电力工程基础-电气设备的选择课件.ppt

1、鞠平 主编ELECTRIC POWER ENGINEERING ELECTRIC POWER ENGINEERING 电力工程电力工程第十五章第十五章 电气设备的选择电气设备的选择第十五章第十五章 电气设备的选择电气设备的选择 15.1 电气设备选择的一般条件15.2 输电线路的选择15.3 发电厂及变电所主变压器的选择 15.4 支柱绝缘子及穿墙套管的选择第十五章第十五章 电气设备的选择电气设备的选择 15.5 高压断路器、隔离开关和高压熔 断器的选择15.6 电流和电压互感器的选择15.8 硬母线的选择15.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件15.1.1 按正常工作条件选择电

2、气设备15.1.2 按短路条件校验热稳定和动稳定15.1.1 按正常工作条件选择按正常工作条件选择电气设备电气设备1、按工作电压选择 电气设备的额定电压应不低于所在电网的额定电压2、按工作电流选择 电气设备的额定电流应不低于各种可能运行方式下该回路最大持续工作电流SNNUUmax)(IKIIalN或15.1.1 按正常工作条件选择按正常工作条件选择电气设备电气设备回路名称最大持续工作电流发电机、调相机回路额定电流的1.05倍变压器回路额定电流的1.05倍有过负荷运行的可能，1.32倍额定电流出线回路1.05倍线路最大负荷电流母联回路 母线上最大一台发电机或变压器的Imax汇流母线按实际潮流分布

3、确定分段回路母线上最大一台发电机额定电流的50%80%变电所应满足用户的一级负荷和大部分二级负荷电容器回路1.35倍电容器组额定电流15.1.1 按正常工作条件选择按正常工作条件选择电气设备电气设备3、按当地环境条件校核v 海拔 正常使用环境海拔不超过1000m 高于1000m不超过4000m：海拔每升高100m，其外绝缘强度下降1%，允许温升降低0.3%。v 温度 al为导体长期发热允许最高温度；0为导体的额定环境温度，一般取25NalalNalIKII015.1.2 按短路条件校验热稳定和动稳定按短路条件校验热稳定和动稳定1、短路热稳定校验 电气设备能耐受短路电流流过时间内的热效应而不致损

4、坏。v 导体 按最小截面积法校验v 电器 按热稳定电流及其通过时间校验 Qk 短路电流热效应 C 热稳定系数 It所选电器t时间内允许通过的热稳定电流ktQtI2CQSkmin15.1.2 按短路条件校验热稳定和动稳定按短路条件校验热稳定和动稳定2、动稳定校验 电气设备承受短路电流产生的电动力效应而不损坏。iM、IM短路冲击电流的幅值和有效值 ies、Ies电器允许通过的动稳定电流幅值和有效值MesMesIIii或15.1.2 按短路条件校验热稳定和动稳定按短路条件校验热稳定和动稳定3、短路电流计算条件（1）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。（2）短路计算

5、容量 按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划。（3）短路计算类型 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ainprabprktttttt15.1.2 按短路条件校验热稳定和动稳定按短路条件校验热稳定和动稳定（4）短路计算点 正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的短路点，称为短路计算点。v 对两侧均有电源的电气设备，应比较电气设备前、后短路时的短路电流，选通过电气设备短路电流较大的地点v 短路计算点选在并联支路时，应断开一条支路。v 同一电压等级中，汇流母线短路时，短路电流最大。v 带限流电抗器的出线回路，短路计算点一般选择电抗器后。15.2

6、输电线路的选择输电线路的选择15.2.1 架空线路的选择15.2.2 电力电缆的选择15.2.1 架空架空线路的选择线路的选择1、导线与地线的选择（1）导线的选择v 导线材料：铜、铝、铝合金、钢v 导线种类：钢芯铝绞线（LGJ），铝合金绞线（LHAJ、LHBJ），铝包钢绞线（GLJ）等v 导线截面积选择 截面积选择 按长期发热允许电流 按经济电流密度15.2.1 架空架空线路的选择线路的选择经济电流密度：综合考虑投资、年运行费和国家当时的技术经济政策而确定的电流密度，可使选择的导体年计算费用最小。Imax 正常运行方式下导线的最大持续工作电流 J 经济电流密度，可根据最大负荷利用小时数Tmax

7、，在经济电流密度曲线上查得（P339图5-2）按经济电流密度选择的导线截面积需要进行长期发热条件检验。JISmax15.2.1 架空架空线路的选择线路的选择 电压损失检验 正常运行时 一回线故障 校验不满足要求：增加回路数 分裂导线 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。maxUUcr%10%U%15%U15.2.1 架空架空线路的选择线路的选择 机械强度校验跨越铁路、通航河流和运河、公路、通信线路和居民区的线路，截面积不小于35mm2通过其他地区的线路：35kV以上线路最小为25mm2 35kV及以下线路最小为16mm2 热稳定校验 热效应 周期分量

8、热效应 非周期分量热效应)mm(12minkQCSftQQQk)10(122222tkkttkIIItQ 2fITQ 15.2.1 架空架空线路的选择线路的选择（2）地线的选择v 各级电压线路架设地线的要求：500kV线路应沿全线架设双地线；年平均雷暴日数超过15的地区，220330kV线路应沿全线架设地线，山区宜架设双地线；110kV线路宜全线架设地线，年平均雷暴日数不超过15或运行经验证明雷电活动轻微的地区，可不架设地线，但应在变电所或发电厂进线段架设12km地线；35kV线路一般不沿全线架设地线。15.2.1 架空架空线路的选择线路的选择v 地线种类选择 一般地线、绝缘地线、屏蔽地线、复

9、合光纤地线v 地线截面积选择 地线截面积应与导线截面相配合（P341表15-8）（3）导线在杆塔上的排列方式及线间距离v 导线在杆头的排列方式：水平、垂直和三角形v 导线的线间距：根据经验确定15.2.1 架空架空线路的选择线路的选择（4）地线与导线间的距离v 地线对边导线的保护角应满足防雷要求，与导线的水平偏移应满足绝缘水平要求。v 双地线线路，两个地线间距离不应超过地线与导线间垂直距离的5倍。3、杆塔的选择 分类：钢筋混凝土电杆、铁塔4、路径选择 在线路起止点间选出一个全面符合国家建设各项方针政策的最合理的线路路径。15.2.2 电力电缆电力电缆的选择的选择1、电缆型号选择 根据其用途、敷

10、设方式和场所、工作条件及负荷大小选择2、额定电压选择3、电缆截面积选择 按长期发热允许电流选择电缆截面积 综合修正系数K需要考虑环境温度及电缆的敷设方式NsNUUmaxIKIal15.2.2 电力电缆电力电缆的选择的选择4、热稳定校验5、电压损失校验 Ue、线路额定线电压和功率因数 L电缆长度（km）r、x 单位长度电缆的电阻和电抗)mm(12minkQCSS%5100)coscos(3%maxxrlIUUecos15.3 发电厂及变电所主变压器的选择发电厂及变电所主变压器的选择主变压器：用来升压向电力系统或降压向用户输送电能的变压器；联络变压器：用于两种电压等级之间交换电力的变压器；自用变压

11、器：用于本厂（所）自用电系统供电的厂（所）用变压器。15.3 发电厂及变电所主变压器的选择发电厂及变电所主变压器的选择15.3.1 主变压器的容量和台数15.3.2 主变压器的负载率15.3.3 主变压器的型式15.3.1 主变压器主变压器的容量和台数的容量和台数1、发电厂主变压器的容量和台数的确定原则（1）具有发电机电压母线的主变压器v 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。v 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。v 对水电比重较大的

12、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。15.3.1 主变压器主变压器的容量和台数的容量和台数v 按上述条件计算时，应考虑发电机电压母线上负荷的逐年变化。v 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。15.3.1 主变压器主变压器的容量和台数的容量和台数（2）单元接线的主变压器 主变压器的容量按下列条件中较大者选择：v 发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10的裕度。v 按发电机的最大连续输出容量扣除本机组的厂用负荷。采用扩大单元接线时，尽可能采用分

13、裂绕组变压器，容量按单元接线计算原则计算出的两台机容量之和确定。15.3.1 主变压器主变压器的容量和台数的容量和台数（3）连接两种升高电压母线的联络变压器v 满足两种电压网络在不同运行方式下的功率较换；v 容量不小于母线上最大一台机组的容量；v 通常只选一台，最多不超过两台。15.3.1 主变压器主变压器的容量和台数的容量和台数2、变电所主变压器的容量和台数的确定原则v 按变电站建成后510年的规化负荷选择，并适当考虑1020年负荷发展；v 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、类负荷的供电；v 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

14、的7060。v 有一、二级负荷的变电所，主变压器不少于2台；v 变电所有其他电源能保证主变压器故障停运后的一级负荷，主变压器可只设一台；v 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15.3.1 主变压器主变压器的容量和台数的容量和台数v 单台变压器容量不宜大于下列数值：220kV：180MVA 110kV：63MVA 63kV：31.5MVA 35kV：20MVA 一个城市电网中，同一级电压的主变压器单台容量规格不宜超过3种；同一变电所中，同一级电压的主变压器宜采用相同的规格。15.3.2 主变压器的负载率主变压器的负载率变电容载比：城网变电容量（kVA）与对应最大负载（kV

15、A）的比值，反映城网供电能力。变压器的负载率：变压器实际供给的最大负载与自身的额定容量之比，是控制变电总容量的指标。一般城市电网变电容载比：220kV电网：1.61.9 35110kV电网：1.82.1变压器负载率取值变电所变压器台数高负载率低负载率20.650.530.860.6741.00.7515.3.3 主变压器的型式主变压器的型式1、相数的确定v 330kV及以下系统，应选用三相变压器v 500kV及以上系统，根据实际情况选则三相或单相变压器2、绕组数的确定v 变电站或单机容量在125MW及以下发电厂，若有三个电压等级，选择三绕组变压器；v 单机容量200MW及以上的发电厂，采用双绕

16、组变压器加联络变压器；v 110kV及以上中性点接地系统中，优先选用自耦变压器；v 扩大单元接线，优先选用分裂绕组变压器。15.3.3 主变压器的型式主变压器的型式容量为200MW及以上机组的主接线15.3.3 主变压器的型式主变压器的型式3、连接组标号的确定 变压器三相绕组的连接组号必须和系统电压相位一致。v 110kV及以上电压侧，采用YN接线；v 35kV电压侧，采用Y接线，中性点多通过消弧线圈接地；v 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。4、调压方式的确定v 无励磁调压v 有载调压15.4 支柱绝缘子及穿墙套管的选择支柱绝缘子及穿墙套

17、管的选择15.4.1 支柱绝缘子的选择15.4.2 穿墙套管的选择15.4.1 支柱绝缘子的选择支柱绝缘子的选择1、种类和型式选择 户内：外胶装、内胶装 户外：棒式、悬挂式2、额定电压选择NSNUU15.4.1 支柱绝缘子的选择支柱绝缘子的选择3、动稳定检验绝缘子顶端所受电动力动稳定校验条件 Fde抗弯破坏系数（N）（制造厂商给出）721221max10273.12aLLiFFFshHHFFc1maxdecFF6.015.4.2 穿墙套管的选择穿墙套管的选择 1、种类和型式选择 户内和户外；带导体和不带导体的母线型2、额定电压选择3、额定电流选择4、热稳定校验NSNUUmaxIINktQtI2

18、15.4.2 穿墙套管的选择穿墙套管的选择5、动稳定校验721221max10273.12aLLiFFFshdeFF6.0max15.5 高压断路器、隔离开关和高压熔断器的选择高压断路器、隔离开关和高压熔断器的选择15.5.1 高压断路器的选择15.5.2 隔离开关的选择15.5.3 高压熔断器的选择 15.5.1 高压断路器的选择高压断路器的选择1、种类和型式选择 35220kV：少油断路器、SF6断路器或真空断路器 330kV：首选SF6断路器2、额定电压与电流选择3、额定开断电流选择 不应小于实际触头开断瞬间短路电流的有效值。NSNUUmaxIINkNbrII15.5.1 高压断路器的选

19、择高压断路器的选择开断计算时间：从发生短路到断路器的触头刚刚分开所经历的时间。当 时，当 时，inprbrtttIINbr 222abrTtptkeIII stbr1.0stbr1.015.5.1 高压断路器的选择高压断路器的选择4、额定关合电流选择 不应小于短路冲击电流5、热稳定与动稳定校验 热稳定 动稳定shNcliiktQtI2MesMesIIii或15.5.2 隔离开关的选择隔离开关的选择例：某变电所110kV出线，最大负荷35kW，。已知出线三相短路时线路主保护动作时间为0.06s，后备保护动作时间为2s，户外环境温度为+25，试选择出现断路器和隔离开关。解：（1）线路最大持续工作电

20、流为（2）按额定电压、持续工作电流及短路电流水平，选择SF6断路器型号为LW25-126/1250-31.5；隔离开关型号为GW4-110/630。断路器的全分闸时间为0.06s，断路器的4s热稳定电流为31.5kA，隔离开关的4s热稳定电流为20kA.85.0cos，kA3.12，kA2.14，kA6.182 kkttIIIA1.216cos31035cos33maxmaxNNUUPI15.5.2 隔离开关的选择隔离开关的选择（3）动稳定校验。短路冲击电流为 其值小于所选断路器和隔离开关动稳定电流。（4）热稳定校验。短路电流持续时间为 周期分量热效应为kA35.476.1855.22 IKi

21、Mshs06.206.02abprktttskA5.43106.2123.122.14106.18)10(1222222222 kkttktIIItQ15.5.2 隔离开关的选择隔离开关的选择由于tk1s，故不计非周期分量热效应，短路电流热效应为其值小于所选断路器和隔离开关热稳定允许值。skA5.4312tkQQ15.5.3 高压熔断器的选择高压熔断器的选择1、额定电压的选择v 一般高压熔断器：v 限流式熔断器：2、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。v 35kV及以下电力变压器的额定电流选择SNNUUSNNUUNsNtIImaxKIINs不计电动机自启动：K=1.11.3

22、计及电动机自启动：K=1.5215.5.3 高压熔断器的选择高压熔断器的选择v 保护并联电容器的熔体额定电流选择v 保护电压互感器高压熔断器 按额定电压和断流容量选择3、额定开断电流校验v 非限流式v 限流式NcNsKII保护单台电容器：K=1.52.0保护一组电容器：K=1.431.55MNbrIIIINbr 15.5.3 高压熔断器的选择高压熔断器的选择v 跌落式熔断器：断流容量分别按上、下限值校验；开断电流以短路全电流校验。v 后备熔断器：校验最大开断电流，满足最小开断电流要求。4、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。15.6 电流和电压互感

23、器的选择电流和电压互感器的选择15.6.1 电流互感器的选择15.6.2 电压互感器的选择15.6.3 电流和电压互感器的配置原则15.6.1 电流互感器的选择电流互感器的选择1、种类和型式选择v 35kV以下屋内配电装置：瓷绝缘或树脂浇注式；v 35kV及以上配电装置：油浸箱式、树脂浇注式、SF6气体绝缘结构或光纤式的独立式电流互感器。2、额定电压与电流选择v 一次侧v 二次侧额定电流可选5A或1ASNNUUmaxIIN15.6.1 电流互感器的选择电流互感器的选择3、准确级和额定容量的选择 电流互感器准确级：在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差百分数。电流互感器的准

24、确级不应低于所供测量、监视仪表的最高准确级。电流互感器额定容量：额定二次电流和额定二次阻抗下运行时，二次绕组输出的容量。2222NNNZIS15.6.1 电流互感器的选择电流互感器的选择4、二次负荷的校验 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。忽略二次负荷阻抗中的电抗连接导线电阻应满足LNLNNZZZISS2222222或cLreaLrrrrZ222222)(NcreaNNLIrrrISr15.6.1 电流互感器的选择电流互感器的选择连接导线截面积计算长度Lc与电流互感器接线方式的关系)()(222222creaNccreaNNcNrrrZLrrrISLIS15

25、.6.1 电流互感器的选择电流互感器的选择5、热稳定校验6、动稳定校验 内部动稳定校验 外部动稳定校验（采用硬导线连接的瓷绝缘电流互感器）kNtktQIKQI212)(1或MesNMesiKIii12或271073.15.0MaliaLF15.6.2 电压互感器的选择电压互感器的选择1、种类和型式选择v 335kV屋内配电装置中：油浸式和树脂浇注式v 35kV户外配电装置中：油浸绝缘结构电磁式v 110kV以上配电装置：容量和准确度等级满足要求时，采用电容式v SF6全封闭组合电器：电磁式2、额电电压的选择v 一次绕组额定电压应与接入电网的方式和电压相符v 二次侧绕组额定电压为V3100V10

26、0或15.6.2 电压互感器的选择电压互感器的选择3、准确级的选择v 为能量计算：0.5级电压互感器；v 精密测量：0.2级互感器；v 发电厂中功率表和电压继电器：1级互感器；v 一般显示：3级互感器 若几种准确级要求不同的负荷接在同一各互感器上，按负荷要求最高等级考虑。15.6.2 电压互感器的选择电压互感器的选择4、二次负荷的校验 S2为电压互感器二次绕组中最大一相的负荷。22SSN222QPS15.6.3 电流和电压互感器的配置原则电流和电压互感器的配置原则1、电流互感器的配置原则v 每条支路的电源侧均需装设足够数量的电流互感器，供该支路测量保护用。v 用于自动调节励磁装置的电流互感器应

27、布置在发电机定子绕组出线侧。v 配置差动保护的元件，应在元件各端口配置电流互感器。v 电流互感器通常布置在断路器出线或变压器侧。15.6.3 电流和电压互感器的配置原则电流和电压互感器的配置原则2、电压互感器配置原则v 6220kV电压级的每组主母线的三相上应装设电压互感器，旁路母线则视回路出线外侧装设电压互感器的需要而定。v 当需要监视和检测线路断路器外侧有无电压，以供同期和自动重合闸使用时，该侧装一台单相电压互感器。v 一般在出口处两组电压互感器。一组用于自动调节励磁装置；一组供测量仪表、同期和继电保护使用。v 变压器低压侧有时为了满足同步或继电保护要求，设有一组电压互感器。15.6.3

28、电流和电压互感器的配置原则电流和电压互感器的配置原则v 330500kV电压级的电压互感器配置双母线接线，每回出线和每组母线的三相上装设。一台半断路器接线，每回出线三相上装设，主变压器进线和每组母线上则根据继电保护装置、自动装置和测量仪表的要求，在一相或三相上装设。发电厂各互感器配置15.8 硬母线的选择硬母线的选择15.8.1 硬母线的材料、类型与布置方式15.8.2 硬母线的截面积选择及热稳定、电晕校验15.8.3 硬母线的动稳定校验15.8.1 硬母线的材料、类型与布置方式硬母线的材料、类型与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15.8.1 硬母线的材料、类型与布置方式硬母线的材料、类型与布置方式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15.8.2 硬母线的截面积选择及热稳定、电晕校验硬母线的截面积选择及热稳定、电晕校验1、截面积选择 导体截面积按长期发热允许电流选择。2、热稳定校验3、电晕校验 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。maxIKIal)mm(12minkQCS15.8.3 硬母线的动稳定校验硬母线的动稳定校验动稳定校验 Mmax最大合成弯矩（Nm）W导体的截面系数（m3）alphWMmax