水电站电气主接线及电气设备配置

水电站电气主接线及电气设备配置第一节电气主接线概述电气主接线：由多种电气设备通过连接线，按其功能要求组成的接受和分配电能的电路，也称电气一次接线或电气主系统。即，将电气一次设备按一定顺序连接起来的电路。可表示电能生产流程的电路。用规定的设备文字和图形符号将各电气设备，按连接顺序排列，详细表示电气设备的组成和连接关系的接线图，称为电气主接线图。可表示电能生产流程的电路图。电气主接线图一般画成单线图（即用单相接线表示三相系统），简单明了。（三线图在施工时采用。）在电气主接线图中，所有电器均按它们的正常状态画出，就是电器处在所有电路无压及无任何外力的状态。绘制要求：A、B、C三相用一相粗线表示，但电流互感器用三线配置。中性线在图中用虚线（或细实线）表示所有电器均用规定的电气符号表示，并按它们的“正常状态”画出。（如：QF、QS是断开位置）电气主接线的选择正确与否对电力系统的安全、经济运行，对电力系统的稳定和调度的灵活性，以及对电气设备的选择，配电装置的布置，继电保护及控制方式的拟定等都有重大的影响。在选择电气主接线时，应注意发电厂或变电所在电力系统中的地位、进出线回路数、电压等级、设备特点及负荷性质等条件，并应满足下列基本要求：安全、可靠、经济、方便（1）保证必要的供电可靠性和电能的质量保证必要的供电可靠性和电能的质量是电气主接线的最基本要求。停电不仅给发电厂造成损失，而且给国民经济各部门带来的损失将更加严重。在经济发达地区，故障停电的经济损失是实时电价的数十倍，乃至上百倍。至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失和政治影响，更是难以估量。所以，电气主接线必须保证供电可靠性。1）断路器检修时是否影响供电；2）设备或线路故障或检修时，停电线路数量的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电；3）有没有使发电厂或变电所全部停止工作的可能性等。即：因事故被迫中断供电的机会越小、影响范围越小、停电时间越短，可靠性越高。电能质量：电压±5%

频率±0.5Hz

波形电气主接线的可靠性不是绝对的。同样形式的主接线对某些发电厂和变电站来说是可靠的，而对另外一些发电厂和变电站来说则不一定能满足可靠性要求。所以，在分析电气主接线可靠性时，要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。A、发电厂和变电站的地位和作用大型发电厂或超高压变电站，由于它们在电力系统中的地位很重要，供电容量大、范围广，发生事故可能使系统运行稳定遭到破坏，甚至瓦解，造成巨大损失。因此，其电气主接线应采取供电可靠性高的接线形式。从发电厂接入电力系统的方式来看，大型发电厂一般距负荷中心较远，电能需用较高电压输送，其容量也较大，此时宜采用双回路或环网等强联系形式接入系统。中小型发电厂的主接线，没有必要为追求过高的可靠性而采用复杂的接线形式。在与电力系统的接入方式上，可采用单回线弱联系方式。中小型发电厂和变电站一般靠近负荷中心，且常常有6~10KV电压级的近区负荷，容量不大。此时，6~10KV电压级宜采用供电可靠性较高的母线接线形式，以便适应近区各类负荷对供电可靠性的要求。B、负荷性质负荷按其重要性有Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类之分。担任基荷的发电厂，设备利用率较高，主要供应Ⅰ、Ⅱ类负荷用电，必须采用供电较为可靠的接线形式，且保证有两路电源供电。承担腰荷的发电厂，其接线的可靠性要求需进行综合分析。（如钢铁企业虽属Ⅰ类用户，但不是该企业中所有负荷都绝对不允许停电；农业用电虽属Ⅲ类用户，但在抗旱排涝时期，就必须保证供电。）C、设备的制造水平电气设备制造水平决定设备的质量和可靠程度，并直接影响主接线的可靠性。因此，主接线设计必须同时考虑设备的故障率及其对供电的影响。D、长期实践运行经验（2）具有一定的运行灵活性电气主接线在正常运行情况下，能根据调度的要求，灵活地改变运行方式，实现安全、可靠、经济地供电；在系统故障或电气设备检修及故障时，能尽快地退出设备、切除故障，使停电时间最短、影响范围最小，并且在检修设备时能保证检修人员的安全。（3）操作应尽可能简单、方便。电气主接线应该在满足可靠性的条件下，接线简单，操作方便。尽可能的使操作步骤少，以免在操作过程中出错。（4）技术上先进，经济上合理。在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。经济性应考虑：节省一次投资；占地面积少（占地面积少、搬迁费、安装费等）；电能损耗少（在发电厂和变电站中，电能损耗主要来自变压器，应经济合理地选择变压器型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗）。（5）理应具有扩建的可能性（预留备用出线回路和备用容量）。在设计时，不仅要考虑最终接线的实现，还要考虑从初期接线过渡到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案。使其尽可能地不影响连续供电或在停电时间最短的情况下，将来可以顺利完成过渡方案的实施，使改造工作量最少。电气主接线的作用：（1）将各电源点送来的电能汇聚并分配（2）电气主接线方案的确定对发电厂变电所电气设备的选择、配电装置的布置、二次接线、继电保护及自动装置的配置有重大影响。（3）对发电厂和变电所运行的可靠性、灵活性、经济性和安全性有重要影响；同时也直接关系到电力系统的安全、稳定和经济运行。（4）电气主接线是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据之一。第二节电气主接线的基本形式一、水电站电气主接线的基本特点（1）水电厂大都建设在水力资源丰富的大江河流上，远离负荷中心，因此发电厂发出的电能除自用外，一般均采用升高电压由高压输电线路送入电力系统，而由发电机电压母线直接向用户供电的情况很少。（2）如果水电厂主要担任峰荷和腰荷，在运行中开、停机操作频繁，机组利用小时数较低，要求主接线应具有适应各种运行情况的灵活性，以充分发挥水电厂在电力系统中的作用。（3）水电厂能迅速起动，投入系统并带上负荷，容易实现自动化和远动化。（4）水电厂的总装机数和总容量，是根据河流水文情况和综合利用条件来确定的，因此可以不再考虑机组扩建的可能性。为考虑系统发展情况，在水电厂电气主接线中可以预留扩建输电线路出线的位置。（5）水电厂一般都建设在狭窄的山区，升压变电所和其他配电装置的布置，往往受到地区的限制，因此用尽可能简化接线，节省占地面积，减少土石方开挖量。（6）电站所在河流如属于梯级开发，则对应各级电站应有一个全面规划，整个梯级的电能如汇集到一个电站集中送出，这样其余各电站的主接线可以得到很大的简化。（7）水电站年负荷利用小时数一般不高，特别是调节能力较差的电站，在非洪水期的空闲机组较多，因此部分机组以低功率因数运行或做调相运行以改善系统的无功容量不足。（8）水电厂自用电与火电厂自用电相比，容量小，一般仅占电站容量的1%~3%，重要性也低，因此水电厂的自用电接线比较简单。有汇流母线的接线形式在进出线较多时采用。无汇流母线的接线使用电气设备较少，配电装置占地面积小，通常用于进出线回路少，不再扩建和发展的发电厂或变电站。二、电气主接线形式电气主接线的基本类型

有横向联络接线

无横向联络接线：单元接线单母线接线

1.接线特点2.优缺点分析3.典型操作4.适用范围特点：每一回路均经过一台断路器QF和隔离开关QS接于一组母线上。母线侧隔离开关线路侧隔离开关优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，投资少，便于扩建。缺点：可靠性和灵活性较差。在母线和母线隔离开关检修或故障时，各支路都必须停止工作；引出线的断路器检修时，该支路要停止供电。停电：先断路器后隔离开关(先负荷侧再母线侧)不能满足不允许停电的供电要求，一般用于6～220kV系统中，出线回路较少，对供电可靠性要求不高的中、小型发电厂与变电站中。单母线分段接线1.接线特点2.优缺点分析3.适用范围（1）分段断路器闭合运行

一个电源故障时，仍可以使两段母线都有电，可靠性比较好，但线路故障时短路电流较大。（2）分段断路器断开运行

在0QF处装设备自投装置，重要用户可以从两段母线引接采用双回路供电，还可以限制短路电流。优点：提高了运行灵活性和供电可靠性缺点：停电范围较大（1）6～10k：出线回路数为6回及以上；（2）35～63kV：出线回路数为4～8回；（3）110～220kV：出线回路数为3～4回。动画点击单母线分段带旁路母线接线

1.接线特点2.优点3.适用范围4.典型操作（1）分段断路器兼作旁路断路器（2）旁路断路器兼作分段断路器

出线断路器故障或检修时可以用旁路断路器代路送电，使线路不停电。

主要用于电压为6～10kV出线较多而且对重要负荷供电的装置中；35kV及以上有重要联络线路或较多重要用户时也采用。单母线分段带旁路母线接线单母线分段带旁路母线接线L11QF90QF01QSI段Ⅱ段905QS15QS13QS11QS02QS03QS901QSL22QF21QS23QS11QS动画点击双母线接线

1.接线特点2.优缺点分析3.适用范围4.典型操作

两组母线通过母联断路器连接；每一条引出线和电源支路都经一台断路器与两组母线隔离开关分别接至两组母线上。（1）可靠性高（2）灵活性好（3）扩建方便（4）检修出线断路器时该支路仍然会停电（5）设备较多、配电装置复杂，易引起误操作，投资和占地面积也较大（1）6～10kV短路容量大，有出线电抗器的装置；（2）35～60kV出线超过8回或电源较多，负荷较大的装置；（3）110～220kV出线为5回及以上，或者在系统中居重要位置、出线为4回及以上的装置。动画点击双母线分段接线

主要适用于大容量进出线较多的装置中：

（1）220kV进出线为10～14回的装置；

（2）6～10kV配电装置中，进出线回路数或者母线上电源较多，输送的功率较大，短路电流较大时，常采用双母线分段接线，并在分段处装设母线电抗器。双母线带旁路母线接线

1.接线特点2.优缺点分析3.典型操作4.适用范围采用母联断路器兼作旁路断路器的接线：两组母线带旁路一组母线带旁路设有旁路跨条（1）大大提高了主接线系统的工作可靠性（2）母联断路器兼做旁路断路器接线经济（3）代路过程中降低了可靠性

一般用在220kV线路4回及以上出线或者110kV线路有6回及以上出线的场合。一个半断路器接线

1.接线特点2.优缺点分析3.典型操作4.适用范围（1）运行灵活可靠（2）操作方便（3）一台母线侧断路器故障或拒动，只影响一个回路工作；联络断路器故障或拒动，造成二条回路停电。（4）一台半断路器接线的二次线和继电保护比较复杂，投资较大。广泛应用于大型发电厂和变电站的330～500kV的配电装置中。变压器－母线组接线

出线双断路器接线出线一台半断路器接线

变压器直接接入母线，调度灵活，电源与负荷可自由调配，安全可靠，利于扩建。

多角形接线

（1）双断路器接线（2）所有隔离开关只用作隔离电器使用（3）运行可靠性高（4）接线最多不超过6角（5）设备选择和继电保护整定难（6）不便于扩建和发展

用于最终容量和出线数已确定的110kV及以上的水电厂中。单元接线

1.单元接线2.扩大单元接线发电机－变压器单元接线的特点：

（1）接线简单清晰，电气设备少，配电装置简单，投资少，占地面积小。

（2）不设发电机电压母线，发电机或变压器低压侧短路时，短路电流小。

（3）操作简便，降低故障的可能性，提