电力系统设计讲义6.doc

第六节 电气主接线设计电气主接线体现了发电厂、变电站电气系统的主体结构，也是构成电力系统的重要环节，与电力系统整体及发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，电气主接线方案设计是电力系统设计和发电厂、变电所电气设计的主要部分，必须正确处理好各方面的影响，全面分析其相互关系，通过技术经济综合比较，合理确定主接线方案，以满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要素。 一、电气主接线设计原则发电厂、变电所电气主接线设计的基本原则是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，结合实际工程情况，综合分析装机容量、机组台数、接入系统方式、主要负荷性质及线路回数，及燃料、水源、厂区地形、地质、水文、气象、交通运输等基础资料，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，并尽可能地节约投资。二、选择主接线的依据在选择电气主接线时，应以下列各点作为设计依据：1发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用 分析所设计的发电厂、变电所的类型、性质、规模，在电力系统地理接线图与电气接线图中所处的位置及所担负的任务，从而明确其对电气主接线可靠性、灵活性、经济性的具体要求。 电力系统中的发电厂有大型主力电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型。大型主力火电厂靠近煤矿或沿海、沿江地区，并接入330500kV超高压电网；地区电厂靠近负荷中心的城镇，一般接入110220kV电网，也有接入更高一级电压电网的；企业自备电厂则以对本企业供电供热为主，并与地区电网相连；中小型电厂常用发电机电压馈线向附近供电。电力系统中变电所有系统枢纽变电所、地区重要变电所和一般变电所三种类型。一般系统枢纽变电所汇集多个大电源，进行系统功率交换和以高压供电，电压为330500kV；地区重要变电所电压为220330kV；一般变电所多为终端和分支变电所，电压为110kV，但也有220kV的。 2发电厂、变电所的分期和最终建设规模了解系统的逐年电力电量平衡，以及系统装机容量、备用容量、最大单机容量等状况。对于发电厂，应根据电力系统规划容量、负荷增长速度和电网结构等因素，明确初期装机容量与台数，最终规划容量及分期投运的机组台数、容量、时间等。对变电所，应根据系统510年发展规划及本所负荷资料，确定主变压器台数、容量及分期装设计划。 3供电负荷的数量和性质 分析由本厂、所供电的主要负荷的生产特点、电力、电量要求、功率因数和保安负荷要求，各电压等级负荷水平（最大值、最小值）及逐年增长情况等。对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电；对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电；对于三级负荷一般只需要一个电源供电。 4系统备用容量大小 系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化，例如：检修母线或断路器时，是否允许线路、变压器或发电机停运；故障时允许切除部分线路、变压器和机组的数量等。因此设计主接线时需要设置有一定数量的备用容量，一般不宜小于发电负荷的2025，以适应负荷的突然增长、机组设备的检修和事故停运等各种情况。 5电压等级与接入系统方式为避免发电厂、变电所的设备与接线过于复杂，总的电压等级不宜多于三级。当厂、所接入系统环网中时，应了解环网中的潮流变化、调压要求、稳定措施等。对系统主干线路，系统联络线，必须保证供电可靠性，检修其线路断路器时不应停电，同名双回路，应分别接在两段母线上。三、电气主接线的设计程序电气主接线的设计伴随着发电厂或变电所的整体设计，在各个阶段中随着要求、任务的不同，其深度和广度也有所差异，但总的设计思想、方法和步骤相同。具体设计的步骤概括如下：1对原始资料进行分析明确本程情况，分析所设计的发电厂或变电站在电力系统中的位置，明确负荷的性质、输电电压等级、出线回路数及输送容量等情况。分析当地的环境条件，调查了解设备制造情况。2拟定主接线方案拟订主接线方案并进行经济比较，即主要对各方案的综合总投资和年运行费用进行综合效益比较，选出最终方案。3绘制电气主接线图 四、发电厂、变电站电气主接线的设计16220kV配电装置的基本接线形式6220kV高压配电装置的接线方式，决定于电压等级及出线回路数。基本接线形式主要有：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的接线，一个半断路器接线等有汇流母线的接线；变压器线路组合的单元接线、桥形接线和角形接线等无汇流母线的接线。2330500kV超高压配电装置的基本接线形式 我国330500kV超高压配电装置采用的接线有：双母线三分段(或四分段)带旁路母线(或带旁路隔离开关)接线、一个半断路器接线、变压器母线接线和35角形接线。3大型电厂的电气主接线 大型电厂一般指总容量为1000MW及以上、单机容量为200MW及以上的电厂。其接线的特点是： (1)采用简单可靠的单元接线方式。有发电机变压器单元接线、发电机变压器扩大单元接线和发电机变压器线路单元接线等，直接接入高压或超高压配电装置。 (2)大型电厂的所有发电机一变压器单元有部分接入超高压配电装置、部分接入220kV配电装置的，也有全部接入超高压配电装置的。 (3)接入220kV配电装置的单机容量不宜过大。 发电机一变压器单元接线 200MW及以上大机组一般都采用与双绕组变压器组成单元接线而不与三绕组变压器组成单元接线的方式，当发电机升压为两种电压等级时，则可设置联络变压器。 发电机一变压器扩大单元接线 当发电机的容量与升高电压等级所能传输的容量相比，发电机容量较小而不配合时，可采用两台发电机接一台主变压器的扩大单元接线，以减少主变压器、高压断路器台数和高压配电装置间隔。当采用扩大单元接线时，发电机出口应装设断路器和隔离开关。 200300MW机组接至500kV配电装置时，相对机组容量较小，因而可采用两台200300MW机组与一台主变压器接成扩大单元。 发电机变压器线路单元接线 大型电厂采用发电机一变压器一线路单元接线，厂内不设高压配电装置，电功率能直接输送到附近枢纽变电所。在下列情况下宜采用本接线： (1)某些地区发电燃料丰富，同一地区有几个大型电厂，工业发达和集中，则汇总起来建设一个公用的枢纽变电所较为经济。 (2)有的电厂场地狭窄，厂内不设高压配电装置，不仅解决了电厂占地面积庞大的困难，而且也为电厂总平面布置创造有利条件，汽机房前可布置冷却塔或紧靠河流，从而缩短循环冷却水管道。 (3)有时电厂距现有枢纽变电所较近，直接从那里引出线路较为方便，因而在电厂内也不设高压配电装置。 在大型电厂内不设高压配电装置，必须在电力系统设计中作好规划。 一厂两站接线个别大型电厂同一电压或两种电压的两个配电装置互不联系，使在同一场地上有多台机组的一座大容量区域发电厂在电气上分成为两座发电厂，这对电力系统来说，相当于两座独立的发电厂，它们之间的电气距离等于由发电厂的两个升压站到并列运行的枢纽变电所的线路长度之和，这样可限制发电厂内高压配电装置过大的短路电流。4中小型电厂的电气主接线 中型电厂一般指总容量为200MW及以上至1000MW以下的电厂，安装的单机容量一般为50125MW。小型电厂一般指总容量在200MW以下的电厂，安装的单机容量一般不超过30MW。 中小型电厂一般建设在工业企业或城镇附近，除少数为凝汽式电厂外，多数为热电厂，常设610kV发电机电压配电装置向附近供电。 (1） 发电机的连接方式 1)容量为1260MW的发电机，当有发电机电压直配线时，应根据地区网络的需要，采用63kV或10.5kV。发电机与变压器单元连接且有厂用分支引出时，一般采用6.3kV。 2)100MW发电机电压为10.5kV，一般为变压器单元连接，但也可接至发电机电压母线。125MW发电机组则为变压器单元连接。 连接于6kV配电装置的发电机总容量不能超过120MW，连接于10kV配电装置的发电机总容量不能超过240MW，以免母线分段过多和短路电流太大。 (2) 主变压器的连接方式 1)为了保证发电厂电压出线供电可靠性，接在发电机电压母线上的主变压器一般不少于两台。 2)当发电厂用两种电压升压，且机组容量为125MW及以下时，一般采用两台三绕组变压器与两种升高电压母线连接，但每一个绕组的通过功率应达到该变压器容量的15以上。 3)若两种升高电压母线均系中性点直接接地系统，且送电方向主要由变压器低、中压向高压侧输送时，选用自耦变压器连接较为经济。 4)当两种升高电压母线间交换功率较大时，可采用降压型自耦变压器连接。 (3) 发电机电压配电装置的接线发电机电压配电装置采用单母线分段或双母线分段接线，采用的原则是：每段母线上发电机容量为12MW时，一般采用单母线分段接线；每段母线上发电机总容量或负荷为24MW及以上时，一般采用双母线分段接线。5. 变电所的电气主接线 35500kV变电所的电气主接线有：变压器线路单元接线、桥形接线、35角形接线、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以及1个半断路器接线。变电所采用哪种电气主接线，应根据变电所在电力系统中的地位、变电所的电压等级、出线回路数、设备特点、负荷性质等条件，以及满足运行可靠、简单灵活、操作方便和节约投资等要求来决定。第七节 主变压器的选择 发电厂、变电站中的变压器按照其作用可分为三类：主变压器、联络变压器和厂（所）用变压器。主变压器是指用来向电力系统或用户输送功率的变压器，联络变压器是指用于两种电压等级之间交换功率的变压器，厂（所）用变压器是指只供本厂（所）用电的变压器。主变压器的选择是发电厂变电站电气系统设计的重要内容，也是电网设计的一部分。一、发电厂主变压器容量和台数的确定1具有发电机电压母线的主变压器 连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器容量，应按下列条件计算。 (1)当发电机电压母线上为最小负荷时，能将发电机电压母线上剩余容量送人系统，但可不考虑出现频率极少的最小负荷的特殊情况； (2)当发电机电压母线上最大一台发电机组停用时，能由系统供给发电机电压的最大负荷。在电厂分期建设过程中，在事故断开最大一台发电机组的情况下，通过变压器向系统取得电能时，可以考虑变压器的允许过负荷能力和限制非重要负荷； (3)根据系统经济运行的要求(如充分利用丰水季节的水能)而限制本厂输出功率时，能供给发电机电压的最大负荷； (4)按上述条件计算时，应该考虑负荷曲线的变化和逐年负荷的发展。特别注意发电厂初期运行，当发电机电压母线负荷不大时，能将发电机电压母线上的剩余容量送入系统；(5)发电机电压母线与系统连接的变压器一般选用两台。对主要由发电机电压供电、而系统电源仅作为备用的地方电厂，则允许只装设一台主变压器作为发电厂与系统间的联络。对小型发电厂，接在发电机电压母线上的主变压器宜设置一台。对装有两台主变压器的发电厂，其变压器容量按能承担70的电厂容量选择，即当其中一台主变压器退出运行时，另一台主变压器仍能承担全部电厂的容量。2单元接线的主变压器 发电机与主变压器为单元连接时，主变压器的容量可按下列条件中的较大者选择： (1)按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10裕度； (2)按汽轮发电机组的最大连续输出容量扣除本机组的厂用负荷。 当采用扩大单元接线时，应采用分裂绕组变压器，其容量应等于按上述(1)或(2)算出的两台机组容量之和。3连接两种升高电压母线的联络变压器 (1)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)其容量一般不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，通过联络变压器将其剩余容量送入另一侧系统； (3)为了布置和引接的方便，联络变压器一般装设一台，最多不超过两台。(4)联络变压器一般采用自耦变压器。在按上述原则选择容量时，要注意低压侧接有大量无功设备的情况，必须全面考虑有功功率和无功功率的交换，以免限制自耦变压器容量的充分利用。二、变电所主变压器容量和台数的确定1主变压器容量的确定 (1)主变压器容量一般按变电所建成后510年的规划负荷选择，并适当考虑到远期1020年的负荷发展。也可由上一级电压电网与下一级电压电网间的潮流交换容量来确定。对于城郊变电所，主变压器应与城市规划相结合。 (2)根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电所，变电所内装设2台(组)及以上变压器时，若一组故障或切除，剩下的变压器容量应保证该所全部负荷的70，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器的容量应能保证全部负荷的7080。 500220kV变压器的500kV及220kV侧均为星形接线，故从结构上要求500220kV变压器具有3563kV的第三绕组，第三绕组的容量应不小于变压器容量(对自耦变压器为串联绕组容量)的15，最大不超过变压器容量的(1-1/K12)倍。具体容量也可根据变电所装设的无功补偿容量来确定。 (3)同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化、标准化。2主变压器台数的确定 (1)对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。 (2)对地区性孤立的一次变电所或大型企业专用变电所，在设计时应考虑装设34台主变压器的可能性。(3)对于规划只装设两台变压器的变电所，应结合远景负荷的发展，研究其变压器基础是否需要按大于变压器容量的要求设计，以便负荷发展时，有调换更大容量的变压器的可能性。三、主变压器型式的选择 1 发电厂、变电所主变压器相数的选择 选择主变压器的相数，需考虑如下原则： (1)当不受运输条件限制时，在电压为330kV及以下的发电厂和变电所，应尽可能选用三相变压器。 (2)当发电厂与系统连接的电压为500kV时，经过技术经济比较，以确定是选用三相变压器，还是在容量过大而制造有困难时选用两台同容量的三相变压器或单相变压器组。对于单机容量为300MW、并直接升压到500kV的，一般选用三相变压器。 (3)对于500kV变电所，除需考虑运输条件外，尚应根据所供负荷和系统的情况，分析一台(或一组)变压器故障或停电检修时对系统的影响。 2 发电厂、变电所主变压器绕组数的选择 (1) 最大机组容量为125MW及以下的发电厂，当有两种电压等级向用户供电或与系统连接时，宜采用三绕组变压器，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。两种电压等级的三绕组变压器一般不超过两台。 (2)对于200MW及以上的机组，其升压变压器一般不宜采用三绕组变压器。 (3)联络变压器一般应选用三绕组变压器，其低压绕组可考虑接高压厂用起动备用变压器或无功补偿装置。 (4)在具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备时，主变压器宜选用三绕组变压器。 (5)对深入至负荷中心、具有直接从高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。 3 发电厂、变电所主变压器的绕组连接方式 变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式一般是和，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。 我国110kV及以上电压变压器绕组都采用连接；35kV亦采用连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV以下电压，变压器绕组都采用连接。由于35kV采用连接方式，与220、110kV系统的线电压相角位移为O(相位0点)，这样当电压比为22011035kV，高、中压为自耦连接时，变压器的第三绕组如向35kV供电，其连接方式就不能选用三角形接法，否则从电压相位看就不能与现有35kV系统并网。因而设计中应选用三个或两个绕组全星形接线的变压器。4主变压器阻抗和电压调整方式的选择 (1) 主变压器阻抗的选择 变压器的阻抗实质就是绕组间的漏抗。阻抗的大小主要决定于变压器的结构和使用的材料。当变压器的电压比和结构、型式、材料确定之后，其阻抗大小一般和变压器容量关系