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第六章电力系统主接线 1 发电厂 变电所的电气主接线是电力系统接线的重要组成部分 它是由规定的各种电气设备的图形符号和连接线所组成的表示接受和分配电能的电路 拟定发电厂 变电所的电气主接线方案和厂用电接线方案是发电厂电气部分设计中很重要而且又很复杂的工作 在设计时必须按照国家经济建设的方针政策和生产运行的实践经验 结合具体工程情况 尽可能地 积极稳妥地采用成熟的新技术 新设备 经过全面的技术经济比较 做到技术先进 经济合理 安全适用 本章主要叙述发电厂 变电所主接线基本要求 接线形式 主要特点 输电网和配电网接线方式的基本要求 典型接线方式的特点等 并对与之相关的厂用电接线 输电网优化设计基本原则 方法和短路电流的限制方法等问题进行了简要介绍 2 第一节发电厂和变电所电气主接线的基本要求 一 主接线的概念及其基本要求在发电厂和变电所中发电机 变压器 断路器 母线隔离开关以及线路等相互之间的连接 必须满足一定的要求 以保证电能的生产 变换和输送 它们的连接方式对供电可靠性 运行灵活 检修方便以及经济合理等起着决定性的作用 所谓主接线就是指由上述高压电器通过连接线 按其功能要求组成接受和分配电能的通道 成为电流 高压的网络 又称为一次接线或电气主系统 3 主接线是发电厂和变电所电气部分的主体 它对发电厂和变电所的建设投资 安全经济运行有着重大的影响 直接关系到发电厂和变电所的技术经济指标 主接线常用主接线图来表示 它是一种用规定的设备文字和图形符号并按电流通过顺序排列 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 各设备图形符号如附录所示 由于主接线作用重要 同时在设计过程中与诸多因素有关 要正确 合理地设计主接线就必须综合处理各方面的因素 并经过深入的经济 技术比较论证后最终确定 4 1 可靠性供电可靠是电能生产 分配的首要任务 主接线应满足这一要求 包括要求放生事故可能性及发生事故后要求停电范围小 恢复供电快 由于可靠性与投资经济之间存在的矛盾 使得在主接线设计中应充分考虑带各地实际情形和供电负荷对可靠性要求 既要求注意以下几个问题 1 主接线可靠性要与系统及负荷对供电可靠度的要求相适应负荷作用 地位不同 对供电可靠性要求也不同 必须根据负荷重要程度 停电对负荷造成损失的大小 分清主次 轻重 对不允许短时停电的一类 二类负荷采用高可靠的主接线方式 而对那些对供电连续要求不高的负荷则可考虑降低主接线可靠性标准以提高其经济性 因而那种一味认为主接线的设计应越可靠越好的想法是错误的和不可去的 5 2 对主接线可靠性的评论应客观 科学 全面为保证用户可靠供电 常需要考虑设置备用电源 备用设备 线路等 但这并不意味着简单地依靠增加设备 采用复杂的接线就能显著提高可靠性 相反在某些情况下 由于接线复杂会导致较复杂的操作及切换程序繁琐 可能会因此引起错误操作几率上升 反而降低了可靠性 同时电力系统从可靠性计算角度可简化为有一定故障概率的元件的串并联网络 设备数量的增加在一定条件下也会引起系统供电中断可能性的增大 因而应结合设备具体参数以及运行人员运行经验 水平等多中因素全面 客观地评价主接线的可靠性 3 主接线的可靠性程度是相对的由于系统容量 规模 作用的不同和用户对供电可靠性要求标准不同 在实际运行时对同一主接线的可靠性 评价可能不同 因而必须针对用户具体情况对某种主接线是否满足其可靠性要求作出具体分析 评价 而不能一味推荐采用可靠性很高而经济性较差的接线方式 6 4 主接线的可靠性是发展的随着设备生产制造水平的提高 如GIS开关柜及SF6开关的使用 以及自动重合闸的采用和不停电快速检修技术的出现 使得过去一贯被认为不够可靠的那些主接线和单母分线接线方式等具有足够高的靠靠度 而广泛地应用很多电压级中 故不应以一成不变的观点去看待主接线的可靠性而应根据当前的设备制造水平 运行水平以发展的眼光去对主接线可靠性作出评价 2 灵活性 方便性 适应性主接线应满足在调度 检修及发展扩建时的操作方便及运行灵活的要求 并能适应一定时期内设有预计到的负荷水平变化 1 调度时 要能灵活地投 切某些机组 变压器或线路 调配电源和负荷 满足系统在事故运行方式 检修运行方式及特殊运行方式下的调度要求 7 2 检修时 可以方便地停运检修短路器 母线及其继电保护设备 而不致过多地影响对用户的供电和电力系统的运行 3 扩建时 可以容易地从初期接线过度到最终接线 在不影响供电或停电时间最短的情况下 投入新机组 变压器或线路 完成过度方案的实施 并对一次和二次接线部分的改建工作量最少 3 经济性主接线在满足可靠性 灵活性要求的前提下尽可能做到经济合理 它包括以下几方面内容 1 投资省 主接线应力求简单清晰 以节省开关电器 电压互感器和电流互感器 避雷器等一次设备 降低投资 要使继电保护和二次回路不过于复杂 以利于运行和节约二次设备及电缆的安装 要适当采用限制短路电流的措施 以便选择廉价的电器或轻型电器 8 2 占地面积小 主接线设计要求配电装置布置创造节约占地面积的条件 同时也应注意节约搬迁 安装和外汇等费用 经济发达的大城市这一点尤为重要 3 年运行费用少 在发电厂或变电所中要合理选择主变压器的容量和台数 以节省电能损耗等费用 由于主接线设计中 其可靠性与经济性之间往往会有较大矛盾 因而须注意在一定程度上加以协调解决 4 简化接线 有利于电网自动化的实现配电网自动化 变电所无人化是现代电网发展的必然趋势 主接线形式要为这一技术的实施创造条件 5 标准化相近类型的厂 站应采用一样的主接线形式 使接线规范化 标准化 有利于发展和运行检修 对主接线形式的评价结合具体的地区政治 经济条件和地理环境 不能完全以单一标准 而应从电网和用户两方面来综合考虑各项指标 9 第二节电气主接线的基本形式 电气主接线的基本接线形式 可分为有汇流母线两大类 有汇流母线的接线形式有 单母线 单母线分段 双母线 双母线分段 增设旁路母线或旁路隔离开关 一台半断路器接线 变压器母线组接线等 无汇流母线的接线形式有 单元接线 桥型接线 角型接线 10 一 有汇流母线的接线进出行数量较多时 采用汇流母线作为中间环节 便于电能的汇集和分配 也便于连接 安装和扩建 使接线简单清晰 运行操作方便 1 单母线接线 1 不分段的单母线接线 如图6 1所示 图6 1不分段的单母线接线 11 图6 1表示共有两回电源进线 四回出线 主要优点是 接线简单清晰 采用设备少 操作方便 便于扩建和采用成套配电装置 其缺点是 接线不够灵活可靠 当母线与母线隔离开关故障或检修时 将造成整个配电装置停电 当断路器检修时 将在整个检修期间中断该进出线的工作 不分段的单母线接线一般只适用于电压为6 220千伏 出线回路数较少 用户重要性等级较低的配电装置中 尤其对采用开关柜的配电装置更为合适 12 2 单母线分段接线 如图6 2所示 图6 2分段的单母线接线 13 当进出线回路数较多时 采用不分段的单母线接线已无法满足供电可靠性的要求 为了提高单母线接线的供电可靠性 把故障和检修造成的影响局限在一定的范围内 可采用隔离开关或断路器将单母线进行分段 单母线分段的数目取决于电源的数目 电网的接线及主接线的运行方式 一般以2 3段为宜 其连接的回路数一般比不分段的单母线接线增加一倍 但仍不宜过多 单母线分段接线主要应用于中小容量的发电厂的电气主接线 各类发电厂的厂用电接线以及进出线数量比较多的6 220kV变电所中 14 3 单母线分段带旁路 如图6 3所示 图6 3单母线分段带旁路 15 当在送电过程中要检修进出线断路器 如图中QF2 时 可利用旁路断路器QF1代替QF2的工作 其操作步骤是 1 合旁路断路器QF1两侧的隔离开关QS2和QS1 2 合旁路断路器QF1 3 使旁路母线WP充电 检查WP是否完好 4 在WP完好的情况下 断开旁路断路器QF1 5 合旁路隔离开关QS3 合旁路断路器QF1 形成与QF2并联供电的通路 6 断开出线断路器QF2 7 断开QF2两侧的隔离开关QS4和QS5 16 当断路器QF2检修完毕后 恢复其正常工作的操作步骤是 1 接通QF2两侧的隔离开关QS5和QS4 2 接通出线断路器QF2 3 断开旁路断路器QF1 4 断开旁路隔离并关QS3 5 断开旁路断路器QF1两侧的隔离开关QS1和QS2 这样就使QF2恢复到了正常的运行状态 可见在操作和检修过程中 线路WL1并未中断供电 17 2 双母线接线单母线接线不论是否分段 当母线和母线隔离开关故障或检修时 连接在该段母线上的进出线在检修期间将长时间停电 只有在母线或母线隔离开关检修完毕 才能恢复停电进出线的送电 为了克服这个缺点 可以采用双母线的接线形式 按照每个回路使用断路器的多少 可将双母线接线划分为单断路器的双母线接线 双断路器的双母线接线 一台半断路器的双母线接线和变压器母线组接线等 单断路器的双母线接线单断路器的双母线接线 如图6 4所示 图6 4单断路器的双母线接线 18 在这种接线方式中 设有母线W1和母线W2两组母线 每个回路都通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组母线上 为了减少母线故障而造成的停电范围 正常时双母线的两组母线同时工作 并通过母线联络断路器QFM并联运行 电源和负荷被适当地分配在两组母线上 为了满足母线继电保护的需要 通常要求某一回路固定与某一组母线连接 构成 固定连接 的运行方式 这种运行方式应用在6 220kV电压的配电装置中 能够保证用户所必需的供电可靠性 19 单断路器的双母线接线的主要特点为 1 可以轮流检修母线而不影响供电 2 检修任一回路的母线隔离开关时 只停该回路 3 一组母线故障后 能迅速恢复该母线所连回路的供电 4 运行高度灵活 电源和线路可以任意分配在某一组母线上 能够灵活地适应系统中各种运行方式和潮流变化的需要 5 扩建方便 双母线接线可沿着予留的扩建端向左右顺延扩建 而不影响两组母线的电源和负荷均匀分配 也不会引起原有回路的停电 6 便于试验 在个别回路需要单独进行试验时 可将该回路单独接至一组母线上 综上所述 单断路器双母线接线具有较高的供电可靠性和运行灵活性 20 虽然单断路器双母线接线在供电的可靠性和运行的灵活性等方面 均较单母线分段接线有了很大提高 但仍存在如下缺点 1 任一台断路器拒动 将造成与该断路器相连母线上其它回路的停电 2 一组母线检修时 全部电源及线路都集中在另一组母线上 若该组母线再故障将造成全停事故 3 母联断路器故障 将造成配电装置全停事故 4 当母线故障或检修时 隔离开关作为切换操作电器 容易发生误操作 5 在检修任一进出线回路的断路器时 将使该回路停电 此外 这种接线所用设备多 尤其是隔离开关 配电装置结构复杂 占地面积和设备投资均较大 21 为了适应特别重要的发电厂和变电所对电气主接线可靠性的要求 克服单断路器的双母线接线的某些缺点 可采取以下措施 1 为了避免隔离开关误操作 可在隔离开关与断路器之间装设闭锁装置 2 为了避免在检修进出线断路器时造成停电 可在单断路器双母线的基础上增设旁路母线 图6 5 a 所示为设有专用旁路断路器QFP的双母线带旁路母线接线 图6 5设有专用旁路断路器QFP的双母线带旁路母线接线 a 设有专用旁路断路器 b 母联断路器兼作旁路断路器 22 设有专用旁路断路器QFP后 一旦进出线断路器检修时 可由专用旁路断路器代替 通过旁路母线供电 从而对母线的运行没有影响 但设置了专用旁路断路器QFP后 将使设备投资和配电装置的占地面积有所增加 为了节省断路器和配电装置间隔 应尽量不设专用旁路断路器 而采用母联断路器兼作旁路断路器的方案 图6 5 b 所示为母联断路器兼作旁路断路器的常用接线方式 可应用于普通中型布置 分相中型布置 高型布置以及半高型布置等配电装置中 正常运行情况下QFMP起母联作用 隔离开关QS3断开 隔离开关QS1和QS2闭合 当进出线断路器需要检修时 将所有回路切换到规定的一组母线W1上 然后用母联断路器作为旁路断路器 去替代要检修的断路器 此时隔离开关QS1断开 而隔离开关QS2和QS3闭合 通过旁路母线向线路供电 23 采用这种接线方式时 每当检修进出线断路器就要将母联断路器用作旁路断路器 这样做的结果 一是每次倒闸操作时需要更改母线保护的定值 使工作量增加 二是使双母线变成单母线运行 降低了供电可靠性 并且增加了进出线回路母线隔离开关的倒闸操作 因此 这种接线方式只有在条件允许的情况下才能采用 双母线带旁路母线的接线广泛应用于110 220kV的配电装置中 通常当220kV出线在5回及以上 110kV出线在7回及以上时 规定应装设专用旁路断路器 当出线回路比较少时 可以采用母联断路器兼作旁路断路器的接线 而当配电装置使用可靠性高 检修周期长的SF6断路器 或使用可以迅速替换的手车式断路器时 以及系统运行条件允许线路停电检修的情况下 均可以不设旁路母线和旁路断路器 24 3 为了减少母线故障的停电范围 可将双母线接线中的一组母线或两组母线用断路器分段 成为双母线三分段接线或双母线四分段接线 3 一台半断路器接线又称之为接线 如图6 6所示 图6 6一台半断路器接线 两组母线间 装有三台断路器 可引接二个回路 即每一回路经一台断路器接至一组母线 两条回路间设一台联络断路器 形成一串 故称为一台半断路器接线 实质上它又属于一个回路由两台断路器供电的双重连接的多环形接线 这种接线是大型发电厂和变电所超高压配电装置厂泛应用的一种接线 我国现有的500kV变电所 都是采用这种接线 25 一台半断路器接线的主要优点 1 运行调度灵活正常时 两组母线和全部断路器都投入工作 从而形成了多环状供电 任一母线故障或检修 以及任何一台断路器检修时 不需要切换任何回路 各回路仍不停电 2 操作检修方便当要检修任一台断路器或任一组母线时 只需断开对应的断路器及隔离开关 操作简单 方便 隔离开关不作操作电器 仅在检修时使用 避免了因隔离开关操作不当引起的误操作 3 可靠性高每一回路由两台断路器供电 发生母线故障时 只跳开与此母线相连的所有断路器 任何回路不停电 在进线功率和出线功率大致相等的情况下 甚至在两组母线同时故障 或一组正检修时另一组又故障 这种极端的情况下功率仍得以继续输出 当任一回路母线侧断路器故障时 只影响该回路供电 将故障断路器隔离后便可恢复送电 只有在联络断路器发生故障时 与其相连的两回路短时停电 26 可见采用一台半断路器接线 运行的可靠性与灵活性比较好 为了进一步提高接线可靠性 防止联络断路器故障可能同时切除两组电源线路或两组负荷 可在回路布置时把同名元件布置在不同串上 同名元件分别接入不同母线上 如图6 6中右边一串 为将变压器和出线同串交叉配置 一台半断路器接线的缺点 1 所需要的断路器数目较一般的双母线单断路器接线要多 设备投资及变电所的占地面积相对较大 2 一个回路故障也要断开二台断路器 增大了维修工作量 3 这种接线的继电保护也较其他接线要复杂 4 为了便于布置 这种接线要求电源数和出线数最好相等 在出线数目较多情况下 对某些只有引出线的回路 在配电装置中需向不同方向引出 将造成布置上的困难 27 二 无母线的电气主接线无母线的主接线是在电源与引出线之间或接线中各元件之间没有母线连接 常见的有桥形接线 多角形接线和单元接线 无母线的电气主接线 最主要的特点是所使用的断路器的数目较少 断路器的数目一般都等于或小于所联接回路的数目 从而结构简单 减少投资 1 桥形接线当只有两台变压器和两条输电线路时 采用桥形接线 此时所需断路器最少 按照连接桥的位置 桥形接线可分为 内桥式 如图6 7 a 和 外桥式 如图6 7 b 两种 正常运行时 QF1 QF2 QF3都是闭合的 28 图6 7桥形接线 a 内桥接线 b 外桥接线 29 1 内桥接线如图6 7 a 所示 内桥接线的连接桥设置在变压器侧 两台断路器QF1和QF2接在线路上 因此线路的断开和投入是比较方便的 当线路发生故障时仅断开该线路的断路器 而另一回线路和两台变压器仍可继续工作 正常运行时 线路操作也简单 如需切除线路WL1 只需断开断路器QF1即可 但是 当一台变压器故障时 将断开与变压器相联的两个断路器 使相关线路短时退出工作 例如 当变压器T1故障时 断路器QF1和QF3将断开 使未故障线路WLl供电受到影响 要恢复线路WL1工作 则需断开T1侧隔离开关后 重新合入断器QF1 QF3 同样正常运行时变压器操作也复杂 例如需切除变压器T1 则需首先拉开断路器QF1和QF3 再断开T1侧隔离开关 使变压器停电 恢复线路WL1工作 则需重新合入断路器QF1 QF3 因此 这种接线一般适用于线路较长 线路的故障机率较大 而变压器不要求经常切换的情况 30 2 外桥接线如图6 7 b 所示 外桥接线的连接桥设置在线路侧 两台断路器QF1和QF2接在变压器侧 因此变压器的断开和投入是比较方便的 当某变压器发生故障时 只有故障变压器回路的断路器断开 其余三条回路照常工作 正常运行时 如需切除某台变压器 只需断开该变压器回路的断路器即可 可是 当线路发生故障时却要停止相应变压器的运行 例如 WL1线路故障时 断路器QF1和QF3将断开 使未故障变压器T1受到影响 要恢复变压器T1的工作 必须先断开故障线路侧的隔离开关 使线路断开 然后重新合入断路器QF1和QF3 31 因此 这种接线适用于线路较短且需要经常切换变压器的情况 一般在降压变电所应用较多 此外 当系统有穿越功率流经本厂 所 时 例如 当两路出线均接入环形电网中时 也以采用外桥接线较为适宜 此时的穿越功率仅通过桥断路器 如果采用内桥接线 则穿越功率不仅要通过桥断路器 而且还要通过两组线路断路器 其中任意一台断路器检修或故障时 都将影响穿越功率的传送 桥形接线的优点是使用电器少 布置简单 造价低 易于发展成为单母线分段或双母线接线等 目前在35 220kV的配电装置中被广泛使用 其主要缺点是可靠性不是很高 并且有时需要用隔离开关作为操作电器 容易发生隔离开关误操作引起的事故 32 2 多角形接线多角形接线相当于将单母线闭合成环形 按回路数用断路器分隔 这种接线所用断路器数目等于回路数 且每个回路都与二台断路器联接 回路中不装设断路器 仅装设隔离开关 这种接线分成三角形 四角形 五角形接线等 图6 8所示为一四角形接线 33 多角形接线的优点是 1 断路器数等于回路数 比相同回路数的单母线分段和双母线少用了一组断路器 而且每 回路接二台断路器 具有3 2接线的某些优点 故运行可靠性较高 2 任一断路器检修不致中断供电 3 隔离开关不用于检修 不作为操作电器 误操作的可能性小 4 任何元件的退出 投入都很方便 且不影响其它元件的正常工作 为防止在检修某断路器出现开环运行时 恰好又发生另一台断路器故障 造成系统解列或分成两部分运行 甚至造成停电事故 一般应将电源与出线回路相互交替布置 如四角形接线按对角原则布置 将会提高供电的可靠性 34 多角形接线的缺点是 1 检修任一断路器或隔离开关时都要开环运行 这种情况下如其它元件再发生故障 将使整个系统解列或分裂成为两半运行 这将导致各电源的功率分配不均匀 甚至使某回路被迫停电 从而影响到可靠性 例如 在图6 8中 检修断路器QF2过程中 又出现QF4跳闸的情况 2 每个电器在开环和闭环运行时工作电流相差很大 造成设备选型困难 继电保护整定也较复杂 3 扩建较困难 因此 多角形接线的运行可靠性与灵活性与单断路器的双母线接线相比较要高 也较经济 在配电装置的布置上采取一定措施后 多角形接线还可最终发展为一个半断路器接线或双母线双断路器接线 这种接线一般用于最终规模已明确的110kV及以上的配电装置中 或作为一些超高压 大容量的枢纽变电所的初期接线 且以不超过六角形为宜 35 3 单元接线电力装置中各元件串联连接 其间没有任何横的联系的接线 称为单元接线 单元接线包括发电机 变压器单元接线和变压器 线路单元接线 1 发电机 变压器单元接线发电机和变压器直接连接成一个单元 组成发电机 变压器组 电能经升压后直接送人高压电网 如图6 9所示 图6 9发电机 变压器单元接线 36 为了减少变压器的台数和高压侧断路器的数目以及节省配电装置的占地面积 有时将两台发电机与一台变压器相联接组成扩大单元接线 如图6 10所示 图6 10扩大单元接线 a 发电机 双绕组变压器扩大单元接线 b 发电机 分裂绕组变压器扩大单元接线 这种接线在机组容量不大的中小型水电厂已广为采用 有些水电厂由于在布置上受自然地形条件的限制 为了尽量减少土石方的开挖量 采用扩大单元接线也是有利的 此种接线的缺点是运行灵活性较差 当检修主变压器时将迫使两台发电机组停止运转 另外当一台机组运转时 变压器处于轻负载下运行从而使损耗增大 降低了经济性 37 1 变压器 线路单元接线当只有一台变压器和一回线路时 可采用变压器 线路单元接线 如图6 11所示 图6 11变压器 线路单元接线 此时 线路和变压器高压侧共用一台断路器 QF2 这种接线一般使用在小容量的终端变电所和小容量的农村变电所 38 单元接线优点是 1 接线简单 操作简便 低压侧短路电流小 2 由于所用电器的数量少 从而减少了故障的可能性 提高了工作的可靠性 单元接线的主要缺点是当单元中任一个元件故障或检修时 整个单元必须停止工作 但如果电力系统有足够的备用容量 一个单元停止工作 不会影响用户的供电时 采用单元接线便显示出其优越性 发电机 变压器单元接线主要适用于没有或很少当地负荷的大型发电厂 例如远离负荷中心的区域火电厂或水电厂等 综上所述 主接线的基本形式多种多样 从原则上说 这些接线方式对各种类型的发电厂和变电站都是适用的 但是根据具体问题具体分析的原则 不同类型的发电厂和变电所 由于它们的地位和作用以及容量大小等因素的不同 所采取的接线方式也应有所不同 具有一定的特点 39 第三节电气主接线及限制短路电流的措施 发电厂主接线必须满足前述四个基本要求 在主接线设计阶段就应该结合发电厂的类型 容量 机组台数 地理位置以及在电力系统中的地位 作用 馈线数目 用户距离的远近 自动化程度等因素 全面综合分析 确定主要技术标准 在技术先进 经济适用的基础上设计出适合该发电厂的主接线 下面分别对不同类型电厂的主接线特点作一介绍 40 一 火力发电厂的电气主接线火力发电厂从电气主接线的特点而论 有地方性火力发电厂与区域性火力发电厂两种类型 1 地方性火力发电厂地方性火力发电厂一般位于负荷中心 大部分电能用6 10kV的配电线路供给发电厂附近的用户 具有较多的发电机电压出线 同时与系统相连 有时也与系统交换电能 在地区负荷较低时 将多余的电能升高到35KV以上的电压送入系统 而在地区负荷较高时 则从系统输入电能 位于城市附近的热电厂即属于典型的地方性发电厂 它不仅生产电能 而且还兼送热能 41 地方性火力发电厂的负荷特点是 发电机电压负荷的比例较大 发电机电压的出线较多 因此 发电机电压侧一般均采用有母线的接线方式 通常 当发电机容量在6MW及以下时 一般采用单母线 在12MW及以上时 可采用不分段的双母线或单母线分段 在容量大于25MW以上时 都采用双母线分段接线 在分段母线之间 及引出线上通常都安装有限流电抗器以限制短路电流 以便可以选择轻型的断路器 在满足地方负荷的前提下 可将一些较大机组采用单元或扩大单元接线直接升高电压 在升高电压侧可根据容量大小 重要程度和出线数的多少 采用双母线 双母线带旁路 一个半断路器 单母线分段 多角形或桥形等接线方式 42 2 区域性火力发电厂对区域性火力发电厂 一般建在动力资源比较丰富的地方 通常装机容量大 设备利用小时数高 在系统中占有重要地位 区域性火力发电厂的负荷特点是 发电机侧负荷很少 电能主要以升高电压送往系统 因此发电机电压侧一般都采用单元接线或扩大单元接线 而升高电压侧采用双母线接线 双母线带旁路母线或一台半断路器接线 如果高压侧回路数较少时 也可以采用多角形接线 实际上 大多数火电厂均介于地方性和区域性之间 其主接线既包括发电机电压侧接线 又有升高电压侧接线 为了使发电厂升高电压侧的配电装置简单 运行及检修方便 一般升高电压等级不宜超过三级 通常为两级 43 3 典型火力发电厂主接线示例 1 中等容量的火电厂的主接线如图6 12所示 图6 12中等容量的火电厂的主接线 44 该厂装有二台25MW的机组及二台50MW的机组 发电机电压侧的负荷最大为20MW 最小为12MW 此外还有约5MW厂用电 35kV电压的负荷为20MW 110kV电压侧的负荷最大 经常需要供给70 100MW 该电厂的性质介于地方性火力发电厂和区域性火力发电厂 根据负荷情况 该发电厂主接线可采用如下方式布置 发电机电压侧接两台25MW机组 并采用双母线分段的接线 在满足对发电机10 5kV电压负荷供电需要的情况下 剩余功率通过两台三绕组变压器升高电压至35kV及110kV高压侧 50MW的两台机组则以单元接线直接引至1l0kV高压母线 这样可以简化发电机电压的配电装置 便于机 炉 电单元集中控制 35kV侧由于仅有二回出线 根据其重要程度采用桥形接线即可 110kV侧由于重要程度较高 负荷也最大 故采用双母线接线 正常运行时 双母线并联运行 45 2 某区域性火力发电厂的主接线如图6 13所示 如图6 13某区域性火力发电厂的主接线 46 二 水力发电厂的电气主接线一方面 水力发电厂建在水能资源较丰富的江河湖泊附近 一般距离负荷中心较远 绝大多数电能都是通过高压输电线路送入系统 发电机电压负荷很小或甚至为零 另一方面 水力发电厂的机组数量和容量是根据水能资源条件一次性确定的 因此一般在厂房和配电装置布置上可以不考虑发展的问题 还有 水力发电厂多位于深山僻野 地形复杂的地带 为减少土石方开挖 应尽量减少设备 主要是变压器和高压断路器 的数目以使配电装置布置紧凑 最后 水轮发电机组的起停灵活方便 常用于事故 检修备用或调峰 调相等 使得机组启停频繁 负荷变动大 47 上述特点决定了水力发电厂的主接线方式 一般不设发电机电压母线 多采用单元接线 桥形接线 多角形接线等 水力发电厂的发电机电压侧应优先考虑发电机 变压器单元接线或扩大单元接线 当有少量地区负荷时 可采用单母线或单母线分段接线 升高电压侧 在进出线回路数较少时 可考虑桥形或多角形接线等无母线接线 当进出线回路数较多时 可根据其重要程度选择采用单母线分段 双母线或一个半断路器接线等 48 1 如图6 14所示为一中等容量的水力发电厂的主接线示例 图6 14中等容量的水力发电厂的主接线在发电机电压侧采用了扩大单元接线 而升高电压侧采用了四角形接线 49 2 如图6 15所示为辽宁省太平哨水电厂主接线示例 图6 15辽宁省太平哨水电厂主接线 50 三 变电所的电气主接线变电所主接线的设计原则 基本上和发电厂相同 也应根据变电所在电力系统中的地位 负荷性质 出线回路数 设备特点 周围环境及变电所的规划容量等条件和具体情况 并满足供电可靠 运行灵活 操作方便 节约投资和便于扩建等基本要求 变电所可分为枢纽变电所 地方变电所 终端变电所等 通常变电所主接线的高压侧 应尽量采用断路器较少的或不用断路器的接线 随出线数的不同 可采用桥形 单母线 双母线及角形等接线形式 一般说来 在110 220kV配电装置中 当出线为2回时 一般采用桥形接线 当出线不超过4回时 一般采用单母线分段接线 当枢纽变电所的出线在4回及以上时 一般采用双母线 在35kV配电装置中 当出线为2回时 一般采用桥形接线 当出线为2回以上时 一般采用单母线分段或单母线接线 出线回路数和电源数较多的污秽环境中的屋外配电装置 可采用双母线接线 在6 10kV配电装置中 一般采用单母线接线或单母线分段接线 51 1 枢纽变电所的电气主接线枢纽变电所在电力系统中占有重要地位 它往往汇集多个大型电厂和大容量联络线 高压侧交换系统间巨大的功率潮流 并向中压侧输送大量电能 变电所内一般装设两台 组 三绕组或自耦式的主变压器 现今我国建设的枢纽变电所 一般为500kV或330kV的电压等级 出线多为电力系统的主干线和给较大区域供电的110 220kV线路 枢纽变电所的高压侧 根据出线多少及其重要程度可选择采用双母线 双母线分段带旁路 多角形或一台半断路器接线等 52 枢纽变电所电气主接线的示例如图6 16所示 图6 16枢纽变电所电气主接线 该变电所采用两台自耦变压器 220kV侧出线较多 采用双母线带旁路母线的接线 并设置专用旁路断路器 500kV侧采用交叉接线的一台半断路器接线 虽然在配电装置布置上比不交叉多用了一个间隔 增加了占地面积 但提高了供电可靠性 为了满足系统补偿无功负荷的要求 在自耦变压器第三绕组35kV侧用于联接静止无功补偿装置 53 2 地方变电所的电气主接线地方变电所的电压等级一般为110 220kV 高压侧以交换或接受功率为主 中压侧供给地区负荷 低压侧供给附近负荷并连接无功补偿装置 变电所内一般装设两台 组 主变压器 图6 17所示为一地方变电所电气主接线的示例 图6 17地方变电所电气主接线 54 220kV侧采用双母线带旁路母线接线 110kV侧采用双母线接线 10kV侧采用单母线分段接线 为限制10kV侧的短路电流 以便引出线选用轻型断路器 母线的分段开关在正常运行时应处于断开状态 此时 当某10kV出线发生短路时 只有故障线路所在的一段母线受到影响 而另一段母线仍能正常运行 若引出线选用的轻型断路器能承受短路电流时 最好是将分段断路器合上运行 因为两段母线并列运行时 两台变压器的负荷分配均匀 变压器中的电能损耗较小 且当一台变压器故障时 仍能保证两段母线的引出线供电不中断 55 3 终端变电所的电气主接线终端变电所一般以1 2回线路接入系统 所址位置接近负荷点 电压等级多为110kV 当变电所给重要用户供电时 一般装设两台主变压器 若高压侧有两回电源线路时 可采用桥形接线 低压侧一般为单母线分段接线 正常运行时 两段并列运行 如图6 18 a 所示 只有一台变压器和一回电源线路的终端变电所 可采用图6 18 b 所示的接线 高压侧用高压熔断器作为变压器的保护 当熔断器的参数不能满足要求时 则应换成断路器或采用线路 变压器单元接线 低压侧一般采用单母线接线 母线与变压器直接相连 如果变压器的低压侧还有电源时 低压侧母线与变压器之间应装设断路器 如图中虚线所示 56 a b 图6 18终端变电所的电气主接线 57 四 限制短路电流的措施现代电力系统的短路电流值可能由于以下几个原因而增加 1 发电机单机容量及发电厂总装机容量的增长 2 电力系统总容量的不断扩大 3 为了提高电力系统运行的稳定性 加强系统之间的联系 在电网之间增设了联络线路 引起系统阻抗的降低 4 自耦变压器的广泛采用 增加了系统直接接地的中性点的数目 引起系统零序电抗的减小 短路电流值的大幅度增加 58 在发电厂和变电所中常用的限制短路电流的措施有以下几种 1 选择合理的电气主接线形式和运行方式1 采用单元接线和一厂两站式接线对于具有大容量机组的发电厂 不设发电机电压母线 而采用发电机 变压器单元接线 这样做相当于使系统电抗值增大 2 城市电网分片运行目前 为了提高供电能力和供电可靠性 大中城市外围已基本上建成了220kV及以上电压等级的超高压外环网或C形网 系统短路容量越来越大 如果不从网络的结构上采取措施 仅靠串联电抗器等措施限制短路电流已很难满足要求 且经济上也不合理 因此 可以将原来的110 66 kV城网分片运行 59 城网分片运行时 片区内高压配电网电源从城市外围超高压枢纽变电所经110 60 kV高压配电网直接送至市区负荷中心 这样即有效地降低了短路容量 又避免了高 低压电磁环网 城网分片运行时 首先应保证供电可靠性 必须符合 N一1 安全准则 这就要求在高压配电网的设计上采取必要的措施 如采用双电源 环网等供电方式 其次还应使各供电片区的负荷基本平衡 供电范围不宜过大 以保证良好的电压质量 3 环形接线开环运行高 中压电网采用环形接线的主要目的是为了提高供电可靠性 但随着变电容量的不断扩大 短路容量也不断增大 可能超过开关设备的额定开断能力 因此 对于环形接线 在正常运行时应将环打开 故障时闭环运行 60 4 简化接线及母线分段运行简化接线就是使变电所的接线尽可能简单 可靠 如对110kV变电所高压侧采用桥式接线或线路 变压器组接线等 10kV中压侧采用单母线分段接线等 对中压开关站一般采用单母线分段 两回进线配多回出线接线 对配电所采用环网单元接线形式 这样即能降低短路容量 又能节省建设投资 2 选择合适的变压器容量 参数和型式1 选择合适的变压器容量变电所中变压器台数及容量是影响城乡电网结构 可靠性和经济性的一个重要因素 同时对电网的短路水平也有很大的影响 61 2 选用高阻抗变压器在现在的城网中 随着电网的联系不断紧密和变电容量的增大 变电所各侧短路容量都较大 除将电网分片及解环运行外 还可以选用阻抗较大的变压器限制短路电流 这时变压器正常运行时的功率损耗则降为次要位置 3 采用分裂绕组变压器这种变压器在大型发电厂及短路容量较大的变电所中得到了较广泛的应用 3 利用限流电抗器限制短路电流利用限流电抗器限制短路电流 按安装位置不同可分为变压器低压侧串接电抗器 分段装设电抗器及出线装设电抗器等几种 62 本章小结 1 发电厂 变电所的电气主接线是电力系统接线的重要组成部分 它是由规定的各种电气设备的图形符号和连接线所组成的表示接受和分配电能的电路 2 电气主接线常用的基本形式包括单母线接线 双母线接线 带旁路母线的接线 桥形接线 多角形接线和单元接线等 3 在单母线接线系列中不分段的单母线接线特点是 整个配电装置中只有一组母线 所有的电源和引出线都经过相应的断路器和隔离开关连接到母线 主要优点是 接线简单清晰 采用设备少 操作方便 便于扩建和采用成套配电装置 其缺点是 接线不够灵活可靠 当母线与母线隔离开关故障或检修时 将造成整个配电装置停电 当断路器检修时 将在整个检修期间中断该进出线的工作 63 当进出线回路数较多时 为了提高单母线接线的供电可靠性 把母线故障和检修造成的影响局限在一定的范围内 可采用隔离开关或断路器将单母线进行分段 为了克服单母线接线在检修进出线断路器时造成相应回路供电中断的缺点 提高供电可靠性 可采