电气主接线的设计与设备选择概述
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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。
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。
3．变电所主变压器容量
• 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。
• 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；
• 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%。
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。
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
)in2po
TI ''2
可以推出：
表 8-2 非周期分量等值时间 T
一、变压器容量、台数、电压的确定原则
依据输送容量等原始数据。 考虑电力系统5~10年的发展规划。
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
• 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。
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
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：
I aF st aF ( al 0 )
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：
Qk
tk 0
I
2 kt
dt
并有：
1 S2
Qk
Ak
Ai
2．热效应Ｑk的计算
采用等值时间法： 过时
辛卜生法 ：
复杂
a. 周期分量的热效应
Qp
tk 12
(I
'
'2
10I
2 tk
/
2
I2 tk
)
1-10-1法（ 简化辛 卜 生法） b. 非周期分量的热效应
短路全电流：
t
I kt 2I pt cost inpoe Ta
Qnp
Ta
2
2tk
ຫໍສະໝຸດ Baidu(1 e Ta
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、均匀导体的长期发热 三、导体的短时发热 四、短路时载流导体的电动力
一、概述
➢ 长期发热： ➢ 短时发热：
表 8-1 导体长期工作发热和短路时发热的允许温度（部分）
导体种类和材料
铜（裸）母线 铝（裸）母线
长期工作发热
允许温度 允许温升①
4．发电厂和变电所主变台数
• 大中型发电厂和枢纽变电所，主变不应少于2台； • 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。
• 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。
• 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。
• 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。
➢ 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。
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
③
70C
45C
70C③
45C
短路时发热 允许温度 允许温升②
300C 200C
230C 130C
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。
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。
3．变电所主变压器容量
• 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。
• 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；
• 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%。
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。
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
)in2po
TI ''2
可以推出：
表 8-2 非周期分量等值时间 T
一、变压器容量、台数、电压的确定原则
依据输送容量等原始数据。 考虑电力系统5~10年的发展规划。
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
• 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。
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
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：
I aF st aF ( al 0 )
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：
Qk
tk 0
I
2 kt
dt
并有：
1 S2
Qk
Ak
Ai
2．热效应Ｑk的计算
采用等值时间法： 过时
辛卜生法 ：
复杂
a. 周期分量的热效应
Qp
tk 12
(I
'
'2
10I
2 tk
/
2
I2 tk
)
1-10-1法（ 简化辛 卜 生法） b. 非周期分量的热效应
短路全电流：
t
I kt 2I pt cost inpoe Ta
Qnp
Ta
2
2tk
ຫໍສະໝຸດ Baidu(1 e Ta
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、均匀导体的长期发热 三、导体的短时发热 四、短路时载流导体的电动力
一、概述
➢ 长期发热： ➢ 短时发热：
表 8-1 导体长期工作发热和短路时发热的允许温度（部分）
导体种类和材料
铜（裸）母线 铝（裸）母线
长期工作发热
允许温度 允许温升①
4．发电厂和变电所主变台数
• 大中型发电厂和枢纽变电所，主变不应少于2台； • 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。
• 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。
• 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。
• 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。
➢ 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。
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
③
70C
45C
70C③
45C
短路时发热 允许温度 允许温升②
300C 200C
230C 130C
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。