第三章-电气主接线

3 3 电气主接线电气主接线 3 13 1 系统与负荷资料分析系统与负荷资料分析 发电厂容量的确定与国家经济发展的规划 电力负荷的增长速度 系统规模和 电网的结构以及备用容量等因素息息相关 发电厂的装机容量标志着发电厂在电力 系统中的地位和作用 发电厂运行方式及年利用小时数直接影响着主接线设计 从年利用小时数看 该电厂年利用小时数为 6000h 远大于我国电力系统发电机组的平均最大负荷年利 用小时数 5000h 所以该发电厂为带基荷的发电厂 在电力系统占十分重要的地位 因此 该厂主接线要求有较高的可靠性 从负荷特点及电压等级看 该电厂具有 110KV 和 220KV 两级电压负荷 220KV 电压等级有 4 回架空线路 最大年利用小时数 为 6000h a 其可靠性要求较高 110KV 电压等级有 4 回架空线路 最大年利用小时 数为 6000h a 说明对其可靠性也有一定要求 3 1 13 1 1 220KV220KV 电压等级电压等级 架空线 4 回 输送容量 260MW 6000h 0 8 出线回路数为 4 回 cos 为使其出线断路器检修时不停电 应采用双母分段或双母带旁路供电 以保证其供 电的可靠性和灵活性 3 1 23 1 2 110KV110KV 电压等级电压等级 架空线 4 回 6000h 0 8 出线回路数为 4 回 为使其出线断路 cos 器检修时不停电 应采用双母或双母分段供电 以保证其供电的可靠性和灵活性 根据原始资料 本火电厂是中型发电厂 其容量为 3 125MW 年利用小时数 为 6000h 远远大于电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数 说明该厂在未来 电力系统中占用的地位重要 从而该厂主接线设计必须着重考虑其可靠性 由资料 可知发电厂与 220KV 的系统连接且与 110KV 的系统连接 对于最大机组为 125MW 的 发电厂 一般以采用双绕组变压器加联络变压器更为合理 其联络变压器宜选用三 绕组自耦变压器 3 23 2 主接线方案的选择主接线方案的选择 3 2 13 2 1 方案拟定的依据方案拟定的依据 电气主接线又称为电气一次接线 是将电气设备以规定的图形和文字符号 按 一定的顺序连接而成的接受和分配电能的总电路 电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体结构 它反映各设备的作用 连 接方式和回路的相互关系 所以它的设计直接影响着全厂电气设备的选择 配电装 置的布置 继电保护配置 自动装置和控制方式的确定 对电力系统的可靠性 灵 活性 经济性起着决定性作用 1 电气主接线设计的基本要求 a 可靠性 在研究电气主接线可靠性时应重视国内外长期运行的实践经验和其 可靠性的定性分析 主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行 中可靠性的综合 在很大程度上也取决于设备的可靠程度 可靠性的具体要求在于 检修时 不影响对系统的供电 断路器或母线故障以及母线检修时 尽量减少停运 的回路数和停运时间 并且要保证对一级负荷 全部或大部分二级负荷的供电 b 灵活性 电气主接线应满足在调度 检修及扩建时的灵活性 在调度时 应 可以灵活地投入和切除发电机 变压器和线路 调配电源和负荷 满足系统在事故 运行方式 检修运行方式以及特殊运行方式的系统调度要求 在检修时 可以方便 地停运断路器 母线及其继电保护设备 进行安全检修而不致影响电力网的运行和 对用户的供电 扩建时 可以容易地从初期接线过渡到最终接线 c 经济性 要节省投资 电气主接线应该力求简单 节省断路器 隔离开关 电流和电压互感器 避雷器等一次设备 继电保护和二次回路不过于复杂 以节省 二次设备和控制电缆 要能限制短路电流 以便于选择价廉的电气设备或轻型电器 主接线设计要为配电布置创造条件 尽量使占地面积减少 经济合理地选择主变压 器的种类 容量 数量 要避免因两次变压而增加电能损失 2 电气主接线的设计程序 电气主接线设计在各个阶段中随着要求 任务的不同 其深度 广度也有所差 异 但总的设计原则 方法和步骤基本相同 其设计步骤及内容如下 a 对原始资料分析 1 工程情况 包括发电机类型 设计规定容量 单机容量及台数 最大负荷利 用小时数及可能的运行方式等 2 电力系统情况 包括电气系统近期及远景发展规划 发电厂或变电站在电力 系统的地位及作用等 3 负荷情况 包括负荷性质和地理位置 输电电压等级 出线回路数及输送容 量等 4 环境条件 包括当地的气温 湿度 风向 水文 地质海拔高度及地震等因 素 b 主接线方案的拟定与选择 根据设计任务的要求 在原始资料分析的基础上 对电源的出线回路数 电压 等级 变压器台数 容量以及母线结构等的不同因素考虑 可以确定主接线方案 3 2 23 2 2 电气主接线的叙述电气主接线的叙述 1 线路 变压器单元接线 当只有一回供电电源线路和一台变压器时 宜采用线路 变压器单元接线 优点 接线简单 所用电气设备少 配电装置简单 节约投资 缺点 该单元中任何设备发生故障或检修时 变电所要全部停电 供电可靠性 不高 只可供三级负荷 2 单母线接线 优点 接线简单清晰 设备少 操作方便 便于扩建和采用成套配电装置 缺点 不够灵活 任一原件故障和检修 均需使整个配电装置停电 单母线可 用隔离开关分段 但当一段母线发生故障时 全部回路仍需短时停电 在用隔离开 关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电 3 单母线分段接线 优点 用断路器把母线分段后 对重要用户可以从不同段引出两个回路 由两 个电源供电 当一段母线发生故障 分段断路器自动将故障段切除 保证正常段母 线不间断供电和不致使重要用户停电 缺点 当一段母线或母线隔离开关故障或检修时 这一段母线的回路都要在检 修期间内停电 当出线为双回路时 常使架空线路出现交叉跨越 扩建时需要向两 个方向均衡扩建 4 双母线接线 优点 供电可靠 调度灵活 扩建方便 便于试验 缺点 增加了一组母线和使每回路就需要增加一组母线隔离开关 当母线故障 或检修时 隔离开关作为倒换操作电器 容易误操作 为了避免隔离开关误操作 需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置 5 双母线带旁路母线的接线 优点 增加供电可靠性 运行操作方便 避免检修断路器时造成停电 不影响 双母线的正常运行 T1T2T3 G1G3G2 220KV110KV 厂用 T4 缺点 多装了一台断路器 增加投资和占地面积 容易造成误操作 3 33 3 主接线方案主接线方案 3 3 13 3 1 方案一方案一 表 3 1 主接线方案 电压等级接线方式 220kv双母线接线 110kv双母线接线 电气主接线图如下 图 3 1 电气主接线图 3 3 23 3 2 方案二方案二 表 3 2 主接线方案 电压等级接线方式 220kv双母线带旁路接线 110kv双母线接线 T1T2T3 G1G3G2 厂用 220KV110KV T4 电气主接线图如下 图 3 2 电气主接线图 3 3 33 3 3 方案论证方案论证 表 3 3 电气主接线方案比较 方案 项目 方案一方案二 可靠性 a 接线清晰 可靠性高 b 开关设备较少 操作简 单 a 接线很复杂 操作也很 复杂 b 可靠性高 无论检修母 线或设备故障 检修 都 不致全厂停运 灵活性 a 通过倒闸操作看形成不 同运行方式 调度灵活性 好 b 便于扩建和发展 a 有多种运行方式 双母 单母 固定接线 从而运 行调度灵活 但保护装置 复杂 b 便于扩建 续表 方案 项目 方案一方案二 经济性 a 设备较少 投资少 b 占地面积较少 c 采用单元接线 避免了 选择大容量的出口断路器 a 投资高 设备数量多 b 占地面积多 发电机采用了单元接线经双绕组变压器升压后送人系统母线 其中 220KV 侧用 2 台发电机供电 110KV 侧用 1 台机组供电 220KV 系统与 110KV 系统之间用三绕组 自耦变压器进行连接 其低压绕组引出作为厂用电备用电源 根据变压器的组合情况 并依据对主接线的基本要求 从技术上进行论证各方 的优 缺点拟定主接线的初步方案为 220KV 侧采用双母线带旁路接线 110KV 侧采 用双母线接线 3 43 4 发电机 主变压器的选择与计算发电机 主变压器的选择与计算 3 4 13 4 1 发电机容量 型号的选择发电机容量 型号的选择 一 简介 汽轮发电机由汽轮机直接耦合传动 励磁机是向汽轮发电机提供励磁的设备 我国汽轮发电机的制造生产 在五十年代为仿制阶段 能批量生产 25MW 以下的空冷 汽轮发电机 六 七十年代能批量生产 300MW 双内冷系列和水氢冷系列 八十年代 初引进美国西屋公司 300MW 和 600MW 发电机的制造技术 相继完成了考核型机组和 优化型机组的设计制造 同时 上海电机厂与 ABB 公司 北京重型电机厂与法国 A A 公司分别合作生产 600MW 和 300MW 汽轮发电机 二 冷却方式 我国采用的冷却方式 定子绕组和转子有空冷 水内冷和氢冷 铁芯有空冷和 氢冷等 在转子氢内冷系统中 又有轴向通风 气隙取气斜流式和副槽轴向一径向 冷却等多种方式 对大型机组 上海电机厂以生产 水水空 水氢氢 为主 根 据用户要求而定 哈尔滨电机厂 东方电机厂 北京重型电机厂以生产 水氢氢 方式为主 三 励磁方式 我国 60MW 及以下的汽轮发电机 大都采用同轴直流励磁系统 发电机容量在 100MW 以上的普遍采用同轴交流励磁机经静止半导体整流励磁方式 对于引进的 300MW 和 600MW 汽轮发电机则采用同轴交流励磁机经旋转半导体整流的无刷励磁系 统 交流励磁机系统的顶值电压可以达到 2 部额定电压 电压反应比可根据用户要 求设计成每秒 1 2 倍额定电压 也能提供高起始反应系统 交流励磁机的副励磁机 过去大都采用感应子中频发电机 为进一步提高励磁系统可靠性 近年来采用铅镍 钴磁钢和稀土钴永磁钢永磁发电机 在励磁电压调节技术方面 已逐步由 50 年代的电磁型调节装置过渡到当代的固 体化电路 调节装置的功能也由比较单一的按电压偏差比例调节过渡到多功能 并 进一步发展自动励磁调节器 四 使用条件 1 发电机一般使用在海拔 1000m 以下地区 当需要在 1000 4000 之间使用 时 考虑到海拔引起的冷却效果的降低 可由高温环境温度因海拔提高而相应降低 得到补偿 规定的温升限值可不做修正 2 使用地点的环境温度不超过 40 不低于 5 对各种不同绝缘等级绕组的 温升限值 应符合有关规定 对采用水冷冷却器的电机 其温升应以进入电机的冷 却介质温度算起 3 短路比 额定电压下空载励磁电流与短路时达到额定电流下的励磁电流之比 一般不小于下列数值 235 3MVA 及以下 0 55 353MVA 0 5 667MVA 0 45 五 型号含义 T 同步 Q 氢外冷 N 氢内冷 QF 汽轮发电机 S 或 SS 双水内冷 K 快装 G 改进 TH 湿热带 表 3 4 汽轮发电机的规格参数 型 号额定容量额定电压功率因数接线方式次暂态电抗 QFS 125 2125MW15 75KV0 8YY0 12 注 发电及参数如上表 要求选择发电厂的主变 联络 110KV 和 220KV 的联络变压器的型号 3 4 23 4 2 变压器容量 型式和台数的确定原则变压器容量 型式和台数的确定原则 一 生产情况 目前国内生产的电力变压器系列品种繁多 诸多厂家产品规格很不一致外形尺 寸互有差异 现在 SL SL1 SL2 系列等老产品已经淘汰 而 S7 SL7 系列则是推广产品 它们与老型号变压器相比 具有损耗低 体积小 质量轻 节约电能 节约运行费 用等优点 S9 系列中小型铜芯电力变压器是全国统一设计新产品 它比 S7 系列损 耗更低 结构更强 目前已经有不少厂家生产 SC SCL2 SG 系列等干式变压器适 用于高层建筑 地下通道 工矿企业等一些安全防火要求较高的场所 干式变压器 一般便于维护 安装简便 具有较广的应用前景 二 型号含义 电压等级 KV 额定容量代号 KVA 设计序号 产品代号 电力变压器产品代号符号见表 3 5 表 3 5 变压器型号代表符号 代表符号 序号分类类别 新型号旧型号 1相数 单相 三相 D S D S 续表 代表符号 序号分类类别 新型号旧型号 2绕组外绝缘介质 变压器油 空气 成型固体 G K K C 3冷却方式 油浸自冷式 空气自冷式 风冷式 水冷式 不表示 不表示 F W J 不表示 F S 4油循环方式 自然循环 强迫油导向循环 强迫油循环 不表示 D P 不表示 不表示 P 5绕组数 双绕组 三绕组 不表示 S 不表示 S 6调压方式 无激磁调压 有载调压 不表示 Z 不表示 Z 7绕组导线材料 铜 铅 不表示 不表示 不表示 L 8绕组耦合方式 自耦 分裂 OO 注 自耦变压器作升压用时 O 列型号之后 作降压用时 O 列型号之前 在电力变压器的型号 后还可以加注防护类型代号 如湿热带 TH 干热带 TA 等 三 使用条件 1 海拔 不超过 1000m 2 环境温度 最高气温 40 最低气温 30 适用于户外式变压器 5 适用于户内式变压器 最高日平均气温 30 最高年平均气温 20 3 冷却水最高温度 入口处 30 四 确定原则 1 主变压器容量的确定原则 单元接线时主变压器应按照发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后 留有 10 的裕度来确定 采用扩大单元接线时 应尽可能使用分裂绕组变压器 其容量亦 应按单元接线计算原则算出的两台机容量之和来确定 2 联络变压器容量的确定原则 1 联络变压器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 有功功率和无功功率的交换 2 联络变压器的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 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到另一系统 3 联络变压器为了布置和引线方便 通常只选一台 在中性点接地方式允许条 件下 以选自耦变压器为宜 其第三绕组 及低压绕组兼作厂用备用电源或引接无 功补偿装置 根据以上原则可知 本电厂 3 台机组的最大容量为 125MW 应根据 125MW 发电 机来选择联络变压器 又为了布线方便 只选一台自耦联络变压器 3 主变压器型式的确定原则 1 相数的确定 在 330KV 及以下电力系统中 一般都应选用三相变压器 若受到限制时 则宜 选用两台小容量的三相变压器取代一台大容量三相变压器 或者选用单相变压器 2 组数的确定 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 以上 对于最大机组 为 200MW 以上的发电厂 一般以采用双绕组变压器加联络变压器更为合理 其联络 变压器宜选用三绕组变压器 3 绕组接线组别的确定 变压器三相绕组的接线组别必须和系统的相位一致 否则 不能并列运行 电 力系统采用的绕组连接方式只有星型 Y 和三角形 D 两种 变压器三相绕组的 连接方式应根据具体工程来确定 我国 110KV 及以上电压 变压器三相绕组均采用 YN 连接 35KV 采用 Y 连接 其中性点多通过消弧线圈接地 35KV 以下的高 压电压 变压器三相绕组均采用 D 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 对电源的影响因素 根据以上绕组连接方式的原则 主变压器接线组别应选用 YN d11 常规接线方式 综上所述 该电厂接于 330KV 以下电力系统中 一般都应选用三相变压器 对 于大型三相变压器 受到制造条件和运输条件的限制时 则宜选用两台小容量的三 相变压器来代替一台大容量三相变压器 或者选用单相变压器 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 对于最大机组容量为 200MW 及以 上的发电厂 通常采用双绕组变压器加联络变压器 当采用扩大单元接线时 应优 先选用低压分裂绕组变压器 这样可以大大限制短路电流 4 变压器台数的确定原则 发电厂或变电所主变压器的台数与电压等级 接线方式 传输容量以及系统的 联系有密切关系 通常与系统具有密切联系的大 中型发电厂和重要变电所 在一 种电压等级下 主变压器应不少于 2 台 而对联系不密切的中 小型发电厂和低压 侧电压为 6 10KV 的变电所或与系统只是备用性质时 可只装一台主变压器 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 台主变压器 考虑到本电厂有 3 台 125MW 发电机 且电厂和系统有着较密切的联系 故 220KV 电压等级接两台主变压器 110KV 电压等级接一台主变压器 3 4 33 4 3 主变压器的选择与计算主变压器的选择与计算 按照变压器容量 台数和型式的确定原则 该发电厂主接线采用 3 台三相双绕 组主变压器和一台联络变压器 3 台主变压器分别和 3 台发电机组组成单元接线 联络变压器选用三相三绕组降压自耦变压器 1 1 cos 1 1 1 125 0 8 1 8 158 1 为发电机容量 8 为厂用电 为发电机功率因数 cos 因此 选取容量为 150MVA 的主变压器 一 变压器 T1的选择 选择 220KV 双绕组无励磁调压变压器 1 简介 220KV 双绕组无励磁调压变压器主要应用于 220KV 电力系统 作为固定变化的 升压或降压变压器输送和分配电力 2 技术数据 220KV 双绕组无励磁调压电力变压器技术数据见下表 表 3 6 变