发电厂变电站电气主接线设计.doc

发电厂变电站电气主接线设计XxxXxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx摘要:本文首先概述了电气主接线的概念以及在设计中需要考虑的问题，然后对电气主接线设计的基本要求做了简要的描述并简单介绍了几个要点的内容。然后探讨了配电装置的选型、相关电气设备及典型接线方式等关键因素。最后，列举了几种在电气接线中比较常见的接线方式并对其优缺点做了简要叙述。关键词：发电厂；变电站；电气主接线设计；基本要点；接线方式；一、电气主接线的概念电气主接线是发电厂和变电站电气部分的主体，是电力系统中电能传递通道的重要组成部分之一；其连接方式的确定对电力系统整体以及发电厂和变电站本身的供电可靠性、运行灵活性、检修方便与否和经济合理性起着决定性的作用，同时也对发电厂和变电站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定有着很大的影响。因此，正确处理好各方面的关系，建立一个科学的电气主接线的评价系统，全面分析相关影响因素，综合评价各项技术经济比较，合理确定主接线方案是十分必要的，在发电厂和变电站电气主接线的设计过程中，除上述电气因素以外，还应考虑气象、地质、地理位置、交通等环境因素。 下面主要介绍变电站的电气主接线设计中的主要要点：二、电气主接线设计需考虑的问题 在进行变电站电气主接线设计时，需要重点考虑以下一些问题： 1、需要考虑变电所在电力系统中的位置，变电所在电力系统中的地位和作用是决定电气主接线的主要因素。变电所是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对其电气主接线的可靠性、灵活性和经济性的要求也不同。 2、要考虑近期和远期的发展规模，变电所电气主接线的设计，应根据510年电力发展规划进行。根据负荷的大小、分布、增长速度，根据地区网络情况和潮流分布，分析各种可能的运行方式，来确定电气主接线的形式以及连接电源数和出线回数。 3、考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对电气主接线的影响，对一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，应保证大部分二级负荷供电；三级负荷一般只需要一个电源供电。 4、考虑主变台数对电气主接线的影响，变电所主变的台数对电气主接线的选择将产生直接的影响，传输容量不同，对主接线的可靠性、灵活性的要求也不同。 5、考虑备用容量的有无和大小对电气主接线的影响，发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响着电气主接线的形式。三、电气主接线设计的基本要点 根据我国能源部关于该方面的规定：发电厂的电气主接线应根据变电所在电力系统中的地位，发电厂的规划容量，负荷性质，线路，变压器连接元件参数，设备特点等条件。并应综合考虑，供电可靠、运行灵、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。对于主接线设计的基本要求，概括的说应包括可靠性、灵活性和经济性三个方面。变电站的电气主接线应该根据变电站在电力系统中的地位、变电站的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定，并应综合考虑供电可靠性、运行灵活性、检修操作方便、节约投资、便于过渡和扩展等要求。 1、供电可靠性。供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线能可靠地工作，以保证对用户不间断供电。评价电气主接线可靠性的标志是：断路器检修时，不宜影响对系统的供电；线路或母线发生故障时应尽量减少线路的停运回路数和主变的停运台数，尽量保证对重要用户的供电；尽量避免变电站全部停运的可能性。 2、运行检修的灵活性。主接线应满足在调度、检修的灵活性，调度运行中应可以灵活地投入和切除变压器和线路，满足系统在事故、检修以及特殊运行方式下的系统调度运行要求，实现变电站的无人值班。检修时，可以方便地停运断路器、母线和继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行和对用户的供电。 3、适应性和可扩展性。能适应一定时期内没有预计到的负荷水平的变化，满足供电需求，扩建时，可以适应从初期接线过渡到最终接线，在影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入变压器或线路而不互相干扰，并且使一次、二次部分的改建工作量最少。 4、经济合理。主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下，要求做到经济合理，首先，投资省，即变电站的建筑工程费、设备购置费、安装工程费和其他费用应节省，采用不同的接线方式，其投资具有明显的不同；其次，占地面积小，主接线设计要为配电装置创造条件，采用不同的接线方式，配电装置占地面积有很大的区别；第三，能量损失小。四、电气主接线设计的关键因素1、配电装置的选型 目前，110KV高压配电装置常采用的布置形式有屋内布置和屋外布置两大类；屋内布置又分为普通电器安装在屋内布置、110KV断路器小车屋内布置、SF6全封闭组合电器（GIS）屋内布置三种形式。采用普通电器安装在屋内布置和110KV断路器小车屋内布置，每个间隔宽度可以设计成6.5米，跨度约12米，占地面积相当，投资也相差不大，多用在城郊或污染较严重地区。SF6全封闭组合电器（GIS）屋内布置占地最小，运行维护最好，但投资较高，多用在城市中心和用地非常紧张的地方。 目前，广大农村和县城更多地采用屋外布置形式，故本文将屋外布置形式作为研究对象。屋外布置分为屋外半高型布置、屋外高型布置、屋外中型布置三种形式。半高型布置是将母线与母线隔离开关升高，把断路器、电流互感器等设备直接布置在升高母线的下方，使配电装置跨度尺寸减少，但由于进出线间隔不能合并，各占一个间隔，使横向面积增大，对于进出线回路多的变电站，多采用该布置。高型布置是将母线与母线隔离开关上下重叠布置，适用于双母线布置，屋外中型布置是将所有电气设备都安装在地面设备支架上，母线下不布置任何电气设备，具有布置比较清晰、不易误操作、运行可靠、施工和维修都比较方便、构架高度低、造价低等的优点，是本文研究的几种接线最适合选用配电装置选型。在110KV变电站中，与普通中型配电装置相对应的110KV母线设计，多采用软母线，该型配电装置在我国已有30多年运行历史，各地电业部门无论在运行维护还是安装检修方面都积累了比较丰富的经验。2、相关电气设备及典型接线方式 变电站高压电气主接线应该包括的电气设备包括：主变压器、变压器高压引出线、母线、隔离开关、断路器、跨条、继电保护装置、电流互感器、电压互感器、避雷器、电压互感器等等。在110KV变电站电气主接线设计中，主要考虑终端变电站和中间变电站这两种功能的变电站。终端变电站又称受端变电站，这类变电站接近负荷中心，110KV进线一般为两路进线，通过两台主变将电能分配给低压用户；在确保供电可靠性的前提下，变电站主接线设计应有利于规范化、简单化、自动化及无人化，尽可能减少占地面积，变电站主接线方式应根据负荷性质，电气设备特点及上级电网强弱等因素确定。一般终端变电站高压侧主接线形式常选用以下三种方式：a线路变压器组接线；b外桥接线；c内桥接线。中间变电站具有交换系统功率（110KV母线上有穿越功率）和降压分配功率（110KV通过主变将电能分配给低压用户）的双重功能，它是中心变电所和终端变电所之间的中间环节。这类变电站主接线方式既不能像终端变电所那样简单，也不必像中心变电所那样复杂，应根据变电所在系统中的地位和作用来确定，一般中间变电所高压侧主接线形式常选用以下四种接线方式：（1）单母线接线；（2）单母线分段接线；（3）内桥接线外加跨条；（4）四角形接线。五、电气主接线常见8种接线方式优缺点分析 1、线路变压器组接线 线路变压器组接线就是线路和变压器直接相连，是一种最简单的接线方式。线路变压器组接线的优点是断路器少，接线简单，造价省。相应220kV采用线路变压器组，110kV宜采用单母分段接线，正常分段断路器打开运行，对限制短路电流效果显著，较适合于110kV开环运行的网架。但其可靠性相对较差，线路故障检修停运时，变压器将被迫停运,对变电所的供电负荷影响较大。其较适合用于正常二运一备的城区中心变电所，如上海中心城区就有采用。2、桥形接线 桥形接线采用4个回路3台断路器和6个隔离开关，是接线中断路器数量较少、也是投资较省的一种接线方式。根据桥形断路器的位置又可分为内桥和外桥两种接线。由于变压器的可靠性远大于线路，因此中应用较多的为内桥接线。若为了在检修断路器时不影响和变压器的正常运行，有时在桥形外附设一组隔离开关，这就成了长期开环运行的四边形接线。 3、多角形接线 多角形接线就是将断路器和隔离开关相互连接，且每一台断路器两侧都有隔离开关，由隔离开关之间送出回路。多角形接线所用设备少，投资省，运行的灵活性和可靠性较好。正常情况下为双重连接，任何一台断路器检修都不影响送电，由于没有母线，在连接的任一部分故障时，对电网的运行影响都较小。其最主要的缺点是回路数受到限制，因为当环形接线中有一台断路器检修时就要开环运行，此时当其它回路发生故障就要造成两个回路停电，扩大了故障停电范围，且开环运行的时间愈长，这一缺点就愈大。环中的断路器数量越多，开环检修的机会就越大，所一般只采四角(边)形接线和五角形接线，同时为了可靠性，线路和变压器采用对角连接原则。四边形的保护接线比较复杂，一、二次回路倒换操作较多。 4、单母线分段接线 单母线分段接线就是将一段母线用断路器分为两段，它的优点是接线简单，投资省，操作方便；缺点是母线故障或检修时要造成部分回路停电。 5、双母线接线 双母线接线就是将工作线、电源线和出线通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组(一次/二次)母线上，且两组母线都是工作线，而每一回路都可通过母线联络断路器并列运行。与单母线相比，它的优点是供电可靠性大，可以轮流检修母线而不使供电中断，当一组母线故障时，只要将故障母线上的回路倒换到另一组母线，就可迅速恢复供电，另外还具有调度、扩建、检修方便的优点；其缺点是每一回路都增加了一组隔离开关，使配电装置的构架及占地面积、投资费用都相应增加；同时由于配电装置的复杂，在改变运行方式倒闸操作时容易发生误操作，且不宜实现自动化；尤其当母线故障时，须短时切除较多的电源和线路，这对特别重要的大型发电厂和变电站是不允许的。 6、双母线带旁路接线 双母线带旁路接线就是在双母线接线的基础上，增设旁路母线。其特点是具有双母线接线的优点，当线路（主变压器）断路器检修时，仍有继续供电，但旁路的倒换操作比较复杂，增加了误操作的机会，也使保护及自动化系统复杂化，投资费用较大，一般为了节省断路器及设备间隔，当出线达到5个回路以上时，才增设专用的旁路断路器，出线少于 5个回路时，则采用母联兼旁路或旁路兼母联的接线方式。 7、双母线分段带旁路接线 双母线分段带旁路接线就是在双母线带旁路接线的基础上，在母线上增设分段断路器，它具有双母线带旁路的优点，但投资费用较大，占用设备间隔较多，一般采用此种接线的原则为： (1)当设备连接的进出线总数为1216回时，在一组母线上设置分段断路器。 (2)当设备连接的进出线总数为17回及以上时，在两组母线上设置分段断器。 8、3/2(4/3)断路器接线 3/2(4/3)断路器接线就是在每3(4)个断路器中间送出2(3)回回路 ,一般只用于500kV(或重要 220kV)电网的母线主接线。它的主要优点是：(1)运行调度灵活，正常时两条母线和全部断路器运行，成多路环状供电；(2)检修时操作方便，当一组母线停支时，回路不需要切换，任一台断路器检修，各回路仍按原接线方式霆，不需切换；(3)运行可靠，每一回路由两台断路器供电，母线发生故障时，任何回路都不停电。2/3(4/3)断路器接线的缺点是使用设备较多，特别是断路器和电流互感器，投资费用大，保护接线复杂。 六、总结 综上述所述，为了能更好的设计出更可靠、更具经济型、更安全的电气主接线，必须很好的了解电气主接线设计中所要考虑到的各方面的问题和电气主接线设计中的基本要点，并且要时刻关注接线中的关键问题。有了这些前提，还要熟悉各种常见的接线方式，这样才能够设计出符合现实生活的电气主接线，给人们带来方便，给国家带来效益。 参考文献 1韩肖清，冯福旺.基于关联矩阵的电气主接线的可靠性分析.山西电力. 2005(02). 2关倩莹.110kV变电站发展模式.河北能源职业技术学院学报. 2005（01). 3龙英 刘淑芝.关于简化发电厂电气主接线的思考.黑河科技.2003(03). 4戈东方.电力工程电力设计手册电气一次部分.中国电力出版社,2000.97-99. 5朴在林.变电所电气部分.中国水利水电出版社.2002.100-102. 6范锡普.发电厂电气部分.中国电力出版社.2003.122-123. 7李义山.变配电实用技术.北京机械工业出版社.2003. 8居荣. 供配电技术.北京化学工业出版社.2005. 9ROVITHAKIS G A.Stable adaptive neuro-control design via Lyapunov function derivative estimation. 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