第八章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
第八章电气主接线的设计与设备选择
•表 不同短路点等效时间常数Tfi 的推荐值
短路点
汽轮发电机端
水轮发电机端
高压侧母线
主变容量>100MVA
主变容量=40～ 100MVA
远离发电厂处
(s) 0.25 0.19 0.13
0.11
0.05
第八章电气主接线的设计与设备选择
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与设备选择
•变压器的经济运行
变压器的经济运行是指：变压器在运行中传输单位kVA所 产生的有功功率损耗最小。
变压器的经济运行与变压器的负荷率有关，通常单台变压 器的经济运行负荷率约为70％。
多台并列运行的变压器，也存在经济运行的问题。
•变压器数量的选择
•暗备用应用较广！
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•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
第八章电气主接线的设计与设备选择
一 、 概 述
发热的原因: 电阻损耗 磁滞和涡流损耗
分 • 类:发热长对期电发气热介设，质备由损的正耗影常响工：作电流产生的；
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
•1、已知工作电流→求导体工作温度
•式中: ——通过导体的电流；
• R ——已考虑了集肤系数的导体交流电阻；
• K ——散热系数；
• A ——导体散热表面积 ；
•
——导体温度；
• ——周围介质温度；
• m ——导体质量；
• c ——导体比热容；
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•两边积 分：
•求解得：
•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。
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• 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。
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设有两台变压器的变电所，2台变压器等容量。其单台变 压器的容量选择根据它的备用方式。
明备用：一台变压器工作，另一台变压器停止运行作为备 用。此时，两台变压器均按最大负荷时变压器负荷率为 100％考虑。
暗备用：两台变压器同时投入运行，正常情况下每台变压 器各承担约全部负荷的50％ 。此时，每台变压器的容量 宜按全部最大负荷的70％选择。
说明书，编制一次设备概算表。
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• 电气设备选择是发电厂和变电所设计的主要内容之 •一，在选择时应根据实际工作特点，按照有关设计规范的 •规定，在保证供配电安全可靠的前提下，力争做到技术先 •进，经济合理。 • 为了保障高压电气设备的可靠运行，高压电气设备选 •择与校验的一般条件有： • （1）按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电 流等选择； • （2）按短路条件包括动稳定、热稳定校验； • （3）按环境工作条件如温度、湿度、海拔等选择。
第八章电气主接线的设 计与设备选择
2020/11/27
第八章电气主接线的设计与设备选择
•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。
第八章电气主接线的设计与设备选择
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：
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
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
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•二、正常工作情况下长期发热的计算
•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
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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。
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•2.短路热平衡方程
•短路时导体 温度的变化
• 短路发热可近似为绝热过程，短路时导体内产生的能量等于导 体温度升高吸收的能量，导体的电阻率和比热也随温度变化，其 热平衡方程如下：
•导体质量
•导体电阻
•导体的比热容
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•将 •代入上式得：
• 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。
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•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
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70C，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85C； 当有银的覆盖层时，允许提高到95C。
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电动力
载流导体通过电流时，相互之间的作用力，称 为电动力。
▪ （1）短使时绝发缘热材，料故的障绝时缘由性短能路降电低流产生的。 ▪ （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
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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 ） 40C ； 发 电 机 （利用空气冷却时进入的空气温度）35~40C；装在空气中的导 线、母线和电力电缆25C；埋入地下的电力电缆15C。
第八章电气主接线的设计与设备选择
•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。（1）它的确定除依据传递容量基本原始资料外，（2）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。
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•温升与时间关系曲线
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• 导体通过电流，产生 电能损耗，转换成热能， 使导体温度上升。 • 正常运行时，导体通 过负荷电流，产生热能 使导体温度升高，同时 向导体周围介质散失。 当导体内产生的热量等 于向介质散失的热量， 导体的温度维持不变。
第八章电气主接线的设计与设备选择
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。
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。
•3.短路发热温度
• 为使导体短路发热温度计算简便，工程上一般利
用导体发热系数A与导体温度θ的关系曲
线
, 确定短路发热温度 。
•θ－A关系曲线
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•由 求 的步骤如下： •①由导体正常运行时的温度 从图2中查出导体正常 发热系数 •②计算导体短路发热系数 •③由 从θ－A关系曲线查得短路发热温度
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•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%。
• （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
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三相导体短路时的电动力
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：
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电动力最大值的计算
• （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。
第八章电气主接线的设计与设备选择
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
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。
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•4.短路热稳定最小截面
•根据短路发热允许温度，可由
曲线计
• 算导体短路热稳定的最小截面的方法如下：
•①由 和 ，从θ－A曲线分别查出 和
•②计算短路热稳定最小截面Smin
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四、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
•2、求正常运行情况下长期发热允许最大工作电流
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•三、故障情况下短时发热的计算
•最严重三相短路时的电流波形图
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•1.短路电流的构成：周期分量和非周期分量 •2.冲击电流的大小
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• 1.短路发热特点 • 短路时由于继电保护装置动作切除故障，短 路电流的持续时间很短，近似认为很大的短路电 流在很短时间内产生的很大热量全部用来使导体 温度升高，不向周围介质散热,即短路发热是绝热 过程。由于导体温度上升很快，导体的电阻和比 热不是常数，而是随温度变化。
第八章电气主接线的设计与设备选择
•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
变压器台数的选择：通常1－2台。 一、二级负荷较大时，应采用2台。 一、二级负荷较小，并可由低压侧取得足够容量的备
用电源，也可装设1台 。 三级负荷时，通常采用1台。但当负荷较大或认为经济
合理时，也可采用2台。
第八章电气主接线的设计与设备选择
•变压器容量的选择 单台变压器额定容量应大于等于计算负荷。 两台并列运行的变压器，应满足：
➢ 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。