第八章電氣主接線的設(shè)計與設(shè)備選擇 (2)ppt課件

1、第八章 電氣主接線的設(shè)計與設(shè)備選擇.學(xué)習(xí)目的了解電氣主接線設(shè)計的根本過程和步驟了解電流的熱效應(yīng)和電動力效應(yīng)掌握電氣設(shè)備選擇的方法掌握短路計算點的選擇掌握斷路器、隔分開關(guān)、熔斷器、電抗器等電氣設(shè)備選擇的方法.8-1 概述 為表征一次系統(tǒng)，把一切一次設(shè)備按電能流程銜接而成的總電路稱為電氣主接線或一次接線。 電氣主接線闡明電氣一次設(shè)備的銜接關(guān)系。它是發(fā)電廠、變電站電氣部分設(shè)計、運轉(zhuǎn)、檢修、操作和事故處置平臺；其設(shè)計對電氣設(shè)備選擇、配電安裝布置、繼電維護及自動控制方式的擬定，以及防雷接地等產(chǎn)生決議性影響。.8-1 概述 1、原那么： 以設(shè)計義務(wù)書為根據(jù)，以經(jīng)濟建立方針、政策和有關(guān)的技術(shù)規(guī)程、規(guī)范為準那

2、么，準確地掌握原始資料，結(jié)合工程特點，確定設(shè)計規(guī)范，參考已有設(shè)計成果，采用先進的設(shè)計工具。 2、要求： 使設(shè)計的主接線滿足可靠性、靈敏性、經(jīng)濟性，并留有擴建和開展的余地。 發(fā)電廠、變電所的電氣主接線設(shè)計應(yīng)根據(jù)其在電力系統(tǒng)中的位置與作用、建立規(guī)模、電壓等級、線路回數(shù)、負荷等詳細情況來確定。.8-1 概述 3、步驟：1. 對原始資料進展綜合分析；2. 草擬主接線方案，對不同方案進展技術(shù)經(jīng)濟比較、挑選和確定；3. 廠、所和附近用戶供電方案設(shè)計；4. 限制短路電流的措施和短路電流的計算；5. 電氣設(shè)備的選擇；6. 屋內(nèi)外配電安裝的設(shè)計；7. 繪制電氣主接線圖及其它圖如配電安裝視圖；8. 引薦最正確方案

3、，寫出設(shè)計技術(shù)闡明書，編制一次設(shè)備概算表。 .8-2 主變壓器和主接線的選擇主變壓器：向電力系統(tǒng)或用戶保送功率的變壓器。聯(lián)絡(luò)變壓器：用于兩種電壓等級之間交換功率的變壓器。自用電變壓器：只供廠、所用電的變壓器。一、變壓器容量、臺數(shù)、電壓確實定原那么根據(jù)保送容量等原始數(shù)據(jù)。思索電力系統(tǒng)510年的開展規(guī)劃。1單元接線主變壓器容量A.按發(fā)電機額定容量扣除本機組的廠用負荷后， 留有10%的裕度；B.擴展單元接線應(yīng)盡能夠采用分裂繞組變壓器。.8-2 主變壓器和主接線的選擇2銜接電壓母線與升高電壓之間的主變壓器a. 發(fā)電機全部投入運轉(zhuǎn)時，扣除廠用電后，主變壓器應(yīng)能將剩余的有功率送入系統(tǒng)。b. 假設(shè)接于發(fā)電機

4、電壓母線上的最大一臺機組停運時，應(yīng)能滿足由系統(tǒng)經(jīng)主變壓器倒供應(yīng)發(fā)電機電壓母線上最大負荷的需求。c. 假設(shè)發(fā)電機電壓母線上接有2臺或以上主變壓器，當其中容 量最大的一臺因故退出運轉(zhuǎn)時，其它主變壓器在允許正常過負荷范圍內(nèi)應(yīng)能保送剩余功率70%以上。d. 對水電比重較大的系統(tǒng)，假設(shè)豐水期需求限制該火電廠出力時，主變應(yīng)能從系統(tǒng)倒送功率，滿足發(fā)電機電壓母線上的負荷需求。.8-2 主變壓器和主接線的選擇3變電所主變壓器容量a. 按變電所建成后510年的規(guī)劃負荷選擇，并適當思索遠期1020年的負荷開展。b. 對重要變電所，應(yīng)思索一臺主變停運，其他變壓器在計及過負荷才干及允許時間內(nèi)，滿足I、II類負荷的供電；

5、c. 對普通性變電所，一臺主變停運，其他變壓器應(yīng)能滿足全部供電負荷的70%80%。4發(fā)電廠和變電所主變臺數(shù)a. 大中型發(fā)電廠和樞紐變電所，主變不應(yīng)少于2臺；對小型的發(fā)電廠和終端變電所可只設(shè)一臺。5. 確定繞組額定電壓和調(diào)壓的方式.8-2 主變壓器和主接線的選擇二、主變壓器型式的選擇原那么1. 相數(shù)：普通選用三相變壓器。2. 繞組數(shù)：A.容量在125MW以下的發(fā)電廠，內(nèi)有三個電壓等級時，思索采用三相三繞組變壓器每側(cè)繞組的經(jīng)過容量應(yīng)到達額定容量的15%及以上，否那么選二臺雙繞組更合理。B.容量200MW及以上的發(fā)電廠，采用雙繞組變壓器加聯(lián)絡(luò)變壓器的方案更為合理(因額定電流和短路電流均大，發(fā)電機出口

6、斷路器制造困難，且大型三繞組變壓器的中壓側(cè)110kV及以上時不希望留分接頭。C.在選用三繞組普通變壓器的場所，且兩側(cè)繞組為中性點直接接地系統(tǒng)，思索選用自耦變壓器但要防止自耦變的公共繞組或串聯(lián)繞組的過負荷。.8-2 主變壓器和主接線的選擇3. 繞組接線組別確實定變壓器三相繞組的接線組別必需和系統(tǒng)電壓相位一致。4. 短路阻抗的選擇從系統(tǒng)穩(wěn)定和提高供電質(zhì)量看阻抗小些為好但阻抗太小會使短路電流過大，設(shè)備選擇變得困難。三繞組變壓器的構(gòu)造方式分為：升壓型與降壓型中間繞組阻抗最小5. 變壓器冷卻方式主變壓器的冷卻方式有：自然風(fēng)冷；強迫風(fēng)冷；強迫油循環(huán)風(fēng)冷；強迫油循環(huán)水冷；強迫導(dǎo)向油循環(huán)冷卻等。.8-2 主變

7、壓器和主接線的選擇 三、主接線設(shè)計簡述220kV，進出線回路多，保送功率大有母線；回路少且不再擴建時不用母線。1110220kV，斷路器檢修時間長，應(yīng)設(shè)置旁路母線2廠站附近有用戶，常設(shè)610.5kV電壓母線335kV，重要用戶采用雙回路4單母線分段，可設(shè)置不帶公用斷路器的旁路母線接線330500kV，進出線6回路以上，采用一臺半斷路器接線、雙母線三分段或四分段；少出線可采用35角形接線四、技術(shù)經(jīng)濟比較技術(shù)比較內(nèi)容：比較可靠性、靈敏性、先進性及對繼電維護和配電安裝的設(shè)計影響；經(jīng)濟比較內(nèi)容：綜合投資、年運轉(zhuǎn)費。 . 電氣主接線設(shè)計應(yīng)滿足平安、可靠、靈敏、經(jīng)濟等方面的要求。1.平安性 包括設(shè)備平安和

8、人身平安。2.可靠性 供電可靠是對電氣主接線最根本的要求。 可靠性可以用主接線無缺點任務(wù)時間占全部時間的比例來表示。 1研討主接線的可靠性應(yīng)留意的問題 主接線的可靠性在很大程度上取決于設(shè)備的可靠程度，采用可靠性高的電氣設(shè)備可以簡化接線。.2對電氣主接線可靠性的詳細要求 在定性分析主接線的可靠性時，主要思索以下幾個方面： 斷路器檢修時，不宜影響對系統(tǒng)的供電。 母線缺點，以及母線或母線隔分開關(guān)檢修時，盡量減少停運出線的回路數(shù)和停運時間，并保證對I、類負荷的供電。.3. 靈敏性 電氣主接線應(yīng)滿足在調(diào)度、檢修及擴建時操作方便，運轉(zhuǎn)靈敏的要求。4. 經(jīng)濟性 電氣主接線的經(jīng)濟性主要表如今以下方面：1節(jié)省投

9、資。2年運轉(zhuǎn)費小。3占地面積小。4在能夠的情況下，應(yīng)采取一次設(shè)計，分期投資、投產(chǎn)，盡快發(fā)揚經(jīng)濟效益。.8-3 載流導(dǎo)體的發(fā)熱和電動力一、電氣設(shè)備的發(fā)熱二、電氣設(shè)備的電動力.一、電氣設(shè)備的發(fā)熱電氣設(shè)備在運轉(zhuǎn)中，電流經(jīng)過導(dǎo)體時產(chǎn)生電能損耗，然后轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽徊糠稚⑹У街車橘|(zhì)中，一部分加熱導(dǎo)體和電器使其溫度升高。溫度超越一定范圍后，將會加速導(dǎo)體和電器的絕緣資料的老化，降低絕緣強度，縮短運用壽命，將會惡化導(dǎo)電接觸部分的銜接形狀，以致破壞電器的正常任務(wù)。 .一、電氣設(shè)備的發(fā)熱長期發(fā)熱：由正常任務(wù)電流引起的發(fā)熱。短路時發(fā)熱：由短路電流引起的發(fā)熱，是影響電氣設(shè)備正常運用壽命和任務(wù)形狀的主要要素。假設(shè)導(dǎo)體在

10、短路時的最高溫度不超越設(shè)計規(guī)程規(guī)定的允許溫度(見P220表8-1，那么以為導(dǎo)體是滿足熱穩(wěn)定要求的。短路時發(fā)熱計算的目的：是確定導(dǎo)體在短路切除以前能夠出現(xiàn)的最高溫度，能否小于短路發(fā)熱允許的最高溫度，以驗證其熱穩(wěn)定性。長期發(fā)熱計算，見課本P220。.1短路時導(dǎo)體發(fā)熱計算的特點1短路時間很短，溫度上升速度很快，可以為短路電流產(chǎn)生的熱量不向周圍介質(zhì)分發(fā)，全部用來使導(dǎo)體的溫度升高。2短路電路大，導(dǎo)體的溫度上升快，短路時導(dǎo)體的電阻和比熱是隨溫度而變化的。3短路電流的變化規(guī)律復(fù)雜，通常用等效發(fā)熱的方法進展分析計算直接計算短路電流在導(dǎo)體中產(chǎn)生的熱量很困難。 .2短路時導(dǎo)體的發(fā)熱計算 圖8-1表示短路前后導(dǎo)體的

11、溫度變化情況。 導(dǎo)體在短路前正常負荷時的溫度為L，設(shè)在t1 時辰發(fā)生短路，導(dǎo)體溫度按指數(shù)規(guī)律迅速升高，在t2時辰維護安裝動作將缺點切除，這時導(dǎo)體的溫度為k。短路切除后，導(dǎo)體內(nèi)無電流，不再產(chǎn)生熱量，只向周圍介質(zhì)散熱，最后冷卻到周圍介質(zhì)溫度o。圖8-1 短路前后導(dǎo)體的 溫度變化情況.要確定短路后導(dǎo)體的最高溫度k，就必需先求出實踐的短路電流ik或Ikt在短路時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量，即8-1 式中：Ikt為短路全電流的有效值A(chǔ)；R為導(dǎo)體的電阻；tk為短路電流的作用時間s。.短路電流的變化規(guī)律比較復(fù)雜，按式8-1計算Qk相當困難。因此，普通用穩(wěn)態(tài)短路電流I來替代實踐短路電流Ikt，并設(shè)定一個假想時間tima，

12、以為短路電流Ikt在短路時間tk內(nèi)產(chǎn)生的熱量Qk，恰好等于穩(wěn)態(tài)短路電流在假想時間tima內(nèi)產(chǎn)生的熱量-等值時間法，即8-2 式中：tima為假想時間s。圖8-2 短路發(fā)熱的假想時間.1假想時間的計算 假想時間與短路電流的變化特性有關(guān)。短路電流分為周期分量Ipt和非周期分量inpt，短路電流的有效值可表示為8-3 代入式(8-2)，那么有8-4設(shè)假想時間也分為相應(yīng)的周期分量假想時間tima.p和非周期分量假想時間tima.np，即8-5 那么有8-6.周期分量假想時間可表示為8-7令短路次暫態(tài)電流I與I的比為，即= I/I，可根據(jù)短路電流周期分量的變化曲線作出與tima.p的關(guān)系曲線，那么周期分

13、量假想時間可按短路電流的實踐作用時間t=tk查曲線求出。tk等于間隔短路點最近的維護安裝的實踐動作時間tpr和斷路器的跳閘時間tab之和：tk =tpr + tab 對于快速和中速斷路器，可取tab=0.10.15s；低速斷路器，可取tab=0.2s.當短路點間隔電源較遠時無限容量系統(tǒng)，可以為I=Ip=I，因此周期分量假想時間就等于短路的延續(xù)時間，即tima.p=tk。.短路電流非周期分量假想時間tima.np只需在短路時間較短 tk Umax當導(dǎo)體短路前的溫度取正常運轉(zhuǎn)時的最高允許溫度70C，鋁和銅導(dǎo)體短時發(fā)熱最高允許溫度分別為200C和300C時，熱穩(wěn)定系數(shù)C值量綱：安秒1/2/米2分別為

14、 C鋁=87 和 C銅=171。4. 熱穩(wěn)定校驗：8-4 電氣設(shè)備的選擇.母線看作是一個自在地放在絕緣支柱上多跨距的梁，在電動力的作用下，母線條遭到的最大彎矩M為 M = fL2/10 N.m5. 硬母線的動穩(wěn)定校驗單位長度導(dǎo)體上所遭到的相間電動力校驗： al Pa 硬鋁al=70106(Pa) 硬銅al=140106(Pa)8-4 電氣設(shè)備的選擇母線條遭到的最大相間計算應(yīng)力w為抗彎截面系數(shù)式中L為相鄰絕緣子間的跨距m.在設(shè)計中也常根據(jù)資料的最大允許應(yīng)力，確定支柱絕緣子間的最大允許跨距不應(yīng)超越1.52m8-4 電氣設(shè)備的選擇. 二電力電纜的選擇1. 電纜芯線資料及敷設(shè)方式選擇：電纜芯線：銅芯和

15、鋁芯。銅芯電纜載流量約為鋁芯同截面電纜載流量的1.3倍。國內(nèi)工程普通選用鋁芯電纜。敷設(shè)方式：電纜橋架，電纜溝，電纜隧道和穿管等。4. 熱穩(wěn)定校驗：對6kV油浸紙絕緣鋁芯電纜，熱穩(wěn)定系數(shù)C=93；10kV時C取95。8-4 電氣設(shè)備的選擇3. 按允許電壓降校驗： 2. 截面選擇：當電纜的最大負荷利用小時數(shù)Tmax5000小時，長度超越20m以上，均應(yīng)按經(jīng)濟電流密度選擇。按長期發(fā)熱允許電流選擇電纜截面時，修正系數(shù)K與敷設(shè)方式，環(huán)境溫度等有關(guān)。.六、電流互感器選擇1. 電流互感器的方式選擇35kV以下屋內(nèi)配電安裝，可采用瓷絕緣或樹脂繞注式；35kV及以上配電安裝可采用油浸瓷箱式，有條件時可采用套管式

16、。2. 額定電壓和額定電流動選擇一次額定電壓和電流二次額定電流：5A或1A3. 電流互感器的準確級不應(yīng)低于所供丈量儀表的最高準確級；用于重要回路和計費電度表的電流互感器普通采用0.2或0.5級；500kV采用0.2級。8-4 電氣設(shè)備的選擇.保證互感器的準確級S2I2N2Z2LSN2 或 Z2LZN2Z2L= r2 + rw + rc接觸電阻rc取0.050.1；電流線圈電阻r2由所銜接的儀表和繼電器的電流線圈耗費的功率計算；銜接用導(dǎo)線的電阻rw為：8-4 電氣設(shè)備的選擇.導(dǎo)線計算長度LC與電流互感器的接線系數(shù)有關(guān)，假設(shè)丈量儀表與互感器安裝處相距L，那么當電流互感器星形接線時LC=L，不完全星

17、形LC=31/2L ，單相接線時LC=2L。為滿足機械強度要求銅線S不得小于1.5mm2。8-4 電氣設(shè)備的選擇.第八章 電氣主接線的設(shè)計8-4 電氣設(shè)備的選擇4. 熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗只對本身帶有一次回路導(dǎo)體的電流互感器進展熱穩(wěn)定校驗。瓷絕緣的電流互感器還應(yīng)校驗瓷絕緣帽上受力的外部動穩(wěn)定，方法可參見支柱絕緣子的校驗。常以1S允許經(jīng)過的熱穩(wěn)定電流It或一次額定電流IN1的倍數(shù)Kt來表示，即It21 Qk 或 (KtTN1)2Qk互感器內(nèi)部動穩(wěn)定，常以允許經(jīng)過的動穩(wěn)定電流ies或一次額定電流幅值的動穩(wěn)定倍數(shù)Kes表示.第八章 電氣主接線的設(shè)計8-4 電氣設(shè)備的選擇七、電壓互感器的選擇1按額定電壓選

18、擇一次繞組有接于相間和接于相對地兩種方式，繞組的額定電壓UN1應(yīng)與接入電網(wǎng)的方式和電壓相符，為確?；ジ衅鞯臏蚀_級，要求電網(wǎng)電壓的動搖范圍滿足以下條件0.8UN1US2309 A .第八章 電氣主接線的設(shè)計8-5 設(shè)備選擇舉例2校驗熱穩(wěn)定由式8-33，計算短路繼續(xù)時間： tk=tp1+tin+ta=0.06+0.15+0.05=0.26S 近似取I代入式8-12得 =I2tk=59.720.26=926.7kA2S代入式8-13得 Qnp=T I2=0.259.72=712.8kA2S Qk=Qp+Qnp=1639.5kA2S由式8-51得.第八章 電氣主接線的設(shè)計8-5 設(shè)備選擇舉例3校驗動穩(wěn)

19、定 計算導(dǎo)體固有振動頻率，根據(jù)式8-25和表8-4可知故=1，求母線的相間應(yīng)力，根據(jù)式8-53 因每相由多條導(dǎo)體組成，校驗應(yīng)取公式 其中最大計算應(yīng)力等于相間作用應(yīng)力和同相不同條間作用應(yīng)力t之和，應(yīng)小于最大允許應(yīng)力。.第八章 電氣主接線的設(shè)計8-5 設(shè)備選擇舉例例8-3 選擇圖8-13中，發(fā)電機A出口斷路器QF1，知發(fā)電機A主維護動作時間tp1=0.04s，后備維護時間tp2=3.8s, k1點短路計算結(jié)果見表8-7。解 1發(fā)電機最大繼續(xù)任務(wù)電流斷路器QF1的短路計算點應(yīng)為圖8-13中的k2點，由k1點短路電流扣除發(fā)電機A所提供的部分，得到流過QF1的短路電流 I0S=45.2kA，I2S=32

20、.57kA，I4S=32.56kA沖擊電流查附表IV-3發(fā)電機斷路器須采用SN4-10G/5000型，tin=0.15s。2計算熱穩(wěn)定因tk1S，可以不計非周期分量的熱效應(yīng)。計算結(jié)果見表8-8。.第八章 電氣主接線的設(shè)計8-5 設(shè)備選擇舉例例 8-4 選擇圖8-13中10kV饋線L1的限流電抗器，知WL1采用SN10-10I型輕型斷路器，INbr=16kA，線路最大任務(wù)電流Imax=380A，線路繼電維護時間tp2=1.8S，斷路器全分閘時間tab=0.2S。解 1計算電抗器內(nèi)側(cè)的等值電抗，計算用圖如右2計算電抗百分數(shù)，見式8-45熱穩(wěn)定計算時間 tk=tp2+tab=1.8+0.2=2S選用

21、水泥柱式，鋁電纜的電抗器NKL-10-400-3，計算闡明，動穩(wěn)定不滿足要求。.第八章 電氣主接線的設(shè)計8-5 設(shè)備選擇舉例改選NKL-10-400-4，該電抗器UN=10kV，IN=400A，XL=4%，動穩(wěn)定電流ies=25.5kA，1秒熱穩(wěn)定電流It=22.2kA，計算得k3點的短路電流的有名值，I0S=9.08kA，I1S=8.93kA，I2S=9.54kA。3正常運轉(zhuǎn)時電壓損失的校驗，見式8-464母線殘壓校驗，見式8-475校驗電抗器的動、熱穩(wěn)定因tk1S，不計非周期Qnp的值所選電抗器滿足動熱穩(wěn)定。.第八章 電氣主接線的設(shè)計8-5 設(shè)備選擇舉例例 8-5 選擇圖8-13中，饋線L1的電流互感器，互感器安裝處與丈量儀表之間相距50米，Imax=380A。解 互感器二次接線如右圖所示，儀表的負荷見表8-9。根據(jù)饋線電壓，最大任務(wù)電流及安裝地點，選用LFZJ1-10型電流互感器，其系環(huán)氧樹脂繞注式絕緣，有二個二次線圈，其變比400/5A。由于儀表中有計費用電度表，選用0.5級，二次額定負荷為0.8，1S熱穩(wěn)定倍數(shù)kt=75，動穩(wěn)定倍數(shù)kes=130。1計算銜接用導(dǎo)線的截面 二次負荷最大A相：S2=1.45 VA r2S2/IN221.45/520