第八章-电气主接线的设计PPT课件.ppt

电气工程基础 电力系统工程基础 绪论 电力系统的基本概念和知识发电系统输变电系统电力系统负荷电力系统中各元件参数及等值电路电力系统的短路与潮流计算电气主接线的设计电力系统继电保护实验 电气工程基础 第八章电气主接线的设计 第一节概述 设计电气主接线的基本要求 可靠性 电力系统最基本的要求灵活性 能适应各种运行状态 灵活进行运行方式的转换 不仅正常运行时能安全可靠地供电 在系统故障或电气设备检修及故障时 也能适应调度的要求 经济性 投资省 占地面积少 电能损耗少其他 主接线应简单明了 运行方便 倒闸操作步骤最少 另外具有可扩建性 设计步骤 1 搜集 整理 综合分析原始资料 2 选择和确定发电机 变压器的数量 台数 型式 并拟定可能采用的主接线形式 3 发电厂 变电所自用电源的引接 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 各方案的经济技术比较 7 确定最终方案 8 确定相应的配电布置方案 第二节主变压器和主接线的选择 一 主变压器容量 台数的确定为什么要进行主变压器的选择 主变容量选择太大或台数太多 会造成投资浪费 增加系统运行费用 容量太小或台数太少 有无法满足负荷的供电需求 同时也会是发电机的发电能力得不到充分利用 怎样选择主变压器 主变压器的选择包括主变压器容量 台数的确定和型式的选择 发电厂 变电所主变压器选择 主变压器 在发电厂中向电力系统输送功率的变压器 在变电所中向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 向厂用电系统供电的厂用变压器 发电厂 变电所主变压器选择 主变容量确定1 具有发电机电压母线接线的主变压器2 变电所主变压器3 联络变压器4 单元接线的主变压器 1 具有发电机电压母线接线的主变压器容量确定原则 1 母线上所连接发电机满出力运行时 扣除发电机直接供电的日最小负荷和厂用负荷后的全厂剩余功率能通过主变送入系统 送入系统功率 发电机满出力 直供负荷 厂用电 2 当发电机母线上最大一台机组故障或检修时 母线上所连的主变应能从电力系统倒送功率来满足发电机电压母线最大可能负荷 3 当发电机电压母线上接两台或以上的主变时 当一台出故障或检修 剩余运行的主变能承担剩余功率的70 4 对水电比重较大的电力系统 火电厂主变具有从系统倒送功率的能力 以满足发电机电压母线上最大负荷的要求 2 变电所主变容量确定变电所主变容量 变电所总负荷 n变电所总负荷要按变电所建成后5 10年规划负荷考虑 并适当考虑远期10 20年的负荷发展 有一 二级负荷的变电所宜装设两台主变压器 当技术经济比较合理时 可装设两台以上的变压器 变电所有其它电源能保证主变压器故障停运后的一级负荷 则可装设一台主变压器 对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所 可装设3台主变压器 3 联络变压器容量确定 1 满足两种电压网络在各种不同运行方式下 网络间的功率交换 2 联络变压器容量一般不应小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量 以保证最大一台机组故障或检修时 通过联络变来满足本侧负荷的要求 同时 也可在线路检修或故障时 通过联络变压器将剩余容量送入另一系统 3 一般联络变压器设一台 4 单元接线的主变容量确定原则发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后 再留有10 的裕度 主变容量 发电机额定容量 本机组的厂用负荷 0 9 发电厂和变电所主变台数确定主变台数与电压等级 接线形式 传输容量和与系统的联系有很大关系 变电所主变简易接线变电所只装设1台 2台变压器 枢纽变电所 尤其是特高压变电所 在同一电压等级下主变台数不应少于2台 330 500kv的大型变电所推荐采用4台自耦变压器 发电厂主变与系统有强联系的大 中型发电厂 主变不少于两台与系统有弱联系的中 小型发电厂 主变可只装一台 二 主变压器型式的选择原则 相数 三相绕组数 双绕组普通式 三绕组式 自耦式以及低压分裂绕组等型式绕组接线组别 星形 Y 和三角形 调压方式 调节发电机出口电压 投切调相机 补偿电容和改变变压器变比冷却方式 自然风冷却 强迫空气冷却 强迫油循环水冷却 强迫油循环风冷却 强迫油循环向冷却 水内冷变压器 2 绕组数的确定 1 变电站或单机容量在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压器更合理 2 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 3 在110kV及以上中性点直接接地系统中 凡选用三绕组变压器的场合 均可优先选用自耦变压器 但要防止自耦变压器的公共绕组或串联绕组的过负荷 4 当采用扩大单元接线时 应优先选用低压分裂绕组变压器 这样 可以限制短路电流 3 绕组接线组号的确定变压器三相绕组的接线组号必须和系统电压相位一致 否则不能并列运行 电力系统采用的绕组连接方式只有星形 Y 和三角形 D 两种 因此 变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程实际来确定 我国110kV及以上电压侧 变压器三相绕组都采用YN接线 35kV侧采用Y接线 其中性点多通过消弧线圈接地 35kV以下电压侧 变压器三相绕组都采用D接线 在发电厂和变电站中 一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制三次谐波对电源的影响等因素 根据以上绕组接线原则 主变压器接线组别一般都选用YN d11常规接线方式 4 调压方式的确定为了保证发电厂或变电站的供电质量 电压必须维持在允许范围内 通过切换变压器的分接头开关 改变变压器高压侧绕组匝数 从而改变其变比 以实现电压调整 切换方式有两种 不带电切换 称为无励磁调压 另一种是带负荷切换 称为有载调压 调整范围可达30 其结构杂 价格较贵 只在以下情况下才予以选用 接于出力变化大的发电厂的主变压器 特别是潮流方向不固定 且要求变压器副边电压维持在一定水平时 接于时而为送端 时而为受端 具有可逆工作特点的联络变压器 为保证供电质量而要求母线电压恒定时 发电机经常在低功率因数下运行时 5 冷却方式的确定型式和容量不同 变压器的冷却方式也各不相同 一般有以下几种类型 1 自然风冷却 2 强迫空气冷却 3 强迫油循环水冷却 4 强迫油循环风冷却 5 强迫油循环导向冷却 主接线形式 有汇流母线 无汇流母线 无母线 单母线 双母线 简单单母线单母分段单母带旁母单母分段带旁母 双母线双母单分段双母带旁母双母双断路器3 2接线 一倍半 桥形接线 内桥 外桥 多边形接线单元接线扩大单元接线 三 电气主接线设计简述 设计原则 6 220kv电压等级的接线形式 由电压等级的高低 出线回路的多少而定 330 750kv的接线形式 应首先满足可靠性准则的要求 1 一般110 220kv出线数为3 4回 35 63kv出线数为4 8回 6 10kv出数为6回以上时可采用单母线分段接线 超过上述回路数或母线故障不得影响供电时 可采用双母线接线 无母线接线 通常用于进出线回路小且不再扩建 2 采用单母线分段和双母线接线的110 220kv电压等级 若停电检修断路器时间较长 一般应设置旁路母线 3 中小电厂或变电所若有近区用户 常设有6 10kv电压母线 35kv以下电压 对重要用户可采用双回线可采用单母分段 也可设置旁路母线接线 4 变电所内6 10kv电压可选用成套配电装置 5 330 550kv电压等级 当进出线6回以上时可采用一台半断路器接线或双母三分段或四分段 当最终出线数较小时也可采用3 5角形接线 第三节载流导体的发热和电动力 一 概述长期发热 电器和导体在正常工作条件下引起的发热 短时发热 电器和导体由短路电流引起的发热 导体长期工作发热和短路时发热的允许温度 导体升温 二 均匀导体的长期发热1 发热过程热平衡方程式导体温度稳定前温度达到稳定后F导体散热面积 C导体比热容 导体换热系数2 导体载流量已知导体的长期发热时最高允许温度 实际环境温度 则导体的最大允许温升计算导体的最大允许载流量 为了提高导体的最大允许载流量 宜采用电阻率小 散热面积 散热系数大的材料和散热效果好的布置方式 导体散热 功率损耗 1 短时发热计算目的确定导体在短路切除前可能出现的最高温度是否小于短时发热允许温度 以验证导体短时发热的热稳定性 2 短时发热的特点短路时间短 可以近似认为电流产生的热量来不及向周围扩散 而全用于导体本身的温度升高 是一个绝热过程 短路电流大 导体温度上升快 电阻和比热容不是常数 随温度升高而改变 3 短时发热计算 四 短路时载流导体的电动力1 平行导体的电动力kf形状系数 可查图表 圆形导体kf 12 三相圆形导体短路时的电动力 四 短路时载流导体的电动力导体中流过短路冲击电流 使处于磁场中的导体受到巨大的电动力 1 两根细长平行导体和间的电动力作用在导线1上的力 工程中使用的导体尚需考虑截面积的因素 故引入形状系数 2 三相导体短路时的电动力B相和A相的最大电动力分别为 两相短路时的最大电动力为 由上面三个式子 可知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 即 3 导体的振动应力凡连接发电机 主变压器以及配电装置的导体均为重要导体 这些导体和支持部分构成的三相母线系统 需要考虑共振的影响 第四节电气设备的选择 一 电气设备选择的一般条件1 按正常工作条件选择电器 1 额定电压UN UNS 2 额定电流IN Imax 3 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和动稳定 1 热稳定的校验 It t是电器设备制造厂家提供热稳定电流和热稳定时间 Qk是短路电流产生的热效应 2 动稳定的校验 3 短路电流的计算条件根据电气主接线可计算短路电流 校验应考虑正常接线下通过电器或导体的最大短路电流 1 容量和接线 验算用短路电流应按发电厂 变电站最终设计容量计算 2 短路类型 短路类型一般采用三相短路 当其他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 短路计算点 除安装电抗器的馈线选择断路器以外 应选择通过导体和电器短路电流最大的那些点为短路计算点 确定短路计算点可以采用试探或者分析的方法 4 短路计算时间 tk tp tab tp tin ta QF1 当k2短路时 发电机G1提供短路电流 当k1短路时 发电机G2和系统S提供短路电流 QF2 当k3短路时 发电机G1和G2提供短路电流 当k2短路时 QF3合 系统S提供短路电流将通过QF2 一般前者其值会大于后者短路时的电流值 则短路计算点应为QF3断开时的k3点 QF5 以k4为短路计算点 二 电气设备的选择 高压断路器的选择 1 额定电压UN UNS 2 额定电流IN Imax 3 开断电流INbr Ikt 4 热稳定校验 5 动稳定校验 I 开断时间大于0 1sIsh开断时间小于0 1s K1点三相短路电流计算 kA 举例 解 1