第4章-电气主接线及设计

1、第四章 电气主接线及设计,第四章 电气主接线及设计,学习目的： 重点掌握对电气主接线的基本要求及各种基本主接线形式的特点和适用范围，了解各种类型发电厂和变电所主接线的特点； 掌握发电厂和变电所主变压器的选择、限制短路电流的方法； 掌握发电厂、变电所电气主接线设计举例。 本章是本课程的重点！,第一节 电气主接线设计原则和程序,回顾： 1、电气主接线概念： 由一次设备按照预期的生产流程所连成的接受和分配电能的回路，称电气主接线，又叫一次接线。 2、电气主接线图： 主接线中，各设备元件按规定的图形符号和文字符号表示的电路图称主接线图。,绘制电气主接线图必须遵循以下原则：,（1）一次设备和元件必须采用

2、规定的图形符号和文字符号来表示。 （2）图中断路器和隔离开关等开关电器都按断开位置画出，但挂在控制室的主接线图上的设备状态着是随实际运行状态变换的，以帮助运行人员正确的进行倒闸操作、分析和处理事故。 （3）因为三相交流电气设备的各相接线是相同的，所以电气主接线图一般都采用单线图（即一相电路图）。这样使主接线图简化、清晰。如果在某些局部三相结构不同，只在这部分局部画成三相图。,以下为某发电厂电气主接线：,3、电气主接线设计的重要性,1、电气主接线图是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据。 2、电气主接线图表明了发电机、变压器等电气设备的数量、规格、连接方式及可能的运行方式。 3、电气主接

3、线的好坏直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济的运行。,！一、对电气主接线的基本要求：,（一）可靠性 1、分析和评估可靠性应从以下几个方面考虑： （1）发电厂和变电站在电力系统的的地位和作用。 （2）负荷性质及类别。 （3）设备的可靠性程度。 （4）长期实践运行经验。,负荷性质（补充）,我国将电力负荷按其对供电可靠性的要求不同分为三个等级。 （1）类负荷 概念：这类负荷若供电突然中断将造成生命危害，或造成重大设备损坏且难以修复，或打乱复杂的生产过程并使大量产品报废，给国民经济带来极大损失。 例：冶金行业的炉体冷却水泵、浇注车间、连续轧刚车间、矿山企业的主排水泵、主扇风机、化工企业的反应炉、

4、建材行业的水泥回转窑；医院的手术室； 国家的铁路枢纽、通信枢纽、国防设施等。 特点：绝对不允许停电！必须两个独立电源供电！,负荷性质（补充）,（2）类负荷 概念： 这类负荷若突然停电，将造成生产设备局部损坏，或生产流程紊乱且恢复较困难，企业内部运输停顿，或出现大量减产，因而在经济上造成一定的经济损失。 特点： 一般允许停电几分钟，在工业企业中占的比例最大。 应由两回线路供电，两回线路应尽可能取自不同的变压器或母线段。,（3）类负荷, 概念： 不属于一、二级负荷的用电设备。 例：农业用电、居民用电 特点： 对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。,总结： 大型企业中，一、二级负荷约

5、占总负荷的60%，即使短时停电损失也很大。 此外，各级负荷不能孤立地看待，一个企业中只要有一个一级负荷，则该企业的总降压变电所对于上级供电部门来说就是一级负荷。,2、主接线可靠性的基本要求：,断路器检修时，能否不影响供电； 线路、断路器或母线故障时以及母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运出线回路数和停电时间，并能保证对全部类及全部或大部分类用户的供电； 尽量避免发电厂或变电站全部停电的可能性； 大型机组突然停运时，不危及电力系统稳定运行。,一、对电气主接线的基本要求：,（二）灵活性 1、涵义： 适应各种运行方式（正常、检修、事故及处理、特殊、投切设备、增减负荷等）的变化。 2、具体衡量要求：

6、 操作的方便性 调度的方便性 扩建的方便性,一、对电气主接线的基本要求：,（三）经济性 在满足可靠性与灵活性的前提下做到经济合理。 （1）节省一次投资。 （2）占地面积少。 （3）电能损耗小。,第二节 电气主接线的基本形式,主接线的基本形式：,有汇流母线的接线方式,无汇流母线的接线方式,第二节 电气主接线的基本形式,一、有汇流母线的接线方式 适用于进出线较多的场合。 优点： 接线布置清晰、运行方便、 有利于安装和扩建。 缺点： 母线一旦发生故障，将会造成其上连接的所有回路停电。 增加了一些设备，占地面积较大。,第二节 电气主接线的基本形式,二、无汇流母线的接线方式 适用：进出线较少，不再扩建的

7、发电厂、 变电站。 优点：使用电气设备较少，配电装置 占地面积较少。,一、有汇流母线的电气主接线,（一）单母线接线 母线起汇集和分配电能的作用。 每一条进出线回路都组成一个接线单元， 每个接线单元都与母线相连。 可分为： 1、不分段的单母线接线 2、单母线分段接线,1、（不分段的）单母线接线,(1)主母线的作用 保证电源并列工作； 使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。 （2）电源 电源可以是发电机： 发电机与出口断路器之间一般可不装隔离开关。 但有时为了对发电机单独调试，也可装隔离开关。 电源也可以是变压器。,1)接线方法及工作要求，见右图,(3)线路（出线）开关电器的配置,每一个回路中都

8、装有断路器和隔离开关。 A、断路器与隔离开关作用（回顾） B、母线隔离开关：QS21 线路隔离开关：QS22 C、断路器与隔离开关操作顺序： 合：QS21 QS22 QF2 分：QF2 QS22 QS21,此操作顺序遵守了两条基本原则：,一是防止隔离开关带负荷合闸或拉闸； 二是在断路器处于合闸状态下(或虽在分闸位置，但因绝缘介质性能破坏而导通)，误操作隔离开关的事故不发生在母线侧隔离开关上，以避免误操作的电弧引起母线短路事故；反之，误操作发生在线路隔离开关时，只引起本线路短路事故，不影响母线及其他线路运行，造成的事故范围及修复时间将大为缩小。,注意：为了防止误操作，除严格按照操作规程实行操作票

9、制度外，还应在隔离开关和相应的断路器之间，加装电磁闭锁、机械闭锁或电脑钥匙。,D、QE（隔离开关的接地开关）,作用：用于线路检修时替代临时安全接地线的作用。 注意：为了避免发生接地开关接地状态下误合主闸刀的事故，主闸刀与接地开关之间应有机械连锁装置！,接地开关配置原则： 110kV及以上时：断路器两侧的隔离开关和线路隔离开关的线路侧均应配置接地开关。 35kV及以上的母线：在每段母线上应设置12组接地开关或接地器，以保证电器或母线检修时的安全。 35kV以下的电网一般临时安装地线。,D、QE（隔离开关的接地开关）,注意： 为了避免发生接地开关接地状态下误合主闸刀的事故，主闸刀与接地开关之间应有

10、机械连锁装置！ 只有对方断开时方能合上。,2)（不分段）单母线接线的特点,A、优点： 简单、经济。 接线简单（设备少）、清晰、明了； 布置、安装简单，配电装置建造费用低； 断路器与隔离开关之间易实现可靠的防误闭锁， 操作安全、方便，母线故障的几率低； 易扩建和采用成套式配电装置。,B、缺点： 不够灵活可靠。,（1）可靠性差： 母线或母线隔离开关故障或检修时，所有支路都将停电；要造成全厂或全站停电。 任一出线断路器检修时，该回路必须全部停电； （2）调度不方便： 电源只能并列运行， 不能分列运行，线路侧短路时， 有较大的短路电流。,3）（不分段）单母线接线的适用范围,只适用于出线回路数较少，没有

11、重要负荷的发电厂、变电所。,2、单母线分段接线,当引出线数目较多时，为提高供电可靠性，可用断路器将母线分段。 1)接线方法，见右图：,2) 两种运行方式: 断路器断开，电源分裂运行； 断路器合上，电源并列运行 ；,2、单母线分段接线,3）单母线分段的数目 单母线分段的数目，取决于电源数目和容量。 段数分的越多，故障时停电范围越小，但使用断路器的数量越多， 配电装置的运行也越复杂。 一般以23段为宜。,2、单母线分段接线,4)单母线分段接线的特点 优点 ： 可采用双回路供电给一级负荷，可靠性大为提高； 母线、母线隔离开关检修仅停一半，提高了灵活性。 缺点： 主母线、母隔故障或检修， 停电一半；

12、任一回路断路器检修， 该回路必须停电。,2、单母线分段接线,5）适用范围 小容量发电厂： 发电机电压配电装置，一般每段母线上所接发电容量为12MW左右，每段母线上出线不多于5回； 变电站： 有2台主变时的610kV配电装置； 3563kV配电装置出线为48回 110220kV配电装置出线为34回。,（二）双母线接线,单母线接线中，当母线故障时，接在该母线上的所有支路将全部停电，双母线接线可克服此缺点。 双母线接线共有以下3种形式： 1、（不分段的）双母线接线 2、双母线分段接线 3、带旁路母线的双母线分段,1、（不分段的）双母线接线,每一条引出线和电源支路都经1台断路器与2组母线隔离开关分别接

13、至两组母线。 两组母线之间的联络，通过 母联断路器联结。,2)运行方式： QFC断开，一组母线工作，一组母线备用。 正常运行时，所有电源和引出线均接于工作母线上。备用母线不带电。相当于单母线接线。,1）接线方法,（不分段的）双母线接线运行方式,QFC闭合，双母线同时运行（常用） 电源与负荷平均分配在两组母线上，两组母线功率均匀分配。亦称固定连接方式运行。 双母线同时运行时，它具有单母线分段接线的特点。,若一组母线发生故障，只会引起接至故障母线上的部分电源和引出线停电，经倒闸操作可迅速地将停电部分转移到另一组母线上，便可以恢复工作。,（不分段的）双母线接线运行方式, QFC断开，两组母线同时运行

14、. QFC处于热备用状态。 此时相当于分裂为两部分， 各向系统输送功率。,常用于系统最大运行方式时，限制短路电流。,3）（不分段的）双母线接线的优点：,供电可靠 A、检修任一母线时，可不中断供电。 （将工作母线转换为备用母线的操作称倒母线操作）,倒母线操作的顺序：（W1工作，W2备用） 1、合上母联断路器两侧的隔离开关； 2、合母联断路器QFC，向备有母线W2充电； 3、在两组母线等电位的情况下，按 “先通后断”的原则操作，即先接通备用 母线W2上的隔离开关，再断开工作母线W1上 的隔离开关，完成母线转换； 4、断开母联断路器QFC及两侧的隔离开关，工作母线W1即可退出运行进行检修。,供电可靠

15、 B、一组母线发生故障后，能迅速恢复供电。 C、检修任一回路的母线隔离开关时，只需停运该回路和与此回路相连的该组母线，其它回路均可通过另一组母线继续运行。 （操作步骤必须正确！）,3) （不分段的）双母线接线的优点：,3) （不分段的）双母线接线的优点：,调度灵活 A、各个电源和出线可任意分配到某一组母线上，可灵活的适应系统中各种运行方式的调度。（三种运行方式） B、便于试验。 个别回路需单独试验时，可将该回路单独接至一组母线上。 扩建方便。 向双母线左右任何方向扩建，均不影响 两组母线的电源和负荷的自由分配， 也不会造成原有回路停电。,4) （不分段的）双母线接线的缺点：,、倒闸操作复杂。

16、在倒母线的过程中把隔离开关当作操作电器使用，容易发生误操作。 、一组母线故障时，接于该母线的所有支路要短时停电。 为了缩小停电范围，可采用双母线分段的方式。 、检修出线断路器时，该回路需停电， 这对于重要用户来说是不允许的。 克服此缺点可采用双母线带旁路母线 的接线。 、接线复杂，占地面积大， 经济性较差。,5) （不分段的）双母线接线的适用范围,、进出线回路数较多、容量较大、出线带电抗器的610kV配电装置； 、3560kV出线超过8回，或联结的电源较大、负荷较大时； 、110出线回路数为6回及以上时； 、220kV出线数为4回及以上时。,2、双母线分段接线,为了进一步缩小母线停运的范围，可

17、采用双母线分段接线。 1）接线及运行方式：,每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连，电源和出线均匀分布在两段工作母线上。,分段断路器QFD将工作母线分为两段;,2)双母线分段的特点及适用范围,优点： 由于分段的增加，可进一步缩小母线停运的范围，供电可靠性更高。 缺点： A、增加了母联断路器和 分段断路器，投资增大 B、检修出线断路器时， 该支路仍需停电。,2)双母线分段的特点及适用范围,适用： 中小电厂的发电机电压配电装置及变电站610kV配电装置中，进出线回路数较多，输送容量较大时，为限制短路电流，常采用3分段或4分段； 220kV进出线为1014回的装置，采用3分段； 在330500

18、kV大容量的装置中，出线为6回及以上时，也有采用双母线分4段的接线。,（三）带旁路母线的单母线和双母线接线,为克服支路断路器检修时，该支路必须停电的缺点，可采用增设旁路母线的方法。,旁路母线:WP 旁路断路器:QFP 母线旁路隔离开关: QSP1,QSP2,QSPP 线路旁路隔离开关:QSP,(1)单母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线,1）接线方法,(1)单母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线,2)操作 正常工作： QFP、各QSP断开，WP不带电； QSPP合，QSP（或QSP）合， （QFP热备用）； 检修时：（QF3) 操作顺序一： A、QSP合，合QFP，检查WP是否完好； B、

19、若WP完好，则合QSP1，断QF3，断QS32和QS31,(1)单母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线,操作顺序二：（安全） A、QSP合，合QFP， 检查WP是否完好； B、若WP完好，断QFP， 合QSP1，合QFP，断QF3， 断QS32和QS31。,避免QF3事故跳闸，QSP带负荷合闸的危险！ 3）优点： 检修任一断路器时，该回路都不停电，提高了供电的可靠性。 4）缺点： 多装了断路器和隔离开关，增加了投资。,（2）分段断路器兼作旁路断路器的旁路母线接线,1）接线及操作 正常运行时： QS3、QS4断开，QS1、QS2 、QFD闭合, QSD打开 ,WP不带电，以单母线分段方式运行。

20、,检修任一出线断路器时：（QF1) A、合分段隔离开关QSD(使W、W母线保持联系)， 断QFD、QS2, 合QS4,合QFD,检查WP是否完好。 B、若WP完好，合QSP，断QF1及两侧隔离开关。,2）优点：节省一台断路器,（3）旁路断路器兼做分断断路器的接线,1）接线及操作 正常运行时： QS1、QS3合，QFP合，QFP兼做分段断路器，WP带电。 检修任一出线断路器时(QF1),合QS2 (使W、W母线保持联系)，断QS3，合QSP， 断QF1及两侧隔离开关。 2）优点： 又节省两个隔离开关。,3、双母线带旁路母线的接线方式,用旁路断路器代替检修中的回路断路器工作，使该回路不致停电。 类

21、型： （1）设专用旁路断路器 （2）旁路断路器兼做母联断路器 （3）母联断路器兼做旁路断路器,设专用旁路断路器的双母线带旁路母线的接线方式,母联断路器兼做旁路断路器,旁路断路器兼做母联断路器,设专用旁路断路器的双母线带旁路母线的接线方式,旁路母线设置的原则（了解）,总原则：不允许停电检修断路器时，设置旁路母线。 A、220kV出线在4回及以上； B、110kV出线在6回及以上; C、3560kV配电装置中： 采用单母线分段接线且断路器无条件停电检修时，可设置不带专用旁路断路器的旁路母线接线； 采用双母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件时，可设置旁路隔离开关。 采用35kV单母线手车式成套开关柜

22、时，由于断路器可迅速置换，可不设旁路设施。,旁路母线设置的原则（了解）,D、610kV配电装置一般不设置旁路母线 但610kV单母线接线及单母线分段接线的配电装置，当 采用固定式成套开关柜时，由于容易增设旁路母线，可考虑装设。,发展趋势：取消旁路母线！,（三）一台半断路器接线,每2组母线之间串联装设3台断路器，于2台断路器间引接1回路。 由于回路数与断路器台数之比为2：3，故称为一台半断路器接线或二分之三断路器接线。,正常运行时，全部断路器和隔离开关均投入运行。,1、接线及运行方式：,2、一台半断路器接线的特点,优点： （1）检修任一断路器时，都不会造成任何回路停电。 （2）任一母线故障，仅跳

23、开与此母线相连的断路器，不引起 任何回路停电。 甚至于两组母线同时故障 的极端情况下，功率仍可送出！ （3）线路故障，只是该回路被切除， 不会造成其他回路停电。,2、一台半断路器接线的特点,优点： （4）操作方便、安全。 隔离开关不做操作电器，减少了误操作。 （5）正常运行时两组母线与 全部断路器都投入使用， 每串断路器互相连接形成 多环状供电，运行调度较灵活。 缺点： 使用设备较多，配电装置复杂， 投资较多。,3、一台半断路器接线的两条原则,（1）电源线与负荷线配对成串 同一个“断路器串”上配置一条电源回路和一条引出线回路。,3、一台半断路器接线的两条原则,（2）配电装置初期仅两串时，同名回

24、路宜分别接入不同侧的母线，进出线应装设隔离开关。当接线达三串及以上时，同名回路可接于同一侧母线。,交叉接线比非交叉接线具有更高的运行可靠性，可减少特殊运行方式下的事故扩大！,配置方式如图：,4、一台半断路器接线适用范围：,适用于超高压电网！ 大型发电厂和变电所的330500kV的装置中： 当进出线回路数为6回及以上，配电装置在系统中有主要地位时，宜采用一台半断路器接线。 现500kV变电站，一般都采用此接线。,（四）三分之四断路器接线,2、特点： 与一台半断路器相比， 投资节省，但可靠性降低， 布置复杂。 3、适用于： 发电机台数（进线）大于线路数（出线）的大型水电厂。,1、接线： 3条回路，

25、4台断路器。,（五）变压器母线组接线,1、接线 （1）每条出线回路由两台断路器分别接在两组母线上。 （2）变压器通过隔离开关直接接在母线上（变压器是高可靠性设备，直接接入母线，不影响运行）。,当出线较多时，出线也可采用一台半断路器接线。,2、变压器母线组接线特点及适用范围,优点： （1）任一断路器故障，不会引起任何支路停电。 （2）任一母线故障，不会引起任何支路停电。 （3）变压器故障时，连接在母线上的断路器跳开，不影响其它回路供电。 （4）调度灵活，电源与负荷 可自由分配，安全可靠， 有利于扩建。,适用： 发电机台数大于线路数的大型水电厂。,二、无汇流母线的电气主接线,特点： 没有母线，所以

26、使用断路器少，结构简单，投资较小。 主要类型： 1、单元接线 2、桥形接线 3、多角形接线,1、单元接线,（1）发电机变压器单元接线 发电机、变压器直接接成一个单元，组成发电机-变压器组。 A 、发电机双绕组变压器单元接线 接线方法： 发电机端无出口断路器， 为调试方便可装隔离开关。 缺点: 任一元件故障或检修全停，灵活性差 。,B、发电机三绕组变压器单元接线,接线方法： 发电机与变压器之间有断路器，可单独切除发电机，而不连带切除变压器，以便在发电机停运时不中断高压与中压电网之间的联系。,发电机三绕组变压器单元接线,C、发电机变压器线路单元接线,接线方法： 特点 ： 简单经济，不需高压配电装置

27、。 适用范围： 一发一变一线。,发电机变压器线路单元接线,发电机双绕组变压器单元接线,发电机变压器单元接线的特点,优点 ： 接线简单，使用的电器最少，操作简便。 配电装置简单，投资少，占地小； 发电机出口短路电流小； 继电保护简单。 适用：大型及中型发电厂不带近区负荷的机组。,（2）扩大单元接线,接线： 两台发电机与一台变压器相连，每台发电机出口均装设一组断路器，以便各机组独立开、停。,特点： 比单元接线少一台主变，更为简单经济，一机停电不影响厂用电，但主变故障或检修全停。 适用范围 单机容量较小（单机容量系统容量的12），而电厂的升高电压等级较高的系统（例50MW机组接入220kV系统）。,

28、2、桥形接线,适用： 当只有两台变压器和两条线路时，采用桥形接线。 按桥连断路器的位置不同，可分两种： （1） 内桥 （2）外桥,（1）内桥,接线方法： 桥断路器位于线路断路器内侧。 特点 ： 优点 接线简单、经济（断路器最少）； 布置简单占地小，可发展为单母线分段接线； 线路投、切灵活，不影响其它电路的工作。 缺点 变压器投切操作复杂，故障检修影响其它回路。 适用范围： 双线双变的水电站、变电所35220kV侧： 线路较长（故障多），而主变年负荷利用小时数高（不经常切换）且无功率穿越的场合。,（2）外桥,接线方法： 桥断路器位于线路断路器外侧。 特点 : 与内桥接线相对应“变压器”“线路”

29、适用范围 : 双线双变的水电站、变电所35220kV侧： 主变年负荷利用小时数低（经常切换），而线路较短（故障少）或有穿越功率的场合。,外桥,QF1,QF2,QF3,桥形接线小结,桥形接线投资省，但可靠性不高。 适用于小容量的发电厂或变电所，以及作为最终发展成为单母线分段接线或双母线接线的工程初期接线形式； 也可用于大型发电机组的启动、备用变压器的高压侧接线方式。,3、多角形接线,（1）接线方法 ： 常用3角、角、5角、角。 各支路断路器连接成一个环，然后将各支路连接在环的顶点上。 “角数”断路器数出线回路数电源回路数；,角形接线的优点：,设备少、投资省。 断路器数=回路数，除桥形接线外，与其

30、它常用主接线相比，角形接线所用设备是最少的。 运行的可靠性与灵活性较好。 每一回路由两台断路器供电，检修任一断路器时， 所有回路都不会中断供电。 操作方便、安全。 隔离开关不作操作电器。 占地面积小。 角形接线具有双母线带旁路的可靠性，但却省去了母线和旁路设施及许多隔离开关，占地面积仅为普通中型双母线带旁路接线的40，对地形狭窄地区和地下洞内布置较合适。,角形接线的缺点：,开环运行时可靠性降低； 检修环内任一断路器或隔离开关时，都要开环运行，此时，如其它元件再发生故障，角形接线就被分割成两半运行，从而影响到供电的可靠性。 因此，角形接线不适用于回路较多的情况，一般最多用到六角形，而以三角形、四

31、角形用得最多。,角形接线的缺点：,设备选择困难，继电保护复杂； 闭环和开环两种情况下各支路的潮流变化差别较大，这使设备选型带来困难，并使继电保护的整定复杂。 较难于扩建和发展。,适用范围：回路较少且发展已定型的110kV及以上的配电装置中。,三、典型主接线分析,1、火力发电厂电气主接线 发电厂分类（回顾）,（1）区域性电厂：多为凝汽式电厂 （2）地方性电厂：多为热电厂,火电厂电气主接线特点： 无论是凝汽式火电厂或热电厂，它们的电气主接线应包括发电机电压接线形式及l2级升高电压级接线形式的完整接线，且与系统相连接。,发电机电压接线的特点：,当发电机机端负荷比重较大，出线回路数又多时、发电机电压接

32、线一般均采用有母线的接线形式。 实践中： 发电机容量6MW：多采用单母线接线； 发电机容量12MW：可采用单母线分段或双母线；,发电机电压接线的特点：,发电机容量 25MW： 可采用双母线分段接线，并在母线分段处及电缆馈线上安装母线电抗器和出线电抗器限制短路电流。 发电机容量 100MW时： 在满足地方负荷供电的前提下，多采用单元接线或扩大单元接线直接升高电压。 这样，不仅可以节省设备，简化接线便于运行且能减小短路电流。,升高电压级接线的特点：,为了使发电厂升高电压级的配电装置布置简单、进行检修方便，一般升高电压等级不宜过多，通常以两级电压为宜，最多不应超过三级。 发电厂升高电压级的接线形式，

33、应根据输送容量大小、电压等级、出线回路数多少以及重要性等予以具体分析，区别对待。,升高电压级接线的特点：,可以采用双母线、单母线分段等接线，当出线回路数较多时，还应增设旁路母线； 当出线数不多，最终接线方案已明确者，也可采用桥形接线、角形接线， 对电压等级较高、传递容量较大、地位重要者亦可选用一台半断路器接线形式。,举例：见下页,4300MW机组发电厂电气主接线,QF4,QF1,QS1,QF2,QF3,2、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。

34、 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)水电厂多建在山区狭谷中，地形比较复杂。 为了缩小占地面积，减少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。,水力发电厂具有以下特点：,4)水轮发电机启动迅速、灵活方便。 因此，水电厂的负荷曲线变化较大、机组开停频繁、设备年利用小时数相对火电厂为小，其接线应具有较好的灵活性。 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把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：,水力发电

35、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。 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母线接线。 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。,中等容量水电厂电气主接线,大型水力发电厂的电气主接线,3、变电所电气主接线,变电所的主接线，要根据变电所在电力系统中的地位、作用、种类、负荷性质、负荷容量、电网结构等多种因素确定。 （1）变电所分类（回顾） 枢纽变电所、地区变电所、中间变电所、终端变电所。 根据变电所的类型不同，可分别采用相应的接线方式。,（2）降压变电所

36、主接线常用接线形式,变电所主接线的高压侧： 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。 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。 如果电压较高又是极为重要的枢纽变电所，宜采用带旁路的双母线分段或一台半断路器接线。 变电所的低压侧： 常采用单母线分段或双母线接线。,（3）举例：,T1,T2,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 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、短路电流数学表达式：,2、措施：增大电源到短路点的阻抗。,断路器价格表 ZW8-12/T型户外高压真空断路器 价格：6500.0

37、0 元/台 ZW32-12 系列 户外高压真空断路器 价格：8000.00 元/台 LW25.LW36-126 系列户外SF6开关设备 适用于500kV输电系统的SF6开关装备，价格：1400000.00 元/台,三、限制短路电流的方法,（一）加装限流电抗器 适用于610kV的配电装置中。 1、目的：使发电机回路及用户侧能采用轻型电器。 2、限流电抗器：单相、空心电感线圈 分类：（按中间有无抽头分类） 普通电抗器、分裂电抗器。 3、普通电抗器：单相、中间无抽头的电感线圈。 分类：（按安装地点的不同） 线路电抗器、母线电抗器。,电抗器的接法,（1）线路电抗器,A、作用：限制馈出线路的短路电流，使

38、出线能选择轻型断路器。 B、安装地点： 在采用电缆出线时，常在电缆馈线端加装出线电抗器。 但对于架空馈线，通常在架空线路上不装设电抗器。 C、优点：不仅限制短路电流，而且能在母线上维持较高的剩余电压，对于非故障用户非常有利。,D、缺点： 出线端装设电抗器后，在正常工作时，由于通过负荷电流，将产生电压损失和电能损耗，并使投资增加，配电装置结构复杂化。但从发电厂和用户整体来看还是有益的。,（1）线路电抗器,为了达到既能限制短路电流，维持母线较高残压，又不致在正常工作时产生较大的电压损失(应小于5）和功率损耗，出线电抗器的电抗百分值，一般选为36。,小提示：,（2）母线电抗器,作用： 让发电机出口断

39、路器、变压器低压侧断路器、母连断路器、分段断路器等都能按额定电流来选择，不因短路电流过大而使容量升级。,（2）母线电抗器,在母线上装设电抗器，所产生的电压损失和功率损耗为最小。 为了有效地限制短路电流，母线分段电抗器的电抗百分值一般选为812。,提示：,一般情况下：当在分段断路器上装设母线电抗器或在发电机、变压器回路装设分裂电抗器不满足要求时，再考虑在线路上装设线路电抗器。,4、分裂电抗器,（1）定义：单相、中间有抽头的空心电感线圈。,（2）特点： 短路状态下的电抗值比正常运行时电抗值大。,推导过程：,分裂电抗器的两臂的自感相同(即LlL2L)， 每一臂的自感抗XLL。,两臂间有磁的耦合，若互

40、感系数为M，则耦合系数f,耦合系数f决定于分裂电抗器的结构:一般取为0.40.6。 两臂间的互感电抗：,推导过程,正常运行时： 通常两臂的电流可以认为大小相等而方向相反。 如图，每臂的电压降U:,若取f=0.5，则U0.5IXL ， 正常运行时： 分裂电抗器每臂的运行电抗（穿越型电抗）为0.5XL。,推导过程,在短路情况下： 例如d1点短路，这时有两种情况： 一种是短路电流只流过一个臂，另一臂的负荷电流相对于短路电流而言很小，可以忽略不计。 臂1上的电压降UI d XL， 即该臂电抗值（单臂型电抗）增至XL。,推导过程,另一种情况是短路电流自同一方向流过两臂。如图c,臂1上的电压降： UI d

41、 XL+ I d XM =IdXL(1+f)=1.5 IdXL ， 即该臂电抗值增至1.5XL。,小结：,使用分裂电抗器的优点： 若分裂电抗器的电抗值和普通电抗器的电抗值相等时，两者限制短路电流时作用相同。 但正常运行时，分裂电抗器电压损失是普通电抗器的一半，而且多提供一倍的出线，减少了占地面积，有利于设备布置。,分裂电抗器的装设地点,（二）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。,分裂绕组变压器有一个高压绕组和两个低压的分裂绕组。 两个分裂绕组的额定电压和额定容量相同，匝数相等。 由于两个分裂绕组有漏抗，所以2台发电机之间的电路中有

42、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。,正常运行时的电抗值只相当于两分裂绕组短路电抗的1/4。,设X1为高压绕组的漏抗；,高压绕组开路时，两低压分裂绕组漏抗：,若高压侧开路，低压侧一台发电机出口处短路: 通过两分裂绕组的短路电抗为：,正常工作时：高低压绕组正常工作时的等值电抗为：,分裂绕组变压器的使用：,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。,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

43、至厂用电的不同分段上。,应减少并联设备支路或增多串联设备支路，可增大系统阻抗，减小短路电流。 具体方法如下： 1、对具有大容量机组的发电厂采用单元接线； 2、对于降压变电所，将两台降压变压器低压侧分开运行，即“母线硬分段方式”； 3、在环形网供电网络穿越功率最小处开环运行。,（一）选择适当的主接线和运行方式,单元接线,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、变电所中向系统、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（所）用变压器 只供本厂（所）用电的变压器。,几种类型的变压器示意图：,二、主变压器的选择,（一）主变选择的目的

44、 （二）主变容量和台数的确定 原则：尽量减少变压器台数，提高单台容量。 原因： 变压器单台容量可以做的很大，而且单位容量的造价随单台容量的增加而下降。 台数的减少，与之相配套的配电设备相应减少。 使配电装置结构简化，布置清晰，减少占地面积。,（二）主变容量和台数的确定,各种接线方式下容量的选择原则不尽相同。 1、发电机变压器单元接线 ST1=（SG-S厂用电）*（1+10%） 扩大单元接线： 尽量采用分裂绕组变压器。 ST2=（SG1+ SG2 -S厂用电）*（1+10%）,T2,厂用电,厂用电,2、具有发电机电压母线接线的主变容量与台数的确定,（2）当接在发电机电压母线上的最大一台机组检修时

45、，主变应能从电力系统倒送功率，保证发电机母线负荷上最大负荷的需要。 若SG1SG2，则SG1检修时：,ST S负荷max +S厂用电- SG2,（1）当发电机全部投入运行后，满足发电机供电的日最小负荷，并扣除厂用负荷后，主变能将母线上的剩余有功和无功容量送入系统。 STSG-S发电机负荷min-S厂用电,2、具有发电机电压母线接线的主变容量与台数的确定,（3）当发电机母线上接有两台或以上的主变时： 当其中最大的一台退出运行时，其它主变在正常过负荷范围内，应能输送母线剩余功率的70%。,具有发电机母线的发电厂： 接于发电机母线上的主变不应少于2台。 利用余热发电的中小型电厂： 可只装1台主变与电

46、力系统构成弱相连。,ST （SG-S发电机负荷min-S厂用电）* 70%,台数的确定：,3、连接两种升高电压母线的联络变压器容量的确定,（1）应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下，网络间的有功和无功功率交换。,台数：一般设1台，最多不超过2台。,（2）容量不应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检修或故障时，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求。,4、变电所主变容量和台数的确定,（1）容量的确定 按510年规划负荷选择。 对重要变电所： 1台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应能满足所有类和类负荷的需要。 一般变电所 1台主变停运时，其余变压器

47、应能满足全部负荷的 70%80%。,4、变电所主变容量和台数的确定,（2）主变台数的确定 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）变压器型式的选择,1、相数的确定 （1）容量为300MW及以下机组单元接线的变压器和330kV及以下电力系统：一般选三相变压器。 若受到变压器制造条件和运输条件的限制，可选用两台小容量的三相变压器取代一台大容量三相变压器，或选用单相变压器组。 （2）容量为600MW机组单元接线及500kV电力系统: 应综合考虑运输和制造条件，经技术经济比较，可选用单相变压器。,2、绕组数的确定,（1）发电厂中有一种升高电压等级时，只能选用双绕组变压器

48、； 发电厂中有两种升高电压等级时，可选用两台双绕组、三绕组、自耦变压器。 （2）若最大一台机组容量在125MW及以下的发电厂，多采用三绕组变压器。 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以上。 一个发电厂或变电站的三绕组变压器一般不超过3台。,2、绕组数的确定,（3） 若最大一台机组容量在200MW及以上的发电厂，采用双绕组变压器联络变压器。 联络变压器一般采用三绕组变压器或自耦变压器，低压绕组可作为厂用备用电源或启动电源，亦可接无功补偿装置。 （4）采用扩大单元接线时，采用低压分裂绕组变压器。（限制短路电流） （5）110kV 及以上中性点直接接地系统中，凡需选用三相变压

49、器时，均可选用自耦变压器。,3、绕组接线组别的确定,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”联结，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 ”联结。,4、调压方式的确定,调压的两种方式 ： 不带电切换（无激磁调压）范围：22.5% 带电切换（有载调压）范围：30%（价格贵） 下列情况采用有载调压变压器： 接于出力变化大的发电厂的主变压器，特别是潮流方向不固定，且要求变压器二次电压维持在一定水平。 具有可逆工作特点的联络变压器，为保证供电质

50、量，要求母线电压恒定时。,5、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，强迫风冷却，强迫油循环水冷却， 强迫油循环风冷却，强迫油循环导向冷却。,第五节 电气主接线举例,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、拟订主接线方案 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 发电厂类型 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,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

51、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。,提示：,1、对原始资料分析,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想时间，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） 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,电力系统近期及远景规划（510年） 发电厂或变电所在电力系统中的

52、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。,（2）电力系统情况,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。 因为它的装机容量已超过电力系统的事故与检修备用容量。若全厂停电，会影响系统供电的可靠性。,电力系统检修备用容量为815%； 电力系统事故备用容量为10%。,小提示：,（2）电力系统情况,电厂接入电力系统的电压等级一般不超过2级： 100300MW机组宜接入220kv系统； 600M

53、W及以上的机组宜接入500kv及以上系统；,（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,当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔、地震等因数对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。 对重型设备的运输条件也应充分考虑。 （5）设备供货情况,（4）环境条件,2、拟定主接线方案,根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定出若干个主接线方案。 根据主接线的基本要求，从技术上论证各方案的优、缺点，淘汰一些明显不

54、合理的方案，最终保留23各技术上相当，又都能满足任务书要求的方案，再进行经济比较。 对在系统中占重要地位的大容量发电厂或变电所主接线，还应进行可靠性定量分析比较。,（1）经济计算比较,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。 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： 1、根据电气主接线的形式，列出其中所有元件； 2、给出每个元件的故障率、修复率、计划检修率、停运时间等。 3、确定系统故障判据，即规定主接线正常和故障条件。 4、建立数学模型，选择要计算的可靠性指标，如系统故障率、故障频率、平均无故障时间、平均停电时间等。 5、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）,6、工程概算的构成 概算的编制是以设计图纸为基础，以国家颁布的工程建设预算费用构成及计算标准、全国统一安装工程预算定额、电力工程概算指标以及其它文件和具体规定为依据，并按国家定价与市场调整或浮动价格相结合的原则进行。 包括： （1）主要设备器材费 （