第八章电气主接线的设计与设备选择 (2)ppt课件

1、第八章 电气主接线的设计与设备选择.学习目的了解电气主接线设计的根本过程和步骤了解电流的热效应和电动力效应掌握电气设备选择的方法掌握短路计算点的选择掌握断路器、隔分开关、熔断器、电抗器等电气设备选择的方法.8-1 概述 为表征一次系统，把一切一次设备按电能流程衔接而成的总电路称为电气主接线或一次接线。 电气主接线阐明电气一次设备的衔接关系。它是发电厂、变电站电气部分设计、运转、检修、操作和事故处置平台；其设计对电气设备选择、配电安装布置、继电维护及自动控制方式的拟定，以及防雷接地等产生决议性影响。.8-1 概述 1、原那么： 以设计义务书为根据，以经济建立方针、政策和有关的技术规程、规范为准那

2、么，准确地掌握原始资料，结合工程特点，确定设计规范，参考已有设计成果，采用先进的设计工具。 2、要求： 使设计的主接线满足可靠性、灵敏性、经济性，并留有扩建和开展的余地。 发电厂、变电所的电气主接线设计应根据其在电力系统中的位置与作用、建立规模、电压等级、线路回数、负荷等详细情况来确定。.8-1 概述 3、步骤：1. 对原始资料进展综合分析；2. 草拟主接线方案，对不同方案进展技术经济比较、挑选和确定；3. 厂、所和附近用户供电方案设计；4. 限制短路电流的措施和短路电流的计算；5. 电气设备的选择；6. 屋内外配电安装的设计；7. 绘制电气主接线图及其它图如配电安装视图；8. 引荐最正确方案

3、，写出设计技术阐明书，编制一次设备概算表。 .8-2 主变压器和主接线的选择主变压器：向电力系统或用户保送功率的变压器。联络变压器：用于两种电压等级之间交换功率的变压器。自用电变压器：只供厂、所用电的变压器。一、变压器容量、台数、电压确实定原那么根据保送容量等原始数据。思索电力系统510年的开展规划。1单元接线主变压器容量A.按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后， 留有10%的裕度；B.扩展单元接线应尽能够采用分裂绕组变压器。.8-2 主变压器和主接线的选择2衔接电压母线与升高电压之间的主变压器a. 发电机全部投入运转时，扣除厂用电后，主变压器应能将剩余的有功率送入系统。b. 假设接于发电机

4、电压母线上的最大一台机组停运时，应能满足由系统经主变压器倒供应发电机电压母线上最大负荷的需求。c. 假设发电机电压母线上接有2台或以上主变压器，当其中容 量最大的一台因故退出运转时，其它主变压器在允许正常过负荷范围内应能保送剩余功率70%以上。d. 对水电比重较大的系统，假设丰水期需求限制该火电厂出力时，主变应能从系统倒送功率，满足发电机电压母线上的负荷需求。.8-2 主变压器和主接线的选择3变电所主变压器容量a. 按变电所建成后510年的规划负荷选择，并适当思索远期1020年的负荷开展。b. 对重要变电所，应思索一台主变停运，其他变压器在计及过负荷才干及允许时间内，满足I、II类负荷的供电；

5、c. 对普通性变电所，一台主变停运，其他变压器应能满足全部供电负荷的70%80%。4发电厂和变电所主变台数a. 大中型发电厂和枢纽变电所，主变不应少于2台；对小型的发电厂和终端变电所可只设一台。5. 确定绕组额定电压和调压的方式.8-2 主变压器和主接线的选择二、主变压器型式的选择原那么1. 相数：普通选用三相变压器。2. 绕组数：A.容量在125MW以下的发电厂，内有三个电压等级时，思索采用三相三绕组变压器每侧绕组的经过容量应到达额定容量的15%及以上，否那么选二台双绕组更合理。B.容量200MW及以上的发电厂，采用双绕组变压器加联络变压器的方案更为合理(因额定电流和短路电流均大，发电机出口

6、断路器制造困难，且大型三绕组变压器的中压侧110kV及以上时不希望留分接头。C.在选用三绕组普通变压器的场所，且两侧绕组为中性点直接接地系统，思索选用自耦变压器但要防止自耦变的公共绕组或串联绕组的过负荷。.8-2 主变压器和主接线的选择3. 绕组接线组别确实定变压器三相绕组的接线组别必需和系统电压相位一致。4. 短路阻抗的选择从系统稳定和提高供电质量看阻抗小些为好但阻抗太小会使短路电流过大，设备选择变得困难。三绕组变压器的构造方式分为：升压型与降压型中间绕组阻抗最小5. 变压器冷却方式主变压器的冷却方式有：自然风冷；强迫风冷；强迫油循环风冷；强迫油循环水冷；强迫导向油循环冷却等。.8-2 主变

7、压器和主接线的选择 三、主接线设计简述220kV，进出线回路多，保送功率大有母线；回路少且不再扩建时不用母线。1110220kV，断路器检修时间长，应设置旁路母线2厂站附近有用户，常设610.5kV电压母线335kV，重要用户采用双回路4单母线分段，可设置不带公用断路器的旁路母线接线330500kV，进出线6回路以上，采用一台半断路器接线、双母线三分段或四分段；少出线可采用35角形接线四、技术经济比较技术比较内容：比较可靠性、灵敏性、先进性及对继电维护和配电安装的设计影响；经济比较内容：综合投资、年运转费。 . 电气主接线设计应满足平安、可靠、灵敏、经济等方面的要求。1.平安性 包括设备平安和

8、人身平安。2.可靠性 供电可靠是对电气主接线最根本的要求。 可靠性可以用主接线无缺点任务时间占全部时间的比例来表示。 1研讨主接线的可靠性应留意的问题 主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。.2对电气主接线可靠性的详细要求 在定性分析主接线的可靠性时，主要思索以下几个方面： 断路器检修时，不宜影响对系统的供电。 母线缺点，以及母线或母线隔分开关检修时，尽量减少停运出线的回路数和停运时间，并保证对I、类负荷的供电。.3. 灵敏性 电气主接线应满足在调度、检修及扩建时操作方便，运转灵敏的要求。4. 经济性 电气主接线的经济性主要表如今以下方面：1节省投

9、资。2年运转费小。3占地面积小。4在能够的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发扬经济效益。.8-3 载流导体的发热和电动力一、电气设备的发热二、电气设备的电动力.一、电气设备的发热电气设备在运转中，电流经过导体时产生电能损耗，然后转变为热能，一部分散失到周围介质中，一部分加热导体和电器使其温度升高。温度超越一定范围后，将会加速导体和电器的绝缘资料的老化，降低绝缘强度，缩短运用寿命，将会恶化导电接触部分的衔接形状，以致破坏电器的正常任务。 .一、电气设备的发热长期发热：由正常任务电流引起的发热。短路时发热：由短路电流引起的发热，是影响电气设备正常运用寿命和任务形状的主要要素。假设导体在

10、短路时的最高温度不超越设计规程规定的允许温度(见P220表8-1，那么以为导体是满足热稳定要求的。短路时发热计算的目的：是确定导体在短路切除以前能够出现的最高温度，能否小于短路发热允许的最高温度，以验证其热稳定性。长期发热计算，见课本P220。.1短路时导体发热计算的特点1短路时间很短，温度上升速度很快，可以为短路电流产生的热量不向周围介质分发，全部用来使导体的温度升高。2短路电路大，导体的温度上升快，短路时导体的电阻和比热是随温度而变化的。3短路电流的变化规律复杂，通常用等效发热的方法进展分析计算直接计算短路电流在导体中产生的热量很困难。 .2短路时导体的发热计算 图8-1表示短路前后导体的

11、温度变化情况。 导体在短路前正常负荷时的温度为L，设在t1 时辰发生短路，导体温度按指数规律迅速升高，在t2时辰维护安装动作将缺点切除，这时导体的温度为k。短路切除后，导体内无电流，不再产生热量，只向周围介质散热，最后冷却到周围介质温度o。图8-1 短路前后导体的 温度变化情况.要确定短路后导体的最高温度k，就必需先求出实践的短路电流ik或Ikt在短路时间内产生的热量，即8-1 式中：Ikt为短路全电流的有效值A；R为导体的电阻；tk为短路电流的作用时间s。.短路电流的变化规律比较复杂，按式8-1计算Qk相当困难。因此，普通用稳态短路电流I来替代实践短路电流Ikt，并设定一个假想时间tima，

12、以为短路电流Ikt在短路时间tk内产生的热量Qk，恰好等于稳态短路电流在假想时间tima内产生的热量-等值时间法，即8-2 式中：tima为假想时间s。图8-2 短路发热的假想时间.1假想时间的计算 假想时间与短路电流的变化特性有关。短路电流分为周期分量Ipt和非周期分量inpt，短路电流的有效值可表示为8-3 代入式(8-2)，那么有8-4设假想时间也分为相应的周期分量假想时间tima.p和非周期分量假想时间tima.np，即8-5 那么有8-6.周期分量假想时间可表示为8-7令短路次暂态电流I与I的比为，即= I/I，可根据短路电流周期分量的变化曲线作出与tima.p的关系曲线，那么周期分

13、量假想时间可按短路电流的实践作用时间t=tk查曲线求出。tk等于间隔短路点最近的维护安装的实践动作时间tpr和断路器的跳闸时间tab之和：tk =tpr + tab 对于快速和中速断路器，可取tab=0.10.15s；低速断路器，可取tab=0.2s.当短路点间隔电源较远时无限容量系统，可以为I=Ip=I，因此周期分量假想时间就等于短路的延续时间，即tima.p=tk。.短路电流非周期分量假想时间tima.np只需在短路时间较短 tk Umax当导体短路前的温度取正常运转时的最高允许温度70C，铝和铜导体短时发热最高允许温度分别为200C和300C时，热稳定系数C值量纲：安秒1/2/米2分别为

14、 C铝=87 和 C铜=171。4. 热稳定校验：8-4 电气设备的选择.母线看作是一个自在地放在绝缘支柱上多跨距的梁，在电动力的作用下，母线条遭到的最大弯矩M为 M = fL2/10 N.m5. 硬母线的动稳定校验单位长度导体上所遭到的相间电动力校验： al Pa 硬铝al=70106(Pa) 硬铜al=140106(Pa)8-4 电气设备的选择母线条遭到的最大相间计算应力w为抗弯截面系数式中L为相邻绝缘子间的跨距m.在设计中也常根据资料的最大允许应力，确定支柱绝缘子间的最大允许跨距不应超越1.52m8-4 电气设备的选择. 二电力电缆的选择1. 电缆芯线资料及敷设方式选择：电缆芯线：铜芯和

15、铝芯。铜芯电缆载流量约为铝芯同截面电缆载流量的1.3倍。国内工程普通选用铝芯电缆。敷设方式：电缆桥架，电缆沟，电缆隧道和穿管等。4. 热稳定校验：对6kV油浸纸绝缘铝芯电缆，热稳定系数C=93；10kV时C取95。8-4 电气设备的选择3. 按允许电压降校验： 2. 截面选择：当电缆的最大负荷利用小时数Tmax5000小时，长度超越20m以上，均应按经济电流密度选择。按长期发热允许电流选择电缆截面时，修正系数K与敷设方式，环境温度等有关。.六、电流互感器选择1. 电流互感器的方式选择35kV以下屋内配电安装，可采用瓷绝缘或树脂绕注式；35kV及以上配电安装可采用油浸瓷箱式，有条件时可采用套管式

16、。2. 额定电压和额定电流动选择一次额定电压和电流二次额定电流：5A或1A3. 电流互感器的准确级不应低于所供丈量仪表的最高准确级；用于重要回路和计费电度表的电流互感器普通采用0.2或0.5级；500kV采用0.2级。8-4 电气设备的选择.保证互感器的准确级S2I2N2Z2LSN2 或 Z2LZN2Z2L= r2 + rw + rc接触电阻rc取0.050.1；电流线圈电阻r2由所衔接的仪表和继电器的电流线圈耗费的功率计算；衔接用导线的电阻rw为：8-4 电气设备的选择.导线计算长度LC与电流互感器的接线系数有关，假设丈量仪表与互感器安装处相距L，那么当电流互感器星形接线时LC=L，不完全星

17、形LC=31/2L ，单相接线时LC=2L。为满足机械强度要求铜线S不得小于1.5mm2。8-4 电气设备的选择.第八章 电气主接线的设计8-4 电气设备的选择4. 热稳定和动稳定校验只对本身带有一次回路导体的电流互感器进展热稳定校验。瓷绝缘的电流互感器还应校验瓷绝缘帽上受力的外部动稳定，方法可参见支柱绝缘子的校验。常以1S允许经过的热稳定电流It或一次额定电流IN1的倍数Kt来表示，即It21 Qk 或 (KtTN1)2Qk互感器内部动稳定，常以允许经过的动稳定电流ies或一次额定电流幅值的动稳定倍数Kes表示.第八章 电气主接线的设计8-4 电气设备的选择七、电压互感器的选择1按额定电压选

18、择一次绕组有接于相间和接于相对地两种方式，绕组的额定电压UN1应与接入电网的方式和电压相符，为确保互感器的准确级，要求电网电压的动摇范围满足以下条件0.8UN1US2309 A .第八章 电气主接线的设计8-5 设备选择举例2校验热稳定由式8-33，计算短路继续时间： tk=tp1+tin+ta=0.06+0.15+0.05=0.26S 近似取I代入式8-12得 =I2tk=59.720.26=926.7kA2S代入式8-13得 Qnp=T I2=0.259.72=712.8kA2S Qk=Qp+Qnp=1639.5kA2S由式8-51得.第八章 电气主接线的设计8-5 设备选择举例3校验动稳

19、定 计算导体固有振动频率，根据式8-25和表8-4可知故=1，求母线的相间应力，根据式8-53 因每相由多条导体组成，校验应取公式 其中最大计算应力等于相间作用应力和同相不同条间作用应力t之和，应小于最大允许应力。.第八章 电气主接线的设计8-5 设备选择举例例8-3 选择图8-13中，发电机A出口断路器QF1，知发电机A主维护动作时间tp1=0.04s，后备维护时间tp2=3.8s, k1点短路计算结果见表8-7。解 1发电机最大继续任务电流断路器QF1的短路计算点应为图8-13中的k2点，由k1点短路电流扣除发电机A所提供的部分，得到流过QF1的短路电流 I0S=45.2kA，I2S=32

20、.57kA，I4S=32.56kA冲击电流查附表IV-3发电机断路器须采用SN4-10G/5000型，tin=0.15s。2计算热稳定因tk1S，可以不计非周期分量的热效应。计算结果见表8-8。.第八章 电气主接线的设计8-5 设备选择举例例 8-4 选择图8-13中10kV馈线L1的限流电抗器，知WL1采用SN10-10I型轻型断路器，INbr=16kA，线路最大任务电流Imax=380A，线路继电维护时间tp2=1.8S，断路器全分闸时间tab=0.2S。解 1计算电抗器内侧的等值电抗，计算用图如右2计算电抗百分数，见式8-45热稳定计算时间 tk=tp2+tab=1.8+0.2=2S选用

21、水泥柱式，铝电缆的电抗器NKL-10-400-3，计算阐明，动稳定不满足要求。.第八章 电气主接线的设计8-5 设备选择举例改选NKL-10-400-4，该电抗器UN=10kV，IN=400A，XL=4%，动稳定电流ies=25.5kA，1秒热稳定电流It=22.2kA，计算得k3点的短路电流的有名值，I0S=9.08kA，I1S=8.93kA，I2S=9.54kA。3正常运转时电压损失的校验，见式8-464母线残压校验，见式8-475校验电抗器的动、热稳定因tk1S，不计非周期Qnp的值所选电抗器满足动热稳定。.第八章 电气主接线的设计8-5 设备选择举例例 8-5 选择图8-13中，馈线L1的电流互感器，互感器安装处与丈量仪表之间相距50米，Imax=380A。解 互感器二次接线如右图所示，仪表的负荷见表8-9。根据馈线电压，最大任务电流及安装地点，选用LFZJ1-10型电流互感器，其系环氧树脂绕注式绝缘，有二个二次线圈，其变比400/5A。由于仪表中有计费用电度表，选用0.5级，二次额定负荷为0.8，1S热稳定倍数kt=75，动稳定倍数kes=130。1计算衔接用导线的截面 二次负荷最大A相：S2=1.45 VA r2S2/IN221.45/520