新3-4(主接线).ppt

1、第三章 常用计算的基本理论和方法(P.63),第四章 电气主接线及设计(P.100) 主要内容： 1. 主接线的基本接线形式； 2. 主变压器选择； 3. 限制短路电流的方法； 4. 电气主接线设计。,第一节 概述,用标准的图形和符号把发电机、变压器、断路器等设备按预期生产流程连成的电路，称为电气主接线 。 电气主接线表明电能送入与分配的关系以及各种接线方式，是单线图，即以一条线表示三相线路。,在发电厂和变电站的控制室内，为了表明实际运行状况，通常设有电气主接线模拟图。运行时，模拟图中各种电气设备所显示的工作状态必须与实际运行状态相符。,一、对主接线的基本要求 1.可靠性 就是连续供电的可能性

2、。 怎样分析和评价主接线的可靠性？ 1） 厂（所）在电力系统中的地位和作用； 2）可靠性与负荷性质和类别有关； 3）为保证系统可靠，应提高设备的可靠性； 4）运行经验写入规程，是提高可靠性的重要条件。,一般而言，因事故被迫中断供电的机会越少、影响范围越小、停电时间越短，主接线的可靠性就越高。 说明： 1）只有大系统、大机组才定量计算可靠性。 2）定性分析和衡量可靠性时，一般从以下几方面考虑： （1）QF检修，是否影响供电； （2）线路、QF或母线故障，以及母线或QS-W检修时，停运多少条线以及停电时间长短； （3）全厂（所）停电的可能性； （4）大机组停运时，对稳定的影响。,2.灵活性 定义：

3、 （1）操作的方便性：结构简单，操作方便。 （2）调度的方便性：指适应系统运行方式要求的能力，即改变运行方式的简捷程度、快慢速度。 （3）扩建的方便性：指考虑扩建的可能性，即扩建时能否不停电或少停电。 3.经济性 1）投资省，包括一次部分、二次部分 2）占地少 3）电能损耗少 总之，发展、节约并重，以经营为主。,二、设计原则 以设计任务书为依据，以技术法规为准绳，结合实际。 工程设计四个阶段：可行性研究阶段，初步设计阶段、技术设计阶段、施工设计阶段。 强调：（1）树立技术法规观念； （2）从实际出发，解决可靠性、经济性之间的矛盾，随时解决出现的问题； （3）经过技术经济比较，确定主接线方案；

4、（4）大机组、超高压机组需计算可靠性。,三、设计步骤（以课程设计、毕业设计为例） 1. 分析原始资料； 2. 确定主接线方案； 3. 计算短路电流； 4. 选择主要设备； 5. 绘制主接线图； 6. 概算。,第二节 主接线的基本接线形式,一、有汇流母线 单母线及其变形、双母线及其变形、3/2QF（4/3QF）接线、变压器母线组接线。 以下分别介绍：,（一）单母线及其变形 1.单母线接线是将所有电源线及出线都接在同一组母线上。 2.倒闸操作：QS先通后断的原则。 3.特点：简单、设备少、操作方便、便于扩建； 可靠性低：*检修出线开关，停该回路； *检修母线或QS-W，全停； *母线或QS-W故障

5、，全停。 4. 提高可靠性、灵活性的措施： （1）母线分段 （2）加旁路母线,单母线分段接线,QF1,单母线分段接线仍存在以下缺点： （1）检修出线断路器，停该回路； （2）任一段母线或QS-W故障或检修时，连接在该段母线上的所有回路都停电。 为使检修出线断路器时不停电，可以加装旁路母线： （1）单母线带旁路； （2）单母线分段带旁路。,单母线带旁路,A段,B段,单母分段带旁路,（二）双母线及其变形 1.双母线接线的组成： *有两组母线，并通过母联开关连接； *每回进出线均经一台QF和两组QS分别连接在两组母线上。,双母线接线,2.运行方式： （1）一组工作，一组备用单母线。 （2）都是工作母

6、线单母线分段。 若合母联开关，电源与负荷平均分配在两组母线上固定连接，使母线保护变得简单。 若断母联开关母线硬分段，可以限制短路电流。,3.特点 优点： （1）供电可靠 *检修任一段母线，不中断供电； 倒闸： *任一段母线故障，能迅速恢复供电； *检修任一回路的QS-W，只断该回路。 （2）调度灵活 *通过倒闸操作可以组成多种运行方式； *扩建方便，向左右任一方向扩建，不会造成原有回路停电。,缺点： （1）投资大（设备多）； （2）检修出线QF时，停该回路； （3）母线故障时，需短时切换较多的电源和负荷（倒闸步骤多，误操作机会就多）。 4.改进措施 （1）双母线三分段 缩小了母线故障的停电范围

7、。 可以在分段处加母线电抗器，以限制短路电流，提高可靠性。,双母线三分段接线,（2）加旁路母线避免检修出线开关停电 *具有专用旁路QF的双母线带旁路母线接线； 特点： *运行操作方便； *增加投资（设备多）； *增加占地面积。,具有专用旁路QF的双母线带旁路母线接线,（三）3/2断路器接线 每两个元件（出线、电源）用三台断路器构成一串接至两组母线。 在一串中，两个元件各自经1台断路器接至不同的母线，两回路之间的断路器称为联络断路器。,一台半断路器接线,3/2QF接线的特点： 1. 可靠性高 （1）每一回路由两台QF供电，检修任一台不停电。 （2）母线故障时，只跳开与此母线相连的所有QF，任何回

8、路不停电； 2. 运行调度灵活 正常时，两组母线和所有断路器均投入，从而形成多环形供电，通路多，运行调度灵活。,3.操作检修灵活 （1）隔离开关仅在检修时用，避免了将隔离开关作为操作电气时的倒闸操作； （2）检修断路器时，不需带旁路的倒闸操作； （3）检修母线时，回路不需要切换。 4.投资大 因为设备多 5.继电保护及二次回路复杂 因为一个回路连接着两台QF，一台联络开关连接着两个回路。,（四）4/3 断路器接线,（五）变压器母线组接线 即线路采用双母线双断路器接线，而主变由于可靠性高，经隔离开关接到母线上。,变压器母线组接线,特点： （1）变压器与母线之间无开关节省QF投资； （2）一条出线

9、接两个开关保证高度可靠性； （3）若变压器故障，跳开接于母线上的QF，不影响回路供电，变压器用QS断开后，母线即可恢复供电。 这种接线见于美国、俄罗斯、加拿大等地域辽阔、超高压（330kV750kV）输电线路很长的国家。,二、无汇流母线的接线 （一）单元接线 单元接线是将不同性质的电力元件（发电机、变压器、线路）串联形成一个单元，然后再于其他单元并列。 由于串联的电力元件不同，单元接线有以下几种形式：,发电机双绕组变压器单元接线,发电机三绕组变压器单元接线,发电机-变压器单元接线的特点： （1）接线简单清晰，设备少，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

10、。 （3）操作简便，提高了工作的可靠性，继电保护简化。 （4）任一元件故障或检修全部停止运行，检修时灵活性差。,发电机-分裂绕组变压器单元接线(扩大单元接线),扩大单元接线与单元接线相比，有如下特点： （1）减少了主变台数和主变高压侧断路器的数目，减少了高压侧接线的回路数，从而简化了高压侧接线，节省了投资和场地。 （2）任一台机组停机都不影响厂用电的供给。 （3）当变压器发生故障或检修时，该单元的所有发电机都将无法运行。,单元接线适用范围： （1）没有地区负荷的电厂； （2）地区负荷由原有机组承担而电厂进行扩建时，大都采用单元接线。,（二）桥形接线 即在变压器线路的两个单元接线之间，搭一个桥。

11、具有接线简单清晰，设备少，造价低等特点。 桥形接线适用于仅有两台变压器和两条线路的装置中。根据桥联断路器位置的不同，可分为内桥和外桥两种形式。正常运行时，三台断路器均正常工作。,1.内桥： 桥回路置于线路断路器内侧（靠近变压器侧），此时线路经断路器和隔离开关接置桥接点，而变压器支路只经隔离开关与桥接点相连。是单母线分段的简化形式。 特点：由于线路断路器接在线路侧，使切除和投入引出线比较方便，而正常运行时，变压器操作复杂。 适用于： （1）故障相对较多的长线路； （2）变压器不需要经常投切的场合。,2.外桥 桥回路置于线路断路器外侧（远离变压器侧），此时变压器经断路器和隔离开关接置桥接点，而线路

12、只经隔离开关与桥接点相连。 特点： （1）变压器操作方便。 （2）线路投入或切除时操作复杂。,适用于： （1）线路较短且主变需经常投切的场合； （2）系统有穿越功率通过该变电站。这样可以使穿越功率仅经过桥连断路器。若用内桥，则穿越功率要经过3台断路器，任一台故障或检修，都将影响穿越功率的传输，进而影响系统的潮流分布。,（三）角形接线 根据最终进出线数目，分为三角、四角和五角形接线。,特点： （1）断路器数等于回路数，投资省； （2）每回路连两台断路器，检修任一台断路器不断电； （3）不能扩建。 适用于最终进出线为35回的110kV及以上配电装置。,三、典型主接线举例 1.某中型热电厂的主接线,

13、2.某区域性火电厂的主接线,3.某大型水电厂的主接线,总之，对于发电厂，发电机电压级接线视有无近区负荷而定；升高电压级接线应根据输送容量、电压等级、出线回路数、重要性而具体分析。 对于变电所，高压侧接线视具体情况而定；低压侧接线用单母线分段或双母线，以利于扩建。,第三节 发电厂和变电所主变压器选择,主变压器是发电厂和变电站中最主要的设备之一，在电气设备的投资中所占的比例较大，因此，主变压器的选择对发电厂和变电站的技术经济会产生很大影响，它也是主接线方案确定的基础。,变压器型号说明： 基本代号 设计序号 额定容量（kVA）/高压绕组电压级（kV） 其中基本代号含义如下： 1：耦合（普通；自耦O）

14、 2：相数（单相D；三相S） 3：圈外绝缘（油；空气G；成型固体C） 4：冷却（自冷；风冷F；水冷S） 5：油循环（自然；强迫P） 6：绕组数（双；三S；分裂F） 7：调压方式（无励磁；有载Z） 8：中性点（普通；全绝缘Q） 9：线材（铜；铝L；铜铝LB） 例如 ： SZ9-40000/110表示：三相、油浸自冷、自然循环、双绕组、有载调压、铜导线，设计序号为9（节能型），额定容量为40000kVA，高压绕组电压为110kV的变压器。,一、变压器容量、台数选择 主变：直接把电能送给变电所或用户； 联络变：连接发电厂升高的两个电压等级，相当主变的功能； 厂用变：只供本厂用电的变压器。 （一）变压

15、器容量选择 1.单元接线主变容量的选择 这时，变压器容量应与发电机容量相匹配。当采用扩大单元接线时，应采用低压分裂绕组变压器，其容量也应于所连接的发电机容量相配套。,2.有发电机母线的主变容量的选择 应按以下四种情况分别选容量，再取最大值为最终主变容量。 （1）正常运行时，保证厂用电和近区负荷最小值，将剩余功率送入系统； （2）容量最大的一台发电机检修，近区负荷最大，此时变压器应能倒送功率，满足近区负荷，并保证10%的裕度； （3）一台变压器检修，发电机全部满发，近区负荷最小，此时工作变压器应能将70%的剩余功率送入系统。 （4）有水电厂的地方，在丰水期，可能火电厂的机组全部停运，这时，应从系

16、统倒送功率给近区负荷。,3.联络变压器（一般选一台）容量的选择 （1）应满足两种电压网络在不同运行方式下有功功率和无功功率的交换。 （2）不能小于最大一台发电机的容量。 4.变电所主变容量的选择 （n - 1）原则：即变电所共有n台主变，其中一台检修时，其余（n - 1）台应保证： （1）对于枢纽所、中间所、重要地区所，其余（n - 1）台变压器应保证全部、 类负荷的需要； （2）对于用户所（终端所，一般低压侧为10kV），其余（n - 1）台变压器应保证对 70%80% 的负荷供电。,（二）变压器台数确定 1.若与系统强联络，则母线上主变数量不能少于2台； 2.若是小型发电厂，主要给近区负荷

17、供电，只有少量功率送入系统，可以用单台。但实际均选2台。 说明：主变不用明备用，应通过容量的合理选择，使主变具有暗备用。,二、型式 1.相数 一般，330kV及以下用三相，500kV从可靠性及制造水平考虑，可采用单相组成三相变压器。 2.绕组数 3.组别 必须和系统电压相位一致。 4.调压方式 无励磁调压、有载调压 5.冷却方式 随变压器型式和容量的不同而不同。,练习题： 新建110kV/35kV/10kV终端变电站。110kV侧两回进线。负荷条件： 35kV侧，6回出线，每回最大功率6MW； 10kV侧，8回出线，每回最大功率1MW。 试确定主接线型式及主变台数和容量，并画出主接线图。 作业

18、：P.133，4-10，4-11,第四节 限制短路电流的方法,短路是电力系统中较常发生的故障。短路电流直接影响电器的安全，危害电力系统的运行。为使电气设备能承受短路电流的冲击，往往选用加大容量的电气设备，这不仅增加投资，甚至有时选不到符合要求的设备，这时，应采取措施，达到限制短路电流的目的。,一、选择适当的接线形式和运行方式 1.单元接线； 2.双回路以单回路运行； 3.在环网中无功分点处开环运行； 4.使用母线硬分段等方式，将系统分为两个独立系统。,二、加装限流电抗器 加装限流电抗器限制短路电流，常用于发电厂和变电站的610kV配电装置。根据电抗器的结构，限流电抗器分为普通电抗器和分裂电抗器

19、两类。 1.普通电抗器 普通三相限流电抗器是由三个单相的空心线圈构成，按照安装地点和作用，普通电抗器分为线路电抗器和母线电抗器两种。,（1）线路电抗器 安装在出线端（L2），用来限制馈线回路的短路电流。只有在电抗器以后如K3 点短路时，才有限制短路电流的作用。,水泥电抗器的额定百分电抗值 XL%表示：在电抗器一相中流经额定电流时的感抗电压降（ XLIN ）与其额定相电压之比。,说明： （1）安装线路电抗器后，由于短路时电压降主要产生在电抗器中，因而母线能维持较高的剩余电压（或称残压），这对非故障用户，尤其对电动机极为有利，能提高供电可靠性。 （2）对于架空线路，一般不装设线路电抗器，因为其本身

20、的电抗较大，足以把本线路的短路电流限制到装设轻型电器的程度。,（2）母线电抗器 安装在母线分段处（L1），无论是厂内（K1、 K2 点）或厂外（ K3 点）发生短路，母线电抗器均能起到限制短路电流的作用。,2.分裂电抗器 为了限制短路电流和维持较高的母线剩余电压，要求电抗器的百分电抗尽可能大一些，但这样会在正常工作时引起较大的电压损失，采用分裂电抗器代替普通电抗器可以缓解这一矛盾。 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，将电抗器分为两个分支，一般中间抽头用来连接电源，两个分支用来连接大致相等的两组负荷。,正常工作时，每臂的电流在另一臂中产生负的互感电势，使电压降减小，这时

21、，每臂的总电抗为： X=XL XM = XL - f XL=（1- f ）XL 一般取互感系数 f = 0.5，因此， X=（1-0.5）XL= 0.5 XL 可见，正常工作时，分裂电抗器的电抗减小了一半，则电压损失也减小了一半。,短路时，（1）若1端短路，忽略分支2的负荷电流，短路电流由3端供向1端，这时，电抗器的电抗， X = f XL+（1+ f ）XL = XL 可见，比正常工作时电抗增大一倍。 （2）若3端开路，1端短路时，短路电流由2端供向1端，两臂中通过短路电流的大小相等，方向相同，这时，两臂总电抗 X = 2（ 1+ f ）XL = 3XL 可见，能有效地限制短路电流。,由以上

22、分析可以看出，分裂电抗器在正常工作时，电抗小，电压损失就小。在短路时，电抗增大，能起到限制短路电流的作用，而分裂电抗器限制短路电流时的总电抗，应根据短路的不同情况决定。 运行中需要注意的是，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，甚至可能出现过电压。,三、用低压分裂绕组变压器 低压分裂绕组变压器是将普通的双绕组变压器的低压绕组分裂成额定容量相等的两个完全对称的绕组。 当发电机容量较大时，采用低压分裂变压器组成扩大单元接线，以限制短路电流。 由于两个分裂绕组有漏抗，所以两台发电机之间的电路中有电抗，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。,

23、特点：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。,第五节 电气主接线设计原则和步骤,一、设计原则 以设计任务书为依据，以技术法规为准绳，结合实际。 工程设计四个阶段：可行性研究阶段，初步设计阶段、技术设计阶段、施工设计阶段。 强调：（1）树立技术法规观念； （2）从实际出发，解决可靠性、经济性之间的矛盾，随时解决出现的问题； （3）经过技术经济比较，确定主接线方案； （4）地位重要的大型发电厂和变电所要进行可靠性定量计算。,二、设计步骤（以课程设计、毕业设计为例） 1.分析原始资料 包括:本工程情况、电力系统情况、负荷情况及环境条件、设备制造情况等。 2.拟定若干个可行的主接线方案

24、 3.对各方案进行技术论证 保留23个技术上相当、满足任务书要求的方案。 4.对所保留的方案进行经济比较 5.对最优方案进一步设计 包括：短路电流计算、电气主设备选择、绘制主接线图等。,三、主接线方案的经济比较（P.97）,1.计算各方案的综合总投资 I 包括主体设备的综合投资，及不可预见的附加投资。 I = I0 ( 1+ a / 100 ) 2.计算各方案的年运行费 C 主要包括一年中变压器的电能损耗费、检修维护费及折旧费。 C =A+1 I + 2 I 说明:只需计算各方案不同部分的综合总投资和年运行费。,3.经济比较方法（分别计算出各方案的 I、C之后） 在参加经济比较的各方案中， I和C均为最小的方案应优先选用。如果不存在这种情况，则应进一步进行经济比较。 静态抵偿年限法； 动态最小年费用法。 （1）静态比较法（P.96） 不考虑货币的时间价值。适用于各方案均采用一次性投资，并且主体设备投入情况接近，建设周期短的工程。常采用的是抵偿年限法。,计算抵偿年限Pa Pa = ( I2 - I1) / (C1- C2) 抵偿年限法含义：多投的资（分子）可以在Pa年内由节约的年运行费（分母）予以补偿。 根据国家经济政策，Pa以5年为限，即如果Pa5年，选用投资大的方案。否则选用投资小的方案。,例题：某电厂主接线设计中，初选两方案的经济指标为，方案1：投资