华北电力大学Chap4-电气主接线及设计.ppt

发电厂电气部分（32学时）,第四章 电气主接线及设计 主 讲： 周明 E-mail: Tel: 80798449,内 容,2.主接线的基本形式,补：断路器与隔离开关,1.电气主接线,3.各电压等级配电装置接线形式的选择,4.电气主接线的运行,5.主变压器的选择,6.限制短路电流的措施,7.电气主接线的设计原则,一、电气主接线,电气主接线的定义 由高压电器通过连接线，按其功能要求组成的接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，又称为一次接线或电气主系统。,说明： 1）电气主接线是厂站电气部分的主体结构，也是电力网络的重要组成部分。 2）主接线的拟定与设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定、运行可靠性、经济性以及电力系统的稳定性和调度灵活性等密切相关。,电气主接线图的定义 用规定的电气设备的图形符号和文字符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线图。,说明： 1）电气主接线图通常用单线图表示三相三线，只有需要时才绘三线图。 2）所有元件应表示正常状态，开关电器按断开位置画出。,1、对电气主接线的基本要求,可靠性 灵活性 经济性,分析可靠性时需考虑的因素 1）厂站在系统中的地位和作用 2）负荷性质和类别 3）设备的制造水平 4）长期实践运行经验,可靠性 灵活性 经济性,定性分析可靠性时需考虑的因素 1）断路器检修时能否不影响供电； 2）线路、断路器或母线故障时以及母线或母线隔离开关检修时停运回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对I、II类负荷的供电； 3）厂、站全部停电的可能性； 4）大机组突然停运对系统稳定运行的影响。,1、对电气主接线的基本要求,可靠性 灵活性 经济性,定量分析可靠性时的主要指标 1）停电频率； 2）每次停电时间； 3）用户在停电时的生产损失； 4）电力企业在电力市场环境下获得备用容量所付出的代价。,1、对电气主接线的基本要求,可靠性 灵活性 经济性,分析灵活性时需考虑的因素 1）操作的方便性； 2）调度的方便性； 3）扩建的方便性。,1、对电气主接线的基本要求,可靠性 灵活性 经济性,分析经济性时需考虑的因素 1）节省一次投资； 2）占地面积少； 3）电能损耗少。,1、对电气主接线的基本要求,1、断路器与隔离开关 （1）断路器的作用 在正常运行时倒换运行方式，将设备或线路接入电网或退出，起控制作用。 在设备或线路故障时，迅速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，起保护作用。 特点：能断开电路中负荷电流和短路 电流,附：高压断路器和隔离开关,附：高压断路器和隔离开关,（2）隔离开关作用：保证高压电器和装置在检修工作时的安全，不能闭合或开断负荷电流和短路电流。,2、高压断路器的基本结构,电路通断元件 接线端子、导电杆、触头、灭弧室 绝缘支撑元件 固定通断元件并使其带电部分与地绝缘 操动机构 控制通断元件，接到合闸或分闸命令后，经中间传动机构驱动动触头实现断路器的开合。 基座,3、电弧的形成与熄灭 （1）电弧产生的条件：电源电压大于1020V，电流大于80100mA，动静触头分离瞬间，触头间产生电弧。 触头分开后，电路中有电流，电弧导电，电弧中有大量自由电子。 （2）电弧的危害 电弧的温度很高，可达50007000度以上，常超过金属的汽化点，可能烧坏开关电器的金属触头。 烧坏开关电器的绝缘。如，烧坏瓷绝缘的表面，或者使有机绝缘材料炭化，以致失去绝缘性能。 若电弧长时间不熄灭，不仅烧坏开关电器，而且造成系统事故，威胁电力系统安全运行。 （3）电弧产生的物理过程 电弧的产生和维持是触头间中性质点（分子和原子）被游离的结果。游离就是中性质点转化为带电质点。,游离过程有四种形式： 热电子发射 热运动 触头分离最初瞬间，阴极表面发射电子 强电场发射 电场力 弧隙间最初产生电子的主要原因 碰撞游离 电场力 带电粒子撞中性粒子 电弧的形成 热游离 热运动 中性粒子撞中性粒子 维持电弧燃烧 （4）去游离的形式 复合去游离 正负粒子中和 降低电子速度措施： 拉长电弧（降低电场力）； 加快电弧的冷却（降低热运动）； 加大气体介质的压力（碰撞阻止电子运动） 气体介质吸附电子能力强（增大电子质量） 扩散去游离 带电粒子从电弧内部逸出 浓度扩散 ； 温度扩散 ； 措施：用高速冷气吹弧,(1) 利用灭弧介质：介质特性决定去游离程度，传热能力、介电强度、热游温度和热容量。 空气 1 油（氢） 7.5 SF6 100 真空 15 (2) 采用特殊金属材料作灭弧触头：铜钨和银钨合金 熔点高、导热系数和热容量大的金属，减少热电子发射。 (3) 利用气体或油吹动电弧 ：扩散和冷却 空气：2.3MPa SF6: 0.30.6MPa 纵吹、横吹、环吹 (4) 采用多断口熄弧 ：在相等的触头行程下，拉长电弧 各断口电压分布基本相等的措施：断路器加并联电容 (5) 采用强有力的分闸机构，提高触头分离速度，拉长电弧,4、高压断路器熄灭交流电弧的基本方法,断路器的种类 按灭弧介质和灭弧方式分为：多油、少油、压缩空气、SF6、真空 操动机构：断路器进行合闸、分闸操作，并保持在合闸状态，这些任务全靠操动机构完成。 包括：手动机构、电磁机构、气动机构、弹簧机构、液压机构,5、高压断路器型号,断路器的型号,额定开断电流（kA）,额定电流（kA）,其他标志,额定电压（kV）,设计序号,安装场所,产品名称,产品名称：S少油断路器，Z真空断路器，D多油断路器，LSF6断路器,安装场所：N户内型，W户外型,其他标志：G改进型；I、II、III 断流能力代号；Q防震型；C手车式,SN10-10I 、SW2-110I、ZN10/1250、LW2-220,隔离开关与断路器配合原则,录像-高压断路器,断路器具有开断电流能力，隔离开关没有 隔离开关操作原则： 与断路器配合，“先通后断”； 等电位操作,二、主接线的基本接线形式,发电厂,220KV,出线,电源,变电站,220KV,电源进线,出线,10KV,主接线的基本接线形式,扩大单元接线,内桥/外桥,三角/四角/五角/六角,1. 单母线接线,组成： 母线：W 进线：S1, S2 出线：WL1,WL2,WL3, WL4 断路器：QF1,QF2, 隔离开关：QS11, QS12, 接地开关：QE 隔离开关设置 断路器2侧可能有电源，2侧装； 可不装：G单元出口；出线负荷侧 接地开关：110kV断路器2侧；线路隔离开关的线路侧；母线,1. 单母线接线,接通操作： QS21-QS22-QF2 断开操作： QF2-QS22-QS21 操作原则： 防止隔离开关带负荷合闸或拉闸 误操作隔离开关的事故不发生在母线侧隔离开关，减少影响范围,1. 单母线接线,优点： 接线简单清晰，操作方便，不易发生误操作，容易实现“五防”； 有利于扩建； 设备少，投资省，占地面积小 缺点： 供电可靠性差 母线(包括母线侧隔离开关)故障或检修时，变电站全停；断路器检修，所在回路停电。 灵活性差。 适用范围： 只用在出线回路数少、没有重要负荷的发电厂和变电站。,“五防”： 防用刀闸送电； 防带负荷拉刀闸； 防带电挂地线； 防挂地线送电； 防走错间隔,2. 单母线分段接线,组成 优点： 缩小了母线故障（或检修）的停电范围； 运行灵活性有所提高（可以并列运行，也可以分列运行） 缺点： 重要负荷需采用两条出线供电，增加了出线数，使系统可靠性受到限制。 分段的数目： 取决于电源数量和容量，23段 适用范围： 广泛用于中小容量发电厂和变电站的610kV接线中。,3. 双母线接线（1）,组成:W1+W2; 2组母线隔离开关,母联 优点： 供电可靠性高：2组母线轮修 调度灵活：出线可接W1或W2 扩建方便: 两边扩建 倒母线操作：QFC两侧隔离开关 -合QFC-接通备用隔离开关 适用范围： 广泛用于出线带电抗器的610kV配电装置； 3560kV出线超过8回或连接电源较大、负荷较大时； 110220kV出线回路数为5回及以上时,3. 双母线接线（2）,1 优点： (1) 供电可靠 可以轮流检修任一组母线，且不需要停电； 母线故障影响范围缩小，只短时停电； 检修任一回路的母线隔离开关，只需停该回路及对应母线。,(2) 调度灵活 电源和负荷可以任意分配到某一组母线上； 可以组成各种运行方式：单母线、单母线分段； 可以完成一些特殊功能：用母线并列；个别回路单独试验；线路利用短路方式溶冰； (3) 扩建方便,2 缺点： (1) 使用设备多（特别是隔离开关），配电装置复杂，投资较大； (2) 刀闸作为操作电器，容易发生误操作； (3) 检修出断路器时，需停该线路。,4. 双母线分段接线,组成：+QFC1, QFCd 优点： 减小母线故障的停电范围； 在分段处加母线电抗器，可以限制短路电流，选择轻型设备。 缺点： 三台分段或母联断路器，投资大； 无旁路母线，出现开关检修需停该线路。 适用范围： 广泛用于发电厂的发电机电压配电装置中，在220500kV大容量配电装置中常采用双母线三分段、双母线四分段接线。,5. 带旁路母线的单母线分段（1）,(1) 专用旁路,(2) 旁路兼分段/分段兼旁路,使用断路器和隔离开关较多，投资高，一般不采用。,正常时：QFd作分段用，QFd、QS1、QS2闭合，QS3、QS4、QSd断开。 检修出线断路器时：QFd作旁路断路器用。,旁路母线的作用：可以不停电检修任一（进）出线断路器。 架设旁路母线的原则：（单、双母线） 10kV线路：一般不装，原因： 重要用户双电源供电 10kV断路器价格低，可设专门的备用断路器，手车式断路器。 35kV线路：一般不装，原因同上，下列情况也可以考虑： 出线回路数很多时（8回）； 有较重要的用户且单电源供电。 110kV及以上线路出线较多时，一般均装设，原因是：断路器检修时间长（5天）；线路停电影响范围大。 中小型水电厂：不设旁路母线，原因：断路器检修安排在枯水季节。,5. 带旁路母线的单母线分段（2）,不停电检修出线断路器QF1的步骤,1、用旁路断路器QFp对旁路母线W2充电：合QSp1、QSp2，再合QFp； 2、充电成功后，使出线断路器QF1与旁路断路器QFp并列运行：合QS13； 3、退出出线断路器QF1：拉QF1、拉QS12、QS11； 4、QF1两侧挂地线（或者合地刀），检修。,不停电检修QF1的操作步骤,合QS05（W1、W2两段母线合并为单母线运行，亦可不合并运行）； 拉QF0（退出分段断路器）； 拉QS02，合QS04，合QF0（对W3充电，验电）； 合QS13（并列运行）； 拉QF1，拉QS12、QS11（退出QF1）； 挂地线、检修。,分段兼旁路,6. 带旁路的双母线接线（1）,1.专用旁路,2. 母联兼旁路,3.旁路兼母联,(1) 具有专用旁路断路器： 适用于：220kV 5回及以上；110kV 7回及以上。 变压器支路是否与旁路母线相连： 变电站：一台变压器能带起本站重要负荷，则不连；其他情况，则连。 发电厂一般不连，原因是断路器同发电机同时安排检修。,6. 带旁路的双母线接线（2）,(2) 旁路断路器和母联断路器共用：正常运行时作母联用；检修时，作旁路用。,优点：节省一台断路器 缺点：可靠性有所降低 检修期间双母线变成单母线； 增加了隔离开关的倒闸操作。,接线形式有：,6. 带旁路的双母线接线（3）,例题,例：双母线带旁路母线接线如右图所示： 已知：QF0作母联运行； T1、WL1运行于母线； T2、WL2运行于母线。 试写出不停电检修QF1的操作步骤：,W,W,倒母线：将母线上的所有电源和负荷倒致母线，合QS41，拉QS42，合QS21，拉QS22 切断、母线的联系：拉QF0，拉QS02 对旁路母线W3充电：合QS03，合QF0 QF0与QF1并列运行：合QS13 退出QF1：拉QF1，拉QS14，拉QS11 QF1两侧挂地线，检修。,解：1、分析初始状态： 由条件知：QF0、QS01、QS02在合位，QS03在开位； 由条件知：QS31，QS11，QS14在合位，QS32，QS12，QS13在开位； 由条件知：QS42，QS22，QS24在合位，QS41，QS21，QS23在开位。 2、在不停电检修QF1的操作步骤如下： 倒母线：将母线上的所有电源和负荷倒致母线，合QS41，拉QS42，合QS21，拉QS22 切断、母线的联系：拉QF0，拉QS02 对旁路母线W3充电：合QS03，合QF0 QF0与QF1并列运行：合QS13 退出QF1：拉QF1，拉QS14，拉QS11 QF1两侧挂地线，检修。,不需设置旁路的情况 系统允许断路器停电检修时 接线允许断路器停电检修时 中小型水电站枯水季节允许停电检修出线断路器时 采用高可靠性的SF6断路器及全封闭组合电器时,设置旁路母线的原则,110220 kV配电装置 采用单母线分段或双母线接线的110220 kV配电装置，除断路器允许停电检修外，一般设置旁路母线； 当220 kV出线在4回及以上、110 kV出线在6回及以上时，一般采用有专用旁路断路器的接线。,610 kV配电装置 一般不设置旁路母线； 可设置旁路的情况： 出线回路数多、多数线路向用户单独供电而用户内缺少备用电源且不允许停电、均为架空出线的情况。,3560 kV配电装置 采用单母分段接线且断路器无条件停电检修时可设置不带专用旁路断路器的旁路母线； 当采用双母线时不宜设置旁路母线。,设置旁路母线的原则(续),关于带旁路的母线制接线的发展变化,20世纪5060年代在较重要的35500kV配电装置中广泛使用 缺点： 1）增加了设备、占地，也增加了工程投资 2）倒闸操作复杂，易产生误操作 3）保护及二次回路接线复杂 4）不利于实现变电所的无人值班 新建工程很少采用带旁路母线的接线方式 1）系统接线可靠性高 2）设备制造水平提高：SF6、真空断路器、液压弹簧等操作机构 3）继电保护微机化、保护双重化配置 4）220kV及以下变电站一般按无人值班方式设计,7. 一台半断路器接线,组成：一进一出3台断路器 优点： 运行可靠性和灵活性高，调度和扩建方便，检修方便 缺点： 投资高 适用范围： 超高压500kV升压和降压变电站。 应用原则 1）电源宜与负荷配对成串 2）同名元件不宜配在一串中 3）初期仅两串时，同名回路宜分别接入不同侧的母线，进出线应装设隔离开关；三串及以上时，同名回路可接入同一侧母线，进出线不宜装隔离开关。,优点 可靠性高 任一台断路器检修，都不停电； 任一母线检修或故障都不停电； 即使两条母线都故障或一条母线检修，另一条母线故障，电厂的电力基本上都能送出； 隔离开关不作为操作电器。 操作方便：检修任一台断路器或母线不须倒负荷。 运行调度灵活：正常时可多方式运行；事故时，可合环、解环 扩建方便。,缺点： 使用设备较多，投资较大； 二次控制接线和继电保护复杂。,7. 一台半断路器接线,3/2接线布置时应注意的问题,电源放在不同串上（以避免联络断路器故障造成两个电源同时停电）； 不同串上的电源交叉布置（避免一个电源所在串联络断路器组检修，同时另一个电源所在串母线侧断路器故障，两个电源同时停电）。,一台半断路器接线故障停电范围（10个元件）,7. 一台半断路器接线,由于元件之间联系紧密，系统故障时不便于实现系统接线的分割 元件数量为610回及35串较为经济合理,8. 变压器母线组接线,结构：变压器直接通过隔离开关接到母线上，组成变压器母线组。 依据：变压器的故障概率小。 优点： 调度灵活：电源和负荷可自由调配； 可靠性高； 有利于扩建。 缺点： 变压器故障相当于母线故障； 投资大。 适用范围： 用于远距离大容量输电系统对系统稳定和 供电可靠性要求高的变电站中。,9. 单元接线,优点： 接线简单、开关设备少、操作简便、发电机和变压器低压侧短路的几率和短路电流向对于具有发电机电压母线时小。 缺点： 存在一些技术问题如主变或厂总变故障时发电机灭磁问题、发电机定子绕组故障而开关拒动、发电机故障跳闸时失去厂用工作电源。 适用范围： 广泛用于大型机组。,结构：发电机与变压器直接连接成一个单元，组成发电机-变压器组。 优点： 接线简单，开关设备少，操作简单。 不设发电机电压级母线，低电侧短路电流有所减小。 说明： 对于大型机组应采用分相封闭母线（避免断路器选择困难）； 对于小型机组可采用扩大单元接线（减少变压器和高压断路器台数）； 对于附近有高电压、大容量变电站的发电厂，可采用发电机-变压器-线路组单元接线。,9. 发电机单元接线,9. 单元接线,发电机出口断路器 发电机与双绕组变压器构成单元接线 发电机与三绕组变压器构成单元接线,10. 桥形接线（1）,组成： 两进两出,3台断路器 分类 内桥：适用于线路较长和变压器不需要经常切换的情况； 外桥：适用于线路短、变压器需要经常切换的情况，当有穿越功率流过时应采用外桥接线。加外跨条：穿越功率，避免开环运行,优点： 投资小（无母线，四条回路用三台断路器）； 占地面积小。 缺点： 可靠性差（内桥：变压器故障需停线路，外桥：线路故障需停变压器；隔离开关作为操作电器）。 适用范围： 只适用于小容量发电厂，以及作为最终发展为单母分段或双母线的初期接线方式,10. 桥形接线（2）,11. 多角形接线,组成：断路器数支路数角数 优点： 可靠性较高（双母线，但少1断路器）、操作方便（隔离开关不做操作电器）。 缺点： 检修任一断路器时开环运行，运行方式变化大给设备选择带来困难，使继电保护装置复杂，不便于扩建。 适用范围： 一般用于回路数较少且发展已定型的110kV及以上的配电装置中。,12. 典型主接线分析,中小型火电厂典型电气主接线,中小型火电厂典型电气主接线,大型凝汽式火电厂电气主接线图,大型凝汽式火电厂电气主接线图,大容量水电厂电气主接线图,4/3接线,4/3接线,大容量水电厂电气主接线图,中等容量水电厂电气主接线图,典型变电站电气主接线图,枢纽变电站典型电气主接线图,三、各电压等级配电装置接线形式的选择,1330500kV超高压配电装置 连接大容量发电机组、主变压器、超高压输电线路，必须具有高度的可靠性，不允许母线故障或母联断路器、分段断路器拒动而导致同时切除两台以上大型机组或超高压线路，也不允许系统稳定破坏等大面积停电事故。 常用的接线形式有：35角形接线 一台半断路器接线 变压器母线组接线 双母线四分段接线,2. 35220kV配电装置 根据其在电力系统中的地位和作用、电压等级、负荷状况、出线回路数等条件确定。,35220 kV 进、出线各为2回,桥形或多角形接线,3560 kV 出线48回 110220kV 出线不超过4回,单母线分段接线,3560kV 出线在8回以上 110220kV 出线为5回及以上,双母线接线,3. 6220kV电压等级配电装置 发电厂610kV配电装置： 单母线分段或双母线接线 （每段母线上所连接的发电机容量为12MW以上） 双母线分段接线，并装设分段电抗器 （每段母线上所连接的发电机容量为24MW及以上） 变电站610kV配电装置： 单母线分段 单母线接线,四、电气主接线的运行,1、电气主接线的正常运行方式 母线及其接线的运行方式 2、电气主接线的操作 线路停、送电操作 旁路断路器代替线路断路器的操作 倒母线操作,第三节 主变压器的选择,1、变压器知识常识 结构、种类、参数和型号 2、主变压器的选择原则 容量、台数、型式结构,教学内容,North China Electric Power University,一、变压器知识常识,1、变压器结构 （内部：铁芯、绕组）,North China Electric Power University,变压器结构（外部）,潜油泵,引线,套管,风扇,套管油位,储油柜,North China Electric Power University,变压器结构（外部）,North China Electric Power University,2、变压器的分类,主变压器,联络变压器,厂用变压器,（1）按功能,North China Electric Power University,（2）按相数,North China Electric Power University,（3）按绕组数,（4）按调压方式,无激磁（无载） 有激磁（有载）,North China Electric Power University,（5）按冷却形式,导向冷却,风冷（水冷）,风冷（水冷） 10000KVA,自然空气冷却 7500KVA,3、变压器的主要参数,110、220kV双绕组变压器技术数据,4、变压器型号,产品型号,高压绕组电压等级（KV）,额定容量（kVA）,设计序号,相数，单相D，三相S,绕组外绝缘介质，变压器油 ，空气G（K），成型固体C,冷却方式，油浸自冷（J） ，空气自冷 ，风冷F，水冷W（S）,油循环方式，自然循环 ，强迫油导向循环D，强迫油循环P,绕组数，双绕组 ，三绕组S,调压方式，无激磁调压 ，有载调压Z,绕组导线型号，铜 ，铝（L）,绕组耦合方式，自耦O,注：自耦变作升压用时，O列在型号后，作降压用时O列在型号前,变压器型号举例：,ODFPSZ-250000/500 OSFPSZ-360000/500 SFP-300000/500 SSP3-180000/220 SFPZ7-20000/220 SFPS1-180000/220 SSPSO3-120000/220,复习: 发电机的技术参数,300MW同步发电机的主要技术参数,主变压器选择的内容,容量：发电厂的 + 变电站的 台数： 相数：3相?单相? 绕组数：双绕组，三绕组，自耦 接线组别：Y/d 调压方式：无载，有载 冷却方式：自然风冷，强迫风冷，强迫油循环风冷，强迫油循环水冷，等,1、发电厂主变压器容量的确定（1）,1）单元接线 按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留10%的裕度确定。 扩大单元接线的变压器容量，按上述算出的两台机容量之和确定。,2）具有发电机电压母线接线的主变压器容量的确定原则,（1）当发电机电压母线上负荷最小时，扣除厂用负荷后，主变压器应能将剩余有功和无功送往系统。,厂用,直配负荷,1、发电厂主变压器容量的确定（2）,2）具有发电机电压母线接线的主变压器容量的确定原则,（2）发电机电压母线上最大一台发电机检修或故障时，主变能从系统倒送功率保证母线上最大负荷的需要。此时应适当考虑母线上负荷可能的增加和变压器的允许过负荷能力。,厂用,直配负荷,停用,1、发电厂主变压器容量的确定（3）,2）具有发电机电压母线接线的主变压器容量的确定原则,（3）发电机电压母线上有两台或以上主变时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其余主变在允许的正常过负荷范围内，应能输送母线剩余功率的70%以上。,厂用,直配负荷,停用,1、发电厂主变压器容量的确定（4）,2）具有发电机电压母线接线的主变压器容量的确定原则,（4）因系统经济运行要求需限制本厂出力时，应具有从系统倒送功率的能力，满足电压母线上最大负荷的要求。,厂用,直配负荷,停用,1、发电厂主变压器容量的确定（5）,说明：4条原则确定4个容量，取最大,2、变电站主变压器,1）变电所主变容量，一般应按510年规划负荷来选择，根据城市规划、负荷性质、电网结构等综合考虑，确定其容量。 2）重要变电所，应考虑一台主变停运，其余主变容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足I、II类负荷的供电。 3）一般性变电所，当一台主变停运，其余主变容量应能满足全部负荷的70%80%。,2),3),k过载系数，1.22,1)联络变的容量应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下，网络间的有功和无功功率的交换。 2)联络变容量一般不小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量，以保证最大一台机组故障或检修时，通过联络变来满足本侧负荷的要求；同时在线路检修或故障时，通过联络变将剩余容量送入另一系统。,3.联络主变压器,4. 主变压器台数的确定,与系统有强联系的大、中型发电厂和枢纽变电所，在一种电压等级下，主变应不少于2台。 对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可设3台主变。 与系统弱联系的中、小型电厂和低压侧电压为610KV的变电所，或与系统联系只是备用性质时，可只装1台变压器。 联络变为布置和引线方便，通常只选一台，在中性点接地方式允许条件下，以选自耦变为宜。其第三绕组，即低压绕组兼作厂用备用电源或引接无功补偿装置。,-与电压等级、接线形式、传输容量、和系统的联系等因素有密切关系。,5.主变压器型式的选择,330kV及以下电力系统，一般都应选三相变压器。 500kV及以上电力系统中的主变相数的选择，除按容量、制造水平、运输条件确定外，更重要的是考虑负荷和系统情况，保证供电可靠，进行综合分析，在满足技术、经济的条件下，来确定选用单相变还是三相变。,相数的确定,-主变选择三相还是单相，主要考虑变压器的制造条件、运输条件和可靠性要求等因素。,a. 一般当最大机组容量为125MW及以下的发电厂，多采用三绕组变压器。但每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的15%及以上，否则选两台双绕组变合理。 b. 对于最大机组为200MW以上的发电厂，一般采用双绕组变压器，加联络变压器。 c. 在110kV及以上中性点直接接地系统中，凡需选用三绕组变的场所，均可优先选用自耦变。它损耗小，体积小，效率高，但限流效果差，且变比不宜过大。,-发电厂如以两种升高电压等级向用户供电或与系统连接时，可采用二台双绕组或一台三绕组或自耦变。,5.主变压器型式的选择,绕组数的确定,我国110KV及以上电压等级中，变压器三相绕组都采用“YN ”连接； 35KV采用“Y”连接，其中性点多通过消弧线圈接地。 35KV以下，采用“”连接。 在发电厂和变电所中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制三次谐波对电源的影响等因素，主变压器的接线组别一般都选用YN /-11常规接线。,-变压器三相绕组的连接方式有“Y”和“”两种，应根据具体工程确定；接线组别必须和系统电压相位一致，采用时钟法表示,5.主变压器型式的选择,绕组接线组别的确定,采用有载调压的情况： 接于出力变化大的发电厂的主变，特别是潮流方向不固定，且要求变压器副边电压维持在一定水平。 接于时而为送端，时而为受端，具有可逆工作特点的联络变压器，为保证供电质量，要求母线电压恒定。 发电机经常在低功率因数下运行。,-包括无激磁调压和有载调压两种，其调压范围分别在10%以内和30%。发电厂主变很少采用有载调压，220kV及以上的降压变压器仅在电网电压变化较大时采用有载调压。,5.主变压器型式的选择,调压方式的确定,自然风冷：7500KVA以下小容量变， 强迫空气冷却：容量大于10000KVA 强迫油循环水冷却 强迫油循环导向冷却 水内冷变压器 采用充气式变压器,-随形式和容量不同而异,5.主变压器型式的选择,冷却方式的确定,第4节 限制短路电流的措施,1、限制短路电流的目的 采用轻型电器和截面较小的母线和电缆、金具等。,2、限制短路电流的措施 1）采用适宜的主接线形式及运行方式 2）装设限流电抗器 3）采用低压分裂绕组变压器,2.1 采用适宜的主接线形式及运行方式,对大容量发电机采用单元接线。 限制接入发电机电压母线的发电机台数和容量，尽可能在发电机电压级不用母线。 母线分段断路器断开运行。 合理断开环网。 双回路按单回路运行。,2.2 装设限流电抗器,电抗器是电阻值很小的电感线圈。其主要参数是Ie 、Ue 、Xk%（百分电抗）。参数间的数学关系如下： Xk 为电抗器一相的感抗。,线路电抗器 适用范围： 610kV 电缆馈线。 仅在采用其它方法不见效时才采用。 接入方式：在断路器和线路之间 取值范围： 300600A， Xk%选为3%6%。,母线电抗器 适用范围： 主要用来限制发电厂内部的短路电流 接入方式：母线分段处 取值范围： Xk%选为8%12%,每臂自感L 互感M 互感系数f,(0.40.6),分裂电抗器,每臂自感抗 XL=L 两臂间的互感抗 Xm=fXL,正常运行时,一臂短路时,若 f=0.5，,忽略另一臂负荷电流时,考虑电动机短路瞬间反馈电流时,3,3,X,X12,优点： 正常工作时电压损失较小，短路时限流作用强。 取值范围： XL%一般取8%12% 注意：分裂电抗器的短路等值电抗与每臂自感抗间的关系取决于其运行中的接线方式及短路点的位置。,缺点： 一臂负荷变动过大时，另一臂将产生较大的电压波动； 一臂短路，另一臂接有负荷时，由于互感电势的作用，将在另一臂中产生感应过电压。,当3端开路，自1端到2端流过I，电压降,当2端开路，自3端到1端流过I,分裂电抗器的等值电路,若3端无电源，2端有电源，1端短路时，短路等值电抗为： 2（1+f）XL = 3 XL (f = 0.5 时) 若1、2端有电源，3端短路时，短路等值电抗为： （1+f）XL/2 - f XL = XL /4 (f = 0.5 时),采用低压分裂绕组变压器,正常工作时，高低压绕组的等值电抗(穿越电抗)：,高压侧有电源，低压侧一端短路时的等值电抗（半穿越电抗） ：,高压侧开路，低压侧一端短路时，两个分裂低压绕组间的短路电抗（分裂电抗）：,与普通三绕组T的区别：2个低压绕组容量、电压完全相同,分裂低压绕组变压器的特点： 与普通变压器相比，在容量、电抗相同情况下，分裂低压绕组的低压侧短路电流可大约分别减少至普通变压器的1/2、1/4。 适用范围： 常用在大型发电厂中作为厂用变，限制厂用电系统的短路电流； 也可用来与两台发电机组成扩大单元接线，以限制发电机电压系统的短路电流。,七、电气主接线的设计原则,电气主接线的设计作为厂站电气设计的主体，是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能节约投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性和可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济和美观的原则,说明： 1）发电厂、变电站的电气设计 初步可行性研究阶段 可行性研究阶段 技术设计阶段 施工设计阶段 2）任务书提供的原始资料 厂站容量、机组台数、电压等级、出线回路数、主要负荷要求、电力系统参数和对电厂的要求、设计内容和范围等。,初步可行性研究阶段的电气设计内容,设计任务 -进行地区性的规划选厂 就电力系统、燃料供应、建厂条件与规模、环境保护、厂址方案等进行调查和论证。,主要工作 -针对出线条件、总体布置设想提出意见。,可行性研究阶段的电气设计内容,设计任务 -进行定点选厂和必要的论证计算，提出主要的设计图纸。,主要工作 1）进行电厂主接线方案的比较和选择 2）说明各电压等级出线回路数和方向 3）进行主要设备的选择和布置 4）提出厂用电率等主要经济指标 5）完成电气主接线图、配合其它专业完成厂区总平面布置图、主厂房平面布置图等。,技术设计阶段的电气设计内容,主要工作 1）分析原始资料。 2）电气主接线设计。 3）选择主要的电器设备，并对扩建工程中原有的设备进行校验； 4）厂用电接线的设计和布置。 5）直流系统设计。 6）设计二次系统，选择继电保护和自动装置。 7）电气设备和电缆设施布置。 8）过电压保护与接地设计。 9）照明和检修网络设计。 10）通信系统设计。 11）辅助车间设计。,完成的图纸 1）地区电力系统地理接线图 2）地区电力系统单线图 3）电厂接入系统方案比较图 4）电气主接线及方案比较图 5）短路电流计算接线及等值阻抗图 6）高低压厂用电接线图 7）厂区电气建筑物平面布置图 8）各级电压配电装置平断面图 9）主控制楼（或网络控制楼）各层平面布置图 10）机炉电集中控制室布置图 11）发电机出线小室布置图 12）发电机变压器组继电保护配置图 13）设备材料清单。,施工设计阶段的电气设计内容,根据技术设计审查结果和主要设备落实情况，开展施工图设计，准确无误地表达设计意图，按期提出符合质量和深度要求的设计图纸、说明书、计算书和设备材料清单，满足设备定货需要，以保证施工的顺利进行。,3、电气主接线的设计程序,1）对原始资料分析 2）主接线方案的拟定和选择 3）短路电流计算和主要电器选择 4）绘制电气主接线图 5）编制工程概算,说明 1)原始资料主要包括： 工程情况 电力系统情况 负荷情况 环境条件 设备供货情况,工程情况包括： 电厂类型 设计规划容量 单机容量和台数 电厂可能的运行方式 最大负荷利用小时数,负荷情况包括： 负荷的性质 地理位置 输电电压等级 出线回路数 输送容量,环境条件包括： 气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔、地震等,电力系统情况包括： 近期及远景规划 厂站在系统中的位置（地理和容量位置）和作用 本期工程和远景与系统的连接方式 各级电压中性点接地方式,工程概算的构成,设备原价 主要材料费 设备运杂费 备品备件购置费 生产器具购置费,直接费 间接费 税金,人工费 材料费 施工机械使用费,施工管理费 临时设施费 劳动保险基金 施工队伍调遣费,营业税 教育附加费 城市维护建设税,工程设计费及预备费、联合试运转费、研究试验费、建设场地占用及清理费等,小结,1、电气主接线的概念 2、典型的主接线形式及其特点 3、厂站主变压器选择的原则 4、限制短路电流的措施 5、主接线设计的内容和步骤,习题,1、设计主接线时限制短路电流的目的是什么？有哪些限流方法？ 2、分裂电抗器限流的特点？在接线中如何连接？两臂负荷不等时会出现什么现象？ 3、分裂变压器为升压变压器、降压变压器时是如何限流的？ 4、P134 4-2、3、4、7、8、9、11,请画出该电网的结构示意 选择发电厂及变电站的主变压器的容量和型式,习题1,已知： 发电厂为火电厂，厂用电率为8% 3#、4#机组额定容量分别为100MW，COSH = 0.85 1#、2#机组额定容量分别为50MW，COSH = 0.85,习题1供选择的变压器的型号,补充：主接线中的设备配置,隔离开关的配置,各种接线的断路器两侧应配置隔离开关； 各种接线的送电线路，应在线路侧应配置隔离开关； 一台半断路器接线当只有2串时需要在进出线回路配隔离开关； 多角形接线进出线应配置隔离开关； 中性点直接接地的普通变压器均应通过隔离开关接地，自耦变压器中性点不经隔离开关接地； 接在母线上的避雷器和电压互感器可合用一组隔离开关；不能在330500kV避雷器回路、一台半断路器接线各元件的电压互感器回路装隔离开关。,接地开关和接地器的配置,断路器两侧的隔离开关在断路器侧应带有接地开关； 各种接线的线路隔离开关线路侧应带有接地开关，对同塔双回路或多回路，当线路停电接地时，运行线路对停电线路的感应电流太大，超过一般接地开关的额定电流时应装有灭弧能力的接地开关； 母线可利用母线隔离开关带有接地开关接地，通常利用母线电压互感器倩的隔离开关装接地开关接地，220500kV母线接地点的设置需要通过计算确定。 变压器各侧的隔离开关在变压器侧应带有隔离开关。,避雷器、阻波器、耦合电容器的配置,610kV配电装置的母线和架空线进线处装设避雷器，对于有电缆的架空线，避雷器应装在电缆头附近； 35220kV户外配电装置的每段母线装设避雷器，架空线路不装避雷器，SF6全封闭组合电器的架空线路侧应装设避雷器，35kV及以上电缆进线段在电缆和架空线的连接处； 330500kV线路一般在线路侧装避雷器，配电装置的每段母线是否装设避雷器，要根据避雷器与被保护设备的距离、母线及相关设备参数经计算确定； 变压器的330500kV侧、330500kV高压并联电抗器应装设避雷器，变压器的220kV侧如母线避雷器较远，经计算需要时也应装设避雷器，