電力系統(tǒng)工程基礎(chǔ)華中科技大學(xué)熊信銀課件8電氣主接線的設(shè)計和設(shè)備選擇

第八章電氣主接線的設(shè)計與設(shè)備選擇

第一節(jié)概述第二節(jié)主變壓器和主接線的選擇第三節(jié)載流導(dǎo)體的發(fā)熱和電動力第四節(jié)電氣設(shè)備的選擇第五節(jié)設(shè)備選擇舉例第八章電氣主接線的設(shè)計與設(shè)備選擇第一節(jié)概述第二節(jié)1第一節(jié)概述

原則：以設(shè)計任務(wù)書為依據(jù)，以經(jīng)濟(jì)建設(shè)方針、政策和有關(guān)的技術(shù)規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)則，準(zhǔn)確地掌握原始資料，結(jié)合工程特點，確定設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，參考已有設(shè)計成果，采用先進(jìn)的設(shè)計工具。要求：使設(shè)計的主接線滿足可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性，并留有擴(kuò)建和發(fā)展的余地。

第一節(jié)概述原則：2步驟：對原始資料進(jìn)行綜合分析；草擬主接線方案，對不同方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較、篩選和確定；廠、所和附近用戶供電方案設(shè)計；限制短路電流的措施和短路電流的計算；電氣設(shè)備的選擇；屋內(nèi)外配電裝置的設(shè)計；繪制電氣主接線圖及其它圖(如配電裝置視圖)；推薦最佳方案，寫出設(shè)計技術(shù)說明書，編制一次設(shè)備概算表。

步驟：3第二節(jié)主變壓器和主接線的選擇主變壓器：向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器。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)、電壓的確定原則二、主變壓器型式的選擇原則三、主接線設(shè)計簡述四、技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較第二節(jié)主變壓器和主接線的選擇主變壓器：向電力系統(tǒng)或用戶4一、變壓器容量、臺數(shù)、電壓的確定原則依據(jù)輸送容量等原始數(shù)據(jù)?？紤]電力系統(tǒng)5~10年的發(fā)展規(guī)劃。1．單元接線主變壓器容量按發(fā)電機(jī)額定容量扣除本機(jī)組的廠用負(fù)荷后，留有10%的裕度；擴(kuò)大單元接線應(yīng)盡可能采用分裂繞組變壓器。一、變壓器容量、臺數(shù)、電壓的確定原則52．連接在發(fā)電機(jī)電壓母線與升高電壓之間的主變壓器發(fā)電機(jī)全部投入運行時，在滿足由發(fā)電機(jī)電壓供電的日最小負(fù)荷，及扣除廠用電后，主變壓器應(yīng)能將剩余的有功率送入系統(tǒng)。若接于發(fā)電機(jī)電壓母線上的最大一臺機(jī)組停運時，應(yīng)能滿足由系統(tǒng)經(jīng)主變壓器倒供給發(fā)電機(jī)電壓母線上最大負(fù)荷的需要。若發(fā)電機(jī)電壓母線上接有2臺或以上主變壓器，當(dāng)其中容量最大的一臺因故退出運行時，其它主變壓器在允許正常過負(fù)荷范圍內(nèi)應(yīng)能輸送剩余功率70%以上。對水電比重較大的系統(tǒng)，若豐水期需要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(jī)電壓母線上的負(fù)荷需要。2．連接在發(fā)電機(jī)電壓母線與升高電壓之間的主變壓器63．變電所主變壓器容量按變電所建成后5~10年的規(guī)劃負(fù)荷選擇，并適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期10~20年的負(fù)荷發(fā)展。對重要變電所，應(yīng)考慮一臺主變停運，其余變壓器在計及過負(fù)荷能力及允許時間內(nèi)，滿足I、II類負(fù)荷的供電；對一般性變電所，一臺主變停運，其余變壓器應(yīng)能滿足全部供電負(fù)荷的70%~80%。4．發(fā)電廠和變電所主變臺數(shù)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3．變電所主變壓器容量7二、主變壓器型式的選擇原則1.相數(shù)：一般選用三相變壓器。2.繞組數(shù)：變電所或單機(jī)容量在125MW及以下的發(fā)電廠內(nèi)有三個電壓等級時，可考慮采用三相三繞組變壓器，但每側(cè)繞組的通過容量應(yīng)達(dá)到額定容量的15%及以上，或第三繞組需接入無功補(bǔ)償設(shè)備。否則一側(cè)繞組未充分利用，不如選二臺雙繞組變更合理。二、主變壓器型式的選擇原則8單機(jī)容量200MW及以上的發(fā)電廠，額定電流和短路電流均大，發(fā)電機(jī)出口斷路器制造困難，加上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，為此以采用雙繞組變壓器加聯(lián)絡(luò)變壓器的方案更為合理。凡選用三繞組普通變壓器的場合，若兩側(cè)繞組為中性點直接接地系統(tǒng)，可考慮選用自耦變壓器，但要防止自耦變的公共繞組或串聯(lián)繞組的過負(fù)荷。3.繞組接線組別的確定變壓器三相繞組的接線組別必須和系統(tǒng)電壓相位一致。單機(jī)容量200MW及以上的發(fā)電廠，額定電流和短路電流均大，發(fā)95.變壓器冷卻方式主變壓器的冷卻方式有：自然風(fēng)冷；強(qiáng)迫風(fēng)冷；強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷；強(qiáng)迫油循環(huán)水冷；強(qiáng)迫導(dǎo)向油循環(huán)冷卻等。三、主接線設(shè)計簡述四、技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較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，使設(shè)備選擇變得困難。三繞組變壓器的結(jié)構(gòu)形式：

升壓型與降壓型5.變壓器冷卻方式4.短路阻抗的選擇10第三節(jié)載流導(dǎo)體的發(fā)熱和電動力一、概述二、均勻?qū)w的長期發(fā)熱三、導(dǎo)體的短時發(fā)熱四、短路時載流導(dǎo)體的電動力第三節(jié)載流導(dǎo)體的發(fā)熱和電動力一、概述二、均勻?qū)w的長期11一、概述長期發(fā)熱：短時發(fā)熱：一、概述12二、均勻?qū)w的長期發(fā)熱1．均勻?qū)w的發(fā)熱過程導(dǎo)體溫度穩(wěn)定前I2Rdt＝mCd＋aF(－0)dt溫度達(dá)到穩(wěn)定后I2R＝aF(－0)式中，m：質(zhì)量(kg)；C：比熱容(J/kg·C)；a：總換熱系數(shù)(w/m2·C)；F：散熱面積（m2）；0：周圍環(huán)境溫度（C）。2．導(dǎo)體的最大允許載流量：二、均勻?qū)w的長期發(fā)熱13三、導(dǎo)體的短時發(fā)熱1．短時發(fā)熱計算熱量平衡方程：Ikt2R

dt＝mC

d短路電流熱效應(yīng)：2．熱效應(yīng)Ｑk的計算采用等值時間法：過時辛卜生法 ：復(fù)雜1-10-1法（簡化辛卜生法）短路全電流：三、導(dǎo)體的短時發(fā)熱2．熱效應(yīng)Ｑk的計算14圖8-1曲線圖8-1曲線15

電動力的方向決定于電流的方向，i1,i2同方向時，作用力相吸，電流反向時相斥。工程中考慮截面積因素后的修正公式其中，kf為導(dǎo)體的形狀系數(shù)。圓形導(dǎo)體的形狀系數(shù)kf=1。矩形導(dǎo)體的形狀系數(shù)如右圖所示。四、短路時載流導(dǎo)體的電動力1．平行導(dǎo)體間的電動力圖8-4矩形截面形狀系數(shù)曲線電動力的方向決定于電流的方向，i1,i2同方向時162．三相導(dǎo)體短路時的電動力圖8-5同一平面導(dǎo)體三相短路時的電動力2．三相導(dǎo)體短路時的電動力圖8-5同一平面導(dǎo)體三相短路時17

同一地點短路的最大電動力，是作用于三相短路時的中間一相導(dǎo)體上，數(shù)值為：同一地點兩相短路的最大電動力：同一地點短路的最大電動力，是作用于三相短路時的中間18在單自由度振動系統(tǒng)中，35kV及以下，布置在同一平面三相母線的固有振動頻率f03．導(dǎo)體的振動應(yīng)力強(qiáng)迫振動系統(tǒng)一般采用修正靜態(tài)計算法：最大電動力Fmax乘上動態(tài)應(yīng)力系數(shù)。動態(tài)應(yīng)力系數(shù)與母線固有頻率的關(guān)系如右圖。圖8-6動態(tài)應(yīng)力系數(shù)β在單自由度振動系統(tǒng)中，35kV及以下，布置在同一平面三相母線19為了避免導(dǎo)體產(chǎn)生危險的共振，對于重要導(dǎo)體，應(yīng)使其固有頻率在下述范圍以外單條導(dǎo)體及母線組中的各條導(dǎo)體35~135Hz多條導(dǎo)體組及有引下線的單條導(dǎo)體35~155Hz如固有頻率在上述范圍以外，取=1；在上述范圍內(nèi)時，最大電動力應(yīng)乘上動態(tài)應(yīng)力系數(shù)，即為了避免導(dǎo)體產(chǎn)生危險的共振，對于重要導(dǎo)體，應(yīng)使其固有頻率在下20第四節(jié)電氣設(shè)備的選擇一、電器設(shè)備選擇的一般條件二、高壓斷路器和隔離開關(guān)的選擇三、高壓熔斷器的選擇四、限流電抗器的選擇五、母線和電纜的選擇六、電流互感器選擇七、電壓互感器的選擇第四節(jié)電氣設(shè)備的選擇一、電器設(shè)備選擇的一般條件二、高壓212．按短路情況檢驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定熱穩(wěn)定校驗：It2t

Qk動穩(wěn)定校驗：iesish一、電器設(shè)備選擇的一般條件1．按正常工作條件選擇電器額定電壓：UNUNS額定電流：INImax環(huán)境條件對電器和導(dǎo)體額定值的修正：圖8-7短路計算點的選擇2．按短路情況檢驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定一、電器設(shè)備選擇的一般條件圖22b.短路計算點

選擇通過導(dǎo)體和電器短路電流最大的點為短路計算點。c.短路計算時間

熱穩(wěn)定計算時間tk（短路持續(xù)時間）；開斷計算時間tbr。短路電流的計算條件：a.計算容量和短路類型按發(fā)電廠、變電所最終設(shè)計容量計算。短路類型一般采用三相短路電流，當(dāng)其它形式短路電流大于三相時。應(yīng)選取最嚴(yán)重的短路情況校驗。b.短路計算點c.短路計算時間短路電流的計算條件：233．主接線設(shè)計中主要電氣設(shè)備的選擇項目3．主接線設(shè)計中主要電氣設(shè)備的選擇項目24二、高壓斷路器和隔離開關(guān)的選擇1．高壓斷路器的選擇除表8-3相關(guān)選項外，特殊項目的選擇方式如下：開斷電流高壓斷路器的額定開斷電流INbr，不應(yīng)小于實際觸頭開斷瞬間的短路電流的有效值Ikt，即：INbr

IKt短路關(guān)合電流在額定電壓下，能可靠關(guān)合—開斷的最大短路電流稱為額定關(guān)合電流。校驗公式：iNCi

ish合分閘時間選擇對于110kV以上的電網(wǎng)，斷路器固有分閘時間不宜大于0.04S。用于電氣制動回路的斷路器，其合閘時間不宜大于0.04~0.06S。2．隔離開關(guān)的選擇隔離開關(guān)無開斷短路電流的要求，故不必校驗開斷電流。其它選擇項目與斷路器相同。二、高壓斷路器和隔離開關(guān)的選擇25三、高壓熔斷器的選擇

高壓熔斷器分類：快速熔斷器：有限流作用普通熔斷器：不具限流作用

額定電壓選擇普通熔斷器：UN

UNS快速熔斷器：UN

=UNS額定電流選擇INf1(熔管)

INf2(熔體)Imax保護(hù)變壓器或電動機(jī)： INf2=KImaxK取1.1~1.3(不考慮電動機(jī)自啟動)或取1.5~2.0(考慮電動機(jī)自啟動)三、高壓熔斷器的選擇26保護(hù)電容器回路：

INf2=KINCK取1.5~2.0(單臺)或取1.3~1.8(一組)熔斷器的開斷電流校驗 Inbr

Ish（或I）普通熔斷器：Ish快速熔斷器：I熔斷器的選擇性

按制造廠提供的安秒特性曲線（又稱保護(hù)特性曲線）校驗。保護(hù)電壓互感器用的熔斷器僅校驗額定電壓和開斷電流。保護(hù)電容器回路：27四、限流電抗器的選擇限流電抗器的作用限制短路電流：可采用輕型斷路器，節(jié)省投資；維持母線殘壓：若殘壓大于65%~70%UNS，對非故障用戶，特別是電動機(jī)用戶是有利的。限流電抗器的選擇

除表8-3相關(guān)選項外，特殊項目的選擇方式如下：1.電抗百分?jǐn)?shù)

XL％

選擇若要求將一饋線的短路電流限制到電流值I，取基準(zhǔn)電流Id，則電源到短路點的總電抗標(biāo)么值:

X*＝Id／I圖8-8計算電抗百分?jǐn)?shù)示意圖四、限流電抗器的選擇圖8-8計算電抗百分?jǐn)?shù)示意圖28以電抗器額定電壓和額定電流為基準(zhǔn)的電抗百分?jǐn)?shù)XL%輕型斷路器額定開斷電流INbr，令I(lǐng)=INbr，則

X*＝Id／Inbr若已知電源到電抗器之間的電抗標(biāo)么值X*，則以電抗器額定電壓和額定電流為基準(zhǔn)的電抗百分?jǐn)?shù)XL%輕型斷路器292.電壓損失校驗正常運行時電抗器上的電壓損失，不大于電網(wǎng)額定電壓的5%。3.母線殘壓校驗對于無瞬時保護(hù)的出線電抗器應(yīng)校母線殘余，殘壓的百分值2.電壓損失校驗3.母線殘壓校驗30

(a)矩形導(dǎo)體：散熱條件好，便于固定和連接，但集膚效應(yīng)大，一般用于35kV及以下，電流在4000A及以下的配電裝置中； 五、母線和電纜的選擇

裸導(dǎo)體：硬母線的材料，截面形狀，布置方式導(dǎo)體材料有銅、鋁和鋁合金，銅只用在持續(xù)工作電流大，布置位置狹窄和對鋁有嚴(yán)重腐蝕的場所。常用的硬母線是鋁母線。截面有矩形，雙槽形和管形。圖8-9常見硬母線截面形狀 (a)矩形導(dǎo)體：散熱條件好，便于固定和連接，但集膚效應(yīng)大，31(b)槽形導(dǎo)體：機(jī)械強(qiáng)度大，載流量大，集膚效應(yīng)小，一般用于4000A~8000A的配電裝置中。(c)管形母線

：機(jī)械強(qiáng)度高，管內(nèi)可通風(fēng)或通水，可用于8000A以上的大電流母線和110kV及以上的配電裝置中。矩形導(dǎo)體的布置方式 a.支柱絕緣子三相水平布置，導(dǎo)體豎放：散熱條件較好； b.支柱絕緣子三相水平布置，導(dǎo)體平放：機(jī)械強(qiáng)度較好； c.絕緣子三相垂直布置，導(dǎo)體豎放：機(jī)械強(qiáng)度和散熱均好，但使配電裝置的高度增加。(b)槽形導(dǎo)體：機(jī)械強(qiáng)度大，載流量大，集膚效應(yīng)小，一般用于432導(dǎo)體截面選擇按長期發(fā)熱允許電流選擇：Kial

Imax按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇：S=Imax/J圖8-10矩形導(dǎo)體的布置方式(a)支柱絕緣子三相水平布置，導(dǎo)體豎放；(b)支柱絕緣子三相水平布置，導(dǎo)體平放；(c)絕緣子三相垂直布置，導(dǎo)體豎放除配電裝置的匯流母線、長度在20m以下的導(dǎo)體外，對于年負(fù)荷利用小時數(shù)高，傳輸容量大的導(dǎo)體，其截面一般按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。導(dǎo)體截面選擇圖8-10矩形導(dǎo)體的布置33圖8-11經(jīng)濟(jì)電流密度1—變電所所用、工礦用及電纜線路的鋁線紙包絕緣鉛包、鉛包、塑料護(hù)套及各種鎧裝電纜；2—鋁矩形、槽形母線及組合導(dǎo)線；3—火電廠廠用鋁芯紙絕緣鉛包、鋁包、塑料護(hù)套及各種鎧裝電纜4—35~220V線路的LGJ、LGJQ型鋼芯鋁絞線

34 當(dāng)導(dǎo)體短路前的溫度取正常運行時的最高允許溫度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，C值（量綱：安·秒1/2/米2）分別為C鋁=87和C銅=171。3.

電暈電壓校驗：對于110kV及以上的各種規(guī)格導(dǎo)體，應(yīng)按晴天不出現(xiàn)全面電暈的條件校驗： Ucr

>Umax4.

熱穩(wěn)定校驗： 當(dāng)導(dǎo)體短路前的溫度取正常運行時的最高允許溫度70C，鋁35母線看作是一個自由地放在絕緣支柱上多跨距的梁，在電動力的作用下，母線條受到的最大彎矩M為

M=fL2/10N.m母線條受到的最大相間計算應(yīng)力校驗：alPa硬鋁al=70106(Pa)硬銅al=140106(Pa)5.硬母線的動穩(wěn)定校驗單位長度導(dǎo)體上所受到的相間電動力母線看作是一個自由地放在絕緣支柱上多跨距的梁，在電動力的作用36在設(shè)計中也常根據(jù)材料的最大允許應(yīng)力，確定支柱絕緣子間的最大允許跨距（不應(yīng)超過1.5~2m）在設(shè)計中也常根據(jù)材料的最大允許應(yīng)力，確定支柱絕緣子間的最大允37

電力電纜的選擇1.電纜芯線材料及敷設(shè)方式選擇：電纜芯線：銅芯和鋁芯。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)工程一般選用鋁芯電纜。敷設(shè)方式：電纜橋架，電纜溝，電纜隧道和穿管等。2.截面選擇：當(dāng)電纜的最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax>5000小時，長度超過20m以上，均應(yīng)按經(jīng)濟(jì)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)。電力電纜的選擇383.按允許電壓降校驗：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。3.按允許電壓降校驗：4.熱穩(wěn)定校驗：對6kV油浸紙39六、電流互感器選擇1.電流互感器的形式選擇35kV以下屋內(nèi)配電裝置，可采用瓷絕緣或樹脂繞注式；35kV及以上配電裝置可采用油浸瓷箱式，有條件時可采用套管式。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(zhǔn)確級不應(yīng)低于所供測量儀表的最高準(zhǔn)確級；用于重要回路和計費電度表的電流互感器一般采用0.2或0.5級；500kV采用0.2級。六、電流互感器選擇40如何保證互感器的準(zhǔn)確級：S2＝I2N2Z2L≤SN2或Z2L≤ZN2Z2L=r2

+rw

+rc接觸電阻rc取0.05~0.1；電流線圈電阻r2由所連接的儀表和繼電器的電流線圈消耗的功率計算；連接用導(dǎo)線的電阻rw為：如何保證互感器的準(zhǔn)確級：41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。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(jìn)行熱穩(wěn)定校驗。常以1S允許通過的熱穩(wěn)定電流It或一次額定電流IN1的倍數(shù)Kt來表示，即 It2·1≥Qk或(KtTN1)2≥Qk互感器內(nèi)部動穩(wěn)定，常以允許通過的動穩(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：

導(dǎo)線計算長度LC與電流互感器的接線系數(shù)有關(guān)，若測量儀表與互感器安裝處相距L，則當(dāng)電流互感器星形接線時LC=L，不完全星形LC=31/2L，單相接線時LC=2L。 為滿足機(jī)械強(qiáng)度要求銅線S不得小于1.5mm2。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42七、電壓互感器的選擇1．按額定電壓選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?zhǔn)確級，要求電網(wǎng)電壓的波動范圍滿足下列條件0.8UN1<US<1.2UN1二次繞組電壓可按表8-5選擇，附加二次繞組通常接成開口三角形供測量零序電壓七、電壓互感器的選擇432．容量和準(zhǔn)確級選擇

額定容量SN2應(yīng)滿足 SN2

S22．容量和準(zhǔn)確級選擇44第五節(jié)設(shè)備選擇舉例例8-1

發(fā)電廠接線和等值阻抗，如圖8-13，發(fā)電機(jī)A、B型號TQ-25-2，PN=25MW，Xd=0.13；發(fā)電機(jī)C型號QFQ-50-2，PN=50MW，Xd=0.124；所有發(fā)電機(jī)的功率因素cos=0.8，UN=10.5kV。兩臺主變壓器參數(shù)相同，220kV系統(tǒng)容量無窮大，其余參數(shù)見圖，求k1處三相短路電流。第五節(jié)設(shè)備選擇舉例例8-1發(fā)電廠接線和等值阻抗，如圖845圖8-13發(fā)電廠計算用圖圖8-13發(fā)電廠計算用圖46例8-2

選擇圖8-13中匯流母線W1，三相母線布置如圖8-14，相間距離a=0.75m，絕緣子跨距L=1.2m，斷路器固有分閘時間tin=0.15S，電弧燃燒持續(xù)時間ta=0.05S，母線主保護(hù)動作時間tp1=0.06s，環(huán)境溫度40C，k1點短路電流見表8-7。圖8-14例8-2母線布置圖(a)垂直布置、導(dǎo)體豎放(b)導(dǎo)體截面尺寸例8-2選擇圖8-13中匯流母線W1，三相母線布置如圖847例8-3選擇圖8-13中，發(fā)電機(jī)A出口斷路器QF1，已知發(fā)電機(jī)A主保護(hù)動作時間tp1=0.04s，后備保護(hù)時間tp2=3.8s,k1點短路計算結(jié)果見表8-7。例8-3選擇圖8-13中，發(fā)電機(jī)A出口斷路器QF1，已知發(fā)48例8-4選擇圖8-13中10kV饋線ＷL1的限流電抗器，已知WL1采用SN10-10I型輕型斷路器，INbr=16kA，線路最大工作電流Imax=380A，線路繼電保護(hù)時間tp2=1.8S，斷路器全分閘時間tab=0.2S。圖8-15例8-4計算用圖例8-4選擇圖8-13中10kV饋線ＷL1的限流電抗器，49例8-5選擇圖8-13中，饋線ＷL1的電流互感器，互感器安裝處與測量儀表之間相距50米，Imax=380A。圖8-16電流互感器選擇例8-5選擇圖8-13中，饋線ＷL1的電流互感器，互感50例8-6選擇圖8-13中發(fā)電機(jī)A回路測量用電壓互感器TV，儀表接線如右圖，該互感器除用作測量外，還需監(jiān)視發(fā)電機(jī)對地的絕緣情況。圖8-17電流互感器和測量儀表例8-6選擇圖8-13中發(fā)電機(jī)A回路測量用電壓互感器T51第八章電氣主接線的設(shè)計與設(shè)備選擇

第一節(jié)概述第二節(jié)主變壓器和主接線的選擇第三節(jié)載流導(dǎo)體的發(fā)熱和電動力第四節(jié)電氣設(shè)備的選擇第五節(jié)設(shè)備選擇舉例第八章電氣主接線的設(shè)計與設(shè)備選擇第一節(jié)概述第二節(jié)52第一節(jié)概述

原則：以設(shè)計任務(wù)書為依據(jù)，以經(jīng)濟(jì)建設(shè)方針、政策和有關(guān)的技術(shù)規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)則，準(zhǔn)確地掌握原始資料，結(jié)合工程特點，確定設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，參考已有設(shè)計成果，采用先進(jìn)的設(shè)計工具。要求：使設(shè)計的主接線滿足可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性，并留有擴(kuò)建和發(fā)展的余地。

第一節(jié)概述原則：53步驟：對原始資料進(jìn)行綜合分析；草擬主接線方案，對不同方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較、篩選和確定；廠、所和附近用戶供電方案設(shè)計；限制短路電流的措施和短路電流的計算；電氣設(shè)備的選擇；屋內(nèi)外配電裝置的設(shè)計；繪制電氣主接線圖及其它圖(如配電裝置視圖)；推薦最佳方案，寫出設(shè)計技術(shù)說明書，編制一次設(shè)備概算表。

步驟：54第二節(jié)主變壓器和主接線的選擇主變壓器：向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器。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)、電壓的確定原則二、主變壓器型式的選擇原則三、主接線設(shè)計簡述四、技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較第二節(jié)主變壓器和主接線的選擇主變壓器：向電力系統(tǒng)或用戶55一、變壓器容量、臺數(shù)、電壓的確定原則依據(jù)輸送容量等原始數(shù)據(jù)?？紤]電力系統(tǒng)5~10年的發(fā)展規(guī)劃。1．單元接線主變壓器容量按發(fā)電機(jī)額定容量扣除本機(jī)組的廠用負(fù)荷后，留有10%的裕度；擴(kuò)大單元接線應(yīng)盡可能采用分裂繞組變壓器。一、變壓器容量、臺數(shù)、電壓的確定原則562．連接在發(fā)電機(jī)電壓母線與升高電壓之間的主變壓器發(fā)電機(jī)全部投入運行時，在滿足由發(fā)電機(jī)電壓供電的日最小負(fù)荷，及扣除廠用電后，主變壓器應(yīng)能將剩余的有功率送入系統(tǒng)。若接于發(fā)電機(jī)電壓母線上的最大一臺機(jī)組停運時，應(yīng)能滿足由系統(tǒng)經(jīng)主變壓器倒供給發(fā)電機(jī)電壓母線上最大負(fù)荷的需要。若發(fā)電機(jī)電壓母線上接有2臺或以上主變壓器，當(dāng)其中容量最大的一臺因故退出運行時，其它主變壓器在允許正常過負(fù)荷范圍內(nèi)應(yīng)能輸送剩余功率70%以上。對水電比重較大的系統(tǒng)，若豐水期需要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(jī)電壓母線上的負(fù)荷需要。2．連接在發(fā)電機(jī)電壓母線與升高電壓之間的主變壓器573．變電所主變壓器容量按變電所建成后5~10年的規(guī)劃負(fù)荷選擇，并適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期10~20年的負(fù)荷發(fā)展。對重要變電所，應(yīng)考慮一臺主變停運，其余變壓器在計及過負(fù)荷能力及允許時間內(nèi)，滿足I、II類負(fù)荷的供電；對一般性變電所，一臺主變停運，其余變壓器應(yīng)能滿足全部供電負(fù)荷的70%~80%。4．發(fā)電廠和變電所主變臺數(shù)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3．變電所主變壓器容量58二、主變壓器型式的選擇原則1.相數(shù)：一般選用三相變壓器。2.繞組數(shù)：變電所或單機(jī)容量在125MW及以下的發(fā)電廠內(nèi)有三個電壓等級時，可考慮采用三相三繞組變壓器，但每側(cè)繞組的通過容量應(yīng)達(dá)到額定容量的15%及以上，或第三繞組需接入無功補(bǔ)償設(shè)備。否則一側(cè)繞組未充分利用，不如選二臺雙繞組變更合理。二、主變壓器型式的選擇原則59單機(jī)容量200MW及以上的發(fā)電廠，額定電流和短路電流均大，發(fā)電機(jī)出口斷路器制造困難，加上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，為此以采用雙繞組變壓器加聯(lián)絡(luò)變壓器的方案更為合理。凡選用三繞組普通變壓器的場合，若兩側(cè)繞組為中性點直接接地系統(tǒng)，可考慮選用自耦變壓器，但要防止自耦變的公共繞組或串聯(lián)繞組的過負(fù)荷。3.繞組接線組別的確定變壓器三相繞組的接線組別必須和系統(tǒng)電壓相位一致。單機(jī)容量200MW及以上的發(fā)電廠，額定電流和短路電流均大，發(fā)605.變壓器冷卻方式主變壓器的冷卻方式有：自然風(fēng)冷；強(qiáng)迫風(fēng)冷；強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷；強(qiáng)迫油循環(huán)水冷；強(qiáng)迫導(dǎo)向油循環(huán)冷卻等。三、主接線設(shè)計簡述四、技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較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，使設(shè)備選擇變得困難。三繞組變壓器的結(jié)構(gòu)形式：

升壓型與降壓型5.變壓器冷卻方式4.短路阻抗的選擇61第三節(jié)載流導(dǎo)體的發(fā)熱和電動力一、概述二、均勻?qū)w的長期發(fā)熱三、導(dǎo)體的短時發(fā)熱四、短路時載流導(dǎo)體的電動力第三節(jié)載流導(dǎo)體的發(fā)熱和電動力一、概述二、均勻?qū)w的長期62一、概述長期發(fā)熱：短時發(fā)熱：一、概述63二、均勻?qū)w的長期發(fā)熱1．均勻?qū)w的發(fā)熱過程導(dǎo)體溫度穩(wěn)定前I2Rdt＝mCd＋aF(－0)dt溫度達(dá)到穩(wěn)定后I2R＝aF(－0)式中，m：質(zhì)量(kg)；C：比熱容(J/kg·C)；a：總換熱系數(shù)(w/m2·C)；F：散熱面積（m2）；0：周圍環(huán)境溫度（C）。2．導(dǎo)體的最大允許載流量：二、均勻?qū)w的長期發(fā)熱64三、導(dǎo)體的短時發(fā)熱1．短時發(fā)熱計算熱量平衡方程：Ikt2R

dt＝mC

d短路電流熱效應(yīng)：2．熱效應(yīng)Ｑk的計算采用等值時間法：過時辛卜生法 ：復(fù)雜1-10-1法（簡化辛卜生法）短路全電流：三、導(dǎo)體的短時發(fā)熱2．熱效應(yīng)Ｑk的計算65圖8-1曲線圖8-1曲線66

電動力的方向決定于電流的方向，i1,i2同方向時，作用力相吸，電流反向時相斥。工程中考慮截面積因素后的修正公式其中，kf為導(dǎo)體的形狀系數(shù)。圓形導(dǎo)體的形狀系數(shù)kf=1。矩形導(dǎo)體的形狀系數(shù)如右圖所示。四、短路時載流導(dǎo)體的電動力1．平行導(dǎo)體間的電動力圖8-4矩形截面形狀系數(shù)曲線電動力的方向決定于電流的方向，i1,i2同方向時672．三相導(dǎo)體短路時的電動力圖8-5同一平面導(dǎo)體三相短路時的電動力2．三相導(dǎo)體短路時的電動力圖8-5同一平面導(dǎo)體三相短路時68

同一地點短路的最大電動力，是作用于三相短路時的中間一相導(dǎo)體上，數(shù)值為：同一地點兩相短路的最大電動力：同一地點短路的最大電動力，是作用于三相短路時的中間69在單自由度振動系統(tǒng)中，35kV及以下，布置在同一平面三相母線的固有振動頻率f03．導(dǎo)體的振動應(yīng)力強(qiáng)迫振動系統(tǒng)一般采用修正靜態(tài)計算法：最大電動力Fmax乘上動態(tài)應(yīng)力系數(shù)。動態(tài)應(yīng)力系數(shù)與母線固有頻率的關(guān)系如右圖。圖8-6動態(tài)應(yīng)力系數(shù)β在單自由度振動系統(tǒng)中，35kV及以下，布置在同一平面三相母線70為了避免導(dǎo)體產(chǎn)生危險的共振，對于重要導(dǎo)體，應(yīng)使其固有頻率在下述范圍以外單條導(dǎo)體及母線組中的各條導(dǎo)體35~135Hz多條導(dǎo)體組及有引下線的單條導(dǎo)體35~155Hz如固有頻率在上述范圍以外，取=1；在上述范圍內(nèi)時，最大電動力應(yīng)乘上動態(tài)應(yīng)力系數(shù)，即為了避免導(dǎo)體產(chǎn)生危險的共振，對于重要導(dǎo)體，應(yīng)使其固有頻率在下71第四節(jié)電氣設(shè)備的選擇一、電器設(shè)備選擇的一般條件二、高壓斷路器和隔離開關(guān)的選擇三、高壓熔斷器的選擇四、限流電抗器的選擇五、母線和電纜的選擇六、電流互感器選擇七、電壓互感器的選擇第四節(jié)電氣設(shè)備的選擇一、電器設(shè)備選擇的一般條件二、高壓722．按短路情況檢驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定熱穩(wěn)定校驗：It2t

Qk動穩(wěn)定校驗：iesish一、電器設(shè)備選擇的一般條件1．按正常工作條件選擇電器額定電壓：UNUNS額定電流：INImax環(huán)境條件對電器和導(dǎo)體額定值的修正：圖8-7短路計算點的選擇2．按短路情況檢驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定一、電器設(shè)備選擇的一般條件圖73b.短路計算點

選擇通過導(dǎo)體和電器短路電流最大的點為短路計算點。c.短路計算時間

熱穩(wěn)定計算時間tk（短路持續(xù)時間）；開斷計算時間tbr。短路電流的計算條件：a.計算容量和短路類型按發(fā)電廠、變電所最終設(shè)計容量計算。短路類型一般采用三相短路電流，當(dāng)其它形式短路電流大于三相時。應(yīng)選取最嚴(yán)重的短路情況校驗。b.短路計算點c.短路計算時間短路電流的計算條件：743．主接線設(shè)計中主要電氣設(shè)備的選擇項目3．主接線設(shè)計中主要電氣設(shè)備的選擇項目75二、高壓斷路器和隔離開關(guān)的選擇1．高壓斷路器的選擇除表8-3相關(guān)選項外，特殊項目的選擇方式如下：開斷電流高壓斷路器的額定開斷電流INbr，不應(yīng)小于實際觸頭開斷瞬間的短路電流的有效值Ikt，即：INbr

IKt短路關(guān)合電流在額定電壓下，能可靠關(guān)合—開斷的最大短路電流稱為額定關(guān)合電流。校驗公式：iNCi

ish合分閘時間選擇對于110kV以上的電網(wǎng)，斷路器固有分閘時間不宜大于0.04S。用于電氣制動回路的斷路器，其合閘時間不宜大于0.04~0.06S。2．隔離開關(guān)的選擇隔離開關(guān)無開斷短路電流的要求，故不必校驗開斷電流。其它選擇項目與斷路器相同。二、高壓斷路器和隔離開關(guān)的選擇76三、高壓熔斷器的選擇

高壓熔斷器分類：快速熔斷器：有限流作用普通熔斷器：不具限流作用

額定電壓選擇普通熔斷器：UN

UNS快速熔斷器：UN

=UNS額定電流選擇INf1(熔管)

INf2(熔體)Imax保護(hù)變壓器或電動機(jī)： INf2=KImaxK取1.1~1.3(不考慮電動機(jī)自啟動)或取1.5~2.0(考慮電動機(jī)自啟動)三、高壓熔斷器的選擇77保護(hù)電容器回路：

INf2=KINCK取1.5~2.0(單臺)或取1.3~1.8(一組)熔斷器的開斷電流校驗 Inbr

Ish（或I）普通熔斷器：Ish快速熔斷器：I熔斷器的選擇性

按制造廠提供的安秒特性曲線（又稱保護(hù)特性曲線）校驗。保護(hù)電壓互感器用的熔斷器僅校驗額定電壓和開斷電流。保護(hù)電容器回路：78四、限流電抗器的選擇限流電抗器的作用限制短路電流：可采用輕型斷路器，節(jié)省投資；維持母線殘壓：若殘壓大于65%~70%UNS，對非故障用戶，特別是電動機(jī)用戶是有利的。限流電抗器的選擇

除表8-3相關(guān)選項外，特殊項目的選擇方式如下：1.電抗百分?jǐn)?shù)

XL％

選擇若要求將一饋線的短路電流限制到電流值I，取基準(zhǔn)電流Id，則電源到短路點的總電抗標(biāo)么值:

X*＝Id／I圖8-8計算電抗百分?jǐn)?shù)示意圖四、限流電抗器的選擇圖8-8計算電抗百分?jǐn)?shù)示意圖79以電抗器額定電壓和額定電流為基準(zhǔn)的電抗百分?jǐn)?shù)XL%輕型斷路器額定開斷電流INbr，令I(lǐng)=INbr，則

X*＝Id／Inbr若已知電源到電抗器之間的電抗標(biāo)么值X*，則以電抗器額定電壓和額定電流為基準(zhǔn)的電抗百分?jǐn)?shù)XL%輕型斷路器802.電壓損失校驗正常運行時電抗器上的電壓損失，不大于電網(wǎng)額定電壓的5%。3.母線殘壓校驗對于無瞬時保護(hù)的出線電抗器應(yīng)校母線殘余，殘壓的百分值2.電壓損失校驗3.母線殘壓校驗81

(a)矩形導(dǎo)體：散熱條件好，便于固定和連接，但集膚效應(yīng)大，一般用于35kV及以下，電流在4000A及以下的配電裝置中； 五、母線和電纜的選擇

裸導(dǎo)體：硬母線的材料，截面形狀，布置方式導(dǎo)體材料有銅、鋁和鋁合金，銅只用在持續(xù)工作電流大，布置位置狹窄和對鋁有嚴(yán)重腐蝕的場所。常用的硬母線是鋁母線。截面有矩形，雙槽形和管形。圖8-9常見硬母線截面形狀 (a)矩形導(dǎo)體：散熱條件好，便于固定和連接，但集膚效應(yīng)大，82(b)槽形導(dǎo)體：機(jī)械強(qiáng)度大，載流量大，集膚效應(yīng)小，一般用于4000A~8000A的配電裝置中。(c)管形母線

：機(jī)械強(qiáng)度高，管內(nèi)可通風(fēng)或通水，可用于8000A以上的大電流母線和110kV及以上的配電裝置中。矩形導(dǎo)體的布置方式 a.支柱絕緣子三相水平布置，導(dǎo)體豎放：散熱條件較好； b.支柱絕緣子三相水平布置，導(dǎo)體平放：機(jī)械強(qiáng)度較好； c.絕緣子三相垂直布置，導(dǎo)體豎放：機(jī)械強(qiáng)度和散熱均好，但使配電裝置的高度增加。(b)槽形導(dǎo)體：機(jī)械強(qiáng)度大，載流量大，集膚效應(yīng)小，一般用于483導(dǎo)體截面選擇按長期發(fā)熱允許電流選擇：Kial

Imax按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇：S=Imax/J圖8-10矩形導(dǎo)體的布置方式(a)支柱絕緣子三相水平布置，導(dǎo)體豎放；(b)支柱絕緣子三相水平布置，導(dǎo)體平放；(c)絕緣子三相垂直布置，導(dǎo)體豎放除配電裝置的匯流母線、長度在20m以下的導(dǎo)體外，對于年負(fù)荷利用小時數(shù)高，傳輸容量大的導(dǎo)體，其截面一般按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。導(dǎo)體截面選擇圖8-10矩形導(dǎo)體的布置84圖8-11經(jīng)濟(jì)電流密度1—變電所所用、工礦用及電纜線路的鋁線紙包絕緣鉛包、鉛包、塑料護(hù)套及各種鎧裝電纜；2—鋁矩形、槽形母線及組合導(dǎo)線；3—火電廠廠用鋁芯紙絕緣鉛包、鋁包、塑料護(hù)套及各種鎧裝電纜4—35~220V線路的LGJ、LGJQ型鋼芯鋁絞線

85 當(dāng)導(dǎo)體短路前的溫度取正常運行時的最高允許溫度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，C值（量綱：安·秒1/2/米2）分別為C鋁=87和C銅=171。3.

電暈電壓校驗：對于110kV及以上的各種規(guī)格導(dǎo)體，應(yīng)按晴天不出現(xiàn)全面電暈的條件校驗： Ucr

>Umax4.

熱穩(wěn)定校驗： 當(dāng)導(dǎo)體短路前的溫度取正常運行時的最高允許溫度70C，鋁86母線看作是一個自由地放在絕緣支柱上多跨距的梁，在電動力的作用下，母線條受到的最大彎矩M為

M=fL2/10N.m母線條受到的最大相間計算應(yīng)力校驗：alPa硬鋁al=70106(Pa)硬銅al=140106(Pa)5.硬母線的動穩(wěn)定校驗單位長度導(dǎo)體上所受到的相間電動力母線看作是一個自由地放在絕緣支柱上多跨距的梁，在電動力的作用87在設(shè)計中也常根據(jù)材料的最大允許應(yīng)力，確定支柱絕緣子間的最大允許跨距（不應(yīng)超過1.5~2m）在設(shè)計中也常根據(jù)材料的最大允許應(yīng)力，確定支柱絕緣子間的最大允88

電力電纜的選擇1.電纜芯線材料及敷設(shè)方式選擇：電纜芯線：銅芯和鋁芯。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)工程一般選用鋁芯電纜。敷設(shè)方式：電纜橋架，電纜溝，電纜隧道和穿管等。2.截面選擇：當(dāng)電纜的最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax>5000小時，長度超過20m以上，均應(yīng)按經(jīng)濟(jì)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)。電力電纜的選擇893.按允許電壓降校驗：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。3.按允許電壓降校驗：4.熱穩(wěn)定校驗：對6kV油浸紙90六、電流互感器選擇1.電流互感器的形式選擇35kV以下屋內(nèi)配電裝置，可采用瓷絕緣或樹脂繞注式；35kV及以上配電裝置可采用油浸瓷箱式，有條件時可采用套管式。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(zhǔn)確級不應(yīng)低于所供測量儀表的最高準(zhǔn)確級；用于重要回路和計費電度表的電流互感器一般采用0.2或0.5級；500kV采用0.2級。六、電流互感器選擇91如何保證互感器的準(zhǔn)確級：S2＝I2N2Z2L≤SN2或