电气主接线的设计与设备选择.优秀PPT.ppt
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1、第八章 电气主接线的设计与设备选择 第一节第一节 概述概述其次节其次节 主变压器和主接线的选择主变压器和主接线的选择第三节第三节 载流导体的发热和电动力载流导体的发热和电动力第四节第四节 电气设备的选择电气设备的选择第五节第五节 设备选择举例设备选择举例第一节 概述 原则:原则:以以设设计计任任务务书书为为依依据据,以以经经济济建建设设方方针针、政政策策和和有有关关的的技技术术规规程程、标标准准为为准准则则,精精确确地地驾驾驭驭原原始始资资料料,结结合合工工程程特特点点,确确定定设设计计标标准准,参参考考已已有有设设计计成成果果,接接受受先先进进的的设设计计工工具。具。要求:要求:使使设设计计
2、的的主主接接线线满满足足牢牢靠靠性性、敏敏捷捷性性、经经济济性性,并留有扩建和发展的余地。并留有扩建和发展的余地。步骤:步骤:1.1.对原始资料进行综合分析;对原始资料进行综合分析;2.2.草草拟拟主主接接线线方方案案,对对不不同同方方案案进进行行技技术术经经济济比比较较、筛筛选选和确定;和确定;3.3.厂厂、所所和和旁旁边边用用户户供供电电方方案设计;案设计;4.4.限限制制短短路路电电流流的的措措施施和和短短路电流的计算;路电流的计算;5.5.电气设备的选择;电气设备的选择;6.6.屋内外配电装置的设计;屋内外配电装置的设计;7.7.绘绘制制电电气气主主接接线线图图及及其其它它图(如配电装
3、置视图);图(如配电装置视图);8.8.举举荐荐最最佳佳方方案案,写写出出设设计计技技术术说说明明书书,编编制制一一次次设设备备概概算表。算表。其次节 主变压器和主接线的选择u主变压器主变压器:向电力系统或用户输送功率的变压器:向电力系统或用户输送功率的变压器u联络变压器联络变压器:用于两种电压等级之间交换功率的变压器:用于两种电压等级之间交换功率的变压器u自用电变压器自用电变压器:只供厂、所用电的变压器:只供厂、所用电的变压器一、一、变压器容量、台数、电压的确定原则变压器容量、台数、电压的确定原则二、二、主变压器型式的选择原则主变压器型式的选择原则三、三、主接线设计简述主接线设计简述四、四、
4、技术经济比较技术经济比较一、变压器容量、台数、电压的确定原则一、变压器容量、台数、电压的确定原则 主变压器的容量、台数干脆影响主接线的形式和配电主变压器的容量、台数干脆影响主接线的形式和配电装置的结构。除依据传递容量基本原始资料外还应依据电装置的结构。除依据传递容量基本原始资料外还应依据电力系统力系统5-105-10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级已经接入系统的紧密程度等因素,进行综合分析和压等级已经接入系统的紧密程度等因素,进行综合分析和合理选择。合理选择。1 1单元接线主变压器容量单元接线主变压器容量按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷
5、后,留有按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后,留有10%10%的的裕度;裕度;扩大单元接线应尽可能接受分裂绕组变压器。扩大单元接线应尽可能接受分裂绕组变压器。2 2 连接在发电机电压母线与上升电压之间的主变压器连接在发电机电压母线与上升电压之间的主变压器a.a.发发电电机机全全部部投投入入运运行行时时,在在满满足足由由发发电电机机电电压压供供电电的的日日最最小小负负荷荷,及及扣扣除除厂厂用用电电后后,主主变变压压器器应应能能将将剩剩余余的有功率送入系统。的有功率送入系统。b.b.若若接接于于发发电电机机电电压压母母线线上上的的最最大大一一台台机机组组停停运运时时,应应能能满满足足由由系系统统
6、经经主主变变压压器器倒倒供供应应发发电电机机电电压压母母线线上上最最大负荷的须要。大负荷的须要。c.c.若若发发电电机机电电压压母母线线上上接接有有2 2台台或或以以上上主主变变压压器器,当当其其中中容容量量最最大大的的一一台台因因故故退退出出运运行行时时,其其它它主主变变压压器器在在允许正常过负荷范围内应能输送剩余功率允许正常过负荷范围内应能输送剩余功率70%70%以上。以上。d.d.对对水水电电比比重重较较大大的的系系统统,若若丰丰水水期期须须要要限限制制该该火火电电厂厂出出力力时时,主主变变应应能能从从系系统统倒倒送送功功率率,满满足足发发电电机机电电压压母线上的负荷须要。母线上的负荷须
7、要。3 3变电所主变压器容量变电所主变压器容量按按变变电电所所建建成成后后5-105-10年年的的规规划划负负荷荷选选择择,并并适适当当考考虑虑远期远期10-2010-20年的负荷发展。年的负荷发展。对对重重要要变变电电所所,应应考考虑虑一一台台主主变变停停运运,其其余余变变压压器器在在计计及及过过负负荷荷实实力力及及允允许许时时间间内内,满满足足I I、IIII类类负负荷荷的的供供电;电;对对一一般般性性变变电电所所,一一台台主主变变停停运运,其其余余变变压压器器应应能能满满足全部供电负荷的足全部供电负荷的70%-80%70%-80%。4 4发电厂和变电所主变台数发电厂和变电所主变台数大中型
8、发电厂和枢纽变电所,主变不应少于大中型发电厂和枢纽变电所,主变不应少于2 2台;台;对小型的发电厂和终端变电所可只设一台。对小型的发电厂和终端变电所可只设一台。5.5.确定绕组额定电压和调压的方式确定绕组额定电压和调压的方式二、主变压器型式的选择原则1.相数:一般选用三相变压器。2.绕组数:变电所或单机容量在125MW及以下的发电厂内有三个电压等级时,可考虑接受三相三绕组变压器,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更合理。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
9、大型三绕组变压器的中压侧(110kV及以上时)不希望留分接头,为此以接受双绕组变压器加联络变压器的方案更为合理。凡选用三绕组一般变压器的场合,若两侧绕组为中性点干脆接地系统,可考虑选用自耦变压器,但要防止自耦变的公共绕组或串联绕组的过负荷。3.3.绕组接线组别的确定绕组接线组别的确定变变压压器器三三相相绕绕组组的的接接线线组组别别必必需需和系统电压相位一样。和系统电压相位一样。4.4.短路阻抗的选择短路阻抗的选择从从系系统统稳稳定定和和提提高高供供电电质质量量看看阻阻抗抗小小些些为为好好,但但阻阻抗抗太太小小会会使使短短路路电电流流过过大大,使使设设备备选选择择变变得得困困难。难。三绕组变压器
10、的结构形式:三绕组变压器的结构形式:升升压压型型 与与 降降压压型型5.5.变压器冷却方式变压器冷却方式主主变变压压器器的的冷冷却却方方式式有有:自自然然风风冷冷;强强迫迫风风冷冷;强强迫迫油油循循环风冷;强迫油循环水冷;强迫导向油循环冷却等。环风冷;强迫油循环水冷;强迫导向油循环冷却等。三、主接线设计简述四、技术经济比较第三节 载流导体的发热和电动力一、概述一、概述二、导体的短时发热二、导体的短时发热三、匀整导体的长期发热三、匀整导体的长期发热四、短路时载流导体的电动力四、短路时载流导体的电动力10发热的缘由发热的缘由:电阻损耗、磁滞和涡流损耗、介质损耗电阻损耗、磁滞和涡流损耗、介质损耗分类
11、分类:长期发热,由正常工作电流产生的;长期发热,由正常工作电流产生的;短时发热,故障时由短路电流产生的。短时发热,故障时由短路电流产生的。发热对电气设备的影响:发热对电气设备的影响:(1 1)使绝缘材料的绝缘性能降低)使绝缘材料的绝缘性能降低(2 2)使金属材料的机械强度下降)使金属材料的机械强度下降(3 3)使导体接触部分的接触电阻增加)使导体接触部分的接触电阻增加一、概述 指指导导体体温温度度对对四四周周环环境境温温度度的的上上升升,我我国国所所接接受受计计算算环环境境温温度度如如下下:电电力力变变压压器器和和电电器器(四四周周空空气气温温度度)4040C C;发发电电机机(利利用用空空气
12、气冷冷却却时时进进入入的的空空气气温温度度)35-4035-40C C;装装在在空空气气中中的的导导线线、母母线线和和电电力力电电缆缆2525C C;埋入地下的电力电缆;埋入地下的电力电缆1515C C。指指导导体体温温度度较较短短路路前前的的上上升升,通通常常取取导导体体短短路路前前的的温温度度等等于于它它长长期期工工作时的最高允许温度。作时的最高允许温度。裸裸导导体体的的长长期期允允许许工工作作温温度度一一般般不不超超过过7070C C,当当其其接接触触面面处处具具有有锡锡的的牢牢靠靠覆覆盖盖层层时时(如如超超声声波波糖糖锡锡等等),允允许许提提高高到到8585C C;当当有有银银的的覆覆
13、盖盖层时,允许提高到层时,允许提高到9595C C。载流导体通过电流时,相互之间的作用力,称载流导体通过电流时,相互之间的作用力,称为电动力。为电动力。短路时冲击电流所产生的沟通电动力达到很大短路时冲击电流所产生的沟通电动力达到很大的数值,可能导致设备变形或损坏。为保证电器和的数值,可能导致设备变形或损坏。为保证电器和导体不致破坏,电器和导体因短路冲击电流产生的导体不致破坏,电器和导体因短路冲击电流产生的电动力作用下的应力不应超过材料的允许应力。电动力作用下的应力不应超过材料的允许应力。硬导体材料的最大允许应力硬导体材料的最大允许应力:硬铜硬铜 140MPa 140MPa、硬铝、硬铝70MPa
14、70MPa电动力 二、导体短时发热计算图图8-1 8-1 短路时导体的发热过程短路时导体的发热过程 14短路时导体发热的平衡方程式 其中:其中:代入式(代入式(8-18-1)得:)得:(8-18-1)短路发热计算:式中:式中:(8-58-5)由此得出:由此得出:(8-68-6)短路电流热效应值Qk的计算 Q Qk k常用的计算方法为近似数值积分法。常用的计算方法为近似数值积分法。短路全电流中包含周期重量短路全电流中包含周期重量IpIp和非周期重量和非周期重量InpInp,其热效应,其热效应QkQk也由两部分构成:也由两部分构成:QkQk的计算的计算周期重量周期重量QpQp计算计算随意函数随意函
15、数y=f(x)y=f(x)的定积分接受辛普生公式计算的定积分接受辛普生公式计算:取取n n4 4 进一步简化计算,近似认为进一步简化计算,近似认为y2=1/2(y1+y3),y2=1/2(y1+y3),18QkQk的计算的计算非周期重量非周期重量QnpQnp计算计算当当tk0.1stk0.1s时:时:式中式中TaTa为非周期重量时间常数值为非周期重量时间常数值 表表8-2 8-2 非周期重量时间常数非周期重量时间常数TaTa 导体短路时的电动力计算两根瘦长平行导体间的电动力计算两根瘦长平行导体间的电动力计算(8-188-18)三相导体水平放置受力最大的为中间相导体短路的电动力三相导体水平放置受
16、力最大的为中间相导体短路的电动力三相导体短路时的电动力三相导体短路时的电动力 同同一一地地点点短短路路的的最最大大电电动动力力,是是作作用用于于三三相相短短路路时时的中间一相导体上,数值为:的中间一相导体上,数值为:(8-228-22)还应考虑母线共振影响对电动力的影响,引入修正系数还应考虑母线共振影响对电动力的影响,引入修正系数。电动力最大值的计算考虑共振电动力最大值的计算考虑共振电动力最大值的计算 电动力的振动频率为电动力的振动频率为50Hz50Hz和和100Hz100Hz。导体的固有振动。导体的固有振动频率低于频率低于30Hz30Hz或高于或高于160Hz160Hz时,时,约等于约等于1
17、 1,既不考虑共,既不考虑共振影响。振影响。三、匀整导体的长期发热1匀整导体的发热过程导体温度稳定前:I2RdtmCdaF(0)dt温度达到稳定后:I2RaF(0)式中,m:质量(kg);C:比热容(J/kgC);a:总换热系数(w/m2C);F:散热面积(m2);0:四周环境温度(C)。2导体的最大允许载流量:第四节 电气设备的选择一、一、电器设备选择的一般条件电器设备选择的一般条件*二、二、高压断路器和隔离开关的选择高压断路器和隔离开关的选择*三、三、高压熔断器的选择高压熔断器的选择四、四、限流电抗器的选择限流电抗器的选择*五、五、母线和电缆的选择母线和电缆的选择六、六、电流互感器选择电流
18、互感器选择七、七、电压互感器的选择电压互感器的选择一、电器设备选择的一般条件一、电器设备选择的一般条件1 1按正常工作条件选择电器按正常工作条件选择电器额定电压额定电压:U UN N U UNSNS额定电流额定电流:I IN N I Imaxmax环环境境条条件件对对电电器器和和导导体体额额定定值值的的修修正正:2 2按短路状况检验按短路状况检验热稳定校验:热稳定校验:QkIt2t QkIt2t 动稳定校验:动稳定校验:ish iesish ies短路电流的计算条件:短路电流的计算条件:a.a.计算容量和短路类型计算容量和短路类型按按发发电电厂厂、变变电电所所最最终终设设计计容容量量计算。计算
19、。短短路路类类型型一一般般接接受受三三相相短短路路电电流流,当当其其它它形形式式短短路路电电流流大大于于三三相相时时。应选取最严峻的短路状况校验。应选取最严峻的短路状况校验。b.b.短路计算点短路计算点 通通过过导导体体和和电电器器短短路路电电流最大的点流最大的点。c.c.短路计算时间短路计算时间热热稳稳定定计计算算时时间间t tk k(短短路路持持续时间):续时间):开断计算时间开断计算时间t tbr br:对对一一些些开开断断电电流流的的电电器器,如如熔熔断断器器、断断路路器器和和负负荷荷开开关关等等,则则还还有有断流实力的要求,即最大开断电流应不小于它可能开断的最大电流。断流实力的要求,
20、即最大开断电流应不小于它可能开断的最大电流。1 1)对对断断路路器器,其其最最大大开开断断电电流流应应不不小小于于它它可可能能开开断断的的线线路路最最大大短短路电流。即路电流。即 2 2)对对负负荷荷开开关关,其其最最大大开开断断电电流流应应不不小小于于它它可可能能开开断断的的线线路路最最大大负荷电流。即负荷电流。即 3 3)对对熔熔断断器器,其其最最大大开开断断电电流流应应不不小小于于它它可可能能开开断断的的线线路路最最大大短短路电流。即路电流。即(对非限流型熔断器)(对非限流型熔断器)(对限流型熔断器)(对限流型熔断器)按按短短路路故故障障条条件件校校验验,就就是是要要按按最最大大可可能能
21、的的短短路路故故障障时时的的力力稳稳定定性性和和热稳定性进行校验。热稳定性进行校验。2.2.按短路故障条件校验按短路故障条件校验 对于一般电器,满足力稳定的条件是:对于一般电器,满足力稳定的条件是:电器的额定峰值耐受电流电器的额定峰值耐受电流 对于一般电器,满足热稳定的条件是:对于一般电器,满足热稳定的条件是:电器的额定短时耐受电流有效值电器的额定短时耐受电流有效值 对于载流导体,满足热稳定的条件是:对于载流导体,满足热稳定的条件是:导体的热稳定系数导体的热稳定系数 3主接线设计中主要电气设备的选择项目二、高压断路器和隔离开关的选择1高压断路器的选择 除表8-3相关选项外,特殊项目的选择方式如
22、下:开断电流:高压断路器的额定开断电流INbr,不应小于实际触头开断瞬间的短路电流的有效值Ikt,即:INbr IKt短路关合电流:在额定电压下,能牢靠关合开断的最大短路电流称为额定关合电流。校验公式:iNCi ish合分闸时间选择:对于110kV以上的电网,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,其合闸时间不宜大于0.040.06S。2隔离开关的选择 隔离开关无开断短路电流的要求,故不必校验开断电流。其它选择项目与断路器相同。三、高压熔断器的选择 高压熔断器分类:快速熔断器:有限流作用一般熔断器:不具限流作用 额定电压选择一般熔断器:UN UNS快速熔断器:UN=UN
23、S 额定电流选择 INf1(熔管)INf2(熔体)Imax爱护变压器或电动机:INf2=K ImaxK 取1.1-1.3(不考虑电动机自启动)或 取1.5-2.0(考虑电动机自启动)爱护电容器回路:爱护电容器回路:INf2=KINCINf2=KINCK K 取取1.5-2.01.5-2.0(单台)(单台)或或 取取1.3-1.81.3-1.8(一组)(一组)熔断器的开断电流校验熔断器的开断电流校验Inbr Inbr IshIsh(或或I I )一般熔断器:一般熔断器:IshIsh快速熔断器:快速熔断器:I I 熔断器的选择性熔断器的选择性 按按制制造造厂厂供供应应的的安安秒秒特特性性曲曲线线(
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