电气主接线及大电流母线.ppt

华中科技大学电气学院,华中科技大学电气学院,第一章 电气主接线及大电流 母 线 电气主接线： 发电厂和变电所中的一次设备(发电机、变压器、母线、断路器、隔离开关、线路等) ，按照一定规律连接、绘制成而成的电路，称为电气主接线，也称电气一次接线或一次系统。 接线图一般用图形和文字符号，并用单线（局部TA、TV处用三线）绘制而成。,华中科技大学电气学院,220/110/10kV地区变电所主接线图 W母线；T变压器；QF断路器；L电抗器；WL馈电线；QS同步调相机；TV电压互感器；TA电流互感器,华中科技大学电气学院,华中科技大学电气学院,电气主接线的基本接线形式 有汇流母线：单母线、单母线分段、双母线、双母线分段及其增设旁路的接线，一倍半断路器接线，变压器母线组接线等。 无汇流母线：单元接线、桥形接线、角形接线等。,华中科技大学电气学院,几个基本概念： 汇流母线：起汇集和分配电能的作用，也称汇流排。 进、出线：进线指电源，出线指线路,也称馈线。 断路器、隔离开关（母线、线路）、接地刀闸： 断路器与隔离开关的操作顺序： 送电操作顺序：先合上断路器两侧的隔离开关，再投入断路器。 停电检修操作顺序：先断开断路器，再断开断路器两侧的隔离开关。待线路对方仃电后，再合上接地刀闸。,华中科技大学电气学院,1. 单母线接线 接线图,有汇流母线接线,特点： 简单、清晰、设备少。 当母线故障或检修或母线隔离开关检修时，整个系数全部停电。 断路器检修期间也必须停止该回路的供电。 适用范围： 单电源的发电厂和变电所，且出线回路数少，用户对供电可靠性要求不高的场合。,2. 单母线分段接线 接线图,特点： 减少母线故障或检修时的 停电范围。 断路器检修期间必须停止 该回路的供电。 母线分段的数目，通常以 23分段为宜，分段太多 增加了分段断路器。 适用范围： 610kV配电装置出线6回 及以上； 35kV出线数为48回； 110220kV出线数为34回。,华中科技大学电气学院,旁路母线的作用 不停电检修进出线断路器。 操作方式（检修QF4，且WL4不停电） 如A、B段经QF1和QS1、QS2并列运行，则闭合QS5断开QF1断开QS1闭合QS3闭合QF1使W3带电（不要首先闭合QS8）。此时若W3隐含故障，则由继电保护装置动作断开QF1。 若W3充电正常，操作可以继续进行：合上QS8断开QF4。这时WL4由母线BQS2QF1QS3 W3QS8 WL4供电。并由QF1替代断路器QF4。 QF4检修前，应把QS6、QS7断开。 适用范围 中小型发电厂和35110kV的变电所。,(分段断路器QF1兼旁母断路器 ),3. 单母线分段加装旁路母线接线 接线图,华中科技大学电气学院,4. 双母线接线 接线图 具有两组母线W1，W2。每一回路经一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线连接，母线之间通过母线联络断路器QF（简称母联）连接。,运行方式 母联QF断开，一组母线工作，另一组母线备用，全部进出线接于运行母线上。 母联QF断开，进出线分别接于两组母线，两组母线分裂运行。 母联QF闭合，电源和馈线平均分配在两组母线上。 优点 检修一组母线，可使回路供电不中断；一组母线故障，部分进出线会暂时停电。 供电可靠，调度灵活，又便于扩建。,华中科技大学电气学院,有两组母线后，使运行的可靠性和灵活性大为提高，其特点如下： (1)检修任一组母线时，可把全部电源和负荷线路切换到另一母线。 (2)运行调度灵活，通过倒换操作可以形成不同的运行方式。当母联断路器闭合，进出线适当分配接到两组母线上，形成双母线并列运行的状态。有时为了系统的需要，亦可将母联断路器断开(处于热备用状态)，。两组母线各自运行。 (3)在特殊需要时，可以用母联与系统进行同期或解列操作。 (4)当个别回路需要独立工作或进行试验时，可将该回路单独接到一组母线上进行。,华中科技大学电气学院,双母线接线的倒母线操作 闭合母联两侧的隔离开关QS1，QS2，合QF00向备用母线充电； 若备用母线带电后一切正常，下一步则先接通（一条或全部）回路接于备用母线侧的隔离开关，然后断开（该条或全部）回路接于工作母线上的隔离开关，这就是所谓的“先通后断”的原则； 待全部回路操作完成后，断开母联断路器及其两侧的隔离开关。,华中科技大学电气学院,2双母线带旁路母线接线 带旁路母线的双母线接线，如图所示。 在每一回路的线路侧装一组隔离开关(旁路隔离开关)QSl4、QS24，接至旁路母线上，而旁路母线再经旁路断路器QF01及隔离开关接至两组母线上。,华中科技大学电气学院,双母线带旁路母线接线 接线图,要检修某一线路断路器时，基本操作步骤是： 先合旁路断路器两侧的隔离开关(母线侧合上一个)，再合上旁路断路器QF01对旁路母线进行充电与检查；若旁路母线正常，则待修断路器回路上的旁路隔离开关两侧已为等电位，可合上该旁路隔离开关；此后可断开待修断路器及其两侧隔离开关，对断路器进行检修。此时该回路已通过旁路断路器、旁路母线及有关旁路隔离开关向其送电。,华中科技大学电气学院,华中科技大学电气学院,双母线分段接线 接线图,特点 工作母线分成2段，即母线II，III段，备用母线I不分段，QF1，QF2为母联，QF3为分段断路器。 正常工作时，II，III段工作，I段备用，在分段回路中可接入分段电抗器L，当任一分段故障时，L限制相邻段供给的短路电流。 适用范围 610kV配电装置中； 220kV电压进出线回路数甚多时，也采用双母线四分段的接线。,华中科技大学电气学院,7. 一台半断路器接线 接线图 在母线W1，W2之间，每串接有三台断路器，两条回路，每二台断路器之间引出一回线，故称为一台半断路器接线，又称二分之三接线。,特点 具有较高的供电可靠性及运行灵活性。 母线故障，只跳开与此母线相连的断路器，任何回路不停电。 隔离开关不作操作电器，减少了误操作的几率。 使用设备较多，投资较大，二次控制接线和继电保护配置也比较复杂。,适用范围 大型电厂和变电所的 超高压配电装置。,华中科技大学电气学院,3/2交叉接线比3/2非交叉接线具有更高的运行可靠性，可减少特殊运行方式下事故扩大。 交叉接线的配电装置的布置比较复杂，需增加一个间隔。,华中科技大学电气学院,华中科技大学电气学院,华中科技大学电气学院,无汇流母线接线,华中科技大学电气学院,内桥与外桥接线的比较,适用范围: 用于小型发电厂和变电所，也可作为过渡性的接线。,桥形接线 接线图,华中科技大学电气学院,B. 扩大单元接线,单元接线及扩大单元接线 接线图 A. 单元接线,(a)发电机-双绕组变压器单元;(b)发电机-三绕组自耦变压器单元 (c)发电机-三绕组变压器单元;(d)发电机-变压器-线路单元,华中科技大学电气学院,发电机出口装设断路器的理由： (1)发电机组解、并列时，可减少主变压器高压侧断路器操作次数，对提高供电的可靠性有明显的作用。 (2)起停机组时，可通过主变压器用厂用高压工作变压器供厂用电，减少了厂用高压系统的倒闸操作， (3)当发电机出口有断路器时，厂用备用变压器的容量可与工作变压器容量相等，且厂用高压备用变压器的台数可以减少。,华中科技大学电气学院,发电机出口装设断路器的缺点是： 在发电机回路增加了一个可能的事故点。 但根据以往事故经验及世界发展方向，500MW及以上机组出口装设断路器有其突出优点。但应装设分相隔离的断路器。 另外主变压器应该是具有有载调压的分接开关，使当向厂用电供电时满足厂用电电压要求。,华中科技大学电气学院,发电机一变压器一线路组单元接线 采用这种接线的原因如下： (1)在发电厂的附近没有建设开关站场地，开关站不得不建在数千米以外。这时，在数千米以外对侧断路器的同期操作和保护跳闸都在发电厂进行，其信号通道可使用辅助导线或架空地线载波。 (2)远距离输电的核电站，反应堆一发电机一主变压器一线路全部单元制。发电厂每台主变压器高压侧直接与一条输电线路相连接，单独送电。发电厂内不设开关站。 这种接线，主变压器高压侧在厂内也可装设一台断路器，作为元件保护和线路保护的断开点，也可作为同期操作之用。,华中科技大学电气学院,角形接线 接线图,我厂500kV配电装置的接线，本期500kV出线2回，采用四角接线，远景按一台半断路器接线。,华中科技大学电气学院,第三节 大型发电厂主接线,发电厂主接线 大型火电厂一般总容量在1000MW及以上，安装单机容量为600MW及以上的大型发电机组。,华中科技大学电气学院,华中科技大学电气学院,大电流导体附近钢构件的发热 大电流导体(母线)附近存在强大的交变磁场，位于其中的钢铁构件(例如，绝缘子的金具、支持构件中的钢梁、防护遮栏的铁杆或网板、混凝土中的钢筋、金属管路等)，将由于涡流和磁滞损耗而发热。如果钢构件形成较大尺寸的闭合回路，还会感应产生环流，引起很大的功率损耗和发热。 当导体电流大于40005000A，其附近钢构件的发热便不能忽视。钢构件温度升高，可能使材料产生热应力而引起变形或使接触连接损坏。混凝土中的钢筋受热膨胀，可能使混凝土产生裂缝。,华中科技大学电气学院,根据规定，钢构件发热的最高允许温度： 人可触及的钢构为70； 人不可触及的钢构为100； 混凝土中的钢筋为80。,华中科技大学电气学院,一、母线磁场中简单钢构布置与发热 母线是一根通有电流Ib的圆形的长直导体，当周围没有钢构时，距母线轴线d处的磁场强度Ho和磁感应强度B。为,式中 0真空或空气的磁导率， 04X10-7 Hm。,华中科技大学电气学院,在交变磁场作用下，钢构中将产生涡流，钢构中的集肤效应十分显著，使钢构中的涡流都集中在钢构表面的薄层内，使涡流损耗发热成为钢构发热的主要原因， 二、减少钢构损耗和发热的措施 (1)加大钢构和载流导体之间的距离。该距离加大后，能使钢构表面磁场强度减小，因而可降低涡流和磁滞损耗。,华中科技大学电气学院,(2)断开载流导体附近的闭合钢构回路并加上绝缘垫。这样就消除感应电动势产生环流。 对于包围载流导体的闭合钢构(应避免采用)，可将其割开，并以非磁性材料(如铜)焊补。,(3)采用短路环屏蔽。如图所示，在垂直于母线轴线的钢构中磁场强度最大的地方，用电阻率小的铜或铝作短路环，紧包在钢构上，利用短路环中的感应环流削弱钢构中最热处的磁场。短路环中虽有电流流通，但因其电阻小，发热并不显著。,华中科技大学电气学院,(4)采用分相封闭母线。,华中科技大学电气学院,分 相 封 闭 母 线 敞露式母线的主要缺点是， 绝缘子表面容易被灰尘污染，受气候变化影响及污染严重。 随着单机容量的增大，母线短路电动力和母线附近钢构的发热大大增加。 采用电缆母线代之，但其投资太大，很少采用。采用封闭母线是一种较好的解决方法。,华中科技大学电气学院,封闭母线的类型。 (1)不隔相(亦称共相)式封闭母线。 (2)隔相式封闭母线。一般不隔相或隔相封闭母线只用于大容量机组的厂用电系统或容量较小但污染比较严重的场所。 (3)分相封闭母线。根据金属外壳各段的连接方法，又可分为分段绝缘式和全连式(段间焊接)两种。,华中科技大学电气学院,二、全连式分相封闭母线,外壳 各段间通过焊接全连通。在封闭母线的各个终端，通过短路板，将各相的外壳连接成电气通路，见图117。 从工程安装方便等原因考虑，从发电机至主变压器之间的封闭外壳分为23大段，在每段两端装置短路板，称为分段全连式。,华中科技大学电气学院,全连式分相封闭母线，其三相的外壳在端部通过短路板连通形成闭合回路，这就构成了类似以母线导体为一次侧、外壳为二次侧的三相1：1的空心变压器。 由于三相外壳回路短接，所以在外壳上感应产生与母线电流大小相近而方向相反的环流。 由于环流的屏蔽作用，使全连式外壳的壳外磁场减小到敞露母线的l0以下，因此，壳外钢构的发热大大减轻，可略而不计。,华中科技大学电气学院, 当母线三相短路时，由一相电流产生的磁场，经过外壳环流屏蔽作用。使导体之间所受的电动力大大减小。外壳之间，由于其中磁场已削弱，电动力也随着减小很多。 一般情况下外壳采用多点接地方式。多点接地时，外壳与地构成了回路，但接地电流很小。 在实际应用中，也有采用整个封闭母线外壳只有一个接地点的，其目的是防止某一接地处接触不良时由于对地电流造成外壳局部过热。,华中科技大学电气学院,全连式封闭母线与敞露式母线相比有以下优点： (1)运行可靠性高。封闭母线防尘，且各相间的外壳又相互分开，因而减低了相间短路的可能性。一般采用外壳多点接地，可保障人体接触时的安全。 (2)外壳环流的屏蔽作用，显著减小母线附近钢构中的损耗和发热。 (3)短路电流通过时，由于外壳环流和涡流的屏蔽作用，使母线之间的电动力大为减小，可加大绝缘子间的跨距。 (4)由于母线和外壳可兼作强迫冷却的管道，因此母线载流量可做到很大。,华中科技大学电气学院,分相封闭母线的固定， 每相单个绝缘子支持的结构如图118所示； 每相三个绝缘子支持的结构示意如图119所示。 一般分相封闭母线都采用三个绝缘子支持的结构。,华中科技大学电气学院,三、封闭母线应用 1封闭母线在大机组系统中的使用范围 发电机出口回路； 发电机中性点引出线和中性点接地回路； 厂用电分支回路； 高压变压器和启动备用变压器低压侧出口回路； 电压互感器分支(三相分别封闭)； 励磁变压器分支回路； 励磁变压器低压侧套管至励磁整流柜的三相交流母线； 灭磁开关至发电机转子集电极(滑环)的直流母线。,华中科技大学电气学院,2封闭母线的特殊辅助设施 封闭母线设有耐振装置、伸缩装置、排水装置和检修孔。 为了防潮气侵入影响绝缘状况。封闭母线自带两台压缩机，一套加压装置。为避免过压还设置了安全阀。在母线表面上还设有指针式温度计，并在母线外壳上设有玻璃视察孔。屋外部分的封闭母线受冷凝而积水，设有恒温控制的空间加热器。 为防止万一发电机引出套管漏氢，造成发电机封闭母线内氢气积储而发生危险，靠近发电机的一小段封闭母线的顶部设有格栅和放气窗通向大气，发电机中性点引出端亦如此处理。 封闭母线内还设有检测氢气泄漏装置，以确保安全。,华中科技大学电气学院,华中科技大学电气学院,2、厂用共箱封闭母线 型号及型式:共箱、自然冷却，多点接地式,华中科技大学电气学院,3封闭母线的安装与电气性能 采用分相封闭母线，导体与外壳均为铝制圆管形的，并采用瓷质支持绝缘子。封闭母线本身为自冷式，导体额定温升为50C(最高环境温度为40C)，外壳最高容许温度为80C。 从结构上看，分相封闭母线能经受三相短路电流及风荷同时作用。为防止感应电动势产生的环流流到变压器外壳和发电机底座，并保证封闭母线外壳无局部过热，发电机封闭母线采取的措施有： 封闭母线外壳与设备(发电机、主变压器、励磁变压器、厂总变压器、电压互感器)连接处均绝缘， 并在所连接设备附近用短路铝条将三相封闭母线外壳短接；封闭母线外壳与钢支柱的所有接触面均绝缘，,华中科技大学电气学院,整个封闭母线外壳只有一个接地点，接地点位于主变压器侧。 为方便试验，发电机主回路及高压厂用变压器分支回路内均设有可拆连接片。 封闭母线应防止所连接设备通过封闭母线形成振动传递，封闭母线与各设备之间连接均采用韧性连接。 为防止母线的热胀冷缩引起的应力，封闭母线设置了一定数量的伸缩连接，连接处均设有专门的手孔，以便维修。母线管之间的连接均