电气主接线的设计与设备选择

第八章电气主接线的设计与设备选择第一节概述第二节主变压器和主接线的选择第三节载流导体的发热和电动力第四节电气设备的选择第五节设备选择举例第一节概述原则：以设计任务书为依据，以经济建设方针、政策和有关的技术规程、标准为准则，准确地掌握原始资料，结合工程特点，确定设计标准，参考已有设计成果，采用先进的设计工具。要求：使设计的主接线满足可靠性、灵活性、经济性，并留有扩建和发展的余地。步骤：1.对原始资料进行综合分析；2.草拟主接线方案，对不同方案进行技术经济比较、筛选和确定；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.屋内外配电装置的设计；7.绘制电气主接线图及其它图（如配电装置视图）；8.推荐最佳方案，写出设计技术说明书，编制一次设备概算表。第二节主变压器和主接线的选择主变压器：向电力系统或用户输送功率的变压器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、电压的确定原则二、主变压器型式的选择原则三、主接线设计简述四、技术经济比较一、变压器容量、台数、电压的确定原则主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。除依据传递容量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、电压等级已经接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。1．单元接线主变压器容量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；扩大单元接线应尽可能采用分裂绕组变压器。2连接在发电机电压母线与升高电压之间的主变压器a.发电机全部投入运行时，在满足由发电机电压供电的日最小负荷，及扣除厂用电后，主变压器应能将剩余的有功率送入系统。b.若接于发电机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给发电机电压母线上最大负荷的需要。c.若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行时，其它主变压器在允许正常过负荷范围内应能输送剩余功率70%以上。d.对水电比重较大的系统，若丰水期需要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要。3．变电所主变压器容量a.按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑远期10-20年的负荷发展。b.对重要变电所，应考虑一台主变停运，其余变压器在计及过负荷能力及允许时间内，满足I、II类负荷的供电；c.对一般性变电所，一台主变停运，其余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；b.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二、主变压器型式的选择原则1.相数：一般选用三相变压器。2.绕组数：变电所或单机容量在125MW及以下的发电厂内有三个电压等级时，可考虑采用三相三绕组变压器，但每侧绕组的通过容量应达到额定容量的15%及以上，或第三绕组需接入无功补偿设备。否则一侧绕组未充分利用，不如选二台双绕组变更合理。单机容量200MW及以上的发电厂，额定电流和短路电流均大，发电机出口断路器制造困难，加上大型三绕组变压器的中压侧（110kV及以上时）不希望留分接头，为此以采用双绕组变压器加联络变压器的方案更为合理。凡选用三绕组普通变压器的场合，若两侧绕组为中性点直接接地系统，可考虑选用自耦变压器，但要防止自耦变的公共绕组或串联绕组的过负荷。3.绕组接线组别的确定变压器三相绕组的接线组别必须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，使设备选择变得困难。三绕组变压器的结构形式：升压型与降压型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。三、主接线设计简述四、技术经济比较第三节载流导体的发热和电动力一、概述二、导体的短时发热三、均匀导体的长期发热四、短路时载流导体的电动力10发热的原因:电阻损耗、磁滞和涡流损耗、介质损耗分类:长期发热，由正常工作电流产生的；短时发热，故障时由短路电流产生的。发热对电气设备的影响：（1）使绝缘材料的绝缘性能降低（2）使金属材料的机械强度下降（3）使导体接触部分的接触电阻增加一、概述表8-1导体长期工作发热和短路时发热的允许温度（部分）长期工作发热短路时发热导体种类和材料允许温度允许温升①允许温度允许温升②铜（裸）母线70C③45C300C230C铝（裸）母线70C③45C200C130C指导体温度对周围环境温度的升高，我国所采用计算环境温度如下：电力变压器和电器（周围空气温度）40C；发电机（利用空气冷却时进入的空气温度）35-40C；装在空气中的导线、母线和电力电缆25C；埋入地下的电力电缆15C。指导体温度较短路前的升高，通常取导体短路前的温度等于它长期工作时的最高允许温度。裸导体的长期允许工作温度一般不超过70C，当其接触面处具有锡的可靠覆盖层时（如超声波糖锡等），允许提高到85C；当有银的覆盖层时，允许提高到95C。载流导体通过电流时，相互之间的作用力，称为电动力。短路时冲击电流所产生的交流电动力达到很大的数值，可能导致设备变形或损坏。为保证电器和导体不致破坏，电器和导体因短路冲击电流产生的电动力作用下的应力不应超过材料的允许应力。硬导体材料的最大允许应力:硬铜140MPa、硬铝70MPa电动力二、导体短时发热计算图8-1短路时导体的发热过程14短路时导体发热的平衡方程式dmCdtRIkt2LSmm＝SLR)1(0＝)1(0CC＝其中：代入式（8-1）得：（8-1）dLSCdtSLImkt)1(1002）（dCdtISmkt)1()1(10022dCdtISklmkttt)1()1(1002210短路发热计算：LKkAAQS21dtIQktttK210KKmKCA1ln200LLmLCA1ln200kLKQSAA1式中：（8-5）由此得出：（8-6）短路电流热效应值Qk的计算Qk常用的计算方法为近似数值积分法。短路全电流中包含周期分量Ip和非周期分量Inp，其热效应Qk也由两部分构成：nppkQQQQk的计算—周期分量Qp计算任意函数y=f(x)的定积分采用辛普生公式计算:取n＝4进一步简化计算，近似认为y2=1/2(y1+y3),225.02//012101210kkttpttpIIIttdtIQ18Qk的计算—非周期分量Qnp计算当tk0.1s时：式中Ta为非周期分量时间常数值0)(20atTtte2//ITQanp表8-2非周期分量时间常数Ta导体短路时的电动力计算两根细长平行导体间的电动力计算（8-18）三相导体水平放置受力最大的为中间相导体短路的电动力217102iiaLF三相导体短路时的电动力)21(1027CABAACABAiiiiaLFFF)]32sin()32[sin()]32sin()32[sin(]sin)[sin(ATatAmCATatAmBATatAmAetIietIietIi将下列公式代入：2)3(72)3(72)2(7)2(max][105.1]23[102][102shshshiaLiaLiaLF大电动力：同一地点两相短路的最N1073.110729.12727maxshshBiaLiaLF：化简并求出最大电动力N10616.127maxshAiaLF同一地点短路的最大电动力，是作用于三相短路时的中间一相导体上，数值为：N1073.127maxshiaLF（8-22）还应考虑母线共振影响对电动力的影响，引入修正系数β。电动力最大值的计算)(1073.172maxmaxNiaLFFshB考虑共振电动力最大值的计算电动力的振动频率为50Hz和100Hz。导体的固有振动频率低于30Hz或高于160Hz时，β约等于1，既不考虑共振影响。)(1073.172maxNiaLFshRaFRaFIalst)(0三、均匀导体的长期发热1．均匀导体的发热过程导体温度稳定前：I2Rdt＝mCd＋aF(－0)dt温度达到稳定后：I2R＝aF(－0)式中，m：质量(kg)；C：比热容(J/kg·C)；a：总换热系数(w/m2·C)；F：散热面积（m2）；0：周围环境温度（C）。2．导体的最大允许载流量：第四节电气设备的选择一、电器设备选择的一般条件*二、高压断路器和隔离开关的选择*三、高压熔断器的选择四、限流电抗器的选择*五、母线和电缆的选择六、电流互感器选择七、电压互感器的选择一、电器设备选择的一般条件1．按正常工作条件选择电器额定电压：UNUNS额定电流：INImax环境条件对电器和导体额定值的修正：NalialalII02．按短路情况检验热稳定校验：Qk≤It2t动稳定校验：ish≤ies短路电流的计算条件：a.计算容量和短路类型按发电厂、变电所最终设计容量计算。短路类型一般采用三相短路电流，当其它形式短路电流大于三相时。应选取最严重的短路情况校验。b.短路计算点通过导体和电器短路电流最大的点。c.短路计算时间热稳定计算时间tk（短路持续时间）：开断计算时间tbr：对一些开断电流的电器，如熔断器、断路器和负荷开关等，则还有断流能力的要求，即最大开断电流应不小于它可能开断的最大电流。1）对断路器，其最大开断电流应不小于它可能开断的线路最大短路电流。即(3).maxOCkII2）对负荷开关，其最大开断电流应不小于它可能开断的线路最大负荷电流。即.maxOCLII3）对熔断器，其最大开断电流应不小于它可能开断的线路最大短路电流。即(3)OCshII（对非限流型熔断器）(3).maxOCkII（对限流型熔断器）按短路故障条件校验，就是要按最大可能的短路故障时的力稳定性和热稳定性进行校验。2.按短路故障条件校验对于一般电器，满足力稳定的条件是：(3)etshii电器的额定峰值耐受电流对于一般电器，满足热稳定的条件是：22tjItIt电器的额定短时耐受电流有效值对于载流导体，满足热稳定的条件是：310jIAtC导体的热稳定系数表8-3各种电气设备的选择项目设备名称额定电压额定电流额定开断电流动稳定热稳定断路器隔离开关电抗器电流互感器电压互感器母线及导体电缆熔断器支柱绝缘子套管绝缘子成套配电装置电力电容器3．主接线设计中主要电气设备的选择项目二、高压断路器和隔离开关的选择1．高压断路器的选择除表8-3相关选项外，特殊项目的选择方式如下：开断电流：高压断路器的额定开断电流INbr，不应小于实际触头开断瞬间的短路电流的有效值Ikt，即：INbrIKt短路关合电流：在额定电压下，能可靠关合—开断的最大短路电流称为额定关合电流。校验公式：iNCiish合分闸时间选择：对于110kV以上的电网，断路器固有分闸时间不宜大于0.04S。用于电气制动回路的断路器，其合闸时间不宜大于0.04~0.06S。2．隔离开关的选择隔离开关无开断短路电流的要求，故不必校验开断电流。其它选择项目与断路器相同。三、高压熔断器的选择高压熔断器分类：快速熔断器：有限流作用普通熔断器：不具限流作用额定电压选择普通熔断器：UNUNS快速熔断器：UN=UNS额定电流选择INf1(熔管)INf2(熔体)Imax保护变压器或电动机：INf2=KImaxK取1.1-1