第四章节-电气主接线及设计PPT课件.ppt

发电厂电气部分 1 第四章电气主接线及设计 主接的基本接线形式电气主接线设计原则电气主接线设计程序主变压器的选择限制短路电流的方法 2 第一节主接线的基本接线 分类 1 有汇流母线接线2 无汇流母线接线 3 有汇流母线接线一单母线及单母分段接线1 单母线接线母线隔离开关线路隔离开关在断路器可能出现电源的一侧或两侧均应配置开关若馈线的用户侧没有电源隔离开关费用不大 为了阻止过电压的侵入或用户启动自备柴油发电机的误倒送电 也可以装设 若电源是发电机 则发电机与其出口断路器之间可以不装隔离开关但有时为了便于对发电机单独进行调整和试验 也可以装设隔离开关或设置可拆连接点 QE是线路隔离开关的接地开关 用于线路检修时替代临时安全接地线当电压在1lOkV及以上时 断路器两侧的隔离开关和线路隔离开关的线路侧均应配置接地开关 此外 对35kV及以上的母线 在每段母线上亦应设置1 2组接地开关或接地器 以保证电器和母线检修时的安全 4 图4 1单母线接线 5 操作顺序 在接通电路时 应先合断路器两侧的隔离开关再投入断路器切断电路时 应先断开断路器 再依次断开两侧隔离开关防止隔离开关带负荷合闸或拉闸 在断路器处于合闸状态下 或虽在分闸位置 但因绝缘介质性能破坏而导通 误操作隔离开关的事故不发生在母线侧隔离开关上 6 优点 接线简单 操作方便 设备少 经济性好 并且 母线便于向两端伸 扩建方便 缺点 可靠性差 母线或母线隔离开关检修或故障时 所有回路都要停止工作 也就是要造成全厂或全所长期停电 调度不方便 电源只能并列运行 不能分列运行 并且线路侧发生短路时 有较大的短路电流 这种接线形式一般只用在出线回路少 并且没有重要负荷的发电厂和变电站中 7 2 单母线分段接线用分段断路器QFd进行分段用隔离开关分段 任一段母线故璋时 将造成两段母线同时停电 在判别故障后 拉开分段隔离开关 完好段即可恢复供电 分段的数目 通常以2一3段为宜广泛用于中 小容量发电厂和变电站的6 10kV接线中 8 图4 2单母线分段接线 9 特点 可以提高供电可靠性和灵活性由于这种接线对重要负荷必须采用两条出线供电 大大增加了出线数目 使整个母线系统可靠性受到限制 所以 在重要负荷的出线回路较多 供电容量较大时 一般不采用 10 二 双母线及双母线分段接线1 双母线接线母线联络断路器 简称母联断路器 QFc特点 1 供电可靠 2 调度灵活 3 扩建方便 11 图4 3双母线接线 12 2 双母线分段接线特点 1 双母线分段接线比双母线接线的可靠性更高 2 灵活性高 3 投资大双母线分段接线被广泛应用于发电厂的发电机电压配电装置中 同时在220 500kV大容量配电装置中 不仅常采用双母线三分段接线 也有采用双母线四分段接线的 13 图4 4双母线分段接线 14 三 带旁路母线的单母线和双母线接线 旁路母线作用 断路器经过长期运行和切断数次短路电流后都需要检修 为了能使采用单母线分段或双母线的配电装置检修断路器时 不致中断该回路供电 可增设旁路母线 1 单母线分段带旁路母线的接线旁路母线WP旁路断路器QFP及母线旁路隔离开关QSPI QSPII SPP旁路隔离开关QSP 使旁路母线能与各出线回路相连 提高可靠性 投资增加检修QF1如何操作 15 图4 5单母线分段带旁路母线接线 16 分段断路器兼旁路断路器接线 17 旁路断路器兼作分段断路器接线 18 2 双母线带旁路母线接线 设专用旁路断路器 2 双母线带旁路母线接线 19 旁路兼母联 母联兼旁路 20 3 旁路母线设置的原则下列情况下 可不设置旁路设施 1 当系统条件允许断路器停电检修时 如双回路供电的负荷 2 当接线允许断路器停电检修时 每条回路有2台断路器供电 如角形 一台半断路器接线等 3 中小型水电站枯水季节允许停电检修出线断路器时 4 采用高可靠性的六氟化硫 SF6 断路器及全封闭组合电器 GIS 时 5 对于特殊需要 但又不便于设置旁路母线的情况 可设置临时 跨条 21 跨条设置 22 四 一台半断路器及台断路器接线1 一台半断路器接线 接线 适用 通常在330kV 500kV配电装置中 当进出线为6回及以上 配电装置在系统中具有重要地位 则宜采用一台半断路器接线 名词 1 一串 2 联络断路器 QF2 3 同名元件 23 一台半断路器接线 24 可靠性 任一母线故障或检修 均不致停电 任一断路器检修也不引起停电 一串中任何一台断路器退出或检修时 不影响任何一个元件的运行 在两组母线同时故障 或一组母线检修另一组母线故障 的极端情况下 功率仍能继续输送 25 遵循原则 1 电源线宜与负荷线配对成串 即要求采用在同一个 断路器串 上配置一条电源回路和一条出线回路 以避免在联络断路器发生故障时 使两条电源回路或两条出线回路同时被切除 2 配电装置建设初期仅两串时 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 当一台半断路器接线达三串及以上时 同名回路可接于同一侧母线 进出线不宜装设隔离开关 3 交叉接线 两串 26 交叉接线 非交叉接线 27 特点 运行的可靠性和灵活性很高 在检修母线或回路断路器时不必用隔离开关进行大量的倒闸操作 并且 调度和扩建也方便 所以在超高压电网中得到了广泛应用 在500kV的升压变电站和降压变电站中 一般都采用这种接线 28 台断路器接线 29 五 变压器母线组接线 特点 1 这种接线调度灵活 电源和负荷可自由调配 安全可靠 有利于扩建 2 一旦变压器故障时 连接于对应母线上的断路器跳开 但不影响其他回路供电 3 这种接线在远距离大容量输电系统中 对系统稳定和供电可靠性要求较高的变电站中采用 30 变压器母线组接线 31 无汇流母线接线 一 单元接线是大型机组广为采用的接线形式 发电机出口不装断路器 为调试发电机方便可装隔离开关特点 单元接线简单 开关设备少 操作简便 不设发电机电压级母线 短路电流相对于具有发电机电压级母线时 有所减小 发电机一三绕组变压器 自耦变压器 单元接线 为了在发电机停止工作时 还能保持和中压电网之间的联系 在变压器的三侧均应装断路器 32 存在问题 1 当主变压器或厂总变压器发生故障时 除了跳主变压器高压侧出口断路器外 还需跳发电机磁场开关 由于大型发电机的时间常数较大 因而即使磁场开关跳开后 一段时间内通过发电机一变压器组的故障电流仍很大 若磁场开关拒跳 则后果更为严重 2 发电机定子绕组本身故障时 若变压器高压侧断路器失灵拒跳 则只能通过失灵保护 出口启动母差保护或发远方跳闸信号使线路对侧断路器跳闸 若因通道原因远方跳闸信号失效 则只能由对侧后备保护来切除故障 这样故障切除时间大大延长 会造成发电机 主变压器严重损坏 3 发电机故障跳闸时 将失去厂用工作电源 而这种情况下备用电源的快速切换极有可能不成功 因而机组面临厂用电中断的威胁 33 单元接线 34 扩大单元接线发电机单机容量不大减少变压器台数和高压侧断路器数目 并节省配电装置占地面积单机容量仅为系统容量的1 2 或更小 而电厂的升高电压等级又较高 如50MW机组接人220kV系统 l00MW机组接人330kV系统 200MW机组接人500kV系统 可采用扩大单元接线 35 扩大单元接线 36 二 桥形接线 内桥接线 外桥接线 当只有2台变压器和2条线路时 宜采用桥形接线 内桥 一般适用于线路较长 相对来说线路的故障机率较大 和变压器不需要经常切换 如火电厂 的情况 外桥 适用于线路较短和变压器需要经常切换的情况 当系统中有穿越功率通过主接线为桥形接线的发电厂或变电站高压侧时 或者桥形接线的2条线路接入环形电网时 都应该采用外桥接线 否则使用跨条 37 特点 1 节约投资桥形接线只用3台断路器 比具有4条回路的单母线接线节省了1台断路器 并且没有母线 投资省 2 可靠性不高只适用于小容量发电厂或变电站 以及作为最终将发展为单母线分段接线或双母线接线的工程初期接线方式 也可用于大型发电机组的启动 备用变压器的高压侧接线方式 38 桥形接线 a 内桥接线 b 外桥接线 39 三 角形接线多角形接线的断路器数等于电源回路和出线回路的总数 断路器接成环形电路 电源回路和出线回路都接在2台断路器之间 多角形接线的 角 数等于回路数 也就等于断路器数 优点 所用的断路器数目比单母线分段接线或双母线接线还少1台 却具有双母线接线的可靠性 任一台断路器检修时 只需断开其两侧的隔离开关 不会引起任何回路停电 没有母线 因而不存在因母线故障所产生的影响 任一回路故障时 只跳开与它相连接的2台断路器 不会影响其他回路的正常工作 操作方便 所有隔离开关 只用于检修时隔离电源 不作操作之用 不会发生带负荷断开隔离开关的事故 40 缺点 检修任何一台断路器时 多角形就开环运行 如果此时出现故障 又有断路器自动跳开 将使供电造成紊乱 由于运行方式变化大 电气设备可能在闭环和开环两种情况下工作 其中所流过的工作电流差别较大 会给电气设备的选择带来困难 并且使继电保护装置复杂化 不便于扩建 不适用于回路数较多的情况 一般最多用到六角形 以减少开环运行所带来的不利影响 这种接线的电源回路 应配置在多角形的对角上 使所选电气设备的额定电流不致过大 适用 多角形接线 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 中 小型水力发电厂中也有应用 41 角形接线 42 典型主接线分析 中型热电厂 43 区域性火力发电厂 44 大型水力发电厂主接线 45 46 第二节电气主接线设计原则和程序 电气主接线由电气设备通过连接线 按其功能要求组成接受和分配电能的电路 成为传输强电流 高电压的网络 故又称为一次接线或电气主系统 主接线电路图用规定的电气设备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接线图 主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构 是电力系统网络结构的重要组成部分 直接影响运行的可靠性 灵活性并对电器选择 配电装置布置 继电保护 自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系 47 一 对电气主接线的基本要求 1 可靠性 1 发电厂或变电站在电力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 48 2 灵活性适应各种运行状态 并能灵活地进行运行方式的转换 1 操作的方便性 2 调度的方便性 3 扩建的方便性 49 3 经济性 1 节省一次投资 2 占地面积少 3 电能损耗少 50 二 电气主接线设计的原则电气主接线设计的基本原则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 兼顾运行 维护方便 尽可能地节省投资 就近取材 力争设备元件和设计的先进性与可靠性 坚持可靠 先进 适用 经济 美观的原则 主接线应满足供电可靠 灵活 经济 留有扩建和发展的余地 51 三 电气主接线的设计程序1 对原始资料分析 1 工程情况 2 电力系统情况 3 负荷情况 4 环境条件 5 设备供货情况 52 2 主接线方案的拟定与选择拟定出若干个主接线方案 从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案 最终保留2 3个技术上相当 又都能满足任务书要求的方案 再进行经济比较 对于在系统中占有重要地位的大容量发电厂或变电站主接线 还应进行可靠性定量分析计算比较 最终确定出在技术上合理 经济上可行的最终方案 53 3 短路电流计算和主要电器选择对选定的电气主接线进行短路电流计算 并选择合理的电气设备 4 绘制电气主接线图对最终确定的主接线 按工程要求 绘制工程图 54 5 编制工程概算 1 主要设备器材费设备原价 主要材料 钢材 木材 水泥等 费 设备运杂费 含成套服务费 备品备件购置费 生产器具购置费等 2 安装工程费直接费 间接费及税金等 3 其他费用如建设场地占用及清理费 研究试验费 联合试运转费 工程设计费及预备费等 55 第三节主变压器的选择一 变压器容量和台数的确定原则1 单元接线的主变发电机额定容量减去本机组的厂用负荷后 留10 裕度确定 56 2 具有发电机电压母线接线的主变压器 1 当发电机全部投人运行时 在满足发电机电压供电的日最小负荷 并扣除厂用负荷后 主变压器应能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统 2 当接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或者因供热机组热负荷变动而需限制本厂出力时 主变压器应能从电力系统倒送功率 保证发电机电压母线上最大负荷的需要 3 若发电机电压母线上接有2台及以上的主变压器时 当其中容量最大的一台因故退出运行时 其他主变压器应能输送母线剩余功率的70 以上 57 4 在电力市场环境下 中 小火电机组的高成本电量面临 竞价上网 的约束 特别是在夏季丰水季节处于不利地位 加之 以热定电 的中 小热电厂在夏季热力负荷减少的情况下 可能停用火电厂的部分或全部机组 主变压器应具有从系统倒送功率的能力 以满足发电机电压母线上最大负荷的要求 具有发电机电压母线的发电厂 在发电机电压母线上通常接入60MW及以下的中 小型热电机组 接于发电机电压母线上的主变压器不应少于2台 其总容量应当考虑满足不少于5年负荷的逐年发展 对于利用工业生产的余热发电的中 小型电厂 可只装1台主变压器与电力系统构成弱连接 58 3 连接两种升高电压母线的联络变压器联络变压器的台数一般只设置1台 最多不超2台 1 联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下有功功率和无功功率交换 2 联络变压器容量一般不应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 通过联络变压器来满足本侧负荷的要求 同时 也可在线路检修或故障时 通过联络变压器将剩余容量送入另一系统 59 4 变电站主变压器按5 10年规划负荷来选择 对重要变电站 应考虑当1台主变压器停运时 其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内 应满足I类及II类负荷的供电 对一般性变电站 当1台主变压器停运时 其余变压器容量应能满足全部负荷的70 80 对于枢纽变电站在中 低压侧已形成环网的情况下 变电站以设置2台主变压器为宜 对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站 可设3台主变压器 以提高供电可靠性 60 二 变压器型式和结构的选择原则1 相数容量为300MW及以下机组单元连接的主变压器和330kV及以下电力系统中 一般都应选用三相变压器 2 绕组数与结构按每相的绕组数分为双绕组 三绕组或更多绕组等型式 按电磁结构分为普通双绕组 三绕组 自耦及低压绕组分裂式等型式 三绕组变在一个发电厂或变电站中采用三绕组变压器一般不多于3台三绕组变压器的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 否则绕组未能充分利用三绕组变压器比同容量双绕组变压器价格要贵40 50 三绕组变压器根据三个绕组的布置方式不同 分为升压变压器和降压变压器 升压变压器用于功率流向由低压绕组传送到高压和中压 常用于发电厂主变压器 而降压变压器用于功率流向由高压绕组传送至中压和低压 常用于变电站主变压器 机组容量为200MW以上的发电厂采用发电机一双绕组变压器单元接线接入系统 而两种升高电压级之间加装联络变压器更为合理 此时 联络变压器宜选用三绕组变压器 或自耦变压器 低压绕组可作为厂用备用电源或厂用启动电源 亦可连接无功补偿装置 61 扩大单元接线的主变压器 应优先选用低压分裂绕组变压器 可以大大限制短路电流 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 均可优先选用自藕变压器 其损耗小 价格低 但主要潮流方向应为低压和中压同时向高压送电 或反之 且变化不宜过大 并注意自耦变压器限制短路电流的效果较差 多绕组如四绕组电力和两级中压 如10 5kV与3kV 绕组均为星形 Y 接线时 为提供变压器3次谐波电流通路 保证主磁通接近正弦波 改善电动势的波形 常在变压器设有第四个三角形 d 接线的绕组 即为四绕组变压器 d 绕组不接负荷 其接线组别为YN yn0 yn0 d11 62 正送 10kV 25 25 50 31 6 10 58 4 MW 58 4 0 8 73 MVA 110kV 73 18 7 0 8 49 6 MVA 63 倒送 停最大一台机 且10 5kV母线上负荷最大 则25 25 58 5 13 MW 13 0 8 16 25 MVA 110kV 16 25 28 3 0 8 51 65 MVA 64 4 调压方式调压方式种 1 不带电切换 称为无激磁调压 调整范围通常在土2x2 5 以内 2 另一种是带负荷切换 称为有载调压 调整范围可达30 其结构较复杂 价格较贵 只在以下情况下才予以选用 a 接于出力变化大的发电厂的主变压器 特别是潮流方向不固定 且要求变压器二次电压维持在一定水平时 b 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 要求母线电压恒定时 发电厂主变压器中很少采用有载调压 因为可以通过调节发电机励磁来实现调节电压 对于220kV及以上的降压变压器也仅在电网电压有较大变化的情况时使用 一般均采用无激磁调压 分接头的选择依据具体情况而定 65 5 冷却方法自然风冷却 强迫风冷却 强迫油循环水冷却 强迫油循环风冷却 强迫油循环导向冷却 中小型变压器 自然风冷却及强迫风冷却 大型变压器 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 66 第四节限制短路电流的方法一 装设限流电抗器限流电抗器分为普通电抗器和分裂电抗器两类 1 普通电杭器 1 母线电抗