第四章电气主接线及设计

1、第四章第四章 电气主接线及设计电气主接线及设计 4-1 电气主接线设计原则和程序电气主接线设计原则和程序 一、对电气主接线的基本要求一、对电气主接线的基本要求 1、可靠性、可靠性 (1)发电厂或变电站在电力系统中的地位和作用；发电厂或变电站在电力系统中的地位和作用； (2)负荷性质和类别；负荷性质和类别； (3)设备的制造水平；设备的制造水平； (4)长期实践运行经验。长期实践运行经验。 2、灵活性、灵活性(1)操作的方便性；操作的方便性；(2)调度的方便性；调度的方便性；(3)扩建的方便性。扩建的方便性。 3、经济性、经济性 (1)节省一次投资；节省一次投资；(2)占地面积少；占地面积少；(

2、3)电能损耗少。电能损耗少。 二、电气主接线设计的原则二、电气主接线设计的原则 三、电气主接线的设计程序三、电气主接线的设计程序 1、对原始资料分析、对原始资料分析 (1)工程情况工程情况 (2)电力系统情况电力系统情况 (3)负荷情况负荷情况 (4)环境条件环境条件 (5)设备供货情况设备供货情况 2、主接线方案的拟定与选择、主接线方案的拟定与选择 3、短路电流计算和主要电器选择、短路电流计算和主要电器选择 4、绘制电气主接线图、绘制电气主接线图5、编制工程概算、编制工程概算 4-2 主接线的基本接线形式主接线的基本接线形式 一、单母线接线及单母线分段接线一、单母线接线及单母线分段接线 1、

3、单母线接线、单母线接线 2、单母线分段接线、单母线分段接线 610kV出线在出线在6回及以上时，每段所接回及以上时，每段所接容量不超过容量不超过25MW；3560kV出线回路数出线回路数不超过不超过8回；回；110220kV出线回路数不宜超出线回路数不宜超过过4回。回。 二、双母线接线及双母线分段接线二、双母线接线及双母线分段接线 1、双母线接线、双母线接线 (1)检修任一组母线都不必停止对用户供电检修任一组母线都不必停止对用户供电(2)一组母线故障后能迅速恢复供电一组母线故障后能迅速恢复供电(3)检修任一组母线隔离开关不影响其它回路运行检修任一组母线隔离开关不影响其它回路运行(4)检修任一出

4、线断路器可用母联断路器代替其工作检修任一出线断路器可用母联断路器代替其工作 双母线接线的适用范围双母线接线的适用范围 (1)610kV配电装置，当短路电流较大出线需带电抗器配电装置，当短路电流较大出线需带电抗器; (2)3560kV配电装置当出线回路超过配电装置当出线回路超过8回时，或连接的电回时，或连接的电源较多、负荷较大。源较多、负荷较大。 (3)110220kV配电装置出线回路为配电装置出线回路为5回及以上时。回及以上时。12151215刀闸刀闸121121开关开关12111211刀闸刀闸110kV四四号母线号母线12141214刀闸刀闸110kV五五号母线号母线倒母操作倒母操作1211

5、21出线出线120120开关开关12041204刀闸刀闸12051205刀闸刀闸操作任务：操作任务：将将121121出线由五号母出线由五号母线不停电倒到四号母线运行线不停电倒到四号母线运行110kV四四号母线号母线121121开关开关12141214刀闸刀闸12111211刀闸刀闸110kV五五号母线号母线12151215刀闸刀闸倒母操作倒母操作121121出线出线120120开关开关12041204刀闸刀闸12051205刀闸刀闸操作任务：操作任务：将将121121出线由五号母出线由五号母线不停电倒到四号母线运行线不停电倒到四号母线运行110kV四四号母线号母线121121开关开关12141

6、214刀闸刀闸12111211刀闸刀闸110kV五五号母线号母线12151215刀闸刀闸倒母操作倒母操作121121出线出线120120开关开关12041204刀闸刀闸12051205刀闸刀闸步骤一：步骤一：120120断路器由冷备转热断路器由冷备转热备。备。110kV四四号母线号母线121121开关开关12141214刀闸刀闸12111211刀闸刀闸110kV五五号母线号母线12151215刀闸刀闸倒母操作倒母操作121121出线出线120120开关开关12041204刀闸刀闸12051205刀闸刀闸步骤一：步骤一：120120断路器由冷备转热断路器由冷备转热备。备。110kV四四号母线号母

7、线121121开关开关12141214刀闸刀闸12111211刀闸刀闸110kV五五号母线号母线12151215刀闸刀闸倒母操作倒母操作121121出线出线120120开关开关12041204刀闸刀闸12051205刀闸刀闸步骤二：步骤二：合合120120断路器，双母并断路器，双母并列运行。列运行。110kV四四号母线号母线121121开关开关12141214刀闸刀闸12111211刀闸刀闸110kV五五号母线号母线12151215刀闸刀闸倒母操作倒母操作121121出线出线120120开关开关12041204刀闸刀闸12051205刀闸刀闸步骤二：步骤二：合合12141214刀闸，两母互刀闸

8、，两母互联。联。110kV四四号母线号母线121121开关开关12141214刀闸刀闸12111211刀闸刀闸110kV五五号母线号母线12151215刀闸刀闸倒母操作倒母操作121121出线出线120120开关开关12041204刀闸刀闸12051205刀闸刀闸步骤二：步骤二：合合12141214刀闸，两母互刀闸，两母互联。联。110kV四四号母线号母线121121开关开关12141214刀闸刀闸12111211刀闸刀闸110kV五五号母线号母线12151215刀闸刀闸倒母操作倒母操作121121出线出线120120开关开关12041204刀闸刀闸12051205刀闸刀闸步骤三：步骤三：分分

9、12151215刀闸，刀闸，121121出线出线运行于四母。运行于四母。返 回110kV四四号母线号母线121121开关开关12141214刀闸刀闸12111211刀闸刀闸110kV五五号母线号母线倒母操作倒母操作121121出线出线120120开关开关12041204刀闸刀闸12051205刀闸刀闸步骤三：步骤三：分分12151215刀闸，刀闸，121121出线出线运行于四母。运行于四母。12151215刀闸刀闸 2、双母线分段接线、双母线分段接线 应用：应用：610kV进出线或电源较多进出线或电源较多,输送功率较大时输送功率较大时,为限为限制短路电流制短路电流,选择轻型设备选择轻型设备,常

10、采用双母线三分段。常采用双母线三分段。 220500kV容量较大的发电厂或变电所高压接线，有时容量较大的发电厂或变电所高压接线，有时采用双母线三分段或四分段接线。采用双母线三分段或四分段接线。121开关1213刀闸1211刀闸120开关1203刀闸1201刀闸旁带操作：正常运行旁带操作：正常运行1214刀闸110kvI母110kv旁母121开关1213刀闸1211刀闸120开关1203刀闸1201刀闸旁代操作：步骤旁代操作：步骤11214刀闸110kvI母110kv旁母121开关1213刀闸1211刀闸120开关1203刀闸1201刀闸旁代操作：步骤旁代操作：步骤21214刀闸110kvI母1

11、10kv旁母121开关1213刀闸1211刀闸120开关1203刀闸1201刀闸1214刀闸旁代操作：步骤旁代操作：步骤3110kvI母110kv旁母121开关1213刀闸1211刀闸120开关1203刀闸1201刀闸1214刀闸旁代操作：步骤旁代操作：步骤4110kvI母110kv旁母121开关1213刀闸1211刀闸120开关1203刀闸1201刀闸1214刀闸旁代操作：步骤旁代操作：步骤5110kvI母110kv旁母121开关1213刀闸1211刀闸120开关1203刀闸1201刀闸1214刀闸旁代操作：步骤旁代操作：步骤6110kvI母110kv旁母121开关1213刀闸1211刀闸1

12、20开关1203刀闸1201刀闸1214刀闸旁代操作：步骤旁代操作：步骤7110kvI母110kv旁母 三、带旁路母线的单母线和双母线接线三、带旁路母线的单母线和双母线接线 普通单母线带旁路母线接线普通单母线带旁路母线接线 1、单母线带旁路母线的接线、单母线带旁路母线的接线单母线分段带旁路接线单母线分段带旁路接线利用分段兼旁路利用分段兼旁路(旁路兼分段旁路兼分段) 单母线分段接线单母线分段接线 单母线单母线(或分段或分段)带旁路母线的应用范围带旁路母线的应用范围 (1)610kV屋内配电装置一般情况下不装设旁路母线。屋内配电装置一般情况下不装设旁路母线。 (2)3560kV配电装置一般不设旁路

13、母线，因为重要用户配电装置一般不设旁路母线，因为重要用户多为双回路供电，允许停电检修断路器。如果线路断路器多为双回路供电，允许停电检修断路器。如果线路断路器不允许停电检修，在采用单母线分段接线时可考虑增设旁不允许停电检修，在采用单母线分段接线时可考虑增设旁路母线，但多用分段断路器兼作旁路断路器。路母线，但多用分段断路器兼作旁路断路器。 (3)110220kV如果采用单母分段，一般应设置旁路母线如果采用单母分段，一般应设置旁路母线且以专用旁路断路器为宜。且以专用旁路断路器为宜。 (4)凡采用凡采用SF6断路器的接线，可不装设旁路母线。断路器的接线，可不装设旁路母线。 2、双母线带旁路母线的接线、

14、双母线带旁路母线的接线 (1)普通双母线带旁路母线的接线普通双母线带旁路母线的接线 (2)利用旁路兼母联利用旁路兼母联(母联兼旁路母联兼旁路)的双母线带旁路接线的双母线带旁路接线 3、旁路母线设置的原则、旁路母线设置的原则 4、电源侧断路器是否接入旁路母线、电源侧断路器是否接入旁路母线 5、设置旁路设施、设置旁路设施 1、一台半断路器接线、一台半断路器接线 四、一台半断路器及四、一台半断路器及4/34/3接线接线(1)3/2断路器接线的特点断路器接线的特点 (2)配置原则配置原则 (3)交叉接线特点交叉接线特点 (4)适用范围适用范围 2、4/3接线接线(1)与与3/2接线相比有何特点接线相比

15、有何特点 (2)应用范围应用范围 五、变压器母线接线 六、单元接线 1、发电机、发电机-双绕组变压器单元接线双绕组变压器单元接线 2、发电机、发电机-三绕组变压器三绕组变压器(自耦变压器自耦变压器)单元接线单元接线 3、发电机、发电机-变压器变压器-线路单元接线线路单元接线4、发电机、发电机-双绕组变压器扩大单元接线双绕组变压器扩大单元接线5、发电机、发电机-分裂变压器扩大单元接线分裂变压器扩大单元接线单元接线的主变压器、厂用变压器及封闭母线侧面单元接线的主变压器、厂用变压器及封闭母线侧面主变压器、高压厂用备用变压器变正面主变压器、高压厂用备用变压器变正面主变压器正面主变压器正面高压厂用工作变

16、压器高压厂用工作变压器 七、桥形接线 1、内桥接线、内桥接线 适用于线路较长和变压器不需要经常切换的情况。适用于线路较长和变压器不需要经常切换的情况。 2、外桥接线、外桥接线 适用于线路较短和变压器需要经常切换的情况。适用于线路较短和变压器需要经常切换的情况。 另外当系统中有穿越功率通过高压侧另外当系统中有穿越功率通过高压侧,或桥形接线的或桥形接线的2条条线路接入环网时。线路接入环网时。 优缺点优缺点 适用范围适用范围 小容量发电厂或变小容量发电厂或变电站，以及作为最终电站，以及作为最终将发展为单母线分段将发展为单母线分段或双母线接线的初期或双母线接线的初期接线方式接线方式 八、角形接线 1、

17、三角形接线、三角形接线2、四角形接线、四角形接线 优点优点 缺缺点点 配置原则配置原则 应用应用 多角形接线，一般用于回路数较少、多角形接线，一般用于回路数较少、不适用于回路数较多的情况。一般最多不适用于回路数较多的情况。一般最多用到六角形，以减少开环运行所带来的用到六角形，以减少开环运行所带来的不利影响。不利影响。 适用于适用于110kV及以上的配电装置。及以上的配电装置。例：例：如下图所示状态，如下图所示状态，QF1QF1、QF2QF2均在均在断开断开位置，其它位置，其它断路器均在断路器均在合闸合闸位置，试写出位置，试写出检修检修QS11QS11开关开关的操作票的操作票（不考虑带电检修），

18、并分析此接线的运行特点。（不考虑带电检修），并分析此接线的运行特点。第一步：查第一步：查W2W2母线完好情况母线完好情况1 1、合、合QS01QS01、QS02QS02；2 2、合、合QF1QF1（投入继保），如不跳闸，则进行如下操作：（投入继保），如不跳闸，则进行如下操作：第二步：查第二步：查W3W3母线完好情况母线完好情况3 3、合、合QS8QS8、QS17QS17；4 4、合、合QF2QF2（投入继保），如不跳闸；（投入继保），如不跳闸；5 5、合、合QS18QS18；第三步：倒换电源操作第三步：倒换电源操作6 6、依次合、依次合QS1QS1，2 2，4 4，5 5，5 5，6 6，7

19、7（W2W2侧的侧的QSQS）；）； 【QS3QS3除外除外】7 7、依次断、依次断QS9QS9，1010，1212，1313，1414，1515（W1W1侧的侧的QSQS） ； 【 QS11 QS11除外除外】第四步：检修操作第四步：检修操作8 8、断、断QF3QF3，QS23QS23；9 9、断、断QF1QF1，QS01QS01，QS02QS02；1010、检修、检修QS11QS11。1、单元接线的主变压器、单元接线的主变压器 2、具有发电机电压母线接线的主变压器、具有发电机电压母线接线的主变压器 3、连接两种升高电压母线的联络变压器、连接两种升高电压母线的联络变压器 4、变电站主变压器、

20、变电站主变压器1、三相变压器与单相变压器、三相变压器与单相变压器2、双绕组变压器与三绕组变压器、双绕组变压器与三绕组变压器3、普通型变压器与自耦变压器、普通型变压器与自耦变压器4、分裂绕组变压器的选用、分裂绕组变压器的选用5、调压方式、调压方式6、绕组接线组别、绕组接线组别7、冷却方式的选择、冷却方式的选择一、选择适当的主接线形式和运行方式一、选择适当的主接线形式和运行方式 1、发电机组采用单元接线、发电机组采用单元接线 2、环形电网开环运行、环形电网开环运行3、并联运行的变压器分开运行、并联运行的变压器分开运行二、装设限流电抗器二、装设限流电抗器 1、在发电机电压母线上装设分段电抗器、在发电

21、机电压母线上装设分段电抗器2、在发电机电压电缆出线上装设出线电抗器、在发电机电压电缆出线上装设出线电抗器3、装设分裂电抗器、装设分裂电抗器三、采用低压绕组分裂变压器三、采用低压绕组分裂变压器装设限流电抗器装设限流电抗器普通电抗器普通电抗器 母线电抗器的作用：母线电抗器的作用： 装设在母线分段处；装设在母线分段处； 一般用于发电厂机压母线分段处；一般用于发电厂机压母线分段处； 用于限制并列运行发电机所提供的短路电流。用于限制并列运行发电机所提供的短路电流。 母线电抗器的参数：母线电抗器的参数： 额定电流通常按母线上事故切除最大一台发电机时可能额定电流通常按母线上事故切除最大一台发电机时可能通过电

22、抗器的电流进行选择，一般取通过电抗器的电流进行选择，一般取(50%80%)IGN； 电抗百分值取为电抗百分值取为8%12%。(1) 母线电抗器母线电抗器W1G1G2W2NNLL3100%IUxx (2) 线路电抗器线路电抗器W1G1G2W2n线路电抗器的参数：线路电抗器的参数：n额定电流取所在线路额定电流；额定电流取所在线路额定电流；n电抗百分值取电抗百分值取3%6%。 主要用来限制电缆馈线回主要用来限制电缆馈线回路短路电流（因为电缆的路短路电流（因为电缆的电抗值较小而分布电容较电抗值较小而分布电容较大）；大）； 线路电抗器的作用：线路电抗器的作用： 能在母线上维持较高的剩余电压（一般都大于能

23、在母线上维持较高的剩余电压（一般都大于65%UN）。 分裂电抗器分裂电抗器 分裂电抗器在结构上与普通电抗器相似，分裂电抗器在结构上与普通电抗器相似，只是绕组中心有一个抽头，将电抗器分为只是绕组中心有一个抽头，将电抗器分为两个分支，即两个臂两个分支，即两个臂1和和2，一般中间抽头，一般中间抽头用来连接电源，分支用来连接电源，分支1和和2用来连接大致相用来连接大致相等的两组负荷。等的两组负荷。1231232/21III)(2MLM2L131XXIXIXIU分裂电抗分裂电抗器器(1) 正常运行：正常运行：式中，LX为每臂的自感电抗；MX为互感电抗；LM/ XXf f 为互感系数，L31)1 (2Xf

24、IU所以若取若取 f = 0.5，则在正常运行时，每臂的运行电抗，则在正常运行时，每臂的运行电抗LL5 . 0)1 (XXfX1I2II123XMXLXL*分裂电抗器分裂电抗器(2) 分支分支短路：短路：kI2IkSI123XMXLXL*若忽略分支若忽略分支2的负荷电流，则的负荷电流，则Lk31XIULX即短路时，臂即短路时，臂1的电抗为的电抗为 。若分支若分支2接电源，可能送来的短路电流为接电源，可能送来的短路电流为kGI，3端端开路，如右图开路，如右图，设分支设分支1短路短路LkGMkGLkG21)1 (2)(2XfIXIXIU若f =0.5，则 。L123XX kGIkGI123XMXL

25、XL*则则分裂电抗器的分裂电抗器的优点优点： 正常运行时电抗小，而在故障时电抗大；正常运行时电抗小，而在故障时电抗大； 占地面积减小（一个电抗器可供占地面积减小（一个电抗器可供2路负荷）。路负荷）。分裂电抗器的分裂电抗器的缺点缺点： 当两个分支负荷不等或者负荷变化过大时，当两个分支负荷不等或者负荷变化过大时，将引起两臂电压产生偏差，造成电压波动，将引起两臂电压产生偏差，造成电压波动，甚至可能出现过电压。甚至可能出现过电压。分裂电抗器分裂电抗器低压分裂绕组变压器低压分裂绕组变压器 分裂绕组变压器有一个高压绕组和分裂绕组变压器有一个高压绕组和两个低压的分裂绕组，两个分裂绕两个低压的分裂绕组，两个分

26、裂绕组的额定电压和额定容量相同，匝组的额定电压和额定容量相同，匝数相等。数相等。 采用低压分裂绕组变压器组成扩采用低压分裂绕组变压器组成扩大单元接线，当一台发电机端口大单元接线，当一台发电机端口短路时，另一台发电机送来的短短路时，另一台发电机送来的短路电流就受到限制路电流就受到限制。 低压分裂绕组变压器低压分裂绕组变压器 两个低压分裂绕组布置上对称，没两个低压分裂绕组布置上对称，没有电气上的联系，只有较弱的磁的有电气上的联系，只有较弱的磁的联系。联系。假设高压侧开路，低压侧短路时：假设高压侧开路，低压侧短路时： 222222XXXX 正常运行时：正常运行时： 22121124121 XXXXX

27、可见，低压分裂绕组正常运行时的电抗值只可见，低压分裂绕组正常运行时的电抗值只相当于两分裂绕组短路电抗的相当于两分裂绕组短路电抗的1/4。 222XXX X10;。1X12X2X 22 4-5 电气主接线设计举例电气主接线设计举例发电厂电气主接线设计举例发电厂电气主接线设计举例 某火力发电厂原始资料某火力发电厂原始资料 供热式机组供热式机组2 50MW (UN=10.5kV)； 凝汽式机组凝汽式机组2300MW(UN=18kV)； 厂用电率厂用电率6%，机组年利用小时，机组年利用小时Tmax=6500h。 电力负荷及与电力系统连接情况资料电力负荷及与电力系统连接情况资料 (1)10.5kV电压级

28、电压级Pmax=20MW，Pmin=15MW，cos =0.8，电缆馈线，电缆馈线10回。回。 (2)220kV电压级电压级Pmax=250MW，Pmin=200MW，cos =0.85， Tmax=4500h，架空线，架空线5回。回。 (3)500kV电压级与容量为电压级与容量为3500MW的电力系统连接，系的电力系统连接，系统归算到本电厂统归算到本电厂500kV母线上的标幺电抗母线上的标幺电抗0.021(基准容量为基准容量为100MVA)，500kV架空线架空线4回，备用线回，备用线1回。回。 1、对原始资料的分析、对原始资料的分析 设计电厂容量设计电厂容量:250+2300MW=700M

29、W; 占系统总容量占系统总容量700/(3500+700) 100%=16.7%; 超过系统检修备用容量超过系统检修备用容量8%15%和事故备用容量和事故备用容量10%的的限额。限额。 说明该厂在系统中的作用和地位至关重要。说明该厂在系统中的作用和地位至关重要。 由于年利用小时数为由于年利用小时数为6500h5000h，远大于电力系统发，远大于电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数。电机组的平均最大负荷利用小时数。 该电厂在电力系统中将主要承担基荷该电厂在电力系统中将主要承担基荷,从而在设计电气主从而在设计电气主接线时务必接线时务必侧重考虑可靠性侧重考虑可靠性。 55220kV500kV 发电厂电气部分发电厂电气部分第四章第四章 电气主接线及设计电气主接线及设计 (3)500kV电压级电压级 500kV负荷容量大，为保证可靠性，有多种接线形式，负荷容量大，为保证可靠性，有多种接线形式，经定性分析筛选后，可选用的方案为经定性分析筛选后，可选用的方案为双母线带旁路接线双母线带旁路接线和和一台半断路器接线一台半断路器接线。 通过联络变压器与通过联络变压器与220kV连接，并连接，并通过一台三绕组变压通过一台三绕组变压器联系器联系220kV及及1