第八章电气主接线的设计

第八章：电气主接线的设计•复习电气主接线•主变压器和主接线的选择•载流导体的发热和电动力•电气设备的选择•自用电接线8-1概述原则：以设计任务书为依据，以相关的政策和技术规范为准则，准确的掌握原始资料，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：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•对原始资料进行综合分析；•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；•厂、所和附近用户供电方案的设计；•限制短路电流的措施和短路电流的计算；•电气设备的选择；•屋内、外配电装置的设计；•绘制电气主接线图和其他图（如配电装置视图）；•推荐最佳方案，写出设计技术说明书，编制一次设备概算表。8－2主变压器和主接线的选择向电力系统和用户输送功率的变压器称为主变压器；只供厂、所用电的变压器称为自用电变压器。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；一、变压器容量、台数、电压的确定1、单元接线的主变压器容量确定原则单元接线按照发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷以后，留有10％的裕度；扩大单元接线应尽可能的采用分裂绕组变压器主变压器容量与台数，除依据输送容量等原始数据外，还应考虑电力系统5～10年的发展规划。2、连接在发电机电压母线与升高电压之间的变压器确定原则•发电机全部投入运行时，在满足由发电机电压供电的最小负荷及扣除厂用电后，主变压器要能将剩余有功功率送入系统。•若接于发电机电压母线上的最大一台机组停运时，应能满足由系统经由主变压器倒供给发电机电压母线上最大负荷的需要。•若发电机电压母线上接有2台或以上变压器，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其它主变压器允许正常超过负荷范围内应能输送剩余功率70％以上。•对水电比重较大的系统，若丰水期需要限制改火电厂出力时，主变压器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的确定原则•按照变电所建成后5～10年代规划负荷选择，并适当考虑10～20年的负荷发展。•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，满座一、二类负荷的供电，对于一般性变电所，一台主变压器停运，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的确定•大型发电厂和枢纽变电所，主变不应少于2台；小型发电厂和终端变电所可以只设一台。5、确定绕组额定电压和调压方式二、变压器型式的选择原则1、相数：三相2、绕组数•变电所或单机容量在125MW及以下的发电厂，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，或第三绕组接入无功补偿设备。否则选两台双绕组变压器。•单机容量200MW及以上的发电厂，采用双绕组变压器加联络变压器。•用三绕组普通变压器时，若两侧绕组为中性点直接接地系统，可选自耦变压器，但是要防止其公共绕组或串联绕组过负荷。3、绕组接线组别的确定与系统电压相位一致4、短路阻抗的选择发电厂当主变压器送电方向主要由低压向中高压时选升压变压器；变电所向供电方主要为高压向中压时，变压器应选用降压型。5、变压器冷却方式自然风冷、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。三、主接线设计简述6～220kV：由电压等级的高低、出线回路数的多少而定。330～750kV：先满足可靠性准则。220kV及以下，若进出线回路多，输送功率大，采用有母线形式。110～220kV：采用单母分段和双母线时，若停电检修断路器时间较长，应设置旁母，并采用分段或母联断路器兼旁路断路器的接线形式。110kV出线大于6～7回、220kV出线大于4～5回，设专用旁路断路器。330kV~500kV：出线6回以上采用一台半断路器接线或双母三分段或四分段；出线较少可采用3～5角形连接。四、技术经济比较•技术比较：可靠性，灵活性，先进性，对继电保护和配电装置的设计影响等。•经济比较：综合投资，年运行费。主变台数、容量和型式的选择主接线举例一、设计依据发电厂的类型、容量、地理位置，在系统中的地位；用户的性质以及出线电压等级、回路数；与系统的连接方式等，可作为设计的依据。二、主变压器型式、台数和容量的选择⒈型式⑴三相式Ｓ(Ｆ)7(9)-Ｓe／Ｕe铜芯油浸式、低能耗变压器，≥8000kVA风冷。⑵升压型结构Ｕ1e＝1.1Ｕw.e，10kV级须与厂家协商解决。⑶参数要满足要求，尤其是并列运行者。⑷若近区变容量占总容量的15％以上可选用三卷变。⒉台数一般情况下，同一电压等级的主变不超过２台，骨干和重要负荷多的梯级开发的中心站设置２台，其它为１台；10kV近区变仅设置１台。⒊容量⑴主变按所在母线段或单元选择①发电机电压侧有较大近区负荷时ＳB.e≥(ΣＰF.e－Ｐfh.mix)／cose(kVA)②发电机电压侧无近区负荷或很小（厂用电不计）ＳB.e≥ΣＰF.e／cose(kVA)③梯级水电站群中心站按可能送出去的最大容量选择。⑵近区变按可能送出去的最大容量选择。变电所电气主接线举例一、设计依据二、主变压器型式、台数和容量的选择⒈型式同发电厂但为降压结构，三个电压级时若中压容量占总容量的15％以上可选用三卷变。⒉台数一般同一电压等级的主变不超过２台；单电源或变电所可由低压侧电网取得备用电源供一级负荷时选１台。选２台的条件：①一、二级负荷容量很大；②虽为三级负荷但容量大且集中；③季节性或昼夜负荷变化大，需经济运行时。⒊容量⑴一台：按５～10年规划的最大容量选择；⑵两台的每台：按５～10年规划的最大容量的大约70％选择，并考虑正常和事故过负荷能保证大部分一、二级负荷的需要。主接线方案的拟定与技术经济比较一、设计步聚1．根据发电厂、变电站和电网的具体情况，初步拟出若干种技术可行的接线方案，相应地在电网的地理接线图和电气主接线图上表示出接入点、出线回路数和出线电压等级等。2．对主变压器进行选择。包括台数、运行方式、容量、型式及参数等。3．拟定发电机电压侧（或低压侧）和升压侧（或高压侧）的基本接线形式。4．选择厂（站）自用电和近区用电的引接方式。包括接入点、电压等级、供电方式等。5．对上述各部分方案进行合理组合，拟出若干个技术合理的主接线方案，以不遗漏最优方案为原则。再按照主接线的基本要求，结合发电厂（变电所）和电网的实际情况进行技术分析比较，从中选出2~3个较优方案。6．对上述几种方案进行经济比较，最后确定最优方案作为最终的主接线方案。二、初步方案拟定与技术比较㈠拟定⑴拟出若干种可行的接入方案⑵拟出主变压器的选择方案包括台数、并联或分组运行、容量、型式及参数等⑶拟出发电机电压侧及升压侧的基本接形式⑷选择站用电和近区用电的电源引接线⑸拟出若干个综合主接线方案⑹对较优方案作经济比较计算以确定最优方案㈡主接线方案技术比较实例二、主接线方案的经济比较计算即抵偿年限法1、综合投资差计算)1001(0aZZZ0------两比较方案中不同部分的主体设备费用；主体设备费用包括输电线路、主变和配电装置等的费用。a------不明显的附加费用百分数；110KV可取90，对35KV取1002、年运行费用计算F=FZ+F△AFZ-----年折旧费用F△A----年电能损耗3、决出经济最优方案只有综合投资高（低）而年运行费用低（高）的方案才有比较价值。小结：1、主接线的形式2、主接线的经济技术比较的内容及注意事项[例]装机2X4000kw，为重要电源，用2回35kv线路与地方电力网相联接，正常运行时无穿越性负载，电站无近区负荷。•方案2——选择2台主变，G-T用QF分段的不并列的组式单元接线35采用内桥接线.•方案1——选择2台主变，G-T构成组式单元，35kv采用简单的单母线接线•方案3——选择一台主变，G-T采用扩大单元接线，35kv采用单母线接线8-3载流导体的发热和电动力一、电气设备的长期与短时发热1、发热的影响：机械强度下降接触电阻增加绝缘性能降低2、两种发热状况：长期发热——正常工作情况下的持续发热短时发热——由短路电流引起的发热P212表8-1二、均匀导体的长期发热导体温度稳定前：dtaFmCdRdtI)(02温度达到稳定后：)(02aFRIm—导体质量（kg）C—导体的比热容a—导体的总换热系数F—导体的散热面积0—周围环境的温度三、导体的短时发热dmCdtRIkt2ktIRm—导体质量（kg）—短路全电流—温度为时导体电阻—温度为时导体的比热容热平衡方程式CCC计及导体的面积、长度等因素时ikWtktAACdtISktk11100022dtIQktktk02令称短路电流热效应。ikkAQSA21nppnpoTttaptkQQieTdtIQak2202)1(2—t时刻短路电流周期分量有效值—非周期分量热效应—非周期分量衰减的时间常数—短路电流非周期分量起始值—周期分量热效应ptInpoipQaTptI四、短路时载流导体的电动力1、电动力效应——载流导体之间产生电动力的相互作用2、短路电流所产生的巨大电动力的危害性：电器的载流部分可能因为电动力而振动，或者因电动力所产生的应力大于其材料允许应力而变形，甚至使绝缘部件或载流部件损坏。电气设备的电磁绕组，受到巨大的电动力作用，可能使绕组变形或损坏。3、动稳定的校验。导体中流过短路冲击电流，处于磁场中的导体受到巨大的电动力8.4电气设备的选择•按正常工作条件进行选择•按短路状态来校验其热稳定和动稳定1、按正常工作条件选择1）∪e的选择：Ue≥Uew（Uymax≥Ugmax）2）Ie的选择：Igmax≤Iy(或Ie)•当周围环境温度和额定环境温度不等时，其长期允许电流可按下式修正==K——修正系数θy——导体或电气设备正常发热允许最高温度yI0yyyIyKIIgmax的计算1、发电机回路：2、变压器回路：3、出线回路：4、母联断路器：取最大支路的Igmax5、汇流主母线：接于母线上的主要设备而定eUePeIeIgcos305.105.1max15.1~3.1105.1maxIeKgIg)(cos3maxmax事故移过来的负荷线损eUePIg2、按短路条件校验1）热稳定校验shesiikrQtI2kQ2）动稳定校验shesIIshshIi,esesIi,--短路冲击电流的幅值及有效值--厂家给出的动稳定电流的幅值及有效值下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：（1)用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。（2)采用有限流电阻的熔断器保护的设备可不校验动稳定；电缆因有足够的强度，亦可不校动稳定。（3）装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动、热稳定。3、短路电流计算条件：•计算电路图应根据5～10年远景规划•校验时应取流过设备的最大可能短路电流（包括合理确定短路点、最大运行方式、三相短路）例题•选择发电机、变压器回路的断路器•选择母联断路器G～QF12G1G2G～QF214QFQF33QF55G～6QF478短路计算时间•td=tb+tkd裸导体及110kV及以下电缆时，tb=主保护动作时间（0.05～0.06s）•tb—电器及110kV及以上充油电缆时，tb=主保护+后备保护时间•tkb—固有动作时间与熄弧时间（0.08～0.12s）•简化公式：td=0.2+t(延时)1、选择高压断路器的步骤•1）选型：3～10kV—SN10-10Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ或SN3-10、•35kV—DN8-35、DW12-35、SN10-35（户内）、•110kV—SW4-110、SW6-110GA、500kV—SF6、•操作机构：优先示用电磁式操作机构、•2）∪e≥∪ew、Ie≥Ig•3）开断电流≥•4）［It2t］≥I∞2tj、［idw］≥ich设备选择2、选择隔离开关步骤：•1）选型：户内式—35kV：GN2、6～10kV：GN6、GN8、GN19、•户外式—6～10kV：GW1、GW8、GW9（专用于主B中性点）•35～110k