电气工程基础电气主接线的设计

2．热效应Ｑk的计算  采用等值时间法： 过时  辛卜生法 ： 复杂  1-10-1法（简化辛卜生法）
短路全电流：

I kt  2 I pt cost  inpo e 可以推出： Qk  Q p  Qnp

t Ta

a. 周期分量的热效应 t Q p  k ( I ' ' 2 10I t2 / 2  I t2 ) k k 12 b. 非周期分量的热效应  2t k Ta 2 Qnp  (1  e Ta )inpo  TI ' ' 2 2

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。

第八章 电气主接线的设计 §8-4 电气设备的选择
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

Fmax  1.73  10 7

L 2 i sh   a

N

第八章 电气主接线的设计 §8-4 电气设备的选择 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：  al   i I al   IN  al   0

 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。

第八章 电气主接线的设计 §8-2 主变压器和主接线的选择
 主变压器：向电力系统或用  扩大单元接线应尽可能采用 户输送功率的变压器。 分裂绕组变压器。  联络变压器：用于两种电压 2．连接在发电机电压母线 等级之间交换功率的变压器。 与升高电压之间的主变压器  自用电变压器：只供厂、所 a. 发电机全部投入运行时，在 用电的变压器。 满足由发电机电压供电的日 一、变压器容量、台数、 最小负荷，及扣除厂用电后， 电压的确定原则 主变压器应能将剩余的有功  依据输送容量等原始数据。 率送入系统。  考虑电力系统5~10年的发展 b. 若接于发电机电压母线上的 规划。 最大一台机组停运时，应能 1．单元接线主变压器容量 满足由系统经主变压器倒供  按发电机额定容量扣除本机 给发电机电压母线上最大负 组的厂用负荷后，留有10% 荷的需要。 的裕度；

Fmax  1.73  10 7

L 2 i sh a

N

第八章 电气主接线的设计 §8-3 载流导体的发热和电动力
3．导体的振动应力
 强迫振动系统一般采用修正 静态计算法：最大电动力 Fmax乘上动态应力系数。  动态应力系数与母线固有频 率的关系如右图。  在单自由度振动系统中， 35kV及以下，布置在同一平 面三相母线的固有振动频率f0

2．按短路情况检验热稳定和动稳定
 热稳定校验：It2t Qk  动稳定校验：ies  ish  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
选择通过导体和电器短路 电流最大的点为短路计算点。

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

第八章 电气主接线的设计 §8-2 主变压器和主接线的选择
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。

2．导体的最大允许载流量 aF st aF( al   0 ) I  R R

三、导体的短时发热
1．短时发热计算
热量平衡方程： Ikt2R dt＝mC d 短路电流热效应：
2 Qk   I kt dt 0 tk

并有： 1 Qk  Ak  Ai S2

第八章 电气主接线的设计 §8-3 载流导体的发热和电动力
将下列公式代入： i A  I m [sin(t   A )  e sin  A ] t  2 2 i B  I m [sin(t   A  )  e Ta sin( A  )] 3 3 t  2 2 iC  I m [sin(t   A  )  e Ta sin( A  )] 3 3 化简并求出最大电动力 ： L 2 L 2 FB max  1.729 107 ish  1.73 107 ish N a a L 2 FA max  1.616  10 7 i sh N a

第八章 电气主接线的设计 §8-3 载流导体的发热和电动力
四、短路时载流导体的电动力
1．平行导体间的电动力 ii F  2  107 1 2  L N a
电动力的方向决定于电流的方向， i1, i2同方向时，作用力相吸，电流反向 时相斥。

工程中考虑截面积因素后的修 正公式
F  2  10 7 k f L i1i2 a N

第八章 电气主接线的设计 §8-4 电气设备的选择
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。
 t Ta

同一地点两相短路的最 大电动力： L ( ( 2) Fmax  2  107 [i sh2 ) ] 2 a L 3 (  2  107 [ i sh3) ] 2 a 2 L (  1.5  107 [i sh3) ] 2 a 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：
③

导体种类和材料 铜（裸）母线 铝（裸）母线

ห้องสมุดไป่ตู้短路时发热

允许温升① 允许温度 允许温升② 45C 45C 300C 200C 230C 130C

70C③

 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。

第八章 电气主接线的设计 §8-2 主变压器和主接线的选择
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

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 ：

第八章 电气主接线的设计 §8-4 电气设备的选择
3．主接线设计中主要电气设备的选择项目
表 8-3 设备名称 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          额定电压                各种电气设备的选择项目 额定电流     额定开断电流  动稳定     热稳定    

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%。
第八章 电气主接线的设计 §8-1 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。

 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。

第八章 电气主接线的设计 §8-2 主变压器和主接线的选择
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。
表 8-2 短路点 非周期分量等值时间 T T（S） tk0.1S 0.15S 0.08 tk>0.1S 0.2 0.1

发电机出口及母线 发电机升高电压母线及出线 发电机电压电抗器后

变电所各级电压母线及出线 0.05 如果短路电流持续时间 tk>1s，导体的短时发热 主要由周期分量决定，在此情况下可不计非周期分 量的影响。

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

第八章 电气主接线的设计 §8-3 载流导体的发热和电动力
一、概述
 长期发热： 表8  短时发热：
- 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 允许温度 70C

其中， kf为导体的形状系数。 圆形导体的形状系数kf=1。 矩形导体的形状系数如右图所示。

第八章 电气主接线的设计 §8-3 载流导体的发热和电动力
2．三相导体短路时的电动力 L FB  FBA  FBC  2  10 7 (i B i A  i B iC ) a L 1 FA  FAB  FAC  2  10 7 (i A i B  i A iC ) a 2

f 0  112

 为了避免导体产生危险的共振， 对于重要导体，应使其固有频 率在下述范围以外 单条导体及母线组中的各 条导体35~135Hz 多条导体组及有引下线的 单条导体35~155Hz

r0  2 L

 如固有频率在上述范围以外，取 =1；  在上述范围内时，最大电动力应 乘上动态应力系数，即

第八章 电气主接线的设计 §8-3 载流导体的发热和电动力
二、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）。