发电厂电气部分-第四章 电气主接线及设计2

某中型热电厂的主接线分析,该热电厂装有两台发电机，接到10kV母线上；1）10kV母线为双母线三分段接线，母线分段及电缆出线均装有电抗器，用以限制短路电流，以便选用轻型电器；发电厂供给本地区后的剩余电能通过两台三绕组主变压器送入110kV及220kV电压级；2）110kV为单母线分段接线，重要用户可用双回路分别接到两分段上；3）220kV为有专用旁路断路器的双母线带旁路母线接线，只有出线进旁路，主变压器不进旁路。,区域性火电厂属大型电厂，建在煤炭生产基地或港口附近，为凝汽式电厂，一般距负荷中心较远，电能几乎全部用高压或超高压输电线路送至远方。单机容量为200MW以上，目前以600MW为主力机组，总装机容量1000MW及以上。,(2)区域性火力发电厂,区域性火电厂主接线分析,该发电厂有4300MW及2600MW共6台发电机，分别与6台双绕组主变压器接成单元接线，其中2个单元接到220kV配电装置，4个单元接到500kV配电装置；1）220kV为有专用旁路断路器的双母线带旁路接线；2）500kV为一台半断路器接线；3）220kV与500kV用自耦变压器联络(由3台单相变压器组成)，其低压侧35kV为单母线接线，接有2台厂用高压启动备用变压器及并联电抗器；4）各主变压器的低压侧及220kV母线，分别接有厂用高压工作或备用变压器。,2、水力发电厂电气主接线水力发电厂具有以下特点：1）水电厂以水能为资源，建在江、河、湖、泊附近，一般距负荷中心较远，绝大多数电能都是通过高压输电线送入电力系统，发电机电压负荷很小或甚至全无；2）水电厂的装机台数和容量是根据水能利用条件一次确定的，一般不考虑发展和扩建；3)水电厂多建在山区峡谷中，地形比较复杂；为了缩小占地面积，减小土石方的开挖量和回填量，应尽量简化接线，减少变压器和断路器等设备的数量，使配电装置布置紧凑。4）水轮发电机启动迅速、灵活方便；5）根据水电厂的生产过程和设备特点，比较容易实现自动化和远动化。因此，电气主接线应尽可能地避免隔离开关作为操作电器以及具有繁琐倒换操作的接线形式。,水力发电厂电气主接线的特点：1）水力发电厂发电机电压侧的接线：多采用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。2）水力发电厂的升高电压侧的接线：当出线数不多时，应优先考虑采用多角形接线等类型的无汇流母线的接线；当出线数较多时，可根据其重要程度采用单母线分段、双母线或一台半断路器接线等。,某中型水电厂主接线,1）该电厂有4台发电机G1G4，每两台机与一台双绕组变压器接成扩大单元接线；2）110kV侧只有2回出线，与两台主变压器接成4角形接线。,某大型水电厂主接线,1）该电厂有6台发电机，G1G4与分裂变压器T1、T2接成扩大单元接线，将电能送到500kV配电装置；2）G5、G6与双绕组变压器T3、T4接成单元接线，将电能送到220kV配电装置；3）500kV配电装置采用一台半断路器接线；4）220kV配电装置采用有专用旁路断路器的双母线带旁路接线，只有出线进旁路；5）220kV与500kV用自耦变压器T5联络，其低压绕组作为厂用备用电源。,3、变电站电气主接线变电站的主接线，要根据变电站在电力系统中的地位、作用、种类、负荷性质和容量、电网结构等多种因素确定。（1）变电站分类（回顾）枢纽变电站、地区变电站、中间变电站和终端变电站。1）枢纽变电站：位于电力系统的枢纽点，它连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源；若枢纽变电所发生事故出现全所停电时，将导致系统解列，甚至出现全系统崩溃的灾难局面。,2）中间变电站：将发电厂或枢纽变电站与负荷中心联系起来的变电站，它一般汇集23个电源，在系统中起交换功率的作用或使高压长距离输电线路分段的作用；3）地区变电站：一般是220kV的变电站，它处于地区电网的枢纽点，高压侧接受或交换功率，并供给中压侧和低压侧负荷；4）终端变电站：处于电力网的末端，一般是降压变电站，也称为末端变电站。它直接向本地负荷供电而不向其他地区输送电能。,根据变电站的类型不同，可分别采用相应的接线形式1）330500kV配电装置可能的接线形式有一台半断路器、双母线分段(三分段或四分段)带旁路、变压器母线组接线；2）220kV配电装置可能接线形式有双母线带旁路、双母线分段(三分段或四分段)带旁路及一台半断路器接线等；3）110kV配电装置可能接线形式有不分段单母线、分段单母线、分段单母线带旁路、双母线、双母线带旁路、变压器一线路组及桥形接线等；,4）3563kV配电装置可能接线形式有不分段单母线、分段单母线、双母线、分段单母线带旁路(分段兼旁路断路器)、变压器一线路组及桥形接线等；5）610KVkV配电装置常采用分段单母线，有时也采用双母线接线，以便于扩建。6l0kV馈线应选用轻型断路器，若不能满足开断电流及动、热稳定要求，应采取限制短路电流措施，例如使变压器分裂运行或在低压侧装设电抗器、在出线上装设电抗器等。,（2）降压变电站主接线常用接线形式变电站主接线的高压侧：1）应尽可能采用断路器数目少的接线，以节省投资，减少占地面积；2）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；3)如果电压较高又是极为重要的枢纽变电站，宜采用带旁路的双母线分段或一台半断路器接线。变电站的低压侧：常采用单母线分段或双母线接线。,某110KV终端变电站主接线,某500KV枢纽变电站主接线,小结：,图双母线带旁路母线的接线,图一台半断路器接线,图单元接线,图桥形接线,第三节主变压器的选择,基本工作原理,变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。,只要一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变压的目的。,第三节主变压器的选择,一、有关的几个概念1、主变压器发电厂、变电站中向系统、用户输送功率的变压器。2、联络变压器用于两种电压等级之间交换功率的变压器。3、厂（站）变压器用于本厂（站）用电的变压器，也称自用变。,1、发电厂主变压器容量和台数的选择,（1）单元接线的主变压器A、容量选择应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度选择B、台数选择每单元的主变压器为一台。,二、主变压器容量和台数的确定原则：尽量减少变压器台数，提高单台容量。,（2）接于发电机电压母线上的主变压器A、容量选择1）当发电机电压母线上的负荷最小时（特别是发电厂投入运行初期，发电机电压负荷不大），应能将发电厂的最大剩余功率送至系统，计算中不考虑稀有的最小负荷情况。即式中发电机电压母线上的发电机容量之和，MW；发电机电压母线上的最小负荷，MW；负荷功率因数；发电机电压母线上的主变压器台数；2）当发电机电压母线上接有2台及以上主变压器，当负荷最小且其中容量最大的一台变压器退出运行时，其他主变压器应能将发电厂最大剩余功率的70%以上送至系统。即,3）当发电机电压母线上的负荷最大且其中容量最大的一台机组退出运行时，主变压器应能从系统倒送功率，满足发电机电压母线上最大负荷的需要。即式中发电机电压母线上除最大一台机组外，其他发电机容量之和，MW；发电机电压母线上的最大负荷，MW；4）对水电厂比重较大的系统，由于经济运行的要求，在丰水期应充分利用水能，这时有可能停用火电厂的部分或全部机组，以节约燃料，火电厂的主变压器应能从系统倒送功率，满足发电机电压母线上最大负荷的需要。即式中发电机电压母线上停运部分机组后，其他发电机容量之和，MW；对1)4)中的主变容量的计算结果进行比较，取其中最大者。,B、台数选择接于发电机电压母线上的主变压器一般来说不小于2台，但对主要向发电机电压供电的地方电厂、系统电源主要作为备用时，可以只装1台。,（3）连接两种升高电压母线的联络变压器A、容量选择一般不应小于接在两种电压母线上最大一台发电机的容量，以保证该发电机停运时，通过联络变压器来满足本侧负荷的需要。B、台数选择联络变压器的台数一般只设置1台，最多不超过2台。,2、变电站主变压器容量和台数的选择,A、容量选择所选择的n台主变压器的容量和，应该大于等于变电站的最大综合计算负荷。即对重要变电所1台主变停运时，其余变压器容量能满足变电站最大负荷的60%70%（35110KV变电站为60%，220500KV变电站为70%），以及在计及过负荷能力允许范围内，应能满足所有类负荷和类负荷的需要。即,最大综合计算负荷的计算式中各出线的远景最大负荷和自然功率因数；同时系数，出线回路数越多其值越小，一般取0.80.95；线损率，取5%。若为三绕组变压器还应考虑中、低压侧间的负荷同时系数。一般变电所1台主变停运时，其余变压器应能满足全部负荷的70%80%B、台数选择一般装设2台，对大型变电站经技术经济论证后，可选用34台主变。,三、主变压器型式的选择,型号（型式）,型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为,如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器。,三、主变压器型式的选择1、相数选择容量为300MW及以下机组单元连接的主变压器和330kV及以下的电力系统中，一般都应选用三相变压器；容量为600MW机组单元连接的主变压器和500kV电力系统中的主变压器应综合考虑运输和制造条件，结合能技术经济比较，可采用单相变压器；单相变压器一般不设备用相，但对于大容量的单相变压器，是否需要设置备用相，应根据系统要求，经技术经济比较后确定。,2、绕组数选择双绕组、三绕组、自耦式、低压绕组分裂等1）当只有升高一级电压的发电厂或35KV及以下变电站时，可选双绕组变压器；2）有两种升高电压的发电厂及三种电压的变电站，可选双绕组变压器后三绕组变压器（包括自耦变压器）当最大机组容量为125MW及以下的发电厂，当有两种升高电压时，宜采用三绕组变压器；当送电方向主要由低压侧向中、高压侧，或由低中压侧送向高压侧是，宜采用自耦变压器；200MW及以上的机组，采用双绕组变加联络变，联络变一般为三绕组（包括自耦变压器）；扩大单元接线优选低压分裂绕组变；110KV及以上中性点直接接地系统中，凡需选用三相变压器时，均可选用自耦变。,三、主变压器型式的选择,3、绕组联接方式变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致！否则不能并列运行。提示：我国110KV及以上电压：变压器三相绕组都采用YN接地；35KV电网：变压器采用Y联接，其中性点多通过消弧线圈接地；35KV以下高压电网：变压器都采用D联接；,三、主变压器型式的选择,4、调压方式的选择调压方式：变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变其变比实现。调压方式分：1）有载调压方式，调压范围可达30%；2）无励磁（无载）调压方式，调压范围5%内。分接头设置原则：在高、中压绕组上，不在低压绕组；尽量在星形绕组；在网络上电压变化量最大的绕组上。应用：1）在能满足电压正常波动情况下，一般采用无载调压方式；2）发电厂可以通过发电机的励磁调节来调压，其主变压器一般选择无载调压方式；3）一般变电站的变压器选择有载调压方式。,三、主变压器型式的选择,5、变压器阻抗的选择变压器阻抗的选择实质上是结构形式的选择升压结构变压器高、中压绕组阻抗大而降压结构变压器高、低压绕组阻抗大；接发电机的三绕组变压器，为低压侧向高中压侧输送功率，应选升压型；变电站的三绕组变压器，以高压侧向中压侧输送功率为主，则选降压型；以高压侧向低压侧输送功率为主，则选升压型；但需要限制610KV系统的短路电流，可优先采用降压结构变压器。,三、主变压器型式的选择,6、冷却方式的选择随变压器型式和容量不同而异冷却类型：自然风冷却强迫空气冷却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水内冷,例：某发电厂主接线如下图所示。已知：发电机G1、G2容量均为25MW，G3容量为50MW，发电机额定电压10.5KV，高压侧为110KV；10KV母线上最大综合负荷32MW，最小负荷23MW，发电机及负荷的功率因数均为0.8；厂用电率10%。试选择变压器T1T3的容量。,解：（1）T1、T2容量的选择。1）当10KV母线上的负荷最小时，应有2）当10KV母线上的负荷最小且T1、T2之一退出时，应有3）当10KV母线上的负荷最大且G1、G2之一退出时，应有可见，应根据2）的计算结果选择的容量，选择型号为SFZ7-20000/110变压器。（2）T3容量的选择。选择型号为SFZ7-63000/110变压器。,第四节限制短路电流的方法,回顾：1、短路的概念2、短路的危害3、厂（站）变压器一、限制短路电流的目的为了合理的选择轻型电器。二、限制短路电流的措施1、短路电路数学表达式：2、措施：增大电源到短路点的阻抗。,三、限制短路电流的方法1、选择适当的主接线和运行方式选择计算阻抗比较大的接线形式或运行方式，增大电源至短路点的等效电抗。具体方法如下：对具有大容量机组的发电厂采用单元接线；对于降压变电站，将两台降压变压器低压侧分开运行，即“母线硬分段方式”；在环形网供电网络穿越功率最小处开环运行。,2、装设限流电抗器普通电抗器母线电抗器限流电抗器分线路电抗器分裂电抗器电抗器的接法,（1）装设母线分段电抗器A、装设地点在发电机电压的610KV母线分段处。B、作用限制来自另一母线的发电机所提供的短路电流（限制发电厂内部的短路电流），对系统提供的短路电流也起到一定的限制作用。C、母线电抗器的参数选择D、加装母线电抗器后可使所选择的发电机、主变、分段、母联回路的断路器容量不升级，减少投资。E、母线电抗器对出线回路的限流作用较小：电抗有名值：,（2）装设线路电抗器A、装设地点在线路隔离开关与线路断路器之间。B、作用限制电缆线路的短路电流（架空线路的电抗大，不需装电抗器）。C、加装母线电抗器后1）可使电缆线路的断路器容量不升级；2）电缆截面减小；3）维持母线残压在较高数值，这对其它回路正常运行有利。D、线路电抗器的参数选择,（3）装设分裂电抗器分裂电抗器在结构上与普通大型电抗器相似，都可以看作是一个电感绕组，但是分裂电抗器的绕组是由缠绕方向相同的两个分段(又称两臂)所组成，两分段连接点抽出一个接头，称为中间抽头。中间抽头通常接至电源，两臂一般是连接负荷大致相等的用户。,正常运行：分支短路分支1短路时，若忽略分支2的负荷电流，短路电流只流过分裂电抗器1，则运行电抗值为XL；若短路电流由同一方向流过两臂，则每臂电抗为两臂总电抗为3XL,分裂电抗器的优点：具有正常运行时电抗小，电压降小，而短路时电抗大，限制短路电流作用强。分裂电抗器在使用上的缺点：当两臂负荷不等或者负荷变化过大时，将引起两臂电压波动、甚至可能出现过电压。分裂电抗器的装设地点,3、采用低压分裂绕组变压器,当发电机容量较大时，采用低压分裂绕组变压器组成扩大单元接线，以限制短路电流。两个分裂绕组有漏抗，所以两台发电机之间的电路有电抗，一台发电机端口短路时，另一台发电机送来的短路电流就受到限制。,两个低压分裂绕组之间有较大的短路电抗；而每一分裂绕组与高压绕组之间的短路电抗较小，且相等。,分裂绕组变压器具有正常工作时电抗小(两个分裂绕组并联运行)，而短路时电抗大，即限制短路电流作用强的优点正常工作高压侧开路，低压侧一端短路,分裂绕组变压器的使用,单机容量在200MW及以上机组的厂用高压变压器，可将两个低压分裂绕组接至厂用电的不同分段上。运行时的特点：当一个分裂绕组低压侧发生短路时，另一个未发生短路的分裂绕组低压侧仍能维持较高的电压，以保证该低压侧上的设备能继续运行，并能保证电动机紧急启动，这是一般结构的三绕组变压器所不及的。,第五节电气主接线设计举例,一、电气主接线设计原则（回顾）可靠性、灵活性、经济性二、电气主接线设计程序（重要！）1、对原始资料分析2、拟定主接线方案3、短路电流计算4、主要电器选择5、绘制电气主接线图6、工程概算的构成,1、对原始资料分析,（1）本工程情况A、发电厂类型B、设计规划容量：50MW以下小型机组50200MW中型机组200MW以上大型机组提示：最大单机容量的选择不宜大于系统总容量的10%，以保证该机组在检修或故障情况下系统的供电可靠性。对于形成中的电力系统，且负荷增长较快时，应优先考虑大型机组。,C、发电厂运行方式及年最大利用小时也影响主接线的选择年最大负荷利用小时的概念：年最大负荷利用小时是一个假象时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。（Tmax）年最大负荷利用小时（Tmax）是反映企业电力负荷是否均匀的一个重要指标。承担基荷年利用小时在5000h以上；承担腰荷年利用小时在30005000h；承担峰荷年利用小时在3000h以下。,（2）电力系统情况A、电力系统近期及远景规划（510年）B、发电厂或变电站在电力系统中的位置和作用：大型发电厂总容量1000MW以上，单机容量在200MW以上；中型发电厂总容量2001000MW，单机容量在50200MW；小型发电厂总容量200MW以下，单机容量在50MW以下；若所建发电厂容量与电力系统容量相比，大于15%，则该厂就可认为是在系统中处于比较重要的地位。,（3）负荷情况负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。负荷在一定阶段内的自然增长率是按指数规律变化的L0初期负荷；x年数，一般按510年规划考虑；m年负荷增长率，由概率统计确定。（4）环境条件气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质等因数（5）设备制造情况,2、拟定主接线方案,（1）经济计算比较A、综合总投资包括变压器综合投资，开关设备、配电装置综合投资和不可预见的附加投资。只计算出方案不同部分的投资。B、年运行费用计算主要包括一年中变压器的电能损耗及检修、维护、折旧费等。,（2）可靠性分析利用元件的可靠性指标和采用合适的算法来计算电气主接线的可靠性指标。计算程序：根据电气主接线的形式，列出其中所有元件；给出每个元件的故障率、修复率、计划检修率、停运时间等；确定系统故障判据，即规定主接线正常和故障条件；建立数学模型，选择要计算的可靠性指标；采用合适的可靠性计算方法，计算电气主接线系统的可靠性（网络法、状态空间法等）；工程概算的构成（主要设备器材费、安装工程费和其它费用）。,三、电气主接线设计举例1、发电厂电气主接线设计举例某火力发电厂原始资料如下：（1）规模1）装机容量（4台）供热式机组：250MWUN=10.5KV凝气式机组：2300MWUN=15.75KV2）机组年利用小时：Tmax=6500h3）气象条件发电厂所在地，最高温度42，年平均气温25，气象条件一般，无特殊要求（台风、地震、海拔等）。4）厂用电率6%,（2）电力系统及与电力系统连接情况1）10.5KV电压级电缆馈线10回，最大负荷20MW，最小负荷15MW，cos=0.8。2）220KV电压级架空线5回，最大负荷250MW，最小负荷200MW，cos=0.85，Tmax=4500h。3）500KV电压级架空线4回，备用线1回。与容量为3500MW的电力系统相连，系统归算到本电厂500KV母线上的标幺电抗为0.021（基准容量为100MVA）,设计步骤：,1、对原始资料分析（1）本工程的情况A、发电厂类型B、设计规划容量电厂总容量：250+2300=700MW，为大中型火电厂。年最大负荷利用小时为6500h5000h，在电力系统中承担基荷。（2）电力系统情况电厂容量占系统总容量的百分数：700/（3500+700）100%=16.7%,（3）负荷情况1）10.5KV电压级电缆馈线10回，负荷容量不大（最大负荷20MW），与50MW机组的机端电压相等。采用直馈线（有母线接线方式）。2）15.75KV电压级无直配负荷，为300MW机组出口电压。采用单元接线形式。3）220KV电压级出线5回。为保证检修出线断路器时不停电，宜采用带旁路母线的接线。4）500KV电压级4回架空馈线，1回备用。送出本厂最大可能的电力为：700-15-200-7006%=443MW可见500KV电压等级呈强联系方式与电力系统相连，主接线可靠性要求应当很高。,2、拟定主接线方案（1）10KV电压等级可采用单母线分段形式但是规程规定：单母线分段接线不得超过24MW。所以应确定为双母线分段形式。10KV与220KV之间设1台主变，将10KV剩余功率送入电力系统。规程规定：每段发电机母线上连接的发电机容量为24MW及以上时，为限制短路电流，应在分段上加装母线电抗器，并