1、第八章第八章 電氣主接線電氣主接線的設計的設計學習目的 了解電氣主接線設計的基本過程和步驟 理解電流的熱效應和電動力效應 掌握電氣設備選擇的方法 掌握短路計算點的選擇 掌握斷路器、隔離開關、熔斷器、電抗器等電氣設備選擇的方法第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-1 8-1 概述概述 原則：原則： 以設計任務書為依據，以經濟建設方針、政策和有關的技術規程、標準為準則，準確地掌握原始資料，結合工程特點，確定設計標準，參考已有設計成果，采用先進的設計工具。 要求：要求： 使設計的主接線滿足可靠性、靈活性、經濟性，并留有擴建和發展的余地。 步驟：步驟：1. 對原始資料進行綜合分析；2. 草

2、擬主接線方案，對不同方案進行技術經濟比較、篩選和確定；3. 廠、所和附近用戶供電方案設計；4. 限制短路電流的措施和短路電流的計算；5. 電氣設備的選擇；6. 屋內外配電裝置的設計；7. 繪制電氣主接線圖及其它圖（如配電裝置視圖）；8. 推薦最佳方案，寫出設計技術說明書，編制一次設備概算表。 第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-2 8-2 主變壓器和主接線的選擇主變壓器和主接線的選擇 主變壓器：向電力系統或用戶輸送功率的變壓器。 聯絡變壓器：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、一、變壓器容量、臺數、電壓的確定電壓的確

3、定原則原則 依據輸送容量等原始數據。 考慮電力系統510年的發展規劃。1單元接線主變壓器容量 按發電機額定容量扣除本機組的廠用負荷后，留有10%的裕度； 擴大單元接線應盡可能采用分裂繞組變壓器。2連接在發電機電壓母線與升高電壓之間的主變壓器a. 發電機全部投入運行時，在滿足由發電機電壓供電的日最小負荷，及扣除廠用電后，主變壓器應能將剩余的有功率送入系統。b. 若接于發電機電壓母線上的最大一臺機組停運時，應能滿足由系統經主變壓器倒供給發電機電壓母線上最大負荷的需要。第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-2 8-2 主變壓器和主接線的選擇主變壓器和主接線的選擇c. 若發電機電壓母線上接

4、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行時，其它主變壓器在允許正常過負荷范圍內應能輸送剩余功率70%以上。d. 對水電比重較大的系統，若豐水期需要限制該火電廠出力時，主變應能從系統倒送功率，滿足發電機電壓母線上的負荷需要。3變電所主變壓器容量a. 按變電所建成后510年的規劃負荷選擇，并適當考慮遠期1020年的負荷發展。b. 對重要變電所，應考慮一臺主變停運，其余變壓器在計及過負荷能力及允許時間內，滿足I、II類負荷的供電；c. 對一般性變電所，一臺主變停運，其余變壓器應能滿足全部供電負荷的70%80%。4發電廠和變電所主變臺數a. 大中型發電廠和樞紐變電所，主變不應少于2臺；b

5、. 對小型的發電廠和終端變電所可只設一臺。5. 確定繞組額定電壓和調壓的方式第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-2 8-2 主變壓器和主接線的選擇主變壓器和主接線的選擇二、主變壓器型式的選擇原則二、主變壓器型式的選擇原則1. 相數：一般選用三相變壓器。2. 繞組數： 變電所或單機容量在125MW及以下的發電廠內有三個電壓等級時，可考慮采用三相三繞組變壓器，但每側繞組的通過容量應達到額定容量的15%及以上，或第三繞組需接入無功補償設備。否則一側繞組未充分利用，不如選二臺雙繞組變更合理。 單機容量200MW及以上的發電廠，額定電流和短路電流均大，發電機出口斷路器制造困難，加上大型三繞

6、組變壓器的中壓側（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絡變壓器的方案更為合理。 凡選用三繞組普通變壓器的場合，若兩側繞組為中性點直接接地系統，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繞組的過負荷。第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-2 8-2 主變壓器和主接線的選擇主變壓器和主接線的選擇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電壓相位一致。4. 短路阻抗的選擇 從系統穩定和提高供電質量看阻抗小些為好，但阻抗太小會使短路電流過大，使設備選擇變得困難。三繞組變壓器的結構形式：升壓型 與 降壓型5. 變壓器冷卻方式 主變壓器的冷

7、卻方式有：自然風冷；強迫風冷；強迫油循環風冷；強迫油循環水冷；強迫導向油循環冷卻等。三、主接線設計簡述三、主接線設計簡述四、技術經濟比較四、技術經濟比較第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-4 8-4 電氣設備的選擇電氣設備的選擇一、電器設備選擇的一般條件一、電器設備選擇的一般條件1按正常工作條件選擇電器 額定電壓：UN UNS 額定電流：IN Imax 環境條件對電器和導體額定值的修正：NalialalII02按短路情況檢驗熱穩定和動穩定 熱穩定校驗：It2t Qk 動穩定校驗：ies ish 短路電流的計算條件：a. 計算容量和短路類型 按發電廠、變電所最終設計容量計算。 短路

8、類型一般采用三相短路電流，當其它形式短路電流大于三相時。應選取最嚴重的短路情況校驗。b. 短路計算點 選擇通過導體和電器短路選擇通過導體和電器短路電流最大的點為短路計算點。電流最大的點為短路計算點。c. 短路計算時間 熱穩定計算時間tk（短路持續時間）： 開斷計算時間tbr ：第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-4 8-4 電氣設備的選擇電氣設備的選擇3主接線設計中主要電氣設備的選擇項目表 8-3 各種電氣設備的選擇項目設備名稱額定電壓額定電流額定開斷電流動穩定熱穩定斷路器隔離開關電抗器電流互感器電壓互感器母線及導體電纜熔斷器支柱絕緣子套管絕緣子成套配電裝置電力電容器第八章第八章

9、 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-4 8-4 電氣設備的選擇電氣設備的選擇二、高壓斷路器和隔離開關的選擇二、高壓斷路器和隔離開關的選擇1高壓斷路器的選擇 除表8-3相關選項外，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 短路關合電流 在額定電壓下，能可靠關合開斷的最大短路電流稱為額定關合電流。校驗公式：iNCi ish 合分閘時間選擇 對于110kV以上的電網，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0.040.06S。2隔離開關的選擇 隔離開關無開斷

10、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。第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-4 8-4 電氣設備的選擇電氣設備的選擇三、高壓熔斷器的選擇三、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 保護變壓器或電動機：INf2 = K ImaxK 取1.11.3（不考慮電動機自啟動）或 取1.52.0（考慮電動機自啟動） 保護電容器回路：INf2 = KINCK 取1.52.0（單臺）或 取1.31.8

11、（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（又稱保護特性曲線）校驗。 保護電壓互感器用的熔斷器僅校驗額定電壓和開斷電流。第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-4 8-4 電氣設備的選擇電氣設備的選擇四、限流電抗器的選擇四、限流電抗器的選擇 限流電抗器的作用 限制短路電流限制短路電流：可采用輕型斷路器，節省投資； 維持母線殘壓維持母線殘壓：若殘壓大于65%70%UNS，對非故障用戶，特別是電動機用戶是有利的。 限流電抗器的選擇 除表8-3相關選項外，特殊項目的選擇方式如下：1. 電抗百分數電抗

12、百分數 XL 選擇選擇 若要求將一饋線的短路電流限制到電流值I，取基準電流Id，則電源到短路點的總電抗標么值 X* IdI 輕型斷路器額定開斷電流INbr，令I=INbr，則 X* IdInbr 若已知電源到電抗器之間的電抗標么值X*，則ddNNLLUIIUXXXX100(%)*第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-4 8-4 電氣設備的選擇電氣設備的選擇2. 電壓損失校驗電壓損失校驗 正常運行時電抗器上的電壓損失，不大于電網額定電壓的5%。%5sin(%)%maxLNXIIU3. 母線殘壓校驗母線殘壓校驗 對于無瞬時保護的出線電抗器應校母線殘余，殘壓的百分值%7060 (%)%N

13、LreIIXU 以電抗器額定電壓和額定電流為基準的電抗百分數XL%100)(%*ddNNLIUUIXXX第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-4 8-4 電氣設備的選擇電氣設備的選擇五、母線和電纜的選擇五、母線和電纜的選擇 裸導體：1. 硬母線的材料，截面形狀，布置方式 導體材料有銅、鋁和鋁合金，銅只用在持續工作電流大，布置位置狹窄和對鋁有嚴重腐蝕的場所。常用的硬母線是鋁母線。 截面有矩形，雙槽形和管形。矩形導體散熱條件好，便于固定和連接，但集膚效應大，一般用于35kV及以下，電流在4000A及以下的配電裝置中；槽形導體機械強度大，載流量大，集膚效應小，一般用于4000A8000A

14、的配電裝置中。管形母線，機械強度高，管內可通風或通水，可用于8000A以上的大電流母線和110kV及以上的配電裝置中。第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-4 8-4 電氣設備的選擇電氣設備的選擇 矩形導體的布置方式a. 支柱絕緣子三相水平布置，導體豎放：散熱條件較好；b. 支柱絕緣子三相水平布置，導體平放：機械強度較好；c. 絕緣子三相垂直布置，導體豎放：機械強度和散熱均好，但使配電裝置的高度增加。2. 導體截面選擇 按長期發熱允許電流選擇：Kial Imax 按經濟電流密度選擇： S = Imax/J 除配電裝置的匯流母線、長度在20m以下的導體外，對于年負荷利用小時數高，傳輸

15、容量大的導體，其截面一般按經濟電流密度選擇。第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-4 8-4 電氣設備的選擇電氣設備的選擇3. 電暈電壓校驗：對于110kV及以上的各種規格導體，應按晴天不出現全面電暈的條件校驗：Ucr Umax4. 熱穩定校驗：kSalksQKCAAQKS1)/(imin當導體短路前的溫度取正常運行時的最高允許溫度70C，鋁和銅導體短時發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。 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 = fL2/10 N.m 母線條

16、受到的最大相間計算應力第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-4 8-4 電氣設備的選擇電氣設備的選擇5. 硬母線的動穩定校驗 單位長度導體上所受到的相間電動力N/m 10173. 172aifshPa 10/2wLfwM表 8-4 導體截面系數和慣性半徑導體布置方式截面系數 W慣性半徑r0bh2/60.289hb2h/60.289b0.333bh20.089h1.44b2h1.04bhbhbbbbbbbh 校驗： al Pa硬鋁al=70106(Pa)硬銅al=140106(Pa) 在設計中也常根據材料的最大允許應力，確定支柱絕緣子間的最大允許跨距（不應超過1.52m）fwLal/

17、10max第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-4 8-4 電氣設備的選擇電氣設備的選擇 電力電纜的選擇1. 電纜芯線材料及敷設方式選擇： 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。國內工程一般選用鋁芯電纜。 敷設方式：電纜橋架，電纜溝，電纜隧道和穿管等。2. 截面選擇： 當電纜的最大負荷利用小時數Tmax5000小時，長度超過20m以上，均應按經濟電流密度選擇。 按長期發熱允許電流選擇電纜截面時，修正系數K與敷設方式，環境溫度等有關。3. 按允許電壓降校驗：%5/ )sincos(3%00maxNSUxRLIU4. 熱穩定校驗：kQCS1min對6k

18、V油浸紙絕緣鋁芯電纜，熱穩定系數C=93；10kV時C取95。第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-4 8-4 電氣設備的選擇電氣設備的選擇六、電流互感器選擇六、電流互感器選擇1. 電流互感器的形式選擇 35kV以下屋內配電裝置，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. 電流互感器的準確級 不應低于所供測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一般采用0.2或0.5級； 500kV采用0.2級。？保證互感器的準確級 S2I2N2Z2LS

19、N2 或 Z2LZN2 Z2L= r2 + rw + rc 接觸電阻rc取0.050.1； 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； 連接用導線的電阻rw為)()( )( )( 2222222222222222222cNCcNNCNNcNNwcwNNrrZLrrISLISSIrrISrrrrISS為導線截面導線計算長度LC與電流互感器的接線系數有關，若測量儀表與互感器安裝處相距L，則當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。為滿足機械強度要求銅線S不得小于1.5mm2。第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-4 8-4

20、 電氣設備的選擇電氣設備的選擇4. 熱穩定和動穩定校驗 只對本身帶有一次回路導體的電流互感器進行熱穩定校驗。 常以1S允許通過的熱穩定電流It或一次額定電流IN1的倍數Kt來表示，即It21 Qk 或 (KtTN1)2Qk 互感器內部動穩定，常以允許通過的動穩定電流ies或一次額定電流幅值的動穩定倍數Kes表示shesNshesiKIii12或 瓷絕緣的電流互感器還應校驗瓷絕緣帽上受力的外部動穩定，方法可參見支柱絕緣子的校驗。第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-4 8-4 電氣設備的選擇電氣設備的選擇七、電壓互感器的選擇七、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

21、于相對地兩種方式，繞組的額定電壓UN1應與接入電網的方式和電壓相符，為確保互感器的準確級，要求電網電壓的波動范圍滿足下列條件0.8UN1US2309 A 2校驗熱穩定由式（8-33），計算短路持續時間， tk=tp1+tin+ta=0.06+0.15+0.05=0.26S 近似取I代入式（8-12）得 )(2000)(5605 .163945. 1871122minmmmmQKCSkS表 8-7 k1點三相短路電流計算匯總時間（s）I(kA)ish(kA)059.7157.5139.26237.38436.89 =I2tk=59.720.26=926.7kA2S代入式（8-13）得 Qnp=T

22、 I2=0.259.72=712.8kA2S Qk=Qp+Qnp=1639.5kA2S由式（8-51）得)10 (12222/2tktkpIIItQk第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-5 8-5 設備選擇舉例設備選擇舉例3校驗動穩定計算導體固有振動頻率，根據式（8-25）和表8-4可知Hz 155348 1055. 12 . 1289. 011211222200hLrfPawLfmbhwmNaifsh652235222727107 .241033. 3102 . 14 .5722101033. 31 . 001. 0333. 0333. 0/4 .572275. 0/)5 .1

23、57(1073. 1/1073. 1故=1，求母線的相間應力，根據式（8-53） 因每相由多條導體組成，校驗應取公式其中最大計算應力等于相間作用應力和同相不同條間作用應力t之和，應小于最大允許應力。altmax第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-5 8-5 設備選擇舉例設備選擇舉例例例8-3 選擇圖8-13中，發電機A出口斷路器QF1，已知發電機A主保護動作時間tp1=0.04s，后備保護時間tp2=3.8s, k1點短路計算結果見表8-7。解解 1發電機最大持續工作電流AUPINN18048 . 05 .1032505. 1cos305. 1max斷路器QF1的短路計算點應為圖

24、8-13中的k2點，由k1點短路電流扣除發電機A所提供的部分，得到流過QF1的短路電流 I0S=45.2kA，I2S=32.57kA，I4S=32.56kA沖擊電流kAIish6 .1212 .4529 . 1 29 . 1查附表IV-3發電機斷路器須采用SN4-10G/5000型，tin=0.15s。2計算熱穩定45701210405. 015. 08 . 32242222SkAtIIIQSttttkSSospainpk因tk1S，可以不計非周期分量的熱效應。計算結果見表8-8。表 8-8 例 8-3 斷路器選擇計算結果計算結果SN4-10G/5000參數UNS=10UN=10kVImax=

25、1804AIN=5000AI=45.2kAINbr=105kAish=121.6kAiNci=300kAQk=4570kA2SI2tt=12025第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-5 8-5 設備選擇舉例設備選擇舉例例例 8-4 選擇圖8-13中10kV饋線L1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，線路繼電保護時間tp2=1.8S，斷路器全分閘時間tab=0.2S。解解 1計算電抗器內側的等值電抗，計算用圖如右097. 0268. 01577. 01208. 011111115148*XXXX2計算電抗

26、百分數，見式（8-45）%9 . 1105 . 55 .104 . 0)097. 0165 . 5( %100)(%*NddNNbrdLUIUIXIIX熱穩定計算時間 tk=tp2+tab=1.8+0.2=2S選用水泥柱式，鋁電纜的電抗器NKL-10-400-3，計算表明，動穩定不滿足要求。第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-5 8-5 設備選擇舉例設備選擇舉例改選NKL-10-400-4，該電抗器UN=10kV，IN=400A，XL=4%，動穩定電流ies=25.5kA，1秒熱穩定電流It=22.2kA，計算得k3點的短路電流的有名值，I0S=9.08kA，I1S=8.93kA

27、，I2S=9.54kA。3正常運行時電壓損失的校驗，見式（8-46）4母線殘壓校驗，見式（8-47）5校驗電抗器的動、熱穩定%5%16. 26 . 040036004. 0sin%maxNLIIXU%70%8 .904 . 008. 904. 0 %NLreIIXUesshshikAIki8 .2308. 985. 12 218 .16121254. 993. 81008. 912102222222120tkSSSpkItIIIQQ因tk1S，不計非周期Qnp的值所選電抗器滿足動熱穩定。第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-5 8-5 設備選擇舉例設備選擇舉例例例 8-5 選擇圖8

28、-13中，饋線L1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。解解 互感器二次接線如右圖所示，儀表的負荷見表8-9。根據饋線電壓，最大工作電流及安裝地點，選用LFZJ1-10型電流互感器，其系環氧樹脂繞注式絕緣，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熱穩定倍數kt=75，動穩定倍數kes=130。1計算連接用導線的截面 二次負荷最大A相：S2=1.45 VA r2S2/IN221.45/520.058 互感器為不完全星形接線，計算長度表 8-9 電流互感器負荷互感器付邊負荷（VA）儀表電流線圈名稱AC電

29、流表（46L1-A）0.35功率表（46D1-W）0.60.6電度表（DS1）0.50.5總計1.451.1mLC6 .86503)(36. 21 . 0058. 08 . 06 .861075. 1 2822mmrrrLScNC導線截面積可選用標準截面為2.5mm的銅芯控制電纜。第八章第八章 電氣主接線的設計電氣主接線的設計8-5 8-5 設備選擇舉例設備選擇舉例2. 熱穩定和動穩定校驗例8-4已計算得到電抗器后短路沖擊電流ish=23.15kA，熱效應 QK=161.8（kA2S）熱穩定校驗(KtIN1)2(750.4) 2 900 QK 內部動穩定校驗21/2IN1 Kes 21/20.413073.5kA ish 由于LFZJ1型為繞注式絕緣，故不校驗外部動穩定。例例 8-6 選擇圖8-13中發電機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