具体情况而定 3 导体的布置方式 例如矩形导体 有以下三种布置方式 三相水平布置导体竖放 三相水平布置导体横放 三相垂直布置导体竖放 38 作者 版权所有 裸导体的选择 1 选择导体的材料 类型和敷设方式 3 导体的布置方式 散热较好 载流量大 机械强度低 散热较差 载流量小 机械强度高 兼顾前两者优点 但配电装置高度有所增加 三相水平布置导体竖放 三相水平布置导体横放 三相垂直布置导体竖放 39 作者 版权所有 裸导体的选择 1 选择导体的材料 类型和敷设方式 4 软导体 常用的软导线有钢芯铝绞线 组合导线 分裂导线和扩径导线等 40 作者 版权所有 裸导体的选择 2 选择导体的截面大小 对于各等级电压配电装置中的主母线和引下线以及临时装设的母线 按长期发热允许电流 该回路最大持续工作电流 来选择截面 各段母线电流大小不同差别较大 导体的截面大小可按长期发热允许电流或经济电流密度来选择 对于年负荷利用小时数大 Tmax 5000小时 传输容量大 较长 L 20m 的导体 应按经济电流密度来选择截面 比如发电机 主变压器回路的母线 41 式中 Imax 导体所在回路的最大持续工作电流Ial 对应于导体的布置方式和环境温度为25 时 导体的允许电流 载流量 K 温度修正系数 作者 版权所有 裸导体的选择 2 选择导体的截面大小 母线截面应满足在正常运行中 通过母线的最大持续工作电流不应超过该截面下长期发热允许电流 1 按长期发热允许电流选择截面 即应满足 Imax K Ial 42 当负荷电流通过载流导体时 将产生电能损耗 电能损耗的大小与负荷电流的大小 母线截面 或母线电阻 有关 载流导体的运行费主要由电能损耗费和设备修理及折旧费组成 导体截面越大 电能损耗费越小 而相应的修理费 折旧费则要增加 当导体具有某一大小的截面时 年计算运行费用最低 与此对应的截面称之为经济截面 所对应的电流密度 称为经济电流密度 作者 版权所有 裸导体的选择 2 选择导体的截面大小 2 按经济电流密度选择截面 43 各种铝导体的经济电流密度可查课本p205图6 17 作者 版权所有 裸导体的选择 2 选择导体的截面大小 2 按经济电流密度选择截面 44 作者 版权所有 裸导体的选择 2 选择导体的截面大小 2 按经济电流密度选择截面 首先 根据导体类型和Tmax查到经济电流密度J然后用下式决定导体的经济截面 式中 Imax 导体所在回路的最大持续工作电流J 经济电流密度 注意 按经济电流密度选择的母线截面 仍须满足该回路最大持续工作电流的要求 45 作者 版权所有 裸导体的选择 3 校验电晕电压 对于110kV及以上裸导体 可按晴天不发生全面电晕条件校验 即裸导体产生电晕的临界电压Ucr应大于最高工作电压Umax 即 Ucr Umax 电晕放电将引起电晕损耗 无线电干扰 噪声和金属腐蚀等许多不利影响 当所选软导线和管形导体外径大于 等于下列数值时 可不进行电晕校验 110kV LGJ 70 20220kV LGJ 300 30 46 作者 版权所有 裸导体的选择 4 校验热稳定 按正常情况所选择的母线截面 必须校验它们在短路时的热稳定 当导体在短路时所达到的最高温度 f没有超过所规定的导体短时发热允许温度 则称该导体在短路时是热稳定的 计算导体在短路时所达到的最高温度 f的公式是 所以有 考虑了集肤效应系数Ks 47 作者 版权所有 裸导体的选择 4 校验热稳定 可见 导体短时最高温度 f Af 与导体截面积S 短路电流热效应 Qk 和导体正常工作时的温度 w Aw 有关 即 导体截面积S越大 导体短时最高温度 f越小 导体截面积S越小 导体短时最高温度 f越大 所以 导体热稳定的校验就转换为确定导体最小允许的截面积 在这个截面积下 f刚好等于该材料导体短时最高允许温度 48 作者 版权所有 裸导体的选择 4 校验热稳定 导体最小允许的截面积Smin为 式中 Kf 集肤效应系数 查产品参数 Qk 短路电流热效应 计算 Aw 对应导体正常工作时温度 w的A值 查曲线 Af 对应导体短时最高允许温度 f al的A值 查曲线 只要实际选择的截面积大于这个最小允许截面积 就可以说导体是热稳定的 49 作者 版权所有 裸导体的选择 4 校验热稳定 导体最小允许的截面积Smin为 定义C为热稳定系数 则 热稳定系数C与导体材料 导体工作温度 w Aw 和导体短时最高允许温度 f al Af 有关 C值可以自己计算 或查课本p205表6 12 50 作者 版权所有 裸导体的选择 4 校验热稳定 自己计算热稳定系数C 例如 对铜导体已知 f al 300 Af 4 15 1016 J m4 假设 w 70 Aw 1 2 1016 J m4 热稳定系数C 51 作者 版权所有 裸导体的选择 4 校验热稳定 查课本p205表6 12 则 对铜导体 w 70 C 171 热稳定系数C 52 作者 版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 各种形状的硬导体通常都安装在支柱绝缘子上 短路冲击电流通过母线时 将产生电动力使母线弯曲 所以 校验固定在绝缘子上的母线 应以母线受电动力而弯曲的情况进行应力计算 如果 计算应力未超过该材料导体允许应力 则是动稳定的 否则 就应该调整绝缘子的跨距或同相多条导体间衬垫的距离 使之满足动稳定 53 作者 版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 1 单条矩形导体的应力计算 一般假定母线为一多跨距的梁 自由放置在绝缘子上 承受均匀分布负荷的作用 在母线相间电动力作用下 母线所受的最大弯矩Mph为 式中 fph 单位长度导体上所受相间电动力 L 绝缘子跨距 54 作者 版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 1 单条矩形导体的应力计算 一般假定母线为一多跨距的梁 自由放置在绝缘子上 承受均匀分布负荷的作用 在母线相间电动力作用下 母线所受的最大弯矩Mph为 则导体最大相间计算应力 ph为 Wph 单条矩形导体对垂直于相间作用力方向轴的截面系数 也叫相间抗弯矩 55 作者 版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 1 单条矩形导体的应力计算 要想导体是动稳定的 则导体最大计算相间应力 ph不应超过导体材料允许应力 al 即 工程设计时 常根据材料最大允许应力 al来确定一个绝缘子最大允许跨距Lmax 由上式得 只要实际选定的绝缘子跨距小于或等于Lmax 即 L Lmax 理论上即可满足导体的动稳定 56 作者 版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 2 多条矩形导体的应力计算 当同相导体由多条矩形导体组成时 母线中最大机械应力应由相间应力 ph和同相条间应力 b叠加而成 A 计算相间应力 ph Wph 多条组合矩形导体对垂直于相间作用力方向轴的截面系数 也叫相间抗弯矩 即 57 作者 版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 2 多条矩形导体的应力计算 B 计算条间应力 b 由于母线条间的距离很近 b通常很大 为了减小 b 在同相各条母线间每隔30 50cm敷设一个衬垫 如图 衬垫的数量决定于母线机械应力的计算 衬垫数量不宜过多 因为多设将使母线散热不良 多消耗金属材料和使安装复杂 58 59 作者 版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 2 多条矩形导体的应力计算 B 计算条间应力 b 由于在同相各条母线中 边条所受电动力最大 故应对它进行应力计算 在母线条间电动力作用下 边条所受的最大弯矩Mb为 则边条导体最大条间计算应力 b为 Wb 多条组合矩形导体对垂直于条间作用力方向轴的截面系数 也叫条间抗弯矩 60 作者 版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 2 多条矩形导体的应力计算 B 计算条间应力 b 计算条间电动力fb时 由于条间距离很近 所以应注意同相各条导体的形状系数和电流分配比例 当同相由两条导体组成时 可认为相电流在两条中平均分配 两条条间中心距离为2b 因此 K12 条1 2间的形状系数 查课本p75图3 10 b 单条矩形导体的厚度 61 作者 版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 2 多条矩形导体的应力计算 B 计算条间应力 b 计算条间电动力fb时 由于条间距离很近 所以应注意同相各条导体的形状系数和电流分配比例 当同相由三条导体组成时 可认为中间条通过20 相电流 两个边条各通过40 相电流 每两条条间中心距离为2b 则 K12 K13 条1 2间 条1 3间的形状系数 62 作者 版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 2 多条矩形导体的应力计算 只要最大计算应力满足 工程上为了简化计算 通常根据条间允许应力 bal来决定最大允许衬垫跨距Lbmax 则多条组合矩形导体动稳定校验通过 由 得 63 作者 版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 2 多条矩形导体的应力计算 只要实际所取的Lb Lbmax 则母线满足动稳定要求 同时 实际所取的母线衬垫间距离Lb 还必须小于衬垫间临界跨距Lbcr 即当均匀荷载作用于其上时 母线条开始相碰时的跨距 系数 见课本p207 64 作者 版权所有 裸导体的选择 5 校验动稳定 3 矩形导体的截面系数 抗弯矩 相间Wph见该表 条间Wb由于条间电动力总是垂直于导体的长边 所以Wb b2h 6 65 作者 版权所有 裸导体的选择 6 校验共振 对于重要回路 如发电机 变压器及汇流母线等 的导体应进行共振校验 将导体看成多跨的连续梁 其一阶固有振动频率为 式中 Nf 频率系数 查课本p79表3 4 L 绝缘子跨距E 导体材料的弹性模量 铝7 1010Pa I 导体断面二次矩 矩形bh3 12 槽形查表 m 导体单位长度的质量 66 作者 版权所有 裸导体的选择 6 校验共振 当计算出的f1无法限制在共振频率之外时 导体所受作用力必须乘以动应力系数 若已知导体材料 形状 布置方式和应避开的固有频率 通常取f1 160Hz 则可以计算出导体不发生共振的最大绝缘子跨距Lfmax 由 得 当绝缘子所取跨距L Lfmax 则母线满足不共振要求 67 13 4电缆 绝缘子和套管的选择 68 作者 版权所有 一 电力电缆选择 1 芯线材料及型号选择 2 电压选择 3 截面选择 或 4 电压降校验 5 热稳定校验 69 高压支柱瓷绝缘子 二 支柱绝缘子和穿墙套管的选择 70 二 支柱绝缘子和穿墙套管的选择 71 作者 版权所有 二 支柱绝缘子和穿墙套管的选择 这里只介绍用于支撑硬母线的支柱绝缘子和穿墙套管的选择方法 支柱绝缘子应按安装地点和额定电压选择 并进行短路动稳定校验 穿墙套管应按安装地点 额定电压和额定电流选择 并按短路条件进行短路动 热稳定校验 72 作者 版权所有 二 支柱绝缘子和穿墙套管的选择 1 按安装地点选择支柱绝缘子和穿墙套管 一般用于屋内配电装置的选用户内式的 用于屋外配电装置的选用户外式的 当户外污秽较严重时 应选用防污式的 2 按电压条件选择支柱绝缘子和穿墙套管 应满足 UN UNS 其中 UN 支柱绝缘子和穿墙套管的额定电压 kV UNS 所在电网的额定电压 kV 对于发电厂和变电所的3 20kV屋外支柱绝缘子和套管 当有冰雪和污秽时 应选用高一级的产品 73 作者 版权所有 二 支柱绝缘子和穿墙套管的选择 3 按电流条件选择穿墙套管 应满足 I