电气一次初步设计

2026/4/26 18:26:49

河北工程大学毕业设计

正常供电和电气设备的正常运行。

短路是电力系统的严重故障,所谓短路,是指一切不正常的相与相之间或相与地(对于中性点接地系统)发生通路的情况。发生短路后,电力系统在运行中阻抗突然大为减小,使短路处及供电回路流过巨大的短路电流,可达正常运行电流的几倍、十几倍甚至几十倍,达到几万甚至十几万安培。同时,短路点的电压有可能减低为零,邻近地区网络电压也要大幅度下降,因而短路故障给电力系统带来的后果是很严重的,具体有以下几个方面: (1)巨大的短路电流会使电气设备急剧发热,可能导致设备损坏;短路处发生的电弧温度高达上万度,会烧坏设备甚至危及人身安全。

(2)巨大的短路电流会产生巨大的电动力,可能使电气设备早到破坏。

(3)短路时电压的降低会破坏用电设备的正常运行,特别是使厂矿企业中大量使用的异步电动机转速下降甚至停转,给生产带来很大损失。

(4)严重的短路还有可能危及电力系统的稳定运行,使发电机失去同步,导致电力系统解列,甚至引起系统崩溃,造成大面积停电,这是最严重的后果。

(5)当发生不对称短路时,还会产生零序电流及相应的磁场,使邻近的通信线路受到严重的电磁干扰,使通信不能正常进行。

在三相系统中,可能发生的短路有:三相短路,两相短路,两相接地短路和单相接地短路。其中,三相短路是对称短路,系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态,其他类型的短路都是不对称短路。

电力系统的运行经验表明,在各种类型的短路中,单相短路占大多数,两相短路较少,三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生,其情况较严重,应给以足够的重视。因此,我们都采用三相短路来计算短路电流,并检验电气设备的稳定性。

3.2 短路电流计算的目的

(1) 电气主接线的比较与选择。

(2) 选择断路器等电气设备,或对这些设备提出技术要求。 (3) 为继电保护的设计以及调试提供依据。

(4) 评价并确定网络方案,研究限制短路电流的措施。 (5) 分析计算送电线路对通讯设施的影响。 3.3短路计算的假定条件

短路过程是一种暂态过程。影响电力系统暂态过程的因素有很多,若在实际计算中把所有的因素都考虑进来,将是十分复杂也是不必要的。因此在满足工程要求的前提下,为了简化计算,通常采取一些合理的假设,采用近似的方法对短路电流进行计算,基本假设条件如下:

(1) 认为在短路过程中,所有发电机电势的相位及大小均相同,亦即在发电机之间没有

电流交换,发电机供出的电流全部是流向短路点的。而所有负荷支路则认为已断开。

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(2) 不计磁路饱和。 (3) 不计变压器励磁电流。 (4) 系统中所有元件只计入电抗

(5) 短路为金属性短路,即不计短路点过渡电阻的影响。

(6) 认为三相系统是对称的。对于不对称短路可应用对称分量法进行计算。

3.4短路电流计算的一般规定

(1) 电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。 (2) 所有电源的电动势相位角相同。

(3) 验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流,应按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(一般为本期工程建成后5~10年)。确定短路电流计算时,应按可能发生最大短路电流的正常 接线方式,而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

(4) 选择导体和电器用的短路电流,在电气连接的网络中,应考虑具有反馈作用的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

(5) 选择导体和电器时,对不带电抗器回路的计算短路点,应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。

(6) 导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。

3.5 短路电流计算的内容

(1) 短路点的选取:各级电压母线、各级线路末端。

(2) 短路时间的确定:根据电气设备选择和继电保护整定的需要,确定计算短路电流的时间。

(3) 短路电流的计算:最大运行方式下最大短路电流;最小运行方式下最小短路电流;各级电压中性点不接地系统的单相短路电流。计算的具体项目及其计算条件,取决于计算短路电流的目的 。

3.6 短路电流计算的步骤

(1) 计算各元件电抗标幺值,并折算为同一基准容量下; (2) 给系统制订等值网络图; (3) 选择短路点;

(4) 对网络进行化简,把供电系统看为无限大系统,不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路

*1*点的电抗标幺值,并计算短路电流标幺值、有名值。

X标幺值:Id = di

有名值:Idi = Id?Ij

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(5) 计算短路容量,短路电流冲击值 短路容量:S = 3 UjI??

短路电流冲击值:ish = 2.55I?? (6) 列出短路电流计算结果 具体短路电流计算见计算说明书

4 电气设备的选择

4.1概述

在发电厂和变电所中,根据电能生产、转换和分配等各环节的需要,配置了各种电气设备。根据它们在运行中所起的作用不同,通常将它们分为电气一次设备和电气二次设备。

(一) 电气一次设备及作用

直接参与生产、变换、传输、分配和消耗电能的设备称为电气一次设备。主要有; (1) 进行电能生产和变换的设备,如发电机、电动机、变压器等。

(2) 接通、断开电路的开关电器,如断路器、隔离开关、自动空气开关、接触器、熔断器等。

(3) 限制过电流或过电压的设备,如限流电抗器、避雷器等。

(4) 将电路中的电流电压降低,供测量仪表和继电保护装置使用的变换设备,如电压互感器、电流互感器。

(5) 载流导体及其绝缘设备,如母线、电力电缆、绝缘子、穿墙套管等。 (6) 为电气设备正常运行及人员、设备安全而采取的相应措施,如接地装置等。 4.1.1 选择的一般原则

(1) 应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求,并考虑远景发展。 (2) 应按当地环境条件校核。 (3) 应力求技术先进和经济合理。 (4) 与整个工程的建设标准应协调一致。 (5) 同类设备应尽量减少品种。

(6) 选用的新产品均应具有可靠的实验数据,并经正式鉴定合格。 4.1.2按使用环境选择设备 (1)温度和湿度

一般高压电气设备可在环境温度为-30~+40℃的范围内长期正常运行。当使用环境温度低于-30℃时,应选用适合高寒地区的产品;若使用环境温度超过+40℃时,应选用型号后带“TA”字样的干热带型产品。一般高压设备可在温度为+20℃,相对湿度为90%的环境下长期正常运行。当环境的相对湿度超过标准时,应选用型号后带有“TH”字样的湿热

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带型产品。本电厂全年最高温度月日平均温度为26.2℃,全年最低月平均温度为-1.4℃,全年平均温度13.7℃,所以一般高压电气设备可以在此温度下正常运行。 (2)污染情况

安装在污染严重,有腐蚀性物质、烟气、粉尘等恶劣环境中的电气设备,应选用防污型或将设备布置在室内。 (3)海拔高度

一般电气设备的使用条件为不超过1000m。当用在高原地区时由于气压较低,设备的外绝缘水平将相应下降。因此,设备应选用高原型产品或用外绝缘水平提高一级的产品。现行电压等级为110KV及以下的设备,其外绝缘都有一定的裕度,实际上均可使用在海拔不超过2000m的地区。本电厂建在海拔81m的丘陵地带,所以电气设备可以正常运行。 4.1.3 选择的技术条件

(1) 按正常工作条件选择导体和电气 ① 额定电压

电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化,有时会高于电网的额定电压 ,故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。

因此,在电气设备中一般可按照电气设备的额定电压UN不低于装置地点电网的额定电压UNS的条件选择。即:UN≥UNS ② 额定电流

电气设备的额定电流IN是在额定环境温度下,电气设备的长期允许电流。IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax,即:IN≥Imax ③ 环境条件对设备选择的影响

当周围环境温度Q和导体额定环境温度Q 0不等时,其长期允许电流IyQ可按下式修正:

Iy Q =Iy

?w???w??o = KIy

基中K —修正系数

?w —导体或电气设备正常发热允许最高温度

我国目前生产的电气设备的额定环境温度?o= 40℃,裸导体的额定环境温度为+25℃。

(2)按短路状态校验 Ⅰ 校验的一般原则

① 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热校验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流

② 用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时,可不验算路电流

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