发电厂电气部分-第6章导体和电气设备原理与

第四节变压器的选择2一、变压器的分类主变压器：在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。联络变压器：用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器。厂（站）用变压器：只供本厂（站）用电的变压器，称为厂（站）用变压器或自用变压器。二、变压器选择应考虑的几个问题31、容量2、台数3、型式4、结构三、变压器容量和台数的选择1、选择容量和台数的必要性容量和台数直接影响主接线的型式和配电装置的结构。容量和台数选的过多，增加投资，增大占地面积也增加运行电能损耗，设备未能充分发挥效益；容量和台数选的过小，

发电机剩余功率的输出，或满足不了变电站负荷的要求。总结：变压器的容量和台数的确定，除了依据传递容量等基本原始资料外，还应根据电力系统5~10年发展规划，输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行分析和合理选择。4三、变压器容量和台数的选择2、选择容量和台数的选择依据：主变压器的选择单元接线的主变压器容量的选择发电机额定容量为扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度。变压器容量（发电机额定容量-本机组厂用负荷）（1+10%）扩大单元接线的主变压器容量的选择（多采用 绕组变压器）变压器容量（G1N

+G2N

-本机组厂用负荷）（1+10%）5（1）主变压器容量和台数的选择III.具有发电机电压母线的主变压器容量的选择

母线上连有多台发电机，而主变压器只有一台。当发电机全部投运时：SN

（所有发电机额定容量之和-发电7（1）主变压器容量和台数的选择依据SN

（端电压最大负荷+厂用负荷+可能增加的负荷-剩余发电机额定容量之和）（80%

90%)III.具有发电机电压母线的主变压器容发电机电压母线上最大一台机组应该能从系统倒送功率，保证发的需要。（应适当考虑母线上负许的过负荷能力）。（1）主变压器容量和台数的选择依据III.具有发电机电压母线的主变压器容量的选择

发电机电压母线上有两台以上的主变压器时，当其中最大一台因故退出运行，另一主变应该能够在过负荷的范围内输送剩余功率的70%以上。SN

（所有发电机额定容量之和-厂用负荷-发电机端电压供电负荷）

70%

90%（1）主变压器容量和台数的选择依据III.具有发电机电压母线的主变压器容量的选择

水电

较大的系统，经济运行的需要，丰水期，中小型火电厂的主变压器应有倒送功率的能力，满足发电机母线上最大负荷的需要。有发电机电压母线的主变压器，应综合考虑以上四种情况。选其较大者作为主变的容量。此外，还应考虑5年负荷的逐年发展。对于60MW以下的小型发电厂，本着自发自用的原则，

因此为了保证负荷供电的可靠性，发电机母线上主变压器应不少于2台。9（2）联络变压器容量和台数的选择考虑布置和引线的方便，最多设置一台，最多不超过两台。联络变压器容量应能够满足两种电压网络在不同的运行方式下有功功率和无功功率交换。联络变压器的容量一般不小于接在两种电压母线上的最大一台机组容量，以保证最大一台机组故障或检修时，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求，同时也可以

路检修或故障时，通过联络变压器将剩余容量送入另一侧系统10（3）变电站主变压器容量和台数的选择11对于重要变电所，考虑一台主变停运，其余变压器容量在过负荷允许范围内，满足I、II类负荷的供电。一般性变电所，一台主变停运，其余变压器容量应能满足全部负荷的70%~80%。对于枢纽变电所，中低压侧已形成环网的情况下，设置2台主变为宜。地区性孤立的一次变电站，可设3台主变，提高供电可靠性四、变压器型式和结构的选择121、相数300MW及以下机组，单元接线的主变压器,。330KV及以下的电力系统中的变压器。均采用三绕组变压器。600MW机组，单元接线的主变压器。500KV及以下的电力系统中的变压器。均采用单相组成三相变压器。单相变压器，投资大，占地多，运行损耗大，配电装置复杂。四、变压器型式和结构的选择2、绕组数与结构变压器按绕组数分：双绕组、三绕组、多绕组当发电厂有两种升高电压等级向系统供电时，可以采用两台双绕组变压器，也可以采用一台三绕组变压器。变压器按结构分：普通式、自耦式、低压绕组式132、绕组数与结构14具体的配置原则最大机组容量为125MW及以下，多采用三绕组变压器但每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的15%以上，否则，位能充分利用，不如选两台双绕组变压器经济。机组容量为200MW以上的发电厂多采用发电机-双绕组

变压器单元接线；若存在两种升高电压等级，则两个升高电压等级之间应装设联络变压器。？？为什么大容量机组不宜选用三绕组变压器构成单元接线。152、绕组数与结构具体的配置原则？？为什么大容量机组不宜选用三绕组变压器构成单元接线。机组容量大，其额定电流、短路电流都很大，发电机出口断路器制造 ，价格昂贵，所以一般大容量发电机出口采用分相封闭母线，一般不装设QF和QS。三绕组变压器，中压侧为死抽头，不利于高、中压侧的调压和负荷分配。采

绕组变压器，由于两台发电机同时故障或检修的几率小，提高供电的可靠性。162、绕组数与结构具体的配置原则采 绕组变压器构成单元接线后，用于两个升高电压等级的联络变压器多采用三绕组变压器或自耦变压器，低压绕组可以作为厂用备用电源或厂用启动电源。亦可连接无功补偿装置。扩大单元接线的主变压器，应优先考虑 绕组变压器可以限制短路电流。（5）110KV及以上的中性点直接接地系统中，凡是采用三绕组变压器的场所，均可选用自耦变压器，其损耗小，价格低，但是限制短路电流的效果差。2、绕组数与结构具体的配置原则（6）多绕组（四绕组）变压器，一般用于600MW大型机组，启动兼备用电源。（7）一个厂站中，三绕组变压器的台数不应超过3台，以免增加中压侧引线构架，布置

。17联结组别：三相变压器高、低压绕组对应的线电动势之间的相位差，通常用时钟法来表示时钟法：

把高压绕组的线电动势相量作为时钟的长针，且固定指向12的位置，对应的低压绕组的线电动势相量作为时钟的短针，其所指的钟点数就是变压器联结组的标号。183、绕组的组别AXCZaczBYbyx三相变压器的联结方式高压绕组接法0Y

/

Y

:三相配电变压器Y

/Δ

:动力供电系统（井下照明）Y0

/Δ

:高压、压供电系统联结方式：Y

/Y

、Y

/Y0

、Y0

/Y

、Y

/Δ

、Y0

/Δ常用接法:低压绕组接法19调压：通过变压器分接开关的切换，改变高压侧绕组的匝数，从而改变变比，实现电压调整。4、调压方式204、调压方式21有载调压（带负荷调压）调整范围可达30%。调压方式：无载调压（不带负荷调压，无激磁调压）调整范围2.5%22选用有载调压的情况：接于出力变化大的发电厂的主变压器，潮流方向

不固定，且要求变压器二次电压维持在一定水平。接于时而为受端，时而为送端，具有可逆工作特点的联络变压器，为保证供电质量，要求母线电压恒定。发电厂主变很少采用有载调压，多通过调节发电机励磁来调节电压。（4）220KV及以上降压变电所中，主变压器也多采用无载调压。4、调压方式5、冷却方式23自然风冷

强迫风冷

强迫油循环强迫油循环风冷强迫油循环导向冷却第五节限制短路电流的方法24为什么要限制短路电流？短路是电力系统中常发生的故障。它直接影响电气设备的安全，进而影响主接线的运行。例：大容量发电厂中，在发电机电压母线或发电机出口处，短路电流可达几万安至几十万安，为使电气设备能够承受短路电流的冲击，需要选择大容量的电气设备，这样不仅增加投资，有时甚至选择不到合适的设备。因此要限制短路电流。第五节限制短路电流的方法限制短路电流的方法1、装设限流电抗器2、采用低压绕组变压器3、采用不同的主接线形式和运行方式25一、装设限流电抗器（常用于6~10KV配电装置中）电抗器的分类：普通电抗器和电抗器符号：用L表示2627一、装设限流电抗器（常用于6~10KV配电装置中）1、普通电抗器：实质上是空心线圈，三相电抗器是三个单相的空心线圈组成。？？为何用空心线圈带铁芯的线圈存在饱和问题，因而会降低其限流的效果。空心线圈的伏安特性是线性的，当电流从额定电流到超过额定值10~20倍的短路电流很大范围内，伏安特性都是线性的。由于无铁芯，电抗器的导线电阻又很小，因此运行中的有功能量损失也是很小的。28一、装设限流电抗器（常用于6~10KV配电装置中）1、普通电抗器：根据安装地点的不同，分为母联电抗器和线路电抗器。L1：母联断路器L2：线路电抗器G1G2L1L229一、装设限流电抗器（常用于6~10KV配电装置中）安装母联电抗器的目的；使发电机出口断路器、变压器低压侧断路器、母联断路器或分段断路器都能按各回路额定电流来选择，不因短路电流过大而使容量升级。安装在母线分段处的优点；母线分段处往往是正常电流流动最小的地方，在此装设电抗器，所引起的电压损失和功率损失最小。无论厂内厂外短路，母线电抗器均能起到限流作用。（1）母联电抗器L1通常安装在母线分段处。G1G2L1L230一、装设限流电抗器（常用于6~10KV配电装置中）G1G2L1L2（2）线路电抗器L2由于电缆的电抗值小，且主要用来限制电缆回路的短路电流。有分布电容，即使在电缆末端发生短路，短路电流也和母线短路差不多，为了使出线能够选择轻型设备，不致因短路发热而需要增大截面积。线路本身电抗值很大，不长的线路就可以把出线

短路电流限制到选择轻型设备的数值，因此

线路不必装设电抗器。注意；线

的电抗器的限流作用，只有电抗器后面的点短路才有限流作用。31一、装设限流电抗器（常用于6~10KV配电装置中）（2）线路电抗器L2馈线上装设电抗器，对发电厂和用电用户有重要意义。G1G2L1L2线

电抗器后发生短路，电抗器不仅限制了短路电流，而且能在母线上维持较高的剩余电压，一般大于65%UN，这对非故障用户（尤其是电）有利，提高供电可靠性。注:正常运行时，电抗器上会有电压损失，要求不大于5%UN。一般情况下，选用了母线电抗器，或在发电机、主变压器回路装设了电抗器后仍不满足要求时，才考虑装设线路电抗器。一、装设限流电抗器（常用于6~10KV配电装置中）2、 电抗器绕组中心一个抽头，将电抗器分为两个分支，臂1和臂2，中间抽头接电源，1，2两臂接大致相等的两组负荷。322、电抗器工作原理正常工作时，I1

I2

，在电抗器中流动的方向相反，因而二者产生的磁通方向相反，每个臂的运行电抗为：X

XL

XM

XL

fXL

(1

f

)XL

0.5XLXL

自感电抗XM

互感电抗f

互感系数，f

XM

,与结构有关，一般取0.5XL可见，正常工作时每个臂的电抗减少了一半。3334可见，X12

2(XL

XM

)

2(1

f

)XL

3XL电抗器可有效的限制从另一臂送来的短路电流。某个臂发生短路，设臂1短路，若忽略臂2的负荷电流，显然电抗器臂1对从变压器T提供的短路电流呈现运行电抗值，而臂2可能送来的短路电流

IKG

和系统送来的短路电在 电抗器中流向相同，因此两臂的总电抗为：为XL流IKS注：两臂负荷不宜相差过大，否则会造成电压波动，甚至出现过电压。二、采用低压

绕组变压器发电机容量较大时，采用低压 绕组变压器组成扩大单元接线，限制短路电流。1、绕组变压器的结构：1X一个高压绕组 ，两个低压 绕组绕组的额定电压，额定容量相同，匝数相同。X

'

,

X

"2

2

且两个2

2X

'

,

X

"由于两个

绕组之间有漏抗，所以两台发电机之间的电路存在电抗，一台发电机端口短路时，另一台发电机送来的短路电流就会受到限制。35二、采用低压

绕组变压器绕组变压器组成发电机容量较大时，采用低压

扩大单元接线，限制短路电流。2、 绕组变压器的工作原理：12121222IX

I

1

IXX

X

1

X（1）正常工作时，等值电路如图，X1等值电抗为36二、采用低压绕组变压器2、 绕组变压器的工作原理：X1（2）高压侧开路，低压侧一台发电机出口短路，等值电路如图，通过两 绕组的等值电抗为2

22222'2"X

X

'

X

"

X

X

2X可见，低压 绕组变压器正常工作时的电抗值只相当于两 绕组短路电抗的1/4。373、绕组变压器铁芯布置的特点：（1）两个低压绕组之间有较大的短路电抗（2）每个低压绕组与高压绕组之间的短路电抗值很小，且相等。384、绕组变压器运行的特点：一个低压绕组变压器低压侧短路时，另一个未发生短路的低压侧仍能够维持较高的电压，保证该侧设备继续运行，并能够保证电紧急启动，这是一般结构的三绕组变压器所没有的。39三、采用不同的主接线形式和运行方式为了限制短路电流，选用计算阻抗较大的接线形式和运行方式大容量发电机可采用单元接线，尽可能在发电机端口不采用母线降压变电站中，采用变压器低压侧 运行，即所谓母线硬分段接线方式。具有双回路的电路，在负荷允许条件下可采用单回路运行。对于环形网络，在穿越功率流动最小处开环运行。40第六节限流电抗器的选择一、额定电压和额定电流的选择UN

UNS电抗器用于发电厂的发电机或主变压器回路时，Imax一般按发电机或者主变压器额定电流的70%选择；电抗器用于变电站主变压器回路时，Imax一般取两臂电流较大者若没有负荷资料时，一般也按主变压器额定容量的70%选择。41二、电抗百分值的选择421、普通电抗器电抗百分值的选择（1）按将短路电流限制到要求值来选择（2）按正常工作时电压损失校验。U

%

5%（3）对短路时母线的残压校验。Ure

%

60%~

70%1、普通电抗器电抗百分值的选择dId

电流的基准值；*若电源至电抗器前的系统电抗标幺值是X'则所需电抗的标幺值为X

X

X'*L

*

*（1）按将短路电流限制到要求值来选择设：经电抗器后的短路电流限制到I

Id43I

*则：电源至电抗器后的短路点的总电抗标幺值为X1、普通电抗器电抗百分值的选择（1）按将短路电流限制到要求值来选择以电抗器额定参数（UN

,IN）下的百分值电抗表示则应选择的电抗百分值为：L44d

NX %=(

Id

-X')

INUdI

U100%I

*

1、普通电抗器电抗百分值的选择（2）按正常运行时电压损失的校验考虑到电抗器的电阻很小，电压损失U%主要由电流的无功分量Imaxsin产生。100

IN45U%

XL

%

Imax

sin

100%

5%1、普通电抗器电抗百分值的选择（3）短路时母线残压的校验若出线电抗器回路未设置速断保护，为了减轻短路时对其他用户的影响，当线路电抗器后短路时，母线的残压Ure

%应不低于电网额定电压的60%~

70%.reN100

IU %

XL

%

I

100%

(60%

~70%)如不能满足要求，则可加设速断保护；或者 路正常运行电压允许范围内加大电抗百分值。46电抗器是用单臂自感电抗XL1

%来标称的,所以应按设计中可能的运行方式来进行换算。以求出待选定电抗的XL

%值。XL1

%与XL

%的关系决定于电源的连接方式和限制某一侧短路电流。2、 电抗器电抗百分值的选择（1）按将短路电流限制到要求值来选择。Ld

NX %=(

Id

-X')

INUdI

U100%I

*

472、 电抗器电抗百分值的（1）按将短路电流限制到要求当仅3侧有电源，1（或者）2侧短路时：XL1%=XL

%当1、2侧均有电源，3侧短路时：L1

LX

%=

2

X

%1-ff为电抗器的互感系数，如无厂家资料，f取0.5。4849（2）电压波动校验2112N

NI100

IIU

%=[U%-

xL1

%

(

I1

sin

-fsin

)

100](%)正常运行时，电抗器的电压损失很小，且两臂母线上的电压差值也很小。但是两臂负荷变化较大时，可能引起较大的电压波动。I段母线电压百分值：同理，II段母线电压百分值：L121221N

Nx

%

IIU

%=[U%-100

II( sin

-fsin

)

100](%)I1

,I2

,1

,2

分别为母线I，II段的负荷电流和功率因数角如无负荷资料，I1

0.3IN，I2

0.7IN，cos1

cos2

0.8。（3）短路时残压及电压偏移校验212NNI100

IIU%=

xL1

%

(

Ik

sin

-fsin

)

100(%)2NNU

%=

xL1

(1+f)(100I

I设I段母线故障，短路电流为IK，则

电抗器电源侧的残压百分数U%及非故障母线II段上的电压百分值U2

%为：50三、热稳定和动稳定的校验tkI

2t

Qies

ish普通电抗器与电抗器的动热稳定校验相同热稳定校验：动稳定校验：51电抗器的动稳定校验说明：电抗器的动稳定性与短路类型有关。当短路只通过

电抗器一个臂的线圈时，即单臂型负荷方式时，其动稳定性与具有相同参数的普通电抗一致。当短路电流以

型负荷方式通过两线圈时，相对于同名端电流而言电流方向相同，虽然

电抗器线圈紧密相邻，电动力很大，但是此电动力是互相吸引的，线圈的骨架承受挤压力，这对电抗器的动稳定是安全的。当

电抗器以穿越型负荷工作方式工作时，电流方向相反，两线圈电动力互相排斥，正常长期负荷电流不会对其产生危害，但是当短路电流以穿越型方式通过时，电抗器可能会遭到破坏。总结；

电抗器除了按单臂流过短路电流校验外，还应52按两臂同时流过反向短路电流进行动稳定校验。第七节高压熔断器的选择一、概述53熔断器是最简单的保护电器，用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。高压熔断器和高压接触器配合使用，可代替高压厂用电系统中的断路器，从而节省投资。54一、概述在大型机组的高压厂用电系统中，三相短路电流已达

40~50KA，若按系统最严重的情况来选择断路器，经济上代价太高。高压熔断器与接触器配合使用（F-C回路），熔断器作为保护元件，关合和开断短路电流；接触器作为操作元件，接通或断开负荷电流。二者配合使用，身兼断路器的两种功能。（F-C回路）的适用容量：1200~2000KW电

；1600~2000KV.A变压器。二、高压熔断器的选择1、型式的选择按安装地点的不同分为：屋内式和屋外式。对用于保护电压互感器回路及F-C回路的高压熔断器应选择 系列。55二、高压熔断器的选择56电网中，过电压倍数可达3.5~4倍，可能损害电网中电气设备。2、额定电压的选择UN

UNS说明：对于充填石英砂有限流作用的熔断器，不宜使用在低于熔断器额定电压的电网中。因为限流式熔断器灭弧能力很强，熔体熔断时因截流而产生过电压，一般在

UN

的电网中，过电压倍数为2~2.5倍，不会超过电网中电气设备的绝缘水平。但是如果UNS

UN二、高压熔断器的选择FSNIFTNIFSN熔管额定电流熔体额定电流3、额定电流的选择熔断器的额定电流包括熔体的额定电流和熔管的额定电流。（1）熔管额定电流（2）熔体额定电流IFSN

KImaxIFSN

KICN573、额定电流的选择（2）熔体额定电流IFSN

KImax为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保护范围以外的短路电流及电 自启动电流的冲击等电流的误动作，保护35KV及以下电力变压器的高压熔断器，其熔体额定电流应根据变压器回路最大工作电流来选择。K为可靠系数：不计电计及电自启动时，K=1.1~1.3。自启动时，k=1.5~2.0。583、额定电流的选择59（2）熔体额定电流IFSN

KICN系统电压升高或者波形畸变引起回路电流涌流时，保护电容器的高压熔断器的熔体不应熔断，其熔体的额定电流应按上式进行选择。K为可靠系数：一台电容器时，K=1.5~2.0。一组电容器时，k=1.3~1.8。4、开断电流和选择性的校验60（1）开断电流的校验对没有限流作用的熔断器，用冲击电流的有效值

Ish

进行校验对于某些系列产品，需要分别对开断电流的上限和下限进行校验，以确保最小运行方式下的三相短路的有效开断。对于有限流作用的熔断器，在电流达到最大值之前已经截断，故可不计非周期分量，而采用

I

进行校验。INbr

Ish614、开断电流和选择性的校验（2）选择性的校验为了保证前后两级熔断器之间之间动作的选择性，应进行熔各种型号熔断器熔体熔断时间特性曲线上查出。说明：保护电压互感器用的高压断流容量两相来选择。当短路容量较大时，可串联限流电阻。第八节

导体的选择62一、概述电力线路包括电力电缆、

导线、室内绝缘导线和硬母线等类型。因此，电力线路的选择包括类型的选择和截面的选择两部分。63选择导线和电缆截面时必须满足下列条件:64长期发热条件（允许载流量）电压损耗条件经济电流密度机械强度短路时的动、热稳定度校验与保护装置的配合选择原则：65按允许载流量选择导线和电缆的截面按经济电流密度选择导线和电缆截面按允许电压损失选择导线和电缆截面按机械强度选择导线和电缆截面66电力线路的类型允许载流量允许电压损失经济电流密度机械强度35kV及以上高压线路△△★△无调压设备的6～10 kV较长线路△★△6～10

kV较短线路★△△低压线路照明线路△★△动力线路★△△电力线路截面的选择和校验项目△——校验的项目，★——选择的依据二、

导体的选择和校验条件导体材料、类型和敷设方式导体截面的选择电晕校验热动稳定校验频率校验671、导体材料、类型和敷设方式68（1）材料：铜、铝、铝合金铜，电阻率低，强度大，抗腐蚀性强，但造价高。用于工作电流大，出线位置狭窄，或者对铝有严

重腐蚀的地方。铝：电阻率为铜的1.7~2倍，密度小，为铜的30%，我国铝产量丰富，一般采用铝或者铝合金材料。1、导体材料、类型和敷设方式69（2）类型（按截面形状分）：矩形、槽形、管形矩形：散热效果好，便于固定和连接，但集肤效应大，多用于35KV及以下，电流在400A以下的配电装置。槽形：机械强度好，载流量大，集肤效应系数小，一般用于400~800A配电装置。管形：机械强度好，集肤效应系数小，管内可通水通风，用于800A以上的大电流母线或110KV及以上的配电装置。1、导体材料、类型和敷设方式70（2）敷设方式：矩形导体的散热效果和机械强度与导体的敷设方式有关竖放：散热效果好，机械强度低。横放：散热效果差，但是机械强度好。2、导体截面积的选择71按长期发热允许电流来选择按经济电流密度来选择（1）按长期发热允许电流来选择72Ial

Imax注意：导体的允许载流量，不仅和导体的截面、散热条件有关，还与周围的环境温度有关。在资料中所查得的导体允许载流量是对应于周围环境温度为规定的温度的允许载流量，如果环境温度不等于规定的温度，允许载流量应乘以温度修正系数Kt。73θaL为导线额定负荷时的最高允许温度；

θ0为导线允许载流量所规定的环境温度；

θ为导线敷设地点的实际环境温度。这里所说的“环境温度”，是按发热条件选择导线和电缆所采用的特定温度。在室外，环境温度一般取当地最热月平均最高气温。在室内，则取当地最热月平均最高气温加5℃。对土中直埋的电缆，取当地最热月

0.8~1m的土壤平均温度，亦可近似地采用当地最热月平均气温。74（2）按经济电流密度来选择从全面的经济效益考虑，使线路的年运行费用接近最小同时又适当考虑有色金属节约的导线截面，称为经济截面（economicsection），用符号SJ表示曲线1线路的年折旧费，曲线2线路的年电能损耗费，曲线3线路的年运行费用