第4章 电气主接线

第一节 对电气主接线的基本要求第二节 有汇流母线的主接线第三节 无汇流母线的主接线第四节 主变压器的选择第五节 限制短路电流的措施第六节 互感器避雷器在主接线中的配置第七节 各类发电厂和变电所主接线特点及实例,电气主接线,第一节 对电气主接线的基本要求,电力系统中，按负荷重要性的不同将负荷分为三类：类负荷：即使短时停电也将造成人身伤亡和重大设备损坏的最重要负荷；类负荷：停电将造成减产，使用户蒙受较大的经济损失的负荷；类负荷： 类、 类负荷以外的其它负荷。可靠性评价可定性分析，也可定量计算。主要衡量设备事故时或检修时对用户供电的影响程度。不同类型的发电厂、变电所有不同的可靠性指标要求。,一、可靠性,由发电机、变压器、断路器等一次设备按其功能要求，通过连接线连接而成的用于表示电能的生产、汇集和分配的电路，通常也称一次接线或电气主系统。,第一节 对电气主接线的基本要求,调度灵活、操作方便；检修安全；扩建方便。,二、灵活性,三、经济性,投资省；年运行费小；占地面积小；在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。,第二节 有汇流母线的主接线,只有一组（可以有多段）工作母线的接线；每回进出线都装设有断路器和隔离开关；断路器线路停送电操作必须严格遵守操作顺序：,一、单母线接线,WL1停电操作顺序：断开QF1检查QF1确在断开状态断开QS13 断开QS11；WL1检修后恢复送电操作顺序：断开QS14检查QF1确在断开状态合上QS11 合上QS13 合上QF1 ；,一、单母线接线（续）,优点：简单清晰、设备少、投资小、运行操作方便，易于扩建。缺点： 可靠性差、灵活性差。任一回路的断路器检修，该回路停电；母线或任一母线隔离开关检修，全部停电；母线故障，全部停电。适用范围 一般用于6220kV系统中，出线回路较少，对供电可靠性要求不高的中、小型发电厂与变电站中。 改进：单母线分段加装旁路母线,单母线分段接线（1）分段断路器闭合运行： 两个电源分别接在两段母线上； 两段母线上的负荷应均匀分配。 可靠性比较好，但线路故障时 短路电流较大。 （2）分段断路器断开运行： 每个电源只向接至本段母线上 的引出线供电，可以限制短路 电流，两段母线上的电压可不 相同 。 可在分段断路器处装设备自 投装置，重要用户可以从两段 母线引接采用双回路供电。,一、单母线接线（续）,2.优缺点分析优点：供电可靠性较高 （1）当母线发生故障时，仅故障母线段停止工作，另一段母线仍继续工作。（2）两段母线可看成是两个独立的电源，提高了供电可靠性，可对重要用户供电。缺点：停电范围仍较大 （1）当一段母线故障或检修时，该段母线上的所有支路必须断开，停电范围较大。（2）任一支路的断路器检修时，该支路必须停电。 3.适用范围 （1）610k：出线回路数为6回及以上；（2）3563kV：出线回路数为48回；（3）110220kV：出线回路数为34回。,一、单母线接线（续）,一、单母线接线（续）,对设有专用旁路断路器的分段单母线带旁路母线接线中，正常运行时，QF1p、QF2p均断开，其两侧隔离开关合上。检修WL1的操作步骤：合QF1p，检查W5是否完好（若有故障QF1p会自动断开） 合上QS15 断开QF1 断开QS13断开QS11。,二、双母线接线,有两组工作母线的接线称为双母线接线。两组母线之间通过母线联络断路器（简称母联断路器）连接。优点：供电可靠；运行方式灵活；扩建方便；可以完成一些特殊功能。,缺点：隔离开关作为操作电器，易产生误操作；当一组母线故障时仍短时停电，影响范围大；检修任一回路断路器，该回路仍停电；所用设备特别是隔离开关多，配电装置复杂。正常运行方式：I母线为工作母线，母线为备用母线。,二、双母线接线（续）,适用范围： 当母线上的出线回路数或电源数较多、输送和穿越功率较大、母线或母线设备检修是不允许对用户停电、母线故障时要求迅速恢复供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时一般采用双母线。（1）610kV短路容量大，有出线电抗器的装置；（2）3560kV出线超过8回或电源较多，负荷较大的装置；（3）110220kV出线为5回及以上，或者在系统中居重要位置、出线为4回及以上的装置。改进措施：双母带旁路分段的双母线接线,双母线分段接线 该接线较双母线接线具有更高的可靠性和更大的灵活性。 主要适用于大容量进出线较多的装置中： （1）220kV进出线为1014回的装置； （2）610kV配电装置中，进出线回路数或者母线上电源较多，输送的 功率较大，短路 电流较大时，常 采用双母线分段 接线，并在分段 处装设母线电抗器。,二、双母线接线（续）,二、双母线接线（续）,三、一台半断路器接线,又称为3/2接线；正常工作时，两组母线和全部断路器都投入工作，形成多环状供电，因此，具有很高的可靠性和灵活性。优点：任一母线故障或检修，均不致停电；当同名元件接于不同串时，在两组母线同时故障的极端情况下，功率仍能经联络断路器继续输送；任一断路器检修都不致停电；断路器故障时也只影响其中一、二回线路；运行调度灵活、操作检修方便，隔离开关仅作为检修时的隔离电器。,三、一台半断路器接线（续）,缺点：要求进线和出线数目最好相同；与双母带旁路接线相比较，设备投资大；正常操作时，联络断路器动作次数是其两侧断路器的两倍，一个回路故障时要跳两台断路器，断路器动作频繁，检修次数增多；二次接线和继电保护都复杂。适用范围： 大型电厂和变电所220kV及以上、进出线回路数6回以上的高压、超高压配电装置中。,四、4/3断路器接线,每3条回路共用4台断路器；正常工作时，两组母线和全部断路器都投入工作，形成多环状供电，可靠性较高；适用范围： 大型电厂和变电所220kV及以上、进出线回路数6回以上的高压、超高压配电装置中。目前仅加拿大的皮斯河叔姆水电厂采用，其它很少采用。,五、变压器母线组接线,出线回路采用双断路器接线或一台半断路器接线，而主变压器直接经隔离开关接到母线上；正常工作时，两组母线和全部断路器都投入工作。适用范围： 应用于超高压系统中，适用有长距离大容量输电线路、要求线路有高度可靠性的配电装置，进出线为58回、并且变压器的质量可靠、故障率较低的场合。,第三节 无汇流母线的主接线,一、单元接线,发电机和主变压器直接连成一个单元，再经变压器升压接至高压系统，发电机出口除厂用分支外不再装设母线，这种接线称为发电机变压器单元接线。,形式：发电机-双绕组变压器单元接线发电机-三绕组变压器单元接线发电机-变压器扩大单元接线发电机-变压器-线路组单元接线,一、单元接线（续）,特点：接线简单、开关设备少， 操作简便；故障可能性小，可靠性高；短路电流小；配电装置简单，占地少， 投资省。单元接线用于：机组台数不多的大、中型不带近区负荷的区域发电厂以及分期投产或装机容量不等的无机端负荷的中、小型水电站。扩大单元接线用于：在系统有备用容量时的大中型发电厂中。,二、桥形接线,当只有两台主变压器和两回输电线路时， 采用桥形接线所用的断路器最少。内桥接线 桥连断路器QF3在QF1、QF2的变压器侧。特点：其中一回线路检修或故障时，其余部分不受影响；变压器投入、切除或故障时，有一回短时停运，操作较复杂；线路侧断路器检修时，线路需较长时间的停运，另外穿越功率经过的断路器较多，使断路器故障和检修的几率大，从而系统开环的几率大。常架设跨条。应用： 长线路、变压器不需经常投切、以及穿越功率不大的小容量配电装置中。,二、桥形接线（续）,外桥接线 桥连断路器QF3在QF1、QF2的线路侧。特点：其中一回线路检修或故障时，有一台变压器停运，操作较复杂；变压器投入、切除或故障时，不影响其余部分的联系，操作较简单；穿越功率只经过桥断路器QF3，所造成的断路器故障、检修及系统开环的几率小；变压器侧断路器检修时，变压器需较长时间的停运。桥连断路器检修时也会造成系统开环，常架设跨条。应用： 线路较短、变压器需经常投切、以及穿越功率较大的小容量配电装置中。,二、桥形接线（续）,双桥接线桥形接线的发展,三、角形接线,优点：闭环运行时可靠性较高；检修任一断路器，仅需断开该断路器及其两侧隔离开关，操作简单；断路器使用量较少，投资省，占地少；隔离开关只是在检修断路器时隔离电压用，不作操作电器用。,缺点：任一断路器检修，变开环运行，降低可靠性,要求接线不超过6角；在开环时，某一线路时可能影响别的回路工作；开、闭环运行时电流差别大，继电保护复杂；不易扩建。适用范围：适用于最终容量和出线数已确定的110kV及以上的水电厂中。,第四节 主变压器的选择,一、发电厂主变压器容量、台数的选择,发电厂和变电所中，用于向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器；只用于两种升高电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器。,单元接线中主变压器容量SN应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度选择；,一、发电厂主变压器容量、台数的选择（续）,接于发电机电压母线与升高电压母线之间的主变压器SN按下列条件选择：机端最小负荷时能将剩余功率送入系统；当有两台即以上并列，而其中最大一台退出时，其他主变应能将最大剩余功率送入系统；最大一台机组退出时，应能从系统倒送功率满足机端负荷；因经济运行全部停机时，应能从系统倒送功率满足机端最大负荷的需要。,接于发电机电压母线上的主变压器一般来说不少于2台，但对主要向发电机电压供电的地方电厂、系统电源作为备用时，可以只装一台。,变压器台数确定原则： 供电给二类、三类负荷的变电站，原则只装设一台变压器。 供电负荷较大的城市变电站或有一类负荷的重要变电站，应选用两台相同容量的主变压器。每台变压器的容量应满足一台变压器停运后，另一台能供给全部一类负荷；在无法确定一类负荷所占比重时，每台变压器的容量可按计算负荷的6080选择。 对大城市郊区的一次变电站，如果中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台为宜；对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性；对于规划只装两台主变压器的变电站，其变压器的基础宜按大于变压器容量的12级设计。,一、发电厂主变压器容量、台数的选择（续）,二、变电所主变压器容量、台数的选择,变电所主变压器的容量一般按变电所建成后510年的规划负荷考虑，并应按照其中一台停用时其余变压器能满足变电所最大负荷的6070%或全部重要负荷选择；为保证供电可靠性，变电所一般装设2台主变压器；枢纽变电所装设24台；地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可装设3台；联络变压器容量的选择主要考虑两种电压之间的功率交换来确定，台数一般为1台。,三、主变压器型式的选择,相数的确定 单相变压器组、三相变压器。在330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。 大型变压器选用单相变压器或三相变压器。 绕组数的确定 双绕组、三绕组。 以两种升高电压级向用户供电或与系统连接时，可以采用二台双绕组变压器或三绕组变压器，亦可选用自耦变压器。 在110kV及以上中性点直接接地系统中，凡需选用三绕组变压器的场所，均可优先选用自耦变压器。4. 结构型式的选择升压型、降压型。,绕组连接组别的确定 星形、三角形。对于三相双绕组变压器的高压侧，110kV及以上电压等级，三相绕组都采用“YN”连接；35kV及以下采用“Y”连接；对于三相双绕组变压器的低压侧，三相绕组采用“”连接，若低压侧电压等级为380/220V，则三相绕组采用“yn0”连接。在变电站中，为限制三次谐波，主变压器接线组别一般都选用YN，d11常规接线。5. 调压方式的选择 普通分接头、有载调压。 无励磁调压：调整范围通常在22.5以内；有载调压：调整范围可达306. 冷却方式的选择 自然分冷却、强迫空气冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环导向冷却、水内冷。,第五节 限制短路电流的措施,一、采用适当的主接线形式和运行方式,为什么要限制短路电流？目的在于使短路电流在合理的范围内，能够选择轻型电器。途径在于增加短路点到电源间的短路阻抗。,二、采用限流电抗器,加装普通电抗器母线电抗器 装于母线分段上或主变低压回路中，电抗百分值一般为8%12%。线路电抗器 装于馈线回路中，电抗百分值一般为3%6%。,加装分裂电抗器优点：正常运行时电压损失小；短路时限流作用大；比普通电抗器多供一倍出线。缺点：一臂的负荷波动，会引起另一臂母线电压波动；当一臂母线短路时，会引起另一臂母线电压升高；,二、采用限流电抗器（续）,安装地点：,二、采用限流电抗器（续）,三、采用低压分裂绕组变压器,应用：发电机变压器扩大单元接线；高压厂用变压器。优点：正常电流所遇的电抗小；短路电流所遇电抗大；,第六节 互感器避雷器在主接线中的配置,第七节 各类发电厂和变电所主接线特点及实例,第七节 各类发电厂和变电所主接线特点及实例,第七节 各类发电厂和变电所主接线特点及实例,第七节 各类发电厂和变电所主接线特点及实例,第七节 各类发电厂和变电所主接线特点及实例,电气主接线设计,（一）设计的原则和要求 电气主接线设计应满足可靠性、灵活性、经济性三项基本要求。1.可靠性（1）断路器检修时不应影响对系统的供电。（2）断路器或者母线故障以及母线检修时，尽量减少停电回路数和停电时间，并且要保证全部一级负荷和部分二级负荷供电。（3）尽量避免发电厂、变电站全部停电的可能性。（4）大机组超高压电气主接线应该满足可靠性的特殊要求。2.灵活性（1）调度时应该可以灵活的切除和投入发电机、变压器、线路，以满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下对电源和负荷的调配要求。（2）检修时可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备。（3）扩建时可以容易的从初期方案过渡到最终方案，尽量不影响连续供电，并且改建工作量最少。,电气主接线设计,3.经济性（1）尽量通过节约一次设备、简化二次部分、限制短路电流以及采用简易电器以节约投资。（2）主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量减少占地面积。（3）合理选择变压器的种类、容量、数量，避免因为二次变压而导致电能损耗增加。（二）设计的步骤和方法 1.分析原始资料 原始资料分析包括：（1）本工程情况。（2）电力系统情况。 （3）负荷情况。,电气主接线设计,2.拟定主接线方案拟定主接线方案的具体步骤如下：（1）根据发电厂、变电站和电网的具体情况，初步拟定出若干技术可行的接线方案。（2）选择主变压器台数、容量、型式、参数及运行方式。（3）拟定各电压等级的基本接线形式。（4）确定自用电的接入点、电压等级、供电方式等。（5）对上述各部分进行合理组合，拟出3到5个初步方案，在结合主接线的基本要求对各方案进行技术分析比较，确定出两三个较好的待选方案。（6）对待选方案进行经济比较，确定最终主接线方案。3.短路电流计算 4.主要电气设备的配置和选择 5.绘制电气主接线图纸,电气主接线设计,电气主接线中主要设备的配置：1.隔离开关的配置 （1）断路器两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源。（2）中小型发电机出口一般应装设隔离开关。（3）接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关。（4）多角形接线中的进出线应该装隔离开关，以便进出线检修时能保证闭环运行。（5）桥形接线中的跨条宜用两组隔离开关串联，这样便于进行不停电检修。（6）中性点直接接地的普通变压器中性点应通过隔离开关接地，自耦变压器中性点则不必装设隔离开关。2.接地刀闸的配置 （1）35kV及以上每段母线应根据长度装设12组接地刀闸，母线的接地刀闸一般装设在母线电压互感器隔离开关或者母联隔离开关上。（2）63kV及以上配电装置的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配置接地刀闸。,电气主接线设计,（3）旁路母线一般装设一组接地刀闸，设在旁路回路隔离开关的旁路母线侧。（4）63kV及以上主变压器进线隔离开关的主变压器侧宜装设一组接地刀闸。3.电压互感器的配置 （1）电压互感器的配置应能满足保护、测量、同期和自动装置的要求。（2）6kV220kV电压等级的每一组主母线的三相上应装设电压互感器。（3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。（4）发电机出口一般装设两组电压互感器。（5）500kV采用双母线时每回出线和每组母线的三相装设电压互感器，500kV采用一个半断路器接线时，每回出线三相装设电压互感器，主变压器进线和每组母线根据需要在一相或者三相装设电压互感器。,电气主接线设计,4.电流互感器的配置 （1）凡是装设断路器的回路均应装设电