204new第四章电气主接线及设计final

电机工程楼306:

linz

发电厂电气部分（第四章）电气主接线及设计邮箱：

：201420142《发电厂电气部分》34发电厂

控制室（早期）发电厂

控制室（现代）5发电厂

控制室（现代）6发电厂

控制室（现代）78变电站

系统（1）变电站

系统（2）9注：AutoCAD设计图纸！（电力设计院）10这是什么版本的电气主接线图？哪些电力部门需要用到这门课的知识？1.发电厂2.变电站3.电力设计院大唐华电国电中电投11主接线的基本接线形式

.主变压器的选择

.限制短路电流的方法

.电气主接线设计原则和程序

.1234电气主接线设计举例

.5本章主要剧情124.2

电气主接线(回顾)电气接线--发电厂变电站中，根据各种电气设备的作用和要求，按一定方式用导体连接起来形成的电路。电气接线表明电能汇集和分配关系以及各种运行方式。对一次设备及系统进行控制、监察、测量和保护一次电路（电气主接线）（传输强电流、高电压的网络）二次电路（二次接线）测量表计回路断路器控制和信号回路操作电源回路继电保护回路自动装置回路13电气一次接线（即电气主接线）图例144.2

电气主接线154.2

电气主接线16电气二次接线图例4.2

电气主接线电气主接线

别名：电气主系统、电气一次接线

由电气一次设备按电力生产的顺序和功能要求连接而成的接受和分配电能的电路。

是发电厂、变电所电气部分的主体；

是电力系统网络的重要组成部分。电气主接线图

用规定的图形与文字符号将电气一次设备按电能流程顺序（生产、传输、分配）连接而成的电路图。压器、母线、开关电器、输电线路等

电气一次设备：发电

单相图、三相图4.2

电气主接线17常用一次设备的图形和文字符号（1）名

称

图形符号

文字符号GTTT双绕组变压器三绕组变压器三绕组自耦变压器发电机G生产和转换电能的设备4.2

电气主接线18常用一次设备的图形和文字符号（2）名称

图形符号

文字符号断路器开关熔断器QFQSFU4.2

电气主接线开关电器(

)(

)手车断路器QF(

)IEC61636-1规定：Q---switching

device

forpower

circuitF---protection

deviceS---switching

device

forcontrol

circuit,

selector1920常用一次设备的图形和文字符号（3）名

称

图形符号

文字符号避雷器

F母线电缆终端头LL4.2

电气主接线电抗器W接地E限制短路电流和防御过电压设备载流导体常用其他设备的图形和文字符号名称

图形符号

文字符号电

M电流互感器TA电压互感器TV4.2

电气主接线供二次回路使用214.2

电气主接线1T运行转检修224.2

电气主接线1T检修转运行234.2

电气主接线L1运行转检修244.2

电气主接线L1检修转运行25开电气“五防”是指：防止误分、合断路器；防止带负荷分、合

开关；防止带电挂接地线或合接地刀闸；防止带接地线（接地刀闸）合断路器（关）；防止误入带电间隔。防止误操作的措施：除严格按照操作规程实行操作票制度外，还应加装电磁闭锁、机械闭锁或电脑钥匙4.2

电气主接线2627倒闸操作程序示意图：接受调令通告全值唱票复诵审核调令审核填操作票操作复查核对设备分析汇报调度操作评价实施操作模拟预演操作准备4.2

电气主接线284.2

电气主接线294.2

电气主接线304.2

电气主接线倒闸操作进行中。。。4.2

电气主接线314.2

电气主接线324.2

电气主接线334.3

主变压器的选择第三节发电厂变电所主变压器的选择344.3.1

变压器知识油浸式变压器35变压器结构

（

：铁芯、绕组）4.3.1

变压器知识3637潜油泵线夹变压器结构（外部）引线套管风扇套管油位储油柜瓦斯继电器4.3.1

变压器知识变压器结构（外部）38油温表油位表4.3.1

变压器知识油流继电器分接头机构箱39（1）按功能主变压器——在发电厂中向电力系统输送功率变压器；——在变电所中向用户输送功率的变压器联络变压器——用于两种电压等级之间交换功率的变压器；厂用变压器——向厂用电系统供电的变压器。4.3.2

变压器的分类主变压器40联络变压器厂用变压器4.3.2

变压器的分类（1）按功能（续）（2）按相数三相单相4.3.2

变压器的分类41三相变压器单相变压器（3）按绕组数（4）按调压方式无激磁（无载）有激磁（有载）双绕组、三绕组、自耦低压 绕组4.3.2

变压器的分类42（5）按冷却形式风冷（水冷）风冷（水冷）强迫油循环

导向冷却自然油循环

自然空气冷却

<7500KVA>10000KVA散热器43风扇散热器4.3.2

变压器的分类产品型号高压绕组电压等级（KV）额定容量（kVA）设计序号绕组耦合方式：自耦O绕组导线型号：铜，铝（L）调压方式：无激磁调压，有载调压Z绕组数：双绕组，三绕组S油循环方式：自然循环，强迫油导向循环D，强迫油循环P冷却方式：空气自冷，油浸自冷（J），风冷F，水冷W（S）绕组外绝缘介质：变压器油，空气G（K），成型固体C相数：单相D，三相S444.3.3

变压器的型号及主要参数SSP3-180000/220SFPZ7-20000/220SSPSO3-120000/220ODFPSZ-250000/500型号注：自耦变作升压用时，O列在型号后，作降压用时O列在型号前45型号额定容量kVA额定电压kV连接组损耗kW空载电流%阻抗电压%总体质量t高压低压空载短路SF7-31500/11031500110±2×2.5%121±2×2.5%6.3,

6.610.5,11YN，d1138.51480.810.558.6SFP7-360000/220360000242±4×2.5%18YN，d111958600.714.0252110、220kV双绕组变压器技术数据4.3.3

变压器的型号及主要参数发电厂变压器台数的选择为保证供电可靠性，接在发电机电压母线上的主变压器一般不少于两台单元接线变压器为一台扩大单元接线时，两台发电机配一台变压器变电所变压器台数的选择变电所中一般装设两台主变压器，以免一台主变故障或检修时中断供电大型

压枢纽变电所，为减小单台容量，可装设2~4台主变压器4.3.4

变压器台数的选择46P47NGCOSGPc（1）、发电厂主变压器1）单元接线的主变压器容量的确定原则

按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留10%的裕度确定。

扩大单元接线的变压器容量，按上述算出的两台机容量之和确定。SNT

1（.1

PNG

PC

)

/

cosG

（MVA）式中：

PNG：

发电机的额定功率cosφG：额定功率因数Pc：

厂用电率4.3.5

主变压器容量的确定（发电厂）型号额定电压(高/低)SFPL1-90000121/10.5SFPL1-120000121/

10.5SFPL1-150000121/

10.5SSPL1-150000121/

13.848例题：100MW的发电机组，功率因数0.85，额定电压10.5kV,单元接线接入110kV系统，厂用电率8%，选主变型号。PNGCOS

PCS

NT

（

PNG

PC

)

1.1

/

cos

100(1

8%)

1.1

/

0.85

119MVA所以：主变的容量>119MVA其它：应选双绕组，110/10kV电压等级4.3.5

主变压器容量的确定（发电厂）49[原则1]当发电机电压母线上负荷最小时，扣除厂用负荷后，主变压器应能将剩余有功和无功送往系统。LL

min

P

/

cos

/nGNG

p

P

(1

K

)

/

cosSNTPPN2PN1cosGC

厂用直配负荷PLmax

PLmincosL4.3.5

主变压器容量的确定（发电厂）2）具有发电机电压母线接线的主变压器容量的确定原则（MVA）[原则2]发电机电压母线上最大一台发电机检修或故障时，主变能从系统倒送功率保证母线上最大负荷的需要。此时应适当考虑母线上负荷可能的增加和变压器的允许过负荷能力。NGLLmax(1

K

)

/

cos

/np

GP'

P

/

cos1CPN1PPN2cosGSNT直配负荷PLmax

PLmincosLG停用厂用（MVA）50发电机电压母线上除最大一台机组外其它发电机容量之和。4.3.5

主变压器容量的确定（发电厂）2）具有发电机电压母线接线的主变压器容量的确定原则51[原则3]发电机电压母线上有两台或以上主变时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其余主变在允许的正常过负荷范围内，应能输送母线剩余功率的70%以上。

P(1

K

)

/

cos

Pp

G L

minNGL/

cos

70%/(n

1)SNTT1G1CPPN2PN1cosG直配负荷PLmax

PLmincosL厂用停用4.3.5

主变压器容量的确定（发电厂）2）具有发电机电压母线接线的主变压器容量的确定原则（MVA）52[原则4]因系统经济运行要求需限制本厂出力时，应具有从系统倒送功率的能力，满足电压母线上最大负荷的要求。pGNG

P''(1

K

)

/

cos

/nLL

max

P

/

cosSNT1CPN1PPN2cosG直配负荷PLmax

PLmincosLGG停1用厂用发电机电压母线上停运部分机组后，其它发电机容量之和。（MVA）4.3.5

主变压器容量的确定（发电厂）2）具有发电机电压母线接线的主变压器容量的确定原则53例题：两台发电机组均为50

MW(额定电压10.5

kV,功率因数0.8)，厂用电率为10％，当地最大综合负荷70MW，最小综合负荷40MW，功率因数0.9，剩余功率送110kV系统。厂用启动备用电源引自110kV母线，夏季丰水期时，一台机组停运，一台机组备用，选择主变型号。

[2

50

(110%)

/

0.8

40

/

0.9]/

2

34(MVA)（1）S

NT（2）SNT

[70

/

0.9

50

(110%)

/

0.8]

/

2

11(MVA)（3）S

NT

[2

50

(110%)

/

0.8

40

/

0.9]

70%

48(MVA)（4）S

NT

[70

/

0.9

50

(0

10%)

/

0.8]/

2

42(MVA)比较（1）〜（4），按最大者选择主变的容量，即

SNT

≥

48MVA

，故选择SF7-63000/110，额定电压121/10.5kV解：4.3.5

主变压器容量的确定（发电厂）54（2）、变电所主变压器容量的选择1）所选择的n台主变压器的容量和，应该大于等于变电所的最大综合计算负荷，即nSN≥

Smax式中：SN：Smax：变压器额定容量变电所最大综合计算负荷4.3.5

主变压器容量的确定（变电所）)(1

%)ni1

K

(Smax

t

iPimaxcos得到）。式中：Pimax

：各出线的远景最大负荷（由中长期负荷cosφi

：各出线负荷功率因数。Kt：同时系数，出线回路数越多其值越小，一般取0.8~0.95。α%：线损率，取5%。554.3.5

主变压器容量的确定（变电所）重要变电所，应考虑一台主变停运，其余主变容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足I、II类负荷的供电。S

NT

(n

1)

(PI

PII

)

/

cosL一般性变电所，当一台主变停运，其余主变容量应能满足全部负荷的70%-80%。PLPLmaxmincosLPIIIPLS

NT

PL

max

0.7

/

cos56例题：某变电所的最大综合负荷

70MW，最小综合负荷40MW，功率因数0.9,选择主变型号。LPL

maxPLmincosPIPII解：S

NT

70

/

0.9

/

2

39(MVA)S

NT

70

0.7

/

0.9

55(MVA)根据主变的容量≥55MVA选择SF7-63000/110，额定电压110/11kV4.3.5

主变压器容量的确定（变电所）（1）相数的选择4.3.6

变压器型式和结构的选择原则三相一体变压器：造价低，占地小，应优先选用，

。三单相变压器组：投资多，占地大，

易，用于 压大容量。57330kV及以下电力系般都应选三相变压器。500kV及以上电力系统：

除按容量、制造水平、

条件确定外，

重点考虑负荷和系统情况，保证供电可靠，进行综合分析，

在满足技术、经济的条件下，来确定选用单相变还是三相变。相数的确定---主变选择三相还是单相，主要考虑变压器的制造条件、条件和可靠性要求等因素。4.3.6

变压器型式和结构的选择原则58（2）绕组数的选择4.3.6

变压器型式和结构的选择原则双绕组：

机组容量超过200MW以上时，采

绕组变压器单元接线形式。

若有两个升高电压，加装联络变压器，宜选择三绕组变（或自耦变），低压绕组作为厂用启动备用电源。三绕组：机组容量在125MW及以下且有两种升高电压时。自耦变：220kV及以上电压等级的变压器可以选择自耦变。低压

绕组：扩大单元接线的变压器或厂用变压器。59604.3.6

变压器型式和结构的选择原则（3）调压方式的选择无载调压变压器：分接头挡位较少，电压调整范围只有10%以内。有载调压变压器：电压的调整范围大，能达到电压的30%；结构比无载调压变压器复杂，造价高。.选择依据:在能满足电压正常波动情况下一般采用无载调压方式。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。一般变电所的变压器选择有载调压方式。61（4）绕组联结方式选择选择依据：应考虑必须与多电压级闭环电网的电压相位一致；并列运行的变压器联结组别必须相同，否则不能并列运行；还应考虑消除三次谐波对电压波形的影响。绕组联结的表示方法星形联结：高压绕组用大写Y表示，如将中性点引出则用YN表示；中、低压绕组则用小写y及yn表示。三角形联结：高压绕组用大写D表示，低压绕组用小写d表示。4.3.6

变压器型式和结构的选择原则举例：YN

yn0

d11接线组别高、中压侧均为星形联结且中性点都引出，低压为三角形联结；高中压间为0点接线，高低压间为11点接线。（5）变压器阻抗的选择三绕组变压器各绕组之间的阻抗由铁心的相对位置决定。三绕组变压器分为2种结构：升压结构

降压结构升压结构变压器：高、中压绕组间阻抗大；降压结构变压器：高、低压绕组间阻抗大。624.3.6

变压器型式和结构的选择原则变压器阻抗选择依据：从电力系统稳定和供电电压质量及减小传输功率时的损耗考虑，变压器的阻抗越小越好；但是，阻抗偏小又会使短路电流增大，低压侧电器设备选择遇到。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。变电所的三绕组变压器：如果以高压侧向中压侧输送功率为主，则选用降压型；如果以高压侧向低压侧输送功率为主，则可选用升压型，但如果需要限制6~10kV系统的短路电流，可以考虑优先采用降压

结构变压器。4.3.6

变压器型式和结构的选择原则6364自然油循环

自然空气冷却强迫油循环

风冷（水冷）导向冷却风冷（水冷）4.3.6

变压器型式和结构的选择原则（6）冷却方法的选择选择依据：中小型变压器：自然油循环风冷却。31.5MVA及以上的大容量变压器：强迫油循环风冷却、或水冷却。350MVA及以上的特大变压器：强迫油循环导向冷却。第四节限制短路电流的方法4.4

限制短路电流的方法654.4

限制短路电流的方法。

短路---是电力系统中较常见的故障，---短路电流可达到几万安至几十万安。

限流原理---增大短路点到电源点之间的等效电抗（注意:正常工作时有电压损耗）。

措施装设限流电抗器采用低压

绕组变压器采用不同的主接线形式和运行方式66674.4.1

装设限流电抗器线路电抗器母线电抗器G1K1G2K2L1L2QF主要用于发电厂和变电站6~10kV

配电装置

普通电抗器电抗器K3W684.4.1.1

母线电抗器G1

G2

选择：

额定电流按母线上事故切除最大一台发电机可能通过的电流。

取值范围：电抗器的百分电抗Xk%选为8%~12%。L1

装设地点：母线分段处——正常工作时，电流流动最小的地方。（特点）

主要作用：限制并列运行发电机所提供的短路电流，使得发电机出口DL、变压器低压侧DL、母联DL、分段DL等都能按各回路额定电流选择，不因短路电流过大而使容量升级。L2QFW694.4.1.2

线路电抗器

装设地点：---装在引出线断路器的后面（负荷侧）

主要作用：---限制电缆馈线回路短路电流（电缆电抗值小）---

线路一般不安装。的稳定特点：轻型断路器，电缆不因为短路发热而增大截面；较高残压，利于发电机并联运行和提高厂用电性；馈线数目多，电抗器数量多，投资大，耗费有色金属；正常工作，电压损耗（<5％）、功率损耗大。QFLLQF4.4.1.2

线路电抗器

选择：

当在分段断路器上装设母线电抗器或在发电设

电抗器不满足要求时，再考虑压器回路装装设线路电抗器。

额定电流应与所在回路负荷电流相匹配，一般为300～600A。

电抗器的百分电抗Xk％一般取3％～6％。70。普通电抗器的缺点：其限流效果和正常运行时电压降之间的

限流好，必然电抗大，

常运行时电压降也大；

降低其正常运行时电压降，必须减小电抗，则限流效果又降低了。问：如何克服解决普通电抗器的？答：采用

电抗器。理由：电抗器在正常运行时，负荷电流所经过的电抗小，所造成的压降小；

在

电抗器某个臂所带电路发生故障时，短路电流所经过的电抗会增大好几倍，则短路电流受到很大的限制。4.4.1.3

电抗器71724.4.1.3

电抗器电抗器：---在结构上与普通大型电抗器，只是绕组中间有一个抽头。

中间抽头——电源

两臂——大致相等的负荷电抗器两臂间有磁的联系。两臂自感L相同，自感抗为XL＝ωL；两臂间互感为M＝fL（f为互感系数，一般为0.4－0.6），XM＝ωM＝ωfL＝fXL。4.4.1.3

电抗器正常运行两分支电流大小相等，每臂的运行电抗为X

XL

XM

XL

fXLf

0.5

X

0.5XL当分支1出线短路时：1、忽略分支2的负荷电流，则短路电流遇到的电抗为XL2、分支2可能送过来的短路电流为：(1+f)XL+

(1+f)XL=3XL734.4.1.3

电抗器优点：正常运行时，

电抗器电抗小，电压降小；短路时电抗大，限制短路电流作用强。注意：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。

电抗器的装设地点：744.4.2

低压 绕组变压器问题提出：将一台大容量的变压器更换成电抗标么值与其相同的两台小容量变压器，然后在低压侧解列运行，就可以有效地减小低压侧的短路电流。缺点：变压器台数增多，占地面积和投资都会增大。如何解决：采用低压

绕组变压器。理由：低压

绕组变压器的高压绕组和两个低压绕组之间磁耦合较为紧密，而两个低压绕组相互之间的磁耦合则较弱。因而 绕组变压器高压绕组的等值电抗X1≈0。高压绕组低压绕组754.4.2

低压 绕组变压器安装的位置：

用于两台发电机构成扩大单元接线：图（a）两个

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。变压器用作大型机组厂用变压器：图（b）76正常运行时：

两支路负荷基本相等，2′与2″等电位点，其等值电路如图(d)所示。

由于X2′＝X2″，此时的阻抗为X1-2

＝

X1

＋X′/2

≈X′/2。4.4.2

低压 绕组变压器77K1短路时时：

系统电源的转移阻抗为X2′=X′，是正常运行时阻抗的2倍。

另一台发电机的转移阻抗X2′-2″≈2X2″=2X′，是正常运行时阻抗的4倍。4.4.2

低压 绕组变压器78794.4.3

选择适当的主接线和运行方式措施：

在大容量机组的发电厂中采用单元接线。

在降压变电所中采用变压器低压侧分列运行——“母线硬分段”。

对于具有双回路的电路，在负荷允许条件下可按单回路运行。

环路供电网络中，在穿越功率小处开环运行等。80母线硬分段方式QF1QF2K1系统

系统QF3QF4K2环形供电网络GQFTQS单元接线4.4.3

选择适当的主接线和运行方式第五节电气主接线设计举例4.5

电气主接线设计举例81824.5

电气主接线设计举例电气主接线的设计程序:对原始资料分析拟订主接线方案短路电流计算、主要电气设备选择（第6章）绘制电气主接线图（略）工程概算的构成（略）83基础知识：

50MW以下——小型机组

50~200MW——中型机组

200MW以上——大型机组

承担基荷年利用小时在5000h以上

承担腰荷年利用小时在3000~5000h

承担峰荷年利用小时在3000h以下

电力系统检修备用容量为8~15%；

电力系统事故备用容量为10%。4.5

电气主接线设计举例1、发电厂规模（1）装机容量（4台）供热式机组：2×50MW凝汽式机组：2×300MWUN=10.5kVUN=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℃，年平均温度25℃，气象条件一般，无特殊要求（台风、

、海拔等）。4厂用电率6%4.5.1

某火力发电厂原始资料842、电力负荷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，COSΦ=0.8。（2）220kV电压级线5回，最大负荷250Mw，最小负荷200MW，COSΦ=0.85，Tmax=4500h。（3）500kV电压级线4回，备用线1回，与容量为3500MW的电力系统相连。4.5.1

某火力发电厂原始资料85861电厂总容量：2×50＋2×300＝700MW,所以为大、中型火电厂。2年最大负荷利用小时：6500h

＞5221h(平均最大负荷利用小时数)结论：该电厂在电力系统中将主要承担基荷，在设计电气主接线时应侧重考虑可靠性。3电厂容量占系统总容量的百分数：700/（3500＋700）×100％＝16.7％

＞

10%超过系统检修备用容量8%~15%和事故备用容量10%的限额。结论：说明该厂在系统中的作用和地位至关重要。4.5.2

原始资料分析8710.5kV电压级:地方负荷容量最大为20MW,共有10回电缆馈线,与50MW发电机机端电压相等，采用直馈线为宜。15.75kV电压级:300MW发电机出口电压，既无直配负荷,又无特殊要求,拟采用单元接线形式。220kV电压级:出线回路数为5回，为保证检修出线断路器不致对该回路停电，拟采取带旁路母线接线形式为宜。500kV电压级:与系统有4回馈线，最大可能输送的电力为700-15-200-700×6%=443MW。500kV电压级的接线对可靠性要求应当很高。4.5.2

原始资料分析、10kV电压级采

母线分段接线：剩余功率通过主变压器送往电压220kV。10kV与220kV电压级之间按弱联系考虑,只设1台主变压器；10kV电压最大负荷20MW，远小于2×50MW发电机组装机容量，即使在1台发电机检修的情况下，也可保证该电压等级负荷要求。为选择轻型电气设备，应在分段处加装母线电抗器，各条电缆馈线上装设线路电抗器。4.5.3

主接线方案的拟定设计规程规定：当每段母线超过24MW时，采