第九章 电气设计与设备选择

第九章电气设计与设备选则 9 1载流导体的发热和电动力9 2主变压器选则9 3电气主接线选则9 4电气设备选则 9 1载流导体发热和电动力 一 概述 1 发热效应 发热对导体和电器的影响 使绝缘材料的绝缘性能降低 使金属材料的机械强度下降 使导体的接触电阻增加 9 1载流导体发热和电动力 导体在正常工作和短路时发热的允许温度 2 电动力 载流导体有电流通过时 载流导体之间的相互作用力 称为电动力 应保证在短路冲击电流产生的电动力作用下的应力不超过材料的允许应力 9 1载流导体发热和电动力 二 均匀导体的长期发热 均匀导体是指各部分材料和截面积都相同的导体 根据均匀导体的长期发热情况可确定导体在正常工作时的最大允许载流量 导体在额定情况下的载流量可通过手册查阅 9 1载流导体发热和电动力 三 导体的短时发热 导体短时发热是指从短路开始到短路切除为止这段时间内导体发热的过程 根据导线在短路切除以前可能出现的最高温度是否小于短路时发热允许温度 以验证导体短时发热的热稳定性 9 1载流导体发热和电动力 短时发热的特点 通过的短路电流大 导体温度上升快 短路时间短 是一个绝热过成 1 短时发热计算 短路时导体发热的热平衡方程式 对两边进行积分 9 1载流导体发热和电动力 2 热效应 短路全电流 热效应 9 1载流导体发热和电动力 周期分量电流的发热效应 非周期分量电流的发热效应 9 1载流导体发热和电动力 四 短路时载流导体的电动力 1 两根细长平行导线间的电动力 单位长度上导线1受到的力 作用在导线1上的力 9 1载流导体发热和电动力 工程中使用的导体需要考虑截面积因素 K表示实际形状导体所受的电动力与细长导体电动力之比 9 1载流导体发热和电动力 2 三相导体短路时的电动力 同一地点短路的最大电动力 作用于三相短路时中间一相导体上 3 导体的振动应力 单条导线及母线组的各条导体35 135Hz多条导体组及有引下线的单条导体35 155Hz 9 2主变压器选则 主变压器 用来向电力系统或用户输送功率 联络变压器 用于两种电压之间较换功率 自用变压器 只供本厂 站 用电 一 变压器容量 台数确定 1 单元接线的主变压器容量确定 发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后 留有10 的裕度 采用扩大单元接线时 尽可能采用分裂绕组变压器 容量按单元接线计算原则计算出的两台机容量之和确定 9 2主变压器选则 2 具有发电机电压母线的主变压器容量的确定 当发电机全部投入运行时 满足发电机电压供电的日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 若接于发电机电压母线上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 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障退出运行时 其它主变压器在允许正常过负荷范围内应能输送母线剩余功率的70 对水电比重较大的系统 应充分利用水能 丰水期限制火点厂出力 主变压器应能从系统倒送功率 9 2主变压器选则 3 连接两种升高电压母线的联络变压器容量的确定 满足两种电压网络在不同运行方式下的功率较换 容量不小于母线上最大一台机组的容量 通常只选一台 系统中性点接地方式允许条件下 选自耦变压器 4 变电站主变压器容量的确定 按变电站建成后5 10年的规化负荷选择 并适当考虑10 20年负荷发展 主要变电站 一台主变压器停运 其它变压器在计及过负荷能力及允许时间内 满足 类负荷的供电 一般性变电站 一台主变压器停运 其余变压器满足全部供电负荷的70 60 9 2主变压器选则 5 发电厂和变电站主变压器台数的确定 大 中型发电厂和枢纽变电站 主变压器不少于2台 中 小型发电厂和终端变电站 主变压器可只设一台 地区性孤立一次变电站或大型工业专用变电站 可设3台主变压器 二 主变压器型式的选则 1 相数的确定 330kV及以下系统 应选用三相变压器 500kV及以上系统 根据实际情况选则三相或单相变压器 9 2主变压器选则 2 绕组数的确定 变电站或单机容量在125MW及以下发电厂 若有三个电压等级 选择三绕组变压器 单机容量200MW及以上的发电厂 采用双绕组变压器加联络变压器 110kV及以上中性点接地系统中 优先选用自耦变压器 扩大单元接线 优先选用分裂绕组变压器 9 2主变压器选则 3 绕组连接号的确定 变压器三相绕组的连接组号必须和系统电压相位一致 110kV及以上电压侧 采用YN接线 35kV电压侧 采用Y接线 中性点多通过消弧线圈接地 35kV以下电压侧 采用D接线 发电厂和变电站中 主变压器连接组号一般都选用YNd11 9 2主变压器选则 4 调压方式的确定 无励磁调压有载调压 出力变化大的发电厂主变压器 具有可逆工作特点的联络变压器 发电机经常在低功率因数下运行时 9 2主变压器选则 5 冷却方式的确定 自然风冷却 7500kV A以下小容量变压器 风冷却 10000kV A以上变压器 强迫油循环水冷却 强迫油循环风冷却 强迫油循环导向冷却 9 3电气主接线选则 电气主接线与选则 6 220kV电压等级 主接线形式由电压等级高低 出线回路数多少确定 110 220kV出线数为3 4回 35 63kV出线数为4 8回 6 10kV出线数为6回以上时可采用单母线分段 超过上述回路数或母线故障不影响供电时 可采用双母线接线 进出线回路少且不再扩建时 可采用无母线接线 9 3电气主接线选则 330 750kV电压等级 主接线形式首先满足可靠性准则的要求 330 500kV电压等级 当进出线6回以上时可采用一台半断路器接线 双母线三分段或四分段接线 9 4电气设备选则 一 电气设备选则的一般条件 1 按正常工作条件选则电气设备 额定电压 额定电流 在额定环境温度下 电气设备的额定电流应不小于所在电路中可能通过的最大持续工作电流 9 4电气设备选则 发电机 调相机和变压器回路上 Imax为其额定电流的1 05倍 若变压器有过负荷运行的可能 Imax按过负荷确定 1 3 2倍变压器额定电流 母联断路器回路一般取母线上最大一台发电机或变压器的Imax 母线分段电抗器的Imax为母线上最大一台发电机跳闸时 保证该段母线负荷所需的电流 或取最大一台发电机额定电流的50 80 出线回路的Imax要考虑事故时由其它回路转来的负荷 9 4电气设备选则 环境选则对设备选则的影响 电气设备工作条件应满足设备出厂所规定的环境工作条件 若环境温度高于40 小于60 时 导体长期允许电流 9 4电气设备选则 2 按短路情况校验热稳定和动稳定 热稳定的校验 短路电流通过时 电气设备各部分温度不应超过允许值 动稳定的校验 短路冲击电流通过电气设备产生的电动力应满足动稳定条件 9 4电气设备选则 短路电流的计算 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 接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式 短路类型 一般采用三相短路 当其它形式短路电流大于三相时 选取最严重的情况 9 4电气设备选则 短路计算点 安装电抗器的馈线选则断路器 其它情况选则通过导体和电器短路电流最大的点 发电机和变压器回路的断路器 比较断路器前后短路时通过断路器的短路电流值 选则短路电流最大点 母联断路器应考虑母联断路器向备用母线充电时 备用母线故障流过该备用母线的全部短路电流 带电抗器的出线回路可选电抗器后为计算点 9 4电气设备选则 9 4电气设备选则 短路计算时间 热稳定计算时间为继电保护动作时间和断路器的全开断时间之和 断路器开断计算时间时发生故障至断路器开断时刻所需的计算时间 9 4电气设备选则 3 主要电气设备的选择和校验项目 9 4电气设备选则 二 高压断路器 隔离开关及高压熔断器的选择 1 高压断路器的选择 开断电流 不应小于实际触头开断瞬间短路电流的有效值 若断路器开断能力比系统短路电流大很多 可简化为 9 4电气设备选则 额定关合电流 不应小于短路冲击电流 分 合闸时间选则 110kV以上电网 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 合闸时间不宜大于0 04 0 06S 2 隔离开关的选择 选则额定电压 额定电流 校验短路热稳定 动稳定 9 4电气设备选则 3 高压熔断器的选择 额定电压选择 一般高压熔断器限流式熔断器 额定电流选择 高压熔断器熔管额定电流应大于熔体额定电流 保护变压器或电动机的熔断器熔器额定电流 9 4电气设备选则 保护电容器的熔断器熔器额定电流 熔断器开断电流校验 熔断器选择性校验 保证前后两级熔断器之间 熔断器与电源 负荷 保护装置之间动作的选择性 9 4电气设备选则 三 限流电抗器的选择 限流电抗器可限制短路电流 维持短路时母线上的残压 电抗百分值的选择 电源到短路点的总电抗 令 则 以额定电压和额定电流为基准的电抗百分值 9 4电气设备选则 2 电压损耗的教验 3 母线残压的校验 若不满足残压要求 可增大电抗值或采用瞬时速断保护 切除故障线路 9 4电气设备选则 四 母线 电缆和绝缘子的选择 1 母线的选择 母线的材料 截面形状 布置方式 母线材料 铜铝铝合金 母线截面形状 矩形槽形管形 9 4电气设备选则 母线布置方式 支柱绝缘子水平布置 导体竖放 支柱绝缘子水平布置 导体平放 支柱绝缘子垂直布置 导体竖放 9 4电气设备选则 导体截面积选择 导体截面积按长期发热允许电流或经济电流密度选择 按经济电流密度选择的导体 必须进行校验 热稳定校验 9 4电气设备选则 动稳定校验 硬母线需要进行动稳定校验 电晕电压校验 对于110KV及以上的各种规格导体 应按晴天不出现电晕的条件校验 9 4电气设备选则 2 电力电缆的选择 电缆心线材料及型号选择 电缆型号根据其用途 敷设方式和使用条件进行选择 截面选择 当电缆的Tmax 5000h 长度超过20m时 按经济电流密度选择 9 4电气设备选则 按允许电压降校验 对于供电距离远 容量较大的电缆线路 电压损失应小于等于5 热稳定校验 9 4电气设备选则 例题 选择下图中的出线电缆 在变电站A两段母线上各有一台3150kV A变压器 正常时母线分段运行 当一条线路故障时 要求另一条线路能供给两台变压器满负荷运行 变电站距电厂2km 在250m处有中间接头 该处短路时 电缆采用直埋地下 土壤温度 热阻系数 短路时间 9 4电气设备选则 3 支柱绝缘子和穿墙套管的选择 按额定电压选择支柱绝缘子和穿墙套管 按额定电流选择穿墙套管 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进行选择 9 4电气设备选则 穿墙套管的热稳定校验 支柱绝缘子和穿墙套管的动稳定校验 发生三相短路时 9 4电气设备选则 五 电流互感器和电压互感器的选择 1 电流互感器的选择 电流互感器的形式选择 35kV以下屋内配电装置 瓷绝缘或树脂浇注式 35kV及以上配电装置 油浸箱式 套管式 互感器额定电压和额定电流的选择 一次侧 二次侧额定电流可选5A或1A 9 4电气设备选则 电流互感器准确级的选择 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 9 4电气设备选则 互感器二次侧负荷 连接导线的电阻则应该满足 导线的截面积计算公式 9 4电气设备选则 9 4电气设备选则 热稳定和动稳定校验 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 互感器内部动稳定校验 9 4电气设备选则 2 电压互感器的选择 电压互感器类型与接线方式选择 根据装设地点和使用条件进行选择 6 35kV屋内配电装置中 油浸式和浇注式 110 220kV配电装置中 串级电磁式 3 20kV以下小电流接地电网中 只需测量线电压时 两台单相电压互感器接成不完全星形 9 4电气设备选则 35kV以下电网 需测量线电压 同时需测量相电压时 三相五柱式电压互感器或三台单相三绕组电压互感器构成YNyn 接线