电气设计与设备选择课件

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、发热效应长期发热：正常工作条件下引起的发热。短期发热：短路电流引起的发热。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种类和材料长期工作发热短路时发热允许温度（℃）允许温升（℃）允许温度（℃）允许温升（℃）铜（裸）母线7045300230铝（裸）母线7045200130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35～155Hz9.2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Ⅰ、Ⅱ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不计电动机自启动：K=1.1～1.3计及电动机自启动：K=1.5～29.4电气设备选则保护电容器的熔断器熔器额定电流保护单台电容器：K=1.5～2.0保护一组电容器：K=1.3～1.8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心材铜心铝心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；110kV及以上电网：一台单相电压互感器或三台单相三绕组电压互感器构成