第四章-电气主接线及设计.ppt

本章的主要内容对电气主接线的基本要求 发电厂或变电所典型的基本接线形式和特点 变压器的选择及限制短路电流的措施 重点内容单母接线 双母接线 单元接线和桥形接线的特点以及检修母线和断路器的操作步骤 限制短路电流的措施 难点断路器和隔离开关的防误操作 电气主接线 是发电厂或变电站电气部分的主体 直接影响运行的可靠性 对配电装置布置 继电保护配置 自动装置及控制方式的拟定都有决定性的关系 对电气主接线的基本要求是 可靠性 灵活性和经济性 第一节电气主接线设计原则和程序 1 可靠性在规定条件和规定时间内保证不中止供电的能力 供电的连续性分析和评估主接线可靠性通常从以下方面综合考虑 1 发电厂或变电所在电力系统中的地位和作用发电厂和变电所都是电力系统的重要组成部分 其可靠性应与在系统中的地位和作用一致 1 系统中的大型发电厂或变电所其供电容量大 范围广地位重要作用强 应采用可靠性高的主接线形式 反之 应采用可靠性低的主接线形式 一 对电气主接线的基本要求 2 发电厂和变电所接入电力系统方式 接入系统方式指其与电力系统连接方式 中小型发电厂靠近负荷中心 只是把容量不大的剩余功率输送给系统 采用单回路弱联系方式大型发电厂一般远离负荷中心 发出的功率几乎全部输送给系统 采用双回路或环网等强联系方式 S S 发电厂母线 变电所母线 单回弱联 双回强联 环网强联 2 负荷的性质主接线的可靠性应考虑发电厂和变电所的运行方式 指带基荷或腰荷或峰荷 及负荷的性质 负荷的类别 3 设备制造水平1 构成主接线的一次设备及其控制 保护他的二次设备的制造水平可靠性决定主接线的可靠性 2 主接线形式越复杂 即构成主接线的设备越多 将有可能降低主接线的可靠性 4 长期实践运行经验运行管理水平和运行人员的素质也影响主接线的可靠性 运行经验积累是提高可靠性的重要条件 运行实践是衡量可靠性的客观标准 1 断路器检修时 能否不影响供电 2 断路器 线路或母线故障及母线隔离开关检修时 停运的出线回路数和停电时间的长短 以及能否保证对一类用户供电 3 发电厂或变电所全部停电的可能性 4 大型机组突然停运时 对电力系统稳定性的影响与后果 2 灵活性1 操作的方便性 2 调度方便性 主接线能适应系统或本厂所的各种运行 定性分析和衡量主接线可靠性的基本标准 3 经济性1 投资省设备少且廉价 接线简单且选用轻型断路器 2 占地面积少一次设计 分期投资 尽快发展经济效益 3 电能损耗少合理选择变压器的容量和台数 避免两次变压 正确处理可靠性和经济性的矛盾一般在满足可靠 方式3 扩建方便性 具有初期 终期 扩建的灵活方便性 性的前提条件下 提高主接线的经济性 分析主接线的特点 注意按基本要求进行 二 电气主接线设计的原则 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下 兼顾运行 维护方便 尽可能的节省投资 就近取材 力争设备元件和设计的先进性 坚持可靠 先进 适用 经济 美观的原则 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 发电厂类型 设计容量 单机容量及台数 最大负荷利用小时数 可能的运行方式 电力系统近远期规划 发电厂或变电站在电力系统中的位置和作用 本期工程与电力系统的连接方式及各级电压中性点接地方式等 负荷的性质 地理位置 输电电压等级 出线回路数 输送容量 2 主接线方案的拟定与选择 依据对电源 出线回路数 变压器台数 电压等级 容量 母线结构等的考虑拟定若干方案 先淘汰一些明显不合理的方案 最终保留2到3个技术上相当的 满足要求的方案 进行经济比较 对于地位重大 3 短路电流计算和主要电气选择 4 绘制电气主接线图 5 编制工程概算 的发电厂或变电站还要进行可靠性比较 最终才能确定最佳方案 第二节主接线的基本形式 主接线 有汇流母线的接线形式 无汇流母线的接线形式 单母线接线 双母线接线 桥型接线 单元接线 角型接线 单母线 单母线分段 单母线分段带旁路母线 普通双母线 双母线分段 双母线分段带旁路母线 一台半 3 2 断路器 4 3接线 变压器母线组 主接线的基本知识 1 主接线一般采用单线图 有汇流母线 进出线数一般超过4回 母线作为中间环节无汇流母线 进出线回路少 不再扩建和发展的发电厂或变电站 2 主接线图中常用的元件 本节主要讨论 典型的基本接线形式 特点以及断路器和隔离开关的操作 1 单母线指进出线都是通过一台断路器和一台母线隔离开关分别与母线相连的接线形式 单母线接线 汇流母线汇集 传输 分配电能断路器具有灭弧装置作用 接通或断开正常回路中的负荷或故障回路短路电流 简述工作过程 控制电器又是保护电器 每回路至少有一台 隔离开关没有灭弧装置 严禁用来接通或断开电路中的负荷或短路电流 否则造成短路故障 误操作 接地开关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的作用110KV及以上断路器和线路两侧的隔离开关线路侧均装设35KV及以上的母线 每段母线上亦应设置1 2组接地开关 主要设备作用介绍 隔离开关的类型 按在主接线的位置1 母线隔离开关 与母线相连的隔离开关 2 线路隔离开关 与线路相连的隔离开关 3 接地开关 导电回路与地间的QS隔离开关 QE4 设置原则 断路器的电源侧设置 防止过电压入侵正在检修的断路器 断路器的用户侧也设置 作用 将停运的电器 如QF W 与带电部分隔离或等电位操作 简述工作过程 起隔离电压的作用 属于隔离电器 断路器和隔离开关的操作规程 1 同一回路QF QS运行操作 防止误操作严格按照操作规程 实行操作票制度 对QS实行 先通后断 即接通回路时 先合QS 后QF 断开时 反之 的操作 保证仅用QF接通或断开电路 用来防止误操作的闭锁装置 电磁闭锁 机械闭锁或电脑钥匙 2 同一回路WQS和LQS的运行操作 减少误操作停电范围必须保证对WQS实行 先通后断的操作 可把误操作造成的停电范围限制在停电或送电的回路 否则 误操作将造成整个厂所停电 应熟练掌握两个 先通后断 的含义 可采取以下措施 1 母线分段 克服W或WQS全厂所停电缺点 图4 2单母线分段接线 怎样提高单母线的可靠性和灵活性呢 用断路器将母线分2 3段 相对单母线只是经济性略差 多一台分段QF及两台QS 用分段QS代替分段QF 可提高其经济性好 但可靠灵活性略有下降 1 当分段QS检修时全厂所停电 2 当W故障时 造成变电站短时停电 一般二级电力用户采用之 适用于 小容量发电厂的发电机电压配电装置 一般每段母线上所接发电容量为12MW左右 每段母线上出线不多于5回 变电站有两台主变压器时的6 10KV配电装置 35 63KV配电装置出线4 8回 110 220KV配电装置出线3 4回 2 加设旁路母线加设一组旁路母线和旁路断路器 有专用旁路断路器的旁路母线接线 母联断路器兼作旁路断路器的旁路母线接线 分段断路器兼作旁路断路器的旁路母线接线以克服检修断路器回路停电的缺点 经济性差 新建发电厂和变电站当110kV及以上时 才考虑 为什么 旁路母线的作用 是旁路断路器与各回路的桥梁 使旁路断路器在不同的时期 能代替不同的回路 又流过不同的电流 故称为旁路母线 带旁路母线的单母线接线 单母线接线的正常运行方式 旁路断路器代替回路断路器的操作过程 旁路断路器合闸状态 合线路旁路隔离开关QS3瞬间L3短路时 造成QS3合经过旁断路器的短路电流的故障事故 旁路断路器断开状态 合线路旁路隔离开关QS3瞬间L3短路时 QS3合旁路母线的放电电流 1 检查旁母是否完好 先合QS4和QS5 后合QF2向旁路母线充电 若QF2不跳闸 旁母完好 则有2 断开QF2 3 合QS3 等电位操作 4 合QF2 5 断QF1及两侧的QS2 QS1 QF1处于不带电状态 对已停运的QF1两侧接入三相短路接地线 并对其进行检修 QF2的退出操作过程 请自己写出 注意 2 4 两步操作 可防止在QS3接通瞬间 因线路突然发生短路故障 造成用QS3接通发电机向线路短路点提供的短路电流 旁路断路器代替要检修断路器的操作步骤 没有2 4 两步时 QS3接通线路的短路电流的接线图 3 单母分段加旁母接线既加分段QF又加设旁母 在单母类中 可靠灵活性最高 经济性最差 相对单母线 多了3台断路器和一组旁母 单母分段带旁路接线 单母分段兼旁路断路器接线 既有一定的可靠灵活性又有一定经济性 但在实际中很少采用 操作不方便 易出现误操作 二级偏弱的电力用户用之 单母分段兼旁路断路器接线 以上分析可知 无论怎样提高其可靠性 都克服不了母线或母线隔离开关检修相应段停电的致命缺点 大型厂所不允许 双母类 2 双母接线每一回路是通过一台断路器和两 组 隔离开关分别与两组母线相连 且两组母线之间有母联断路器连接的接线特点 与单母线相比 1 供电可靠性高1 母线故障或检修时短时停电或不停电 2 母线隔离开关检修时只停所在回路 3 检修回路断路器仅短时停电 图4 3双母线接线 母线检修时不停电 2 灵活性好 扩建方便1 各电源可任意分到一组母线上适应系统调度2 运行方式多 单母运行 单母分段运行 母联断路器闭合进出线分别接到两组母线上 和固定连接运行 母联断路器闭合 电源与负荷均分两组母线上 3 经济性差 操作不方便 QS既是隔离电器又作为改变运行时的操作电器 1 检查备用母线是否完好先合母联两侧的隔离开关 后合母联断路器 若母联断路器不跳闸 备母完好 则2 先合备用母线侧的WQS 后断工作母线侧WQS 3 先断母联QF 后断其两侧QS 此工作母线处于不带电状态 接入三相短路接地线 可对其检修 说明 因母联连接两组母线 步骤2 的WQS依次合 断只是转移电流不会产生电弧 倒母线操作步骤 按两个 先通后断 倒母线操作过程 倒母线操作前的电气主接线运行方式 1 检查备用母线是否完好 合母联支路 向备用母线充电 2 倒母线1 合备用母线侧的隔离开关 2 拉开工作母线侧的隔离开关 3 断开母联断路器及其两侧隔离开关 倒母线操作后电气主接线运行方式 其措施是 1 双母三分段接线克服工作母线故障短时停电 PG 25MW或50MW的发电机电压的接线常用 且分段处加装限流电抗器 怎样提高双母可靠灵活性呢 2 双母加设旁母接线克服回路断路器检修短时停电 110kV及以上进出线超过10回的接线常用 3 母联兼旁路接线提高双母加设旁母接线的经济性 当进出线少时用之 4 双母四分段带旁母接线容量大 进出线多 变电所或电厂的升高电压级接线 焦作电厂的220kV主接线用之 缺点 母线故障或检修时 造成厂所短时停电或部分短时停电 怎样克服此缺点呢 须采用一个半断路器 3 2 接线 3 一台半断路器接线 3 2 每两回路通过三台断路器接在两组母线上的接线形式 特点 相对双母线 1 供电可靠性高母线故障不停电 检修断路器不停电2 灵活且操作方便QS仅作隔离电器用 3 经济性差一 二次设备多 占地面积大 同一个 断路器串 上配置一条电源回路和一条出线回路 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到三串及以上时 同名回路可接于同一侧母线 进出线不宜装设隔离开关 适合的厂所 可靠灵活性是主要的 而经济性是次要的 且进出线为6回及以上 电压为330 500kV接线采用 提高可靠性措施电源与负荷接到不同串上且电源与负荷交叉布置 电源 负荷回路装隔离开关 节约投资的措施 4 3接线 3 变压器母线组接线变压器通过隔离开关直接接到母线上 各出线通过两台断路器分别接到两组母线上的接线 特点利用变压器可靠性高 克服输电线路可靠性差的缺点 一组变压器或母线故障可照常供电 当出线多时与3 2接线混用 厂所大容量远距离输电系统且对稳定性可靠性要求高的变电所 具有汇流接线形式 接线复杂 占地面积大 当进出线少时应采用占地面积少 接线简单的无汇流母线形式 二 无汇流母线的电气主接线 1 单元接线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 无发电机电压母线的接线 特点可限制发电机电压下短路电流和节省断路器 2 桥形接线当有两台变压器和两条线路采用 按桥断路器的位置 分为内桥和外侨 1 内桥接线桥断路器位于变压器侧 线路中有断路器的桥接线 特点1 正常操作时 线路投切方便 变压器不方便 2 线路故障 仅跳对应回路QF 而T故障对应回路QF也须跳闸 厂所输电线路长而变压器又不需要经常切换的接线 2 外桥接线桥断路器位于线路侧 变压器回路中有断路器的桥接线 特点与内桥相反 厂所与内桥相反 且线路中有穿越功率的接线 穿越功率是路过变电所的功率 怎样提高内外桥接线可靠灵活性呢 具体措施是 1 加装桥隔离开关克服桥断路器检修两回路不能并联的缺点 2 采用全桥接线克服内外桥接线的缺点 且QS仅作隔离用 煤矿常用之 3 角形接线当回路数与断路器台数相同 每回路与两台断路器相连的接线 特点比相同断路器台数的单母线接线可靠性高厂所最终规模较明确的110kV接线 且角数不超过6 注意电源和负荷对角布置 各回路QS的作用 1 火力发电厂电气接线火力发电厂电气主接线特点 其一 为了减少燃料的运输 发电厂建设在动力资源较丰富的地方 即矿口电厂或坑口电厂 一般是装机容量大的 主要用于发电的大容量凝汽式火电厂 生产的电能主要是输送远离电厂的负荷中心 这类电厂没有发电机电压负荷 发电机电压级 一般采用单元接线或扩大单元接线 升高电压级 一般采用双母类线或3 2接线 见图4 18 联络变低压绕组是厂用备用电源 三 典型主接线 其二 建设在电力负荷中心 既供热又供电的中小型容量热电厂 发电机发出的电能主要供附近的电力用户 剩余的电能输入电力系统 这类电厂 具有发电机电压母线 一般采用单母分段或双母三分段 升高压级一般采用单母分段或双母类接线 见图4 17 2 水电站电气主接线水电厂一般远离负荷中心 一般没有机压负荷 而且容量大小完全由水能情况确定 而其特点承担调频 调相等作用 其接线尽可能简单 负荷水电厂特点图4 19某水电厂的电气主接线 枢纽变电站 说明其作用 接线方式 3 2 主要电气设备作用 四 500kV变电站电气主接线 第三节主变压器选择 主变向系统或用户送电的T 类型联络变不同电压等级交换功率T 厂 站 变供本厂所用电T 一 容量 台数的确定原则按传递容量 5 10规划决定 容量选大时 投资占地运行费用经济性差 容量选小时 封锁电能 使其在技术上不合理 一 容量确定原则1 单元接线主变确定原则 1 双绕变ST 1 1 SG SP 2 低分裂变ST 2 1 1 SG Sp 注 发电机的铭牌功率单位kW或MW 而变压器是kVA或MVA 式中SG PG 发电机功率因数 2 具有发电机电压母线的主变容量确定1 发电机机压负荷最小时 剩余功率全输入系统 2 大容量发电机停运时 主应能从系统倒送功率满机压负荷需要 3 当最大主变检修时 其它主变应将剩余功率的70 送入系统 考虑T的正常过负荷 4 水电比重较大系统 丰水期 主变从系统倒输送电 满足最大机压负荷需要 3 连接两种升高电压母线的联络变压器容量的确定原则1 满足两侧电网各种运行方式下之间有功功率和无功功率交换 2 不小于任一侧母线上最大一台发电机的SG 以保证检修其时 满足本侧负荷需要或检修线路将剩余功率输入另一侧 3 从引线和布置考虑 一般只选一台联络变且选三绕组变 或自耦变 中性点接地系统 其低压绕组作厂用备用电源或引入无功补偿装置 4 主变兼联络变 4 变电站主变 1 变电站容量确定原则按供电负荷和5 10年规划负荷确定1 重要变电站按一台停运其余满足负荷的供电 2 非重要变电站按一台停运其余满足全部负荷的 70 80 供电 2 变压器的容量系列R10系列按R10 1 26倍数增加 即20 30 40 50 63 80 100 125 160 kVA 国际 通用的标准系列Sn Sn 1 Sn 1 4 当Sn 100时 3 台数的确定原则与电压等级 接线形式 传输容量及与系统联系紧密1 与系统联系紧密大中站 2台以上2 与系统联系弱小型厂站 1台 3 地区孤立的变电站或大型企业变电站设3台变 二 主变型式 结构 选择原则1 相数技术经济性和运输条件确定即330kV及以下采用三相 500kV采用单相 2 绕组数与结构每相绕组的个数 双 三 四绕组1 只有一种升高电压级 只能采用双绕变2 具有两种升高电压级 优先考虑选用三绕组变或 自耦变 若有一绕组传输容量时 S 15 SN 则选2台双绕组变 单机容量200MW以上机组 一般选2台双绕组变 三相变 低压分裂变 自耦变 四绕组变结构 升压型和降压型 3 绕组接线组别的确定1 三相绕组间的连接形式有 星形 Y 和三角形 D 110kV及以上采用YN或yn 35kV经消弧线圈接地采用Y或y 6 10kV采用D或d 2 接线组别 同一变不同侧绕组之间的接线形式的关系常规式YN d11 Y d11 或YN y0 d11 YN yn0 d11 限制三次谐波电压保证供电质量且能使机组或系统并列 不影响通讯和保护设备 全星YN yn0 y0 YN yn0 yn0 YN y0 YN yn0 一般自耦变压器采用 自耦变压器只能用于中性点直接接地系统中 系统零序阻抗较小 绕组采用三角形接线形式意义不大 4 调压方式确定保证供电质量 变压器二次侧电压须能据负荷大小和性质而改变 调压方式 无载调压和有载调压 前者要求不带负荷调压 其范围为 2 2 5 2 2 5 价廉 后者带负荷调压 其范围为0 30 价贵 选择有载调压变原则 1 出力变化大的发电厂 主变潮流方向不定且副边电压维持一定水平 2 具有可逆工作点的联络变 3 发电机经常在低功率因数下运行 5 冷却方式选择运行变压器存在短路和空载损耗 使变压器温度增高 为使温度不超过允许值 冷却方式有 1 自然风冷却ST10000kVA3 强迫油循环水冷 油压大于水压 4 强迫油循环风冷5 强迫油循环导向冷却6 水内冷从上到下 T容量越来越大 冷却能力越强 造价越高 第四节限制短路电流的方法 增加短路回路阻抗的方法 目的选轻型设备 断路器 和能选出设备 断路器 总方法在设计主接线时 考虑增加回路的短路阻抗 以得到限制短路回路短路电流的目的 增加阻抗的方法 一 选择适当的主接线形式和运行方式1 大容量发电机电压级 采用单元接线 可限制发电机电压下的短路电流 2 降压变电所低压侧 采用硬分段运行 分段断路器处于断开的运行方式 3 双回路供电系统单回运行或环网供电系统开网运行因电缆xc 0 08欧 km 架空xL 0