电气工程概论第九章PPT课件.ppt

第九章电气设计与设备选择 电气工程概论 1 本章的主要内容 2 第一节载流导体的发热和电动力 一 概述 3 第一节载流导体的发热和电动力 一 概述发热 导体和电器通过电流时将产生损耗 这些损耗都将转变成热量使导体和电器的温度升高 发热对导体和电器的影响有 1 使绝缘材料的绝缘性能降低 2 使金属材料的机械强度下降 3 使导体的接触电阻增加 电动力 载流导体有电流通过时 载流导体之间还有相互作用力 4 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的热平衡微分方程式为 温度稳定后的热平衡微分方程式为 2 导体的载流量 第一节载流导体的发热和电动力 5 三 导体的短时发热1 短时发热计算短时发热计算的目的 确定导体在短路切除以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 短时发热有两大特点 一是通过的短路电流大 导体温度上升快 二是短路时间短 短路时导体发热的热量平衡方程式为 第一节载流导体的发热和电动力 短路电流热效应方程 6 第一节载流导体的发热和电动力 三 导体的短时发热 1 周期分量的热效应的计算 2 非周期分量的热效应的计算 7 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 第一节载流导体的发热和电动力 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 8 第一节载流导体的发热和电动力 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 9 第一节载流导体的发热和电动力 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 10 第二节主变压器选择 二 主变压器型式的选择 2 4 5 1 一 变压器容量 台数的确定 11 第二节主变压器选择 变压器的分类 主变压器 发电厂和变电站中 用来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 只供本厂 站 用电的变压器 一 变压器容量 台数的确定主变压器的容量 台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构 在选择发电厂或变电站主变压器时 应遵循以下基本原则 1 单元接线的主变压器容量的确定2 具有发电机电压母线的主变压器容量的确定3 连接两种升高电压母线的联络变压器容量的确定4 变电站主变压器容量的确定5 发电厂和变电站主变压器台数的确定 12 第二节主变压器选择 二 主变压器型式的选择1 相数的确定2 绕组数的确定3 绕组接线组号的确定4 调压方式的确定5 冷却方式的确定 13 第三节电气主接线选择 14 第三节电气主接线选择 一 电气主接线与选择电气主接线可分为两大类 一是有汇流母线的接线形式 二是无汇流母线的接线形式 设计电气主接线时 应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 设计的主接线应满足可靠性 灵活性 经济性的要求 并留有扩建和发展的余地 因此 为了保证电气主接线的正确 合理 必须综合处理各个方面的因素 经过技术 经济论证后才能确定 二 典型电气主接线分析由于发电厂的各种因素 对不同发电厂或变电站的要求各不相同 所采取的主接线形式也就各异 下面对不同类型发电厂和变电站的主接线特点作一介绍 15 第三节电气主接线选择 1 火力发电厂电气主接线火力发电厂分为地方性火电厂和区域性火电厂两大类 热电厂主接线 1 地方性火电厂主接线示例 16 第三节电气主接线选择 2 区域性火电厂主接线示例 大型凝汽式火电厂主接线 17 第三节电气主接线选择 2 水力发电厂电气主接线 1 中等容量水电厂电气主接线示例 中型水电厂主接线 18 第三节电气主接线选择 2 大容量水电厂电气主接线示例 大型水电厂主接线 19 第三节电气主接线选择 3 变电站电气主接线根据变电站的类别和要求 可分别采用相应的接线方式 通常主接线的高压侧应尽可能采用断路器数目较少的接线形式 以节省投资 减少占地面积 随出线数的不同 可采用桥形 单母线 双母线及角形等接线形式 如果电压为超高压等级 又是重要的枢纽变电站 宜采用双母线分段带旁路接线或采用一台半断路器接线 变电站的低压侧常采用单母线分段双母线接线 以便于扩建 6 10kV馈线应选轻型断路器 如SN10型或ZN13型 若不能满足开断电流及动稳定要求时 应采用限流措施 20 第三节电气主接线选择 1 枢纽变电站电气主接线示例 枢纽变电站电气主接线 21 第三节电气主接线选择 2 地区变电站电气主接线示例 地区变电站主接线 22 第四节电气设备选择 4 5 23 第四节电气设备选择 安全 可靠 经济 合理是选择电气设备的基本要求 一 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般原则为 按正常工作条件选择额定电流 额定电压及型号 按短路情况校验开关的开断能力 短路热稳定性和动稳定性 一 按正常工作条件选择电气设备 3 环境条件对设备选择的影响在选择电气设备时 还应考虑电气设备安装地点的环境条件 当气温 风速 湿度 污秽等级 海拔高度 地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电气设备使用条件时 应采取措施 24 第四节电气设备选择 二 按短路情况校验热稳定和动稳定 1 热稳定的校验 3 短路电流的计算条件 25 第四节电气设备选择 二 高压断路器 隔离开关及高压熔断器的选择 26 第四节电气设备选择 二 隔离开关的选择隔离开关与断路器相比 额定电压 额定电流的选择及短路热稳定 动稳定校验的项目相同 但由于隔离开关没有开断短路电流的要求 故不必校验开断电流和额定关合电流 三 高压熔断器的选择熔断器是最简单的保护电器 常用于电力电容器 35kV及以下线路 小型变压器和电压互感器等的过载及短路保护 1 额定电压选择对于一般的高压熔断器 其额定电压必须大于或等于电网的额定电压 但是对于充填石英沙有限流作用的限流式熔断器 则不宜使用在低于熔断器额定电压的电网中 27 第四节电气设备选择 2 额定电流选择 熔断器的额定电流选择 包括熔断器熔管额定电流的选择和熔体额定电流的选择 对于保护电力电容器的高压熔断器 当系统电压升高或波形畸变引起回路电流涌流时不应熔断 28 第四节电气设备选择 4 熔断器选择性校验为了保证前后两级熔断器之间 熔断器与电源 或负荷 保护装置之间动作的选择性 应进行熔体选择性校验 各种型号熔断器的熔体熔断时间可由制造厂提供的安秒特性曲线上查出 保护电压互感器用的熔断器 只需按额定电压及断流容量两项来选择 当短路容量较大时 可考虑在熔断器前串联限流电阻 29 第四节电气设备选择 三 限流电抗器的选择 限流电抗器除了和的选择和热稳定 动稳定的校验之外 特殊项目的选择方式如下 30 第四节电气设备选择 四 母线 电缆和绝缘子的选择 一 母线的选择母线一般按下列各项选择和校验 导体的材料 截面形状 敷设方式 导体截面积 热稳定 动稳定 对重要的和大电流的母线 要校验共振频率 对于110kV及以上的母线 还要进行电晕校验 1 母线的材料 截面形状 布置方式常用的母线材料有铜 铝和铝合金三种 母线的结构和截面形状决定于母线的工作特点 常用的裸硬母线是铝母线 截面有矩形 槽形和管形 31 第四节电气设备选择 2 导体截面选择导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择 除配电装置的汇流母线 长度在20m以下的导体外 对于年负荷利用小时数大 传输容量大的导体 其截面一般按经济电流密度选择 2 按经济电流密度选择导线截面 要综合考虑投资 年运行费和国家当时的技术经济政策 可使选择的导体年计算费用最小若已知回路的最大负荷利用小时数 在对应曲线上可查得 1 按长期发热允许电流选择导线截面的选择条件为 电缆或导体的经济电流密度J 则导体的经济截面积S为 32 第四节电气设备选择 3 热稳定校验校验导体在短路时的热稳定性 若计及集肤效应系数时 满足热稳定的导体最小截面为 33 第四节电气设备选择 二 电力电缆的选择电力电缆应按下列条件选择 电缆心线材料及型号 额定电压 截面选择 允许电压降校验 热稳定校验 电缆的动稳定由厂家保证 可不必校验1 电缆心线材料及型号选择电缆心线有铜心和铝心 国内工程一般选用铝心电缆 电缆的型号很多 应根据其用途 敷设方式和使用条件进行选择 2 截面选择1 按经济电流密度选择 当电缆的最大负荷利用小时数 5000h 长度超过20m以上2 按长期发热允许电流选择电缆截面时 其中修正系数K与敷设方式 环境温度等有关 34 第四节电气设备选择 三 支柱绝缘子和穿墙套管的选择 a 支柱绝缘子应按额定电压和使用条件选择 并进行短路时动稳定校验 b 穿墙套管应按额定电压 额定电流和类型选择 按短路条件校验热稳定和动稳定 35 第四节电气设备选择 3 支柱绝缘子和穿墙套管的种类和型式选择 根据装置地点及周围环境选择屋内 屋外防污式及满足使用要求的产品类型 36 第四节电气设备选择 五 电流互感器和电压互感器的选择 一 电流互感器的选择 1 电流互感器的形式选择 35kV以下屋内配电装置 可采用瓷绝缘或树脂浇注式 35kV及以上配电装置可釆用油浸瓷箱式 有条件时可采用套管式 2 互感器额定电压和额定电流的选择 一次额定电压和电流应按此式选择 二次额定电流可选5A或1A 37 第四节电气设备选择 3 电流互感器的准确级选择 或 4 热稳定和动稳定校验 电流互感器的热稳定校验只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行 热稳定可按下式校验 或 互感器内部动稳定 可按下式校验 或 电流互感器的准确级不应低于所供测量仪表的最高准确级 为了保证互感器的准确级 二次侧负荷 不应大于相应准确 级所规定的额定容量 因厂家提供的技术数据中有 38 第四节电气设备选择 二 电压互感器的选择 39 第二节主变压器选择 1 单元接线的主变压器容量的确定单元接线的主变压器应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后 留有10 的裕度来确定 采用扩大单元接线时 应尽可能采用分裂绕组变压器 其容量亦应按单元接线计算原则算出的两台机容量之和来确定 返回 40 第二节主变压器选择 2 具有发电机电压母线的主变压器容量的确定连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器的容量 应考虑以下因素 1 当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 主变压器应能将发电机电压母线上的剩余有功和无功功率送入系统 2 若接于发电机电压母线上的容量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 3 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主变压器因故退出运行时 其他主变压器在允许正常过负荷范围内应能输送母线剩余功率的70 以上 4 对水电比重较大的系统 应充分利用水能 在丰水期需要限制火电厂出力时 主变压器应能从系统倒送功率 以满足发电机电压母线上的负荷需要 返回 41 第二节主变压器选择 3 连接两种升高电压母线的联络变压器容量的确定 1 联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下 网络间的有功功率和无功功率交换 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停运时 通过联络变压器来满足本侧负荷的要求 同时 也可在线路停运时 通过联络变压器将剩余功率送入另一系统 3 为了布置和引线方便 联络变压器通常只选择一台 在系统中性点接地方式允许条件下 以选自耦变压器为宜 其第三绕组 即低压侧兼作厂用备用电源或引接无功补偿装置 返回 42 第二节主变压器选择 4 变电站主变压器容量的确定 1 按变电站建成后5 10年的规划负荷选择 并适当考虑l0 20年的负荷发展 2 对重要变电站 应考虑一台主变压器停运后 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 对一般性变电站 一台主变压器停运后 其余变压器应能满足全部供电负荷的70 80 返回 43 第二节主变压器选择 5 发电厂和变电站主变压器台数的确定发电厂或变电站主变压器的台数和电压等级 接线形式 传输容量以及与系统的联系有关 通常与系统具有强联系的大 中型发电厂和枢纽变电站 主变压器不应少于2台 而对弱联系的中 小型的发电厂和终端变电站 可只设一台主变压器 对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站 可设3台主变压器 返回 44 第二节主变压器选择 1 相数的确定在330kV及以下电力系统中 一般都应选用三相变压器 因为单相变压器组相对来讲投资大 占地多 运行损耗大 同时配置装置结构复杂 对于超大型变压器 当变压器的制造条件和运输条件受到限制时 宜选用2台小容量的三相变压器取代一台大容量的三相变压器 对于500kV及以上电力系统中的主变压器相数的选择 除考虑容量 制造水平 运输条件外 更重要的是考虑负荷和系统情况 在保证可靠供电的前提下 经过技术 经济综合分析后确定选用单相变压器还是三相变压器 返回 45 第二节主变压器选择 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 返回 46 第二节主变压器选择 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