第五章电网设计及电气设备选择

1、第五章电网设计及电气设备选择 第五章电网设计及电气设备选择 第第5章章 电网设计及电气设备选择电网设计及电气设备选择 5.1 概述概述 电力系统的电气设备电力系统的电气设备发电机组、变压器、开关设备及发电机组、变压器、开关设备及 保护、测量和监控设备保护、测量和监控设备 发电机组选择发电机组选择根据系统的电源规划进行的。根据系统的电源规划进行的。 本章的主要内容：一次设备，即电力输送和分配过程中的本章的主要内容：一次设备，即电力输送和分配过程中的 载流设备，包括导线、变压器及开关设备等载流设备，包括导线、变压器及开关设备等 其它设备选择其它设备选择依据电力系统接线图和相应电压等级依据电力系统接

2、线图和相应电压等级 第五章电网设计及电气设备选择 电网设计方法：常规方式和优化方式电网设计方法：常规方式和优化方式 常规电网设计：采用技术经济比较的方法。常规电网设计：采用技术经济比较的方法。 设计人员首先根据自己的判断提出几种接线方案，设计人员首先根据自己的判断提出几种接线方案， 然后通过技术分析改善这些技术指标，使它们在技术上然后通过技术分析改善这些技术指标，使它们在技术上 可行，最后通过经济比较确定最终方案。可行，最后通过经济比较确定最终方案。 电网优化设计：利用数学模型在计算机上进行，一般包括电网优化设计：利用数学模型在计算机上进行，一般包括 分析模型和综合模型分析模型和综合模型 第五

3、章电网设计及电气设备选择 5.2 电网设计电网设计 5.2.1 5.2.1 电网设计应考虑的因素电网设计应考虑的因素 （1 1）可靠性）可靠性 设计的电网应满足正常情况下及个别元设计的电网应满足正常情况下及个别元 件故障时不引起其它线路或变压器过负荷，不引起母线件故障时不引起其它线路或变压器过负荷，不引起母线 电压超过容许范围电压超过容许范围 （2 2）投资）投资 包括输电线路投资及变电站投资。包括输电线路投资及变电站投资。 （3 3）运行费用）运行费用 包括管理、维修及网损费用。包括管理、维修及网损费用。 （4 4）灵活性与适应性）灵活性与适应性 灵活性是指所定电网方案应能灵活性是指所定电网

4、方案应能 在各种情况下安全可靠地运行。适应性是指当涉及的地在各种情况下安全可靠地运行。适应性是指当涉及的地 区负荷增长时或出现新的用户时，电网易于发展扩建，区负荷增长时或出现新的用户时，电网易于发展扩建， 且能充分利用原有设备。且能充分利用原有设备。 电网设计的目的：电网设计的目的： 确定未来有关地区电网的电压等级、输电网路的结确定未来有关地区电网的电压等级、输电网路的结 构，解决在何时、何地架设什么样的输电线路的问题构，解决在何时、何地架设什么样的输电线路的问题 第五章电网设计及电气设备选择 5.2.2 5.2.2 电网接线的基本类型电网接线的基本类型 无备用的开式接线方式无备用的开式接线方

5、式 有备用的开式接线方式有备用的开式接线方式 简单闭式接线方式简单闭式接线方式 复杂闭式接线方式复杂闭式接线方式 第五章电网设计及电气设备选择 5.2.3 5.2.3 电网方案的技术经济比较电网方案的技术经济比较 技术比较：计算方案的技术指标，校验方案在技术上是技术比较：计算方案的技术指标，校验方案在技术上是 否可行，分析内容包括：潮流计算、安全校验计算、短否可行，分析内容包括：潮流计算、安全校验计算、短 路电流计算、涉及高压远距离输电情况下要进行各种运路电流计算、涉及高压远距离输电情况下要进行各种运 行方式下的稳定计算。行方式下的稳定计算。 技术经济比较包含技术和经济两方面的分析比较技术经济

6、比较包含技术和经济两方面的分析比较 潮流计算：分析电网在各种负荷及电源出力情况下的运潮流计算：分析电网在各种负荷及电源出力情况下的运 行情况及适应能力，校验输电线路或变压器是否有过负行情况及适应能力，校验输电线路或变压器是否有过负 荷情况，各母线电压是否超过规定范围等荷情况，各母线电压是否超过规定范围等 第五章电网设计及电气设备选择 安全校验计算：静态安全分析和动态安全分析。安全校验计算：静态安全分析和动态安全分析。 静态安全分析：作静态安全分析：作N-1N-1效验，即效验网络中一个元件故效验，即效验网络中一个元件故 障退出运行时网络的潮流分布，以判断其它元件有无障退出运行时网络的潮流分布，以

7、判断其它元件有无 过负荷及电压超限情况。过负荷及电压超限情况。 动态安全分析：对动态安全分析：对220kV220kV以上电网进行的各种运行方式以上电网进行的各种运行方式 下的稳定分析计算。下的稳定分析计算。 效验不满足时的措施：效验不满足时的措施： 加设输电线路、加大导线截面、加设输电线路、加大导线截面、 增加无功补偿设备、提高稳定措施。或放弃方案。增加无功补偿设备、提高稳定措施。或放弃方案。 第五章电网设计及电气设备选择 短路电流计算：确定各种故障情况下电网短路电流的分短路电流计算：确定各种故障情况下电网短路电流的分 布，校验电气设备的热稳定、动稳定情况及断路器的切布，校验电气设备的热稳定、

8、动稳定情况及断路器的切 断能力。断能力。 有些系统对不同电压等级的电网规定了断路器的最大切有些系统对不同电压等级的电网规定了断路器的最大切 断能力，设计方案应使短路电流限制在给定范围内，否断能力，设计方案应使短路电流限制在给定范围内，否 则可能迫使电网更换大批断路器，增大投资。则可能迫使电网更换大批断路器，增大投资。 经济分析比较：费用的现值比较法、等年费用法经济分析比较：费用的现值比较法、等年费用法 可靠性分析可靠性分析 第五章电网设计及电气设备选择 5.3 5.3 导线和电缆的选择导线和电缆的选择 （1 1）经济问题：从功率和电能损耗的角度出发，截面积）经济问题：从功率和电能损耗的角度出发

9、，截面积 愈大愈有利；从减少投资和节约有色金属要求出发，截愈大愈有利；从减少投资和节约有色金属要求出发，截 面积愈小愈好。在使用期限内综合费用最低的截面积。面积愈小愈好。在使用期限内综合费用最低的截面积。 （2 2）发热问题：按照发热条件确定的允许载流量来选）发热问题：按照发热条件确定的允许载流量来选 择或校验导线及电缆的截面。择或校验导线及电缆的截面。 （3 3）电压损失问题：当电压损失超过一定范围后，给调）电压损失问题：当电压损失超过一定范围后，给调 压带来空难，影响电压质量。必须校验电压损失。压带来空难，影响电压质量。必须校验电压损失。 （4 4）线路的机械强度问题：架空线路结冰及温度变

10、化的）线路的机械强度问题：架空线路结冰及温度变化的 影响，必须有足够的强度以保证其安全运行。影响，必须有足够的强度以保证其安全运行。 导线和电缆的选择，包括结构、型号的选择及导导线和电缆的选择，包括结构、型号的选择及导 线截面的选择。选择截面应考虑的因素：线截面的选择。选择截面应考虑的因素： 对对110kV110kV及以上的高压架空线路，有必要时应选择分及以上的高压架空线路，有必要时应选择分 裂导线。裂导线。 第五章电网设计及电气设备选择 5.3.1 5.3.1 按经济电流密度选择导线截面按经济电流密度选择导线截面 经济截面：使整体费用最小的理想截面经济截面：使整体费用最小的理想截面 经济电流

11、密度：对应经济截面的导线电流密度经济电流密度：对应经济截面的导线电流密度 3cos e eN P S J U 求出经济截面后，在导线或电缆规格中查出接近的截求出经济截面后，在导线或电缆规格中查出接近的截 面即可。面即可。 按经济电流密度选出的截面有时需要进行发热、电压按经济电流密度选出的截面有时需要进行发热、电压 损耗等技术校验。损耗等技术校验。 在电网的设计中，为了合理选择经济截面，制定了在电网的设计中，为了合理选择经济截面，制定了 不同情况下的经济电流密度不同情况下的经济电流密度J Je e。当经济电流密度已知时，。当经济电流密度已知时， 经济截面经济截面 第五章电网设计及电气设备选择 经

12、济电流密度与输送功率的年最大负荷利用小时数有经济电流密度与输送功率的年最大负荷利用小时数有 关。对输送同样的功率而言，年最大负荷利用小时数愈大关。对输送同样的功率而言，年最大负荷利用小时数愈大 则电能损耗愈大，故导线（电缆）的截面应选大些。因此，则电能损耗愈大，故导线（电缆）的截面应选大些。因此， 相应的经济电流密度应该小些。相应的经济电流密度应该小些。 表表5-2 5-2 经济电流密度值经济电流密度值 第五章电网设计及电气设备选择 5.3.2 5.3.2 按允许电压损耗选择导线截面按允许电压损耗选择导线截面 * *35kV35kV以上的电网，依靠无功补偿等调压手段来满足电以上的电网，依靠无功

13、补偿等调压手段来满足电 压质量，借助增大截面不经济。压质量，借助增大截面不经济。 * *l0kVl0kV及以下的电网，负荷小而分散，在每个负荷点及以下的电网，负荷小而分散，在每个负荷点 装设调压设备不合理。因此，用电压损耗作为控制条装设调压设备不合理。因此，用电压损耗作为控制条 件选择配电网的导线截面件选择配电网的导线截面依靠增大截面来实现。设依靠增大截面来实现。设 计规程：对计规程：对1-35kV1-35kV配电线路，从供电的变电站母线至配电线路，从供电的变电站母线至 线路末端最大电压损耗不得超过线路末端最大电压损耗不得超过5%5%； 第五章电网设计及电气设备选择 5.3.3 5.3.3 按

14、允许载流量、电晕和机械强度校验导线截面按允许载流量、电晕和机械强度校验导线截面 1.1.按允许载流量校验导线截面按允许载流量校验导线截面 允许载流量：根据热平衡条件确定的导线长期允许通允许载流量：根据热平衡条件确定的导线长期允许通 过的电流，也被称为线路的热极限输送能力过的电流，也被称为线路的热极限输送能力 裸导线的容许温升一般规定为裸导线的容许温升一般规定为7070 不同类型的导线，其长期允许通过的电流值各不相同不同类型的导线，其长期允许通过的电流值各不相同 第五章电网设计及电气设备选择 表表5-3 5-3 裸导线在环境温度裸导线在环境温度250C250C时的允许电流值时的允许电流值 导线周

15、围最高气温月的最高平均温度不等于导线周围最高气温月的最高平均温度不等于2525时修正时修正 表表5-4 5-4 不同周围环境温度下的修正系数不同周围环境温度下的修正系数( () ) 第五章电网设计及电气设备选择 按允许载流量校验导线截面总结：按允许载流量校验导线截面总结： 在选择导线截面时应保证导线通过的最大工作电流不超过表在选择导线截面时应保证导线通过的最大工作电流不超过表 5-35-3所列的长期允许通过电流。所列的长期允许通过电流。 当电网某些线路退出运行时，要对其余输电线路进行校验。当电网某些线路退出运行时，要对其余输电线路进行校验。 在选择电力电缆截面时，其允许电流可由设计手册中查出。

16、在选择电力电缆截面时，其允许电流可由设计手册中查出。 电缆截面的选择还应满足故障情况下短路电流的热效应。电缆截面的选择还应满足故障情况下短路电流的热效应。 第五章电网设计及电气设备选择 2.2.按电晕校验导线截面按电晕校验导线截面 在设计输电线路时，应校验所选导线能否满足在晴朗在设计输电线路时，应校验所选导线能否满足在晴朗 天气不发生电晕现象的要求天气不发生电晕现象的要求 表表5-55-5按电晕条件所允许的导线最小外径及型号按电晕条件所允许的导线最小外径及型号 通常对通常对60kV60kV以下的线路不必考虑电晕的问题。以下的线路不必考虑电晕的问题。 60kV60kV以上的线路，按其它条件选择的

17、导线直径小于表以上的线路，按其它条件选择的导线直径小于表5-45-4所列所列 的数值，加大导线截面或考虑采用扩径导线或分裂线。的数值，加大导线截面或考虑采用扩径导线或分裂线。 电压等级超过电压等级超过330kV330kV时，一般都采用分裂导线。时，一般都采用分裂导线。 第五章电网设计及电气设备选择 3.3.按机械强度校验导线截面按机械强度校验导线截面 架空线路在运行时应考虑在一定偶然载荷情况下具有适当架空线路在运行时应考虑在一定偶然载荷情况下具有适当 的承载能力，这就要求导线截面不能过小。的承载能力，这就要求导线截面不能过小。 例如，一般铜导线及钢芯铝绞线的截面不能小例如，一般铜导线及钢芯铝绞

18、线的截面不能小25mm25mm2 2，而铝，而铝 及铝合金导线的截面不应小于及铝合金导线的截面不应小于35mm35mm2 2 。 第五章电网设计及电气设备选择 5.4 5.4 变压器的选择变压器的选择 变压器的选择包括：变压器台数、容量及型式的选择变压器的选择包括：变压器台数、容量及型式的选择 5.4.1 5.4.1 变压器的负荷能力变压器的负荷能力 变压器的额定容量：在规定的环境温度及冷却条件下，变压器的额定容量：在规定的环境温度及冷却条件下， 按该容量运行时变压器具有经济合理的效率和正常使按该容量运行时变压器具有经济合理的效率和正常使 用的寿命年限。用的寿命年限。 变压器的负荷能力：在一段

19、时间内所输出的功率，该变压器的负荷能力：在一段时间内所输出的功率，该 功率可能大于变压器的额定容量。功率可能大于变压器的额定容量。 负荷能力的大小和持续时间根据一定运行情况和绝缘负荷能力的大小和持续时间根据一定运行情况和绝缘 老化等条件决定。老化等条件决定。 第五章电网设计及电气设备选择 百分之一规则：考虑到季节性负荷的参差情况，变压器运百分之一规则：考虑到季节性负荷的参差情况，变压器运 行规程还规定：如果在夏季（行规程还规定：如果在夏季（6,7,86,7,8月）三个月变压器的最月）三个月变压器的最 高负荷低于其额定容量时，则每低高负荷低于其额定容量时，则每低1%1%，允许在冬季，允许在冬季

20、（11,12,1,211,12,1,2月）四个月过负荷月）四个月过负荷1 1。但对自然循环油冷、。但对自然循环油冷、 风冷及强迫循环风冷的变压器总过负荷量不能超过风冷及强迫循环风冷的变压器总过负荷量不能超过1515， 对强迫油循环水冷变压器不能超过对强迫油循环水冷变压器不能超过10 10 。 第五章电网设计及电气设备选择 事故过负荷：事故过负荷：在故障或紧急情况下，还允许变压器短时在故障或紧急情况下，还允许变压器短时 运行在事故过负荷状态。运行在事故过负荷状态。 是为了保证供电可靠性，牺牲变压器部分使用寿命，作是为了保证供电可靠性，牺牲变压器部分使用寿命，作 应急，避免中断供电。应急，避免中断

21、供电。 一般规定：绕组最热点的温度不得超过一般规定：绕组最热点的温度不得超过140140；负荷电；负荷电 流不应超过额定电流的两倍，且持续时间不超过表流不应超过额定电流的两倍，且持续时间不超过表5-75-7 所示的值。所示的值。 表表5-7 5-7 变压器事故允许过负荷变压器事故允许过负荷 第五章电网设计及电气设备选择 5.4.2 5.4.2 变压器台数及容量的选择变压器台数及容量的选择 1 1）变电站中变压器的台数对主接线的形式和配电装置的结构）变电站中变压器的台数对主接线的形式和配电装置的结构 有直接影响有直接影响变电站一般装设两台变压器为宜。变电站一般装设两台变压器为宜。 3 3）在确定

22、变压器容量时应考虑两个因素：负荷增长因素和）在确定变压器容量时应考虑两个因素：负荷增长因素和 过负荷能力因素。过负荷能力因素。 2 2）变压器运行可靠性较高，其故障频率平均为）变压器运行可靠性较高，其故障频率平均为2020年一次，年一次， 大修大修5 5年一次，所以可以不设专门的备用变压器。年一次，所以可以不设专门的备用变压器。 第五章电网设计及电气设备选择 （1 1）选择变压器时应根据）选择变压器时应根据5-105-10年负荷增长情况综合分年负荷增长情况综合分 析，合理选择，并应适当照顾到远期负荷发展情况。析，合理选择，并应适当照顾到远期负荷发展情况。 （2 2）对于规划只装两台变压器的变电

23、站，其变压器的）对于规划只装两台变压器的变电站，其变压器的 地基及土建设施应按大于变压器容量地基及土建设施应按大于变压器容量l-2l-2级设计，以便级设计，以便 在负荷发展时有可能更换大容量变压器。在负荷发展时有可能更换大容量变压器。 考虑过负荷能力，考虑过负荷能力，要考虑以下因素：要考虑以下因素： （1 1）变压器所带负荷的负荷曲线；）变压器所带负荷的负荷曲线； （2 2）变压器的冷却方式；）变压器的冷却方式； （3 3）变压器周围环境的气象条件；）变压器周围环境的气象条件； （4 4）冬季和夏季的负荷曲线差异。）冬季和夏季的负荷曲线差异。 考虑负荷增长，考虑负荷增长，要考虑以下因素：要考虑

24、以下因素： 第五章电网设计及电气设备选择 5.4.3 5.4.3 变压器类型的选择变压器类型的选择 变压器类型选择包括：确定变压器的相数、绕组数、变压器类型选择包括：确定变压器的相数、绕组数、 绕组的接线方式，以及是否需要带负荷调压等绕组的接线方式，以及是否需要带负荷调压等 三相变压器：可简化配电装置，减少占地面积三相变压器：可简化配电装置，减少占地面积 单相变压器：用于特大变电站，变压器容量过大而单相变压器：用于特大变电站，变压器容量过大而 出现制造困难或运输困难出现制造困难或运输困难 1）变压器相数和绕组数选择）变压器相数和绕组数选择 三绕组变压器：当变电站有三级电压时，例如三绕组变压器：

25、当变电站有三级电压时，例如 220/110/10kV220/110/10kV，只要任何一级电压绕组的容量不小于，只要任何一级电压绕组的容量不小于 其它绕组容量的其它绕组容量的15%15%，为减少变压器台数，简化配电装，为减少变压器台数，简化配电装 置，可选三绕组变压器。置，可选三绕组变压器。 第五章电网设计及电气设备选择 Y/Y/接线方式：为消除三次谐波及其对通讯及继电接线方式：为消除三次谐波及其对通讯及继电 保护的不利影响，一般均选用保护的不利影响，一般均选用Y/Y/接线接线 全星形变压器接线：近年来用于全星形变压器接线：近年来用于220kV 220kV 以上大型自以上大型自 藕变压器或三绕

26、组变压器，便于藕变压器或三绕组变压器，便于35kV35kV侧电网并列，侧电网并列， 同时由于零序阻抗较大，有利于限制单相短路电流同时由于零序阻抗较大，有利于限制单相短路电流 一般，对用户电压质量要求较高的终端变电站，以一般，对用户电压质量要求较高的终端变电站，以 及潮流变化较大从而电压波动较大的枢纽变电站采及潮流变化较大从而电压波动较大的枢纽变电站采 用带负荷调压变压器用带负荷调压变压器 2）变压器接线方式选择）变压器接线方式选择 3）变压器是否带负荷调压选择）变压器是否带负荷调压选择 第五章电网设计及电气设备选择 5.5 5.5 电气设备选择的基本原则电气设备选择的基本原则 设备选择依据：额

27、定电压、额定电流、通过最大可能设备选择依据：额定电压、额定电流、通过最大可能 的短路电流时不致遭受损坏。的短路电流时不致遭受损坏。 设备选择原则：设备选择原则：按正常运行条件进行选择，按短路条按正常运行条件进行选择，按短路条 件进行校验件进行校验（电动力及热效应校验电动力及热效应校验） 本节的主要内容：变电站或开关站中的母线、断路器、本节的主要内容：变电站或开关站中的母线、断路器、 隔离开关、负荷开关等一次设备的选择。隔离开关、负荷开关等一次设备的选择。 应进行选择及校验的项目如表应进行选择及校验的项目如表5-85-8所示所示 第五章电网设计及电气设备选择 5.5.1 5.5.1 按正常工作条

28、件选择电气设备按正常工作条件选择电气设备 1.1.电压条件电压条件 1 1）电气设备的最大工作电压比额定电压高。）电气设备的最大工作电压比额定电压高。 对额定电压在对额定电压在220kV以下的电气设备，最大工作电压以下的电气设备，最大工作电压 为额定电压的为额定电压的1.15倍倍 max 1.15 N UU 2 2）电气设备的最大工作电压不得低于所接电网的最高）电气设备的最大工作电压不得低于所接电网的最高 工作电压工作电压 maxMS UU 实际电网最高工作电压一般不超过实际电网最高工作电压一般不超过1.1UNS，故故 在选择电气设备时可按额定电压来选择，即在选择电气设备时可按额定电压来选择，

29、即 NNS UU 第五章电网设计及电气设备选择 2.2.电流条件电流条件 电气设备的额定电流：当周围环境温度不超过标准环境电气设备的额定电流：当周围环境温度不超过标准环境 温度时，设备允许长期通过的最大工作电流。温度时，设备允许长期通过的最大工作电流。 额定电流应额定电流应不小于该回路在各种运行方式下可能通过的不小于该回路在各种运行方式下可能通过的 最大持续工作流，即最大持续工作流，即 maxN II 3.3.机械负载机械负载 所选择的电气设备端子的允许机械负荷应大于电器引所选择的电气设备端子的允许机械负荷应大于电器引 线在正常运行和短路时的最大作用力线在正常运行和短路时的最大作用力 第五章电

30、网设计及电气设备选择 4.4.环境条件环境条件 包括温度、日照、风速、冰雪、湿度、污秽、海拔包括温度、日照、风速、冰雪、湿度、污秽、海拔 高度、地震等高度、地震等 规定：普通电器在环境最高温度为规定：普通电器在环境最高温度为40时，允许按额时，允许按额 定电流长期运行；最低允许环境温度为定电流长期运行；最低允许环境温度为- -30，风速不，风速不 大于大于35m/s，海拔高度不超过，海拔高度不超过1000m。 5.5.环保条件环保条件 主要考虑因素：电磁干扰主要考虑因素：电磁干扰 要求：电器及金具在最高工作电压下，晴天的夜晚不出现要求：电器及金具在最高工作电压下，晴天的夜晚不出现 电晕；电晕；

31、 对于对于110kV及以上电气设备要求晴天户外的无线电及以上电气设备要求晴天户外的无线电 干扰电压不大于干扰电压不大于2500V； 为减少噪音对工作场所和周围居民的影响，要求在为减少噪音对工作场所和周围居民的影响，要求在 距电气设备距电气设备2m处的连续性噪音水平不大于处的连续性噪音水平不大于85dB； 非连续性噪音水平不大于非连续性噪音水平不大于90dB（户内）和（户内）和110dB （户外）。（户外）。 第五章电网设计及电气设备选择 5.5.2 5.5.2 按短路情况校验按短路情况校验 按最严重的短路情况按最严重的短路情况三相短路进行校验三相短路进行校验 1.1.短路的热稳定校验短路的热稳

32、定校验 热稳定：载流导体和电器经受短路电流的热效应而不热稳定：载流导体和电器经受短路电流的热效应而不 致损坏的能力致损坏的能力 短路情况下，短路电流过程很短，导体发出的热量基本短路情况下，短路电流过程很短，导体发出的热量基本 全部用于使导体温度升高，向周围散发的热量可忽略。全部用于使导体温度升高，向周围散发的热量可忽略。 短路电流在短路过程中所产生的热量与短路电流在短路过程中所产生的热量与 成比例成比例 短路电流的热效应：短路电流的热效应： dtIQ f t ftf 0 2 dtI f t ft0 2 第五章电网设计及电气设备选择 热效应可分解为与短路电流交流分量有关的热效应和热效应可分解为与

33、短路电流交流分量有关的热效应和 与直流分量有关的热效应与直流分量有关的热效应 fpnp QQQ 交流分量的热效应：交流分量的热效应： I I”：短路瞬间的短路电流交流分量；：短路瞬间的短路电流交流分量； I Ift ft：短路切除时短路电流交流分量； ：短路切除时短路电流交流分量； I Ift/2 ft/2： ：t tf f/2/2时刻的短路电流交流分量。时刻的短路电流交流分量。 1210 2 2 2 fftftp tIIIQ 第五章电网设计及电气设备选择 直流分量的热效应：直流分量的热效应： 2 np QIT 如果短路电流切除时间大于如果短路电流切除时间大于1s1s，导体的发热主要由，导体的

34、发热主要由 交流分量决定交流分量决定 T T：直流分量等效时间，其值可由表：直流分量等效时间，其值可由表5-9 5-9 查出查出 表表5-9 5-9 直流分量等效时间直流分量等效时间 求出求出Q Qf f后，可根据导体的初始温度求出短路后的温升。后，可根据导体的初始温度求出短路后的温升。 第五章电网设计及电气设备选择 2 / fNf AAQS 短路后温升的计算方法短路后温升的计算方法借助短时的导体加热温度曲线借助短时的导体加热温度曲线 计算步骤：计算步骤： 1) 1) 短路前导体的温度短路前导体的温度N N 对应的加热系数对应的加热系数A AN N ； ； 2 2）计算短路热效应使温度升）计算

35、短路热效应使温度升 高为高为f f时对应的热系数时对应的热系数A Af f 3 3）查出相应的最终温度）查出相应的最终温度f f 第五章电网设计及电气设备选择 当导线的允许最高温度已知时，相应的当导线的允许最高温度已知时，相应的A Af f已知；当导已知；当导 线正常工作温度已知时，相应的线正常工作温度已知时，相应的A AN N已知。在这种情况已知。在这种情况 下可求出最小的导体截面：下可求出最小的导体截面： min f KN Q S AA 定义定义 fN cAA为热稳定系数为热稳定系数 min / fS SQ Kc KsKs考虑肌肤效应的修正系数，截面不大时取考虑肌肤效应的修正系数，截面不大

36、时取1 1 第五章电网设计及电气设备选择 2.2.短路电流的动稳定校验短路电流的动稳定校验 动稳定性：电气设备承受短路情况下电动力作用而不致动稳定性：电气设备承受短路情况下电动力作用而不致 损坏的能力损坏的能力 三相平行导体中间相受力最大：三相平行导体中间相受力最大： 2 7 max 1.7310/ sh i fN m a 式中：式中：i ish sh短路时的冲击电流峰值； 短路时的冲击电流峰值； a a中间相与两边相的距离。中间相与两边相的距离。 第五章电网设计及电气设备选择 校验电器的动稳定条件一般为：校验电器的动稳定条件一般为： essh ii 或或 essh II 电气设备动稳定计算电

37、气设备动稳定计算 一般由制造厂根据大量实验来确定各种电器一般由制造厂根据大量实验来确定各种电器 （断路器、隔离开关、互感器等）的极限通过电流（断路器、隔离开关、互感器等）的极限通过电流 i ies es( (峰值 峰值) )或或I Ies es( (有效值 有效值) ) 发电厂及变电站硬母线短路时受力情况与硬母线的布置有关发电厂及变电站硬母线短路时受力情况与硬母线的布置有关 第五章电网设计及电气设备选择 3.3.短路计算条件短路计算条件 计算时应选取最严重的故障情况计算时应选取最严重的故障情况 进行短路电流计算时应考虑的条件：进行短路电流计算时应考虑的条件： 计算短路电流所用的电路图应为导体和

38、电气设备装设计算短路电流所用的电路图应为导体和电气设备装设 处可能发生最大电流时的正常接线方式处可能发生最大电流时的正常接线方式 计算短路电流时一般按三相短路考虑计算短路电流时一般按三相短路考虑 计算时短路点应按导体和电气设备处最严重情况选择计算时短路点应按导体和电气设备处最严重情况选择 正确估计短路切除时间正确估计短路切除时间 第五章电网设计及电气设备选择 短路计算时间短路计算时间t tf f为继电保护动作时间为继电保护动作时间t t1 1和短路其切除时间和短路其切除时间t t2 2 之和；之和； 式中，式中，t t1 1为主保护动作时间，一般可取为为主保护动作时间，一般可取为0.05s 0

39、.05s 。 当缺乏具体的断路器动作时间时，当缺乏具体的断路器动作时间时，t t2 2可采用下列平均可采用下列平均 值：值： 对于快速及中速动作的断路器对于快速及中速动作的断路器t t2 2(0.1-0.15)s (0.1-0.15)s 对于低速动作的断路器对于低速动作的断路器t t2 20.2s 0.2s 21 ttt f 第五章电网设计及电气设备选择 5.6 5.6 电气设备的选择电气设备的选择 5.6.1 5.6.1 母线的选择母线的选择 母线：封闭式和敞露式母线：封闭式和敞露式 封闭式母线选择方法：根据制造厂提供的参数，按电气封闭式母线选择方法：根据制造厂提供的参数，按电气 设备选择的

40、一般条件进行选择和校验。设备选择的一般条件进行选择和校验。 敞露式敞露式母线选择方法：选择其导线材料、导体类型、敷母线选择方法：选择其导线材料、导体类型、敷 设方式以及导体截面，并应对电晕、热稳定及动稳定等设方式以及导体截面，并应对电晕、热稳定及动稳定等 进行校验。进行校验。 第五章电网设计及电气设备选择 1.1.母线的选型母线的选型 材料：铜和铝材料：铜和铝 铜铜 优点：电阻率低，抗腐蚀能力强，机械强度大优点：电阻率低，抗腐蚀能力强，机械强度大 缺点：价格较贵，重缺点：价格较贵，重 用途：一般用于持续工作电流大，且位置特别狭窄用途：一般用于持续工作电流大，且位置特别狭窄 的发电机、变压器出线

41、处或有严重腐蚀的场合。的发电机、变压器出线处或有严重腐蚀的场合。 铝铝优点：价格低，轻优点：价格低，轻 缺点：电阻率约为铜的缺点：电阻率约为铜的1.7-21.7-2倍倍 用途：电力系统母线主材料。用途：电力系统母线主材料。 第五章电网设计及电气设备选择 2.2.母线截面的选择母线截面的选择 选择方法：按正常运行方式选择母线截面选择方法：按正常运行方式选择母线截面 选择步骤：选择步骤：1）按导体长期发热允许电流选或按经济电流密）按导体长期发热允许电流选或按经济电流密 度选，按电晕条件校核度选，按电晕条件校核 2）按正常工作电流选的必须进行短路）按正常工作电流选的必须进行短路情况下情况下热热 稳定

42、校验稳定校验 min / fS SSQ Kc 动稳定校验目的：检验短路电流所产生的电动力是否能引动稳定校验目的：检验短路电流所产生的电动力是否能引 起固定在支柱绝缘子上的载流母线弯曲变形。起固定在支柱绝缘子上的载流母线弯曲变形。 母线动稳定校验主要计算其在短路时所受的弯曲应力母线动稳定校验主要计算其在短路时所受的弯曲应力 第五章电网设计及电气设备选择 假设母线是一个自由放置在支柱上的多跨距的梁，承假设母线是一个自由放置在支柱上的多跨距的梁，承 受均匀机械力的作用受均匀机械力的作用 在电动力的作用下，母线所受弯曲力矩为在电动力的作用下，母线所受弯曲力矩为 /10MFLNm max FfLNm 各

43、种形状母线受机械力的作用方式不同，但计算方法相似，各种形状母线受机械力的作用方式不同，但计算方法相似， 以下介绍单条矩形母线应力的计算方法以下介绍单条矩形母线应力的计算方法 L L 支柱绝缘子间的跨距，支柱绝缘子间的跨距，m m F F 母线在一个跨距内所受的力，母线在一个跨距内所受的力，N N f fmax max 母线单位长度受力， 母线单位长度受力， 2 7 max 1.7310/ sh i fN m a 第五章电网设计及电气设备选择 当跨距数为当跨距数为2 2时时/8MFLNm 三相母线在同一平面的情况下，母线的最大计算应力为三相母线在同一平面的情况下，母线的最大计算应力为 max M

44、 Pa W 第一种布置方式下第一种布置方式下 2 3 6 b h Wm 第二种布置方式下第二种布置方式下 2 3 6 h b Wm 如果最大计算应力小于母线材料的容许应力，即满足如果最大计算应力小于母线材料的容许应力，即满足 maxp 认为母线的动稳定是符合要求的。认为母线的动稳定是符合要求的。 第五章电网设计及电气设备选择 5.6.2 5.6.2 断路器及隔离开关的选择断路器及隔离开关的选择 根据安装地点，环境及使用条件等选择断路器类型根据安装地点，环境及使用条件等选择断路器类型 1 1）少油断路器：价格低、维护简单，适用于）少油断路器：价格低、维护简单，适用于3-220kV电电 压等级的电

45、网压等级的电网 2 2）压缩空气断路器：）压缩空气断路器：110-330kV电压等级的配电装置中电压等级的配电装置中 3 3）SF6断路器：断路器：110-500kV电压等级的电网电压等级的电网 4 4）真空断路器：）真空断路器：35kV35kV以下电压等级的电网以下电压等级的电网 1 1、断路器选型原则、断路器选型原则 按安装地点分：屋内式和屋外式按安装地点分：屋内式和屋外式 按安装方式分：单柱式、双柱式和三柱式按安装方式分：单柱式、双柱式和三柱式 2 2、隔离开关选型原则、隔离开关选型原则 隔离开关型式对配电装置的布置及占地影响大，应根隔离开关型式对配电装置的布置及占地影响大，应根 据配电

46、装置的特点并经技术经济比较确定。据配电装置的特点并经技术经济比较确定。 第五章电网设计及电气设备选择 3、高压断路器、隔离开关选择与校验、高压断路器、隔离开关选择与校验 表表5-12 高压断路器、隔离开关选择与校验高压断路器、隔离开关选择与校验 NSN UU NSN UU max IIN max IIN ptNbr II shNci ii shes ii shes ii Kt QtI 2 Kt QtI 2 I INbr Nbr断路器额定开断电流，取决于灭弧能力； 断路器额定开断电流，取决于灭弧能力； I Ipt pt断路器触头实际开断瞬间的短路电流交流分量的 断路器触头实际开断瞬间的短路电流交

47、流分量的 有效值。有效值。 第五章电网设计及电气设备选择 1 1）校验短路电流开断能力时应按最严重的短路类型计算）校验短路电流开断能力时应按最严重的短路类型计算 2 2）中、慢速断路器开断时间较长（大于）中、慢速断路器开断时间较长（大于0.1s0.1s），短路电），短路电 流直流分量衰减较多，可不考虑直流分量的影响流直流分量衰减较多，可不考虑直流分量的影响 /22 ( 2) bra tT NbrKpt IIII e 4 4、校验时应注意的问题、校验时应注意的问题 3 3）快速断路器开断时间小于）快速断路器开断时间小于0.1s0.1s，当在电源附近断路时，当在电源附近断路时， 短路电流直流分量可

48、能超过交流分量的短路电流直流分量可能超过交流分量的20%20%，需考虑直流，需考虑直流 分量的影响。校验条件改为：分量的影响。校验条件改为： IK短路全电流； I”次暂态电流； tbr开断时间； Ta直流分量衰减时间常数。 第五章电网设计及电气设备选择 4 4）断路器额定短路关合电流大于等于最大短路电流冲）断路器额定短路关合电流大于等于最大短路电流冲 击值：击值： 因为当存在预击穿（断路器合闸前线路存在短路故障，因为当存在预击穿（断路器合闸前线路存在短路故障， 在断路器合闸过程中触头间未接触就出现巨大的短路在断路器合闸过程中触头间未接触就出现巨大的短路 电流的现象）时会出现以下现象电流的现象）时会出现以下现象 a a、发生触头熔焊或遭受电动力的破坏；、发生触头熔焊或遭受电动力的破坏； b b、断路器在关合短路电流时会出现自动跳闸，要、断路器在关合短路电流时会出现自动跳闸，要 求有切断短路电流的能力。求有切断短路电流的能力。 Ncish ii 5 5）热稳定校验：）热稳定校验： 为制造厂家根据试验各处的断路器为制造厂家根据试验各处的断路器 容许通过的热稳定电流及时间，由断路器参数中查。容许通过的热稳定电流及时间，由断路器参数中查。 tIt 2 第五章电网设计及电气设备选择 例例5-45-4、试选择某变电站、试选择某变电站10kV10kV出线的