发电厂及变电站电气设备--电气主接线

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,1,5.1 电气主接线概述,1,5.2 电气主接线的基本形式,2,5.3 主变压器的选择,3,5.4 电气主接线设计,4,5.5 典型电气主接线方案,5,5 电气主接线,目 录,2,【知识目标】,1了解电气主接线的概念及分类，掌握各种电气设备的标准图形符号和文字符号；,2掌握单母线接线、双母线接线、单元接线、桥形接线、多角形接线的接线形式、优缺点及应用；,3了解选择主变压器的原则，掌握主变压器台数、容量、型式的确定；,4掌握技术比较的内容、各种费用的计算，以及经济比较的方法；,5了解火电厂、水电站、变电站的典型主接线方案，掌握工程实际中的主接线方案的拟订和比较，确定最优方案。,5 电气主接线,3,【能力目标】,1能够认识电气设备的标准图形符号和文字符号；,2能够分析各类电气的主接线形式、优缺点及其应用；,3能够合理选择主变压器；,4能够对主接线方案进行技术经济比较；,5能够分析常见的典型电气主接线方案。,5 电气主接线,4,5.1 电气主接线概述,5.1 电气主接线概述,5,发电厂、变电站的电气主接线是指由发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电容器、互感器、避雷器等高压电气设备以及将它们连接在一起的高压电缆和母线等一次设备，按其功能要求通过连接线连成的用于表示电能的生产、汇集和分配的电气主回路电路，通常也称之为电气一次接线或电气主系统、主电路。,5.1.1 电气主接线的概念及其重要性,5.1 电气主接线概述,6,用规定的设备图形和文字符号，按照各电气设备实际的连接顺序绘成的能够全面表示电气主接线的电路图，称为电气主接线图。主接线图中还标注出了各主要设备的型号、规格和数量。因为三相系统是对称的，所以主接线图常用单线来代表三相接线（必要时某些局部可绘出三相），也称为单线图。,发电厂、变电所的电气主接线可有多种形式。选择何种电气主接线，是发电厂、变电所电气部分设计中的最重要的问题，对各种电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定等都有决定性的影响，并将长期地影响电力系统运行的可靠性、灵活性和经济性。,5.1 电气主接线概述,7,发电厂和变电站中的电气主接线主要作用如下：,（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，因此电气运行人员必须熟悉本厂（或所）电气主接线图，了解电路中各种电气设备的用途、性能及维护、检查项目和运行操作的步骤等。,5.1.2 电气主接线的主要作用,5.1 电气主接线概述,8,（2）电气主接线表明了发电机、变压器、断路器和线路等电气设备的数量、规格、连接方式及可能的运行方式。电气主接线直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是发电厂、变电站电气部分投资大小的决定性因素。,（3）电能生产的特点是发电、变电、输电和供、用电是在同一时刻完成的，所以电气主接线直接关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，也直接影响到工农业生产和人民生活。,5.1 电气主接线概述,9,电气主接线代表了发电厂和变电站电气部分的主体结构，起着汇集电能和分配电能的作用，是电力系统网络结构的重要组成部分。,电气主接线应满足以下基本要求：,（1）保证必要的供电可靠性,（2）具有一定的灵活性,（3）保证维护及检修时安全、方便,（4）尽量减少一次投资和降低年运行费用,（5）必要时要能满足今后扩建的须求,5.1.3 对电气主接线的基本要求,5.1 电气主接线概述,10,发电厂、变电站的电气主接线，因建设条件、能源类型、系统状况、负荷需求等多种因素而异。典型的电气主接线，线和单元可分为有母线和无母线两类。有母线类主要包括单母线接线、双母线接线等；无母线类主要包括桥形接线、多角形接线等。,5.1 电气主接线概述,11,5.2 电气主接线的基本形式,5.2 电气主接线的基本形式,12,电气主接线可分为有汇流母线和无汇流母线两大类，具体又有多种形式，如,图5.1,所示：,有汇流母线,无汇流母线,内桥接线,多角形接线,外桥接线,桥形接线,单母线不分段,单元及扩大单元接线,单母线分段带旁路,单母线分段,双母线,单母线,双母线带旁路,一台半断路器接线,双母线分段,双母线不分段,变压器-母线组接线,电气主接线,图5.1 电气主接线分类,5.2 电气主接线的基本形式,13,母线也称为汇流排，起着汇集和分配电能的作用。,单母线接线是指只采用一组母线的接线，具体分为单母线不分段接线、单母线分段接线、单母线分段带旁路接线三种。,5.2.1 单母线接线,5.2 电气主接线的基本形式,14,5.2.1.1 单母线不分段接线,（1）接线特点,当进线和出线回路数不止一回时，为了适应负荷变化和设备检修的需要，使每一回路引出线均能从任一电源取得电能，或任一电源被切除时仍能保证供电，可在引出回路与电源回路之间用母线WB连接。 单母线不分段接线如,图5.2,所示。,在主接线设备编号中，隔离开关编号前几位与该支路或支路断路器编号相同，线路侧隔离开关编号尾数为3，母线侧隔离开关编号尾数为1（双母线时是1和2）。,5.2 电气主接线的基本形式,15,图5.2 单母线,不分段接线,QF断路器；,QS隔离开关；,QSe接地隔离刀闸；,WB母线；,L出线,5.2 电气主接线的基本形式,16,单母线接线的特点是每一回线路均经过一台断路器QF和隔离开关QS接于一组母线上。断路器用于在正常或故障情况下接通与断开电路。断路器两侧装有隔离开关，用于停电检修断路器时作为明显断开点以隔离电压。靠近母线侧的隔离开关称为母线侧隔离开关（如11QS），靠近引出线侧的称为线路侧隔离开关（如13QS）。在电源回路中，若断路器断开之后，电源不可能向外送电能时，断路器与电源之间可以不装隔离开关，如发电机出口处。若线路对侧无电源，则线路侧也可不装设隔离开关。,5.2 电气主接线的基本形式,17,（2）优缺点分析,单母线不分段接线的优点是：接线简单清晰，设备少，操作方便，投资少，便于扩建。,其缺点是：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。,5.2 电气主接线的基本形式,18,（3）典型操作,线路停电操作,。以L1线路停电为例，其操作步骤是：断开1QF断路器，检查1QF确实断开，断开13QS隔离开关，断开11QS隔离开关。,停电时先断开线路断路器后断开隔离开关，其原因是断路器有灭弧能力而隔离开关没有灭弧能力，必须用断路器来切断负荷电流，若直接用隔离开关来切断电路，则会产生电弧造成短路。停电操作时隔离开关的操作顺序是先断开负荷侧隔离开关13QS，后断开母线侧隔离开关11QS。,5.2 电气主接线的基本形式,19,这是因为，如果在断路器未断开的情况下，先拉开L1线路侧隔离开关13QF，即带负荷拉隔离开关，此时虽然会发生电弧短路，但由于故障点仍在线路侧，继电保护装置将跳开1QF断路器以切除故障线路，这样只影响到本线路，对其他回路设备（特别是母线）运行影响甚少。若先断开母线侧隔离开关11QS后断开负荷侧隔离开关13QS，则故障点在母线侧，继电保护装置将跳开与母线相连接的所有电源侧开关，这将导致全部停电，事故影响范围扩大。,5.2 电气主接线的基本形式,20,线路送电操作,。以L1线路送电为例，其操作步骤是：检查1QF确实断开，合上11QS隔离开关，合上13QS隔离开关，合上1QF断路器。,5.2 电气主接线的基本形式,21,（4）适用范围,单母线不分段接线不能满足对不允许停电的重要用户的供电要求，一般用于出线回路较少，对供电可靠性要求不高的6k200kV电压等级的中、小型发电厂与变电站中。,5.2 电气主接线的基本形式,22,5.2.1.2 单母线分段接线,（1）接线特点,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，成为单母线分段接线， 如,图5.3,所示。,5.2 电气主接线的基本形式,正常运行时，单母线分段接线有两种运行方式：,分段断路器闭合运行。,分段断路器0QF断开运行。,23,图5.3 单母线分段接线,5.2 电气主接线的基本形式,24,（2）优缺点分析,单母线分段接线的优点是：当母线发生故障时，仅故障母线段停止工作，另一段母线仍继续工作；两段母线可看成是两个独立的电源，这就提高了供电可靠性，可保证对重要用户的供电。,单母线分段接线的缺点是：当一段母线故障或检修时，该段母线上的所有支路必须断开，停电范围较大；任一支路断路器检修时，该支路必须停电。,5.2 电气主接线的基本形式,25,（3）适用范围,单母线分段接线与单母线不分段接线相比提高了供电可靠性和灵活性，但在电源容量较大、出线数目较多时，其缺点更加明显。因此，单母线分段接线用于以下情况：,电压为610kV时，出线回路数为6回及以上，每段母线容量不超过25MW；否则，回路数过多将影响供电可靠性。,电压为3563kV时，出线回路数为48回为宜。,电压为110220kV时，出线回路数为34回为宜。,5.2 电气主接线的基本形式,26,5.2.1.3 单母线分段带旁路母线接线,为克服出线断路器检修时该回路必须停电的缺点，可采用增设旁路母线的方法。,（1）接线特点,图5.4,为单母线分段带旁路接线的一种情况。旁路母线经旁路断路器90QF接至、段母线上。正常运行时，90QF回路以及旁路母线处于冷备用状态。,5.2 电气主接线的基本形式,27,图5.4 单母线分段带旁路接线,5.2 电气主接线的基本形式,28,若出线回路数不多，旁路断路器利用率不高，可将其与分段断路器合用，并有以下两种接线形式：,分段断路器兼作旁路断路器接线。如,图5.5,所示。,5.2 电气主接线的基本形式,29,图5.5 单母线分段断路器,兼作旁路断路器接线,5.2 电气主接线的基本形式,从分段断路器,0QF,的隔离开关内侧引接联络隔离开关,05QS,和,06QS,至旁路母线，在分段工作母线之间再加两组串联的分段隔离开关,01QS,和,02QS,。 正常运行时，分段断路器,0QF,及其两侧隔离开关,03QS,和,04QS,处于接通位置，联络隔离开关,05QS,和,06QS,处于断开位置，旁路母线不带电。分段隔离开关,01QS,和,02QS,可用于检修分段断路器,0QF,，以连通,、,段母线供电。,30,（2）优缺点分析,单母线分段带旁路接线与单母线分段相比，优点就是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。其缺点是接线相对复杂，开合闸操作顺序较为繁锁。,5.2 电气主接线的基本形式,31,（3）典型操作,以,图5.4,为例，检修线路L1的断路器1QF时，要求线路不停电。其操作顺序如下：检查90QF确实断开，合上901QS，合上905QS，合上90QF，检查旁路母线电压正常；断开90QF，合上15QS，合上90QF，检查90QF三相电流平衡；断开1QF，断开13QS，断开11QS，然后按检修要求做好安全措施，即可对1QF进行检修，而整个过程L1线路不停电。,5.2 电气主接线的基本形式,32,（4）适用范围,单母线分段带旁路接线主要用于电压等级为610kV出线较多而且对重要负荷供电的装置中；电压等级为35kV及以上有重要联络线路或较多重要用户时也常采用。,5.2 电气主接线的基本形式,33,34,5.2.2.1 双母线不分段接线,（1）接线特点,不分段的双母线接线如,图5.7,所示。这种接线有两组母线（I段和段），在两组母线之间通过母线联络断路器0QF（以下简称母联断路器）连接；每一条引出线（L1、L2、L3、L4）和电源支路（5QF、6QF）都经一台断路器及两组母线隔离开关分别接至两组母线上。,5.2.2 双母线接线,5.2 电气主接线的基本形式,35,图5.7 双母线接线,5.2 电气主接线的基本形式,36,（2）优缺点分析,可靠性高,灵活性好,通过操作可组成如下运行方式：,a.,母联断路器断开，进出线分别接在两组母线上，相当于单母分段运行。,b.,母联断路器断开，一组母线运行，一组母线备用。,c.,两组母线同时工作，母联断路器合上，两组母线并联运行，电源和负荷平均分配在两组母线上，这是双母线常采用的运行方式。,5.2 电气主接线的基本形式,37,扩建方便,检修出线断路器时该支路仍然会停电,设备较多、配电装置复杂，运行中需要用隔离开关切换电路，容易引起误操作；同时投资和占地面积也较大,5.2 电气主接线的基本形式,38,（3）典型操作,以下操作均以,图5.7,为例说明双母线不分段接线的典型操作。, I段母线运行转检修操作,a.,正常运行方式：两组母线并联运行，L1、L3、5QF接I段母线，L2、L4、6QF接段母线。,应使L1、L3出线从I段母线转接至段母线运行，其操作步骤如下：,确认0QF在合闸运行，取下0QF操作电源熔断器，合上52QS，断开51QS，合上12QS，断开11QS，合上32QS，断开31QS，投上0QF操作电源熔断器。,5.2 电气主接线的基本形式,39,然后断开0QF，检查0QF确已断开，断开01QS，断开02QS，然后退出I段母线电压互感器，按检修要求做好安全措施，即可对I段母线进行检修，而整个操作过程没有任何回路停电。,在此过程中，操作隔离开关之前取下0QF操作电源熔断器是为了使在操作过程中母联断路器0QF不跳闸，确保所操作隔离开关两侧可靠等电位。因为如果在操作过程中母联断路器跳闸，则可能会造成带负荷断开（合上）隔离开关，造成事故。,5.2 电气主接线的基本形式,40,b.,正常运行方式：I段母线为工作母线，段母线为备用母线。,其操作步骤如下：,依次合上母联隔离开关01QS和02QS，再合上母联断路器0QF，用母联断路器向备用母线充电，检验备用母线是否完好。若备用母线存在短路故障，母联断路器立即跳闸；若备用母线完好时，合上母联断路器后不跳闸。,5.2 电气主接线的基本形式,41,然后取下0QF操作电源熔断器，合上52QS，断开51QS，合上62QS，断开61QS，合上12QS，断开11QS，合上22QS，断开21QS，合上32QS，断开31QS，合上42QS，断开41QS，投上0QF操作电源熔断器。因为母联断路器连接两套母线，所以依次合上、断开以上隔离开关只是转移电流，而不会产生电弧。,最后，断开母联断路器0QF，依次断开母联隔离开关01QS和02QS。至此，段母线转换为工作母线，I段母线转换为备用母线，在上述操作过程中，任一回路的工作均未受到影响。,5.2 电气主接线的基本形式,42,51QS隔离开关检修,其正常运行方式：两组母线并联运行，L1、L3、5QF接I段母线，L2、L4、6QF接段母线。,其操作步骤为：只需将L1、L3线路倒换到段母线上运行，然后断开5QF回路和与51QS隔离开关相连接的I段母线，使5QF断路器和I段母线都处在停电检修状态，并做好安全措施，51QS隔离开关就可以停电检修了，具体操作步骤参考操作I段母线运行转检修操作。,5.2 电气主接线的基本形式,43,L1线路断路器1QF拒动，利用母联断路器切断L1线路,其正常运行方式是：两组母线并联运行，L1、L3、5QF接I段母线，L2、L4、6QF接段母线。,其操作步骤如下：首先利用倒母线的方式将L3回路和5QF回路从I母线上倒到母线上运行，这时L1线路、1QF、I段母线、母联、段母线形成串联供电电路，然后断开母联断路器0QF切断电路，即可保证线路L1可靠切断。其具体操作步骤可参考前面的操作。,5.2 电气主接线的基本形式,44,（4）适用范围,由于双母线接线具有较高的可靠性和灵活性，这种接线在大、中型发电厂和变电站中得到广泛的应用。它一般用于引出线和电源较多、输送和穿越功率较大、要求可靠性和灵活性较高的场合，包括：,电压为610kV时，短路容量大、有出线电抗器的装置。,电压为3560kV时，出线超过8回或电源较多、负荷较大的装置。,电压为110220kV时，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。,5.2 电气主接线的基本形式,45,5.2.2.2 双母线分段接线,双母线分段接线如,图5.8,所示，I段母线用分段断路器00QF分为两组，每组母线与段母线之间分别通过母联断路器01QF、02QF连接。这种接线较双母线接线具有更高的可靠性和更大的灵活性。,5.2 电气主接线的基本形式,46,图5.8 双母线分段接线,5.2 电气主接线的基本形式,47,当I段母线工作、段母线备用时，它具有单母线分段接线的特点。I段母线的任一组段检修时，将该组母线所连接的支路倒至备用母线上运行，仍能保持单母线分段运行的特点。当具有3个或3个以上电源时，可将电源分别接到I段的两组母线和段母线上，用母联断路器连通段母线与I段某一组母线，构成单母线分三段运行，可进一步提高供电可靠性。,5.2 电气主接线的基本形式,48,双母线分段接线主要适用于大容量进出线较多的装置中，如：,（1）电压为220kV进出线为1014回的装置。,（2）在610kV配电装置中，当进出线回路数或者母线上电源较多，输送的功率较大时，短路电流较大，为了限制短路电流、选择轻型设备、提高接线的可靠性，常采用双母线分段接线，并在分段处装设母线电抗器。,5.2 电气主接线的基本形式,49,5.2.2.3 双母线带旁路接线,（1）接线特点,有专用旁路断路器的双母线带旁路接线如,图5.9,所示。,旁路断路器可代替出线断路器工作，使出线断路器检修时线路供电不受影响。双母线带旁路接线正常运行多采用两组母线固定连接方式，即双母线同时运行的方式，此时母联断路器处于合闸位置，并要求某些出线和电源固定连接于I段母线上，其余出线和电源连至段母线。两段母线固定连接回路的确定既要考虑供电可靠性，又要考虑负荷的平衡，并尽量使母联断路器通过的电流最小。,5.2 电气主接线的基本形式,50,图5.9 有专用旁路断路器的双母线带旁路接线,5.2 电气主接线的基本形式,51,双母线带旁路接线采用固定连接方式运行时，通常设有专用的母线差动保护装置。运行时，如果一段母线发生短路故障，则保护装置动作，跳开与该母线连接的所有出线、电源和母联断路器，维持未发生故障的母线正常运行。然后，可按操作规程的规定将与故障母线连接的出线和电源回路倒换到未发生故障的母线上运行，重新恢复送电。,用旁路断路器代替某出线断路器供电时，应将旁路断路器90QF与该出线对应的母线隔离开关合上，以维持原有的固定连接方式。,5.2 电气主接线的基本形式,52,当出线数目不多，安装专用的旁路断路器利用率不高时，可采用母联断路器兼作旁路断路器的接线，以节省资金，其具体连接如,图5.10（a）、（b）、（c）所示。,5.2 电气主接线的基本形式,53,图5.10 母联断路器兼作旁路断路器接线,(a)两组母线带旁路；(b)一组母线带旁路；(c)设有旁路跨条,5.2 电气主接线的基本形式,54,（2）优缺点分析,双母线带旁路接线大大提高了主接线系统的工作可靠性，当电压等级较高、线路较多时，因一年中断路器累计检修时间较长，这一优点更加突出。而母联断路器兼作旁路断路器的接线经济性比较好，但在代路供电过程中需要将双母线同时运行改成单母线运行，降低了可靠性。,5.2 电气主接线的基本形式,55,（3）典型操作,以,图5.9,为例，介绍1QF运行转检修，线路不停电的典型操作。,其正常运行方式为：采用固定连接方式，1QF、2QF接I段母线，3QF、4QF接段母线，90QF回路以及旁路母线冷备用。,其操作步骤如下：,给旁路母线充电，检查90QF确实断开，合上901QS，合上905QS，合上90QF，查旁路母线电压正常。,5.2 电气主接线的基本形式,56,用旁路断路器给线路送电，断开90QF，合上15QS，合上90QF，检查90QF三相电流平衡。,断开1QF，检查1QF确实断开，断开13QS，断开11QS，然后按检修要求作安全措施，即可对1QF进行检修。,（4）适用范围,这种接线一般用在220kV线路4回及以上出线或者110kV线路6回及以上出线的场合。,5.2 电气主接线的基本形式,57,5.2.2.4 双母线分段带旁路接线,双母线分段带旁路接线就是在双母线带旁路接线的基础上，在母线上增设分段断路器，将双母线三分段或四分段连接。另外旁路母线也可以增设分段断路器，与各种分段母线组合运行，这些接线方式都具有双母线带旁路的优点。但投资费用较大，占用设备间隔较多，应用并不广泛。一般采用此种接线的原则为：,（1）当设备连接的进出线总数为1216回时，在一组母线上设置分段断路器；,（2）当设备连接的进出线总数为17回及以上时，在两组母线上设置分段断器。,5.2 电气主接线的基本形式,58,5.2.2.5 一台半断路器接线,（1）接线特点,一台半断路器接线如,图5.11,所示，它有两组母线，每一回路经一台断路器接至一组母线，两个回路间有一台断路器联络，形成一串电路（如图5.11中从50111QS、5011QF，经5012 QF 、5013 QF到50132QS的这一竖串电路），由于两个回路共装有三台断路器，平均每一个回路装设一台半断路器，故而得名一台半断路器接线或叫做二分之三（3/2）接线。正常运行时，两组母线同时工作，所有断路器均闭合。,5.2 电气主接线的基本形式,59,（2）优缺点分析,运行灵活可靠。正常运行时成环形供电，任意一组母线发生短路故障，均不影响各回路供电。,操作方便。隔离开关只起隔离电压作用，避免用隔离开关进行倒闸操作。任意一台断路器或母线检修，只需拉开对应的断路器及隔离开关，各回路仍可继续运行。,一般情况下，母线侧一台断路器故障或拒动时，只影响一个回路工作，只有联络断路器故障或拒动时，才会造成二条回路停电。,一台半断路器接线的二次接线和继电保护比较复杂、投资较大。,5.2 电气主接线的基本形式,60,（3）典型操作,I段母线由运行转检修,a.断开5011QF，检查5011QF在分闸位置；,b.断开5021QF，检查502lQF在分闸位置；,c.断开50111QS，检查50111QS分闸到位；,d.断开50211QS，检查5021lQS分闸到位；,e.进行保护的投退和安全措施后，即可对I段母线进行检修。,5.2 电气主接线的基本形式,61,I段母线由检修转运行,a. 拆除全部措施以及进行保护投退切换；,b.检查5011QF确实断开，合上50111QS，检查50111QS合闸到位；,c.检查5021QF确实断开，合上50211QS，检查50211QS合闸到位；,d.合上5011QF，检查5011QF在合闸位置；,e.合上5021QF，检查5021QF在合闸位置。,5.2 电气主接线的基本形式,62,1E出线由运行转检修,a.断开5012QF，检查5012QF在分闸位置；,b.断开5013QF，检查5013QF在分闸位置；,c.断开50136QS，检查50136QS分闸到位；,d.在进行保护的投退和安全措施后，即可对1E线路进行检修。,5.2 电气主接线的基本形式,63,1E线路由检修转运行,a.撤出安全措施和进行保护的投退；,b.检查5012QF确实断开；,c.检查5013QF确实断开；,d.合上50136QS，检查50136QS合闸到位；,e.合上5013QF，检查5013QF在合闸位置；,f.合上5012QF，检查5012QF在合闸位置。,5.2 电气主接线的基本形式,64,5012QF由运行转检修,a.断开5012QF，检查5012QF确实断开；,b.断开50122QS，检查50122QS分闸到位；,c.断开50121QS，检查50121QS分闸到位；,d.在进行保护的投退和安全措施后，即可对5012QF进行检修。,5.2 电气主接线的基本形式,65,5012QF由检修转运行,a.撤除安全措施和进行保护的投退；,b.检查5012QF确实断开；,c.合上50121QS，检查50121QS合闸到位；,d.合上50122QS，检查50122QS合闸到位；,e.合上5012QF，检查5012QF在合闸位置。,5.2 电气主接线的基本形式,66,（4）适用范围,一台半断路器接线广泛应用于大型发电厂和变电站的330500kV配电装置中。当进出线回路数为6回及以上，并在系统中占重要地位时，宜采用一台半断路器接线。,5.2 电气主接线的基本形式,67,5.2.2.6 变压器-母线组接线,除前面常见的几种接线之外， 还可以采用如,图5.12,所示的变压器母线组接线。这种接线变压器直接接入母线，各出线回路采用双断路器接线（如,图5.12（a）,所示）或者一台半断路器接线（如图,5.12（b）,所示），其调度灵活，电源与负荷可以自由调配，安全可靠，利于扩建。因为变压器运行可靠性较高，所以直接接入母线，对母线运行不产生明显的影响。一旦变压器故障，连接于母线上的断路器跳开，但不影响其他回路供电，再用隔离开关把故障变压器退出后，即可进行倒闸操作使该母线恢复运行。,5.2 电气主接线的基本形式,68,图5.12变压器-母线组接线,（a）双断路器接线；（b）一台半断路器接线,5.2 电气主接线的基本形式,69,5.2.3.1 桥形接线,桥形接线适用于仅有两台变压器和两回出线的装置中，接线如,图5.13,所示。桥形接线仅用三台断路器，根据桥回路断路器（3QF）的位置不同，可分为内桥和外桥两种接线。桥形接线正常运行时，三台断路器均闭合工作。,5.2.3 无母线接线,5.2 电气主接线的基本形式,70,（1）内桥接线,内桥接线如,图5.13（a）,所示，桥回路置于线路断路器内侧（靠变压器侧），此时线路经断路器和隔离开关接至桥接点，构成独立单元；变压器支路只经隔离开关与桥接点相连，是非独立单元。,71,内桥接线的特点为：,线路操作方便。,正常运行时变压器操作复杂。,桥回路故障或检修时两个单元之间将失去联系；同时，出线断路器故障或检修时将造成该回路停电。,为此，在实际接线中可采用设外跨条的方法来提高运行的灵活性。,5.2 电气主接线的基本形式,72,（2）外桥接线,外桥接线如,图5.13（b）,所示，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至桥接点，构成独立单元；而线路支路只经隔离开关与桥接点相连，是非独立单元。,5.2 电气主接线的基本形式,73,外桥接线的特点为：,变压器操作方便。,线路投入与切除时操作复杂。,桥回路故障或检修时全厂分裂为两部分，使两个单元之间失去联系；同时，出线侧断路器故障或检修时，将造成该侧变压器停电。,为此，在实际接线中可采用设内跨条来提高运行灵活性。,5.2 电气主接线的基本形式,74,桥形接线具有接线简单清晰，设备少，造价低，易于发展成为单母线分段或双母线接线。为节省投资，在发电厂或变电站建设初期，可先采用桥形接线并预留位置，后期逐步发展成为单母线分段或双母线接线。,外桥接线适用于两回进线两回出线且线路较短、故障可能性小和变压器需要经常切换，而且线路有穿越功率通过的发电厂和变电站中。,5.2 电气主接线的基本形式,75,5.2.3.2 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，然后再与其他单元并列。由于串联的电力元件不同，单元接线有如下几种形式：,（1）发电机-变压器单元接线,发电机变压器单元接线如,图5.14,所示。,5.2 电气主接线的基本形式,76,图5.14 单元接线,（a）发电机双绕组变压器单元；（b）发电机,三绕组变压器单元；（c）发电机自耦变压器单元,5.2 电气主接线的基本形式,77,发电机-变压器单元接线的特点为：,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。,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。,操作简便，降低了故障的可能性，提高了工作的可靠性，继电保护可简化。,任一元件故障或检修将使线路全部停止运行，检修时灵活性差。,单元接线适用于机组台数不多的大、中型不带近区负荷的区域发电厂及分期投产或装机容量不等的无机端负荷的中、小型水电站。,5.2 电气主接线的基本形式,78,（2）扩大单元接线,采用两台发电机与一台变压器组成的单元接线称为扩大单元接线，如,图5.15,所示。在这种接线中，为了适应机组开停的需要，每一台发电机回路都装设断路器，并在每台发电机与变压器之间装设隔离开关，以保证停机检修的安全。装设发电机出口断路器的目的是使两台发电机可以分别投入运行或当任一台发电机需要停止运行或发生故障时，可以操作该断路器，而不影响另一台发电机与变压器的正常运行。,5.2 电气主接线的基本形式,79,图5.15 扩大单元接线,（a）发电机,双绕组变压器扩大单元接线；,（b）发电机分裂绕组变压器扩大单元接线,5.2 电气主接线的基本形式,80,大单元接线与单元接线相比有如下特点：,减小了主变压器和主变低压侧断路器的数量，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。,任一台机组停机都不影响厂用电的供给。,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。,扩大单元接线用于在系统有备用容量时的大、中型发电厂中。,5.2 电气主接线的基本形式,81,（3）发电机-变压器-线路单元接线,发电机变压器线路单元接线如,图5.16,所示。它是将发电机、变压器和线路直接串联，中间除了自用电外没有其他分支引出。这种接线实际上是发电机变压器单元和变压器线路单元的组合，常用于l2台发电机、一回输电线路，且不带近区负荷的梯级开发的水电站，以把电能送到梯级开发的联合开关站。,5.2 电气主接线的基本形式,82,图5.16 发电机-变压器-线路单元接线,5.2 电气主接线的基本形式,83,5.2.3.3 多角形接线,多角形接线也称为多边形接线，如,图5.17,所示。它相当于将单母线按电源和出线数目分段，然后连接成一个环形的接线，比较常用的有三角形、四角形、五角形接线。,5.2 电气主接线的基本形式,84,图5.17 多角形接线,（a）四角形接线；（b）多角形接线,5.2 电气主接线的基本形式,85,多角形接线具有如下特点：,每个回路位于两个断路器之间，具有双断路器接线的优点，检修任一断路器都不中断供电。,所有隔离开关只用作隔离电器使用，不作操作电器用，故容易实现自动化和遥控控制。,正常运行时，多角形是闭合的，任一进出线回路发生故障仅使该回路断开，其余回路不受影响，因此运行可靠性高。,任一断路器故障或检修时，则形成开环运行，此时若环上某一元件再发生故障就会出现非故障回路被迫切除并将系统解裂。这种缺点随角数的增加更为突出，故多角形接线最多不超过六角。,5.2 电气主接线的基本形式,86,开环和闭环运行时流过断路器的工作电流不同，这将给设备选择和继电保护整定带来一定的困难。,此接线的配电装置不便于扩建和发展。因此，多角形接线多用于最终容量和出线数已确定的110kV及以上电压等级的水电厂中，且接线不宜超过六角形。,5.2 电气主接线的基本形式,87,5.3 主变压器的选择,5.3 主变压器的选择,88,主变压器（简称主变）是发电厂和变电站中最为主要的电气设备之一，在电气设备的投资中占有较大比例，同时它还影响与之相配套的电气装置的投资。因此，对主变压器的台数、容量和型式的选择至关重要，这对发电厂和变电站的经济技术有很大影响。同时，它也是主接线方案确定的基础。,主变压器的选择与变压器的台数、形式、连接组别、电压等级、调压方式、冷却方式、运输条件以及变电站的容量、发展远景等因素有关。在选择主变压器型式时，这些问题都需考虑。,5.3 主变压器的选择,89,变压器的运行可靠性高，发生故障的几率小，检修周期长，损耗低，所以在选择时一般不考虑主变压器的备用。,主变压器台数的选择是与发电厂（变电站）的接入方式、机组的台数、容量及基本接线方式密切相关，大体上要求主变应与其他的各个环节的可靠性应相一致。,5.3.1 主变台数的选择,5.3 主变压器的选择,90,变电站主变压器台数可按如下原则确定：,（1）对于只供电给二类、三类负荷的变电站，原则上只装设一台变压器。,（2）对于供电负荷较大的城市变电站或有一类负荷的重要变电站，应选用两台相同容量的主变压器。每台变压器的容量应满足一台变压器停运后，另一台变压器能供给全部一类负荷的需要；在无法确定一类负荷所占比重时，每台变压器的容量可按计算负荷的60%80%选择。,5.3 主变压器的选择,91,（3）对于大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，以装设两台主变压器为宜；对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性；,5.3 主变压器的选择,92,发电厂主变容量的选择应根据在正常运行有最大功率通过时不过载的原则来选定，避免出现功率的“瓶颈现象”。同时，过大的容量不仅会增加投资，而且还会加大有功和无功的损耗，增加运行费用，出现“大马拉小车”的现象。,5.3.2 主变容量的选择,5.3 主变压器的选择,93,变电站的容量是由供电地区供电负荷（综合最大负荷）决定的，如果已知供电地区的计算负荷，则变电站容量为：,式中 变电站计算负荷，kW；,平均功率因数，一般取0.60.8。,（5.1）,5.3 主变压器的选择,94,主变容量的确定可按以下方法选择：,（1）发电机-变压器单元接线中，主变的容量应与所接的发电机的容量相配套；扩大单元接线的变压器容量应不小于扩大单元中发电机总的视在功率。,（2）接于发电机汇流主母线上的一台主变，其容量应为该母线上发电机的总容量扣除接在该母线上的近区负荷的最小值。,5.3 主变压器的选择,95,（3）接于发电机汇流主母线上的两台并联运行的主变，其总容量也按上述原则(2)选择。由于并联运行的变压器的功率分配与变比、短路阻抗有关，因此，两主变应尽量采用同型号、同容量甚至相同厂家的同一批产品。,（4）接于发电机汇流母线上的两台非并列运行的主变，一台与电网相连，另一台接负荷。则第一台主变压器的容量应为接于该母线的发电机总容量减去另一台主变与近区变的最小负荷之和。另一台主变容量则按所送最大的视在功率确定。,5.3 主变压器的选择,96,（5）梯级联合开发的中心水电站，其主变容量应在考虑本站情况的基础上再加上由其他梯级电站转送来的最大功率。,实际选择的变压器容量是在根据上述原则选择的基础上取相近并稍大的标准值。,5.3 主变压器的选择,97,5.3.3.1 相数的确定,凡是能够采用三相变压器时都应首先选择三相变压器。,由于变压器的制造条件和运输条件的限制，特别是对于大型变压器，尤其需要考察其运输可能性。,除按容量、制造水平、运输条件确定主变相数外，更重要的是考虑负荷和系统情况，保证供电可靠性，并进行综合分析，在满足技术、经济条件的情况下来确定选用单相变压器还是三相变压器。,5.3.3 主变型式的选择,5.3 主变压器的选择,98,5.3.3.2 绕组数的确定,国内电力系统中采用的变压器按其绕组数分类有双绕组普通式、三绕组式、自耦式以及低压绕组分裂式等变压器。如以两种升高电压级向用户供电或与系统连接时，可以采用两台双绕组变压器或三绕组变压器，亦可选用自耦变压器。,5.3 主变压器的选择,99,在110kV及以上高、中压侧中性点均直接接地的电网中，凡需选用三绕组变压器的场所，均可选用自耦变压器，因为它损耗小、体积小、效率高，具有较好的经济效益，但限制短路电流的效果较差，故变比不宜过大。,当机组为125MW及以下容量的发电厂有两级升高电压时，一般优先考虑采用三绕组变压器。但当两种升高电压的负荷相差很大，流过三绕组变压器某一侧的功率经常小于该变压器额定容量的15%时，则宜选两台双绕组变压器。,5.3 主变压器的选择,100,5.3.3.3 绕组连接组别的确定,变压器三相绕组的连接组别必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式有星形“Y（y）”和三角形“D（d）”两种，对于高压绕组分别用大写字母D、Y表示，中间或低压绕组分别用小写字母d、y表示，对于有中性点引出线的星形连接方式在字母后面加一个N（或n）。,5.3 主变压器的选择,101,变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定。对于三相双绕组变压器的高压侧，110kV及以上电压等级均为中性点直接接地系统，三相绕组都采用“YN”连接；35kV及以下采用“Y”连接；对于三相双绕组变压器的低压侧，三相绕组采用“d”连接，若低压侧电压等级为380220V，则三相绕组采用“yn0”连接。,5.3 主变压器的选择,102,在变电站中，为了限制三次谐波，主变压器接线组别一般都选用YNd11常规连接。近年来，国内外亦有采用全星形连接组别的变压器。所谓“全星形”变压器，一般是指高低压侧全为星形连接，其连接组别为：YNyn0y0（YNyn0yn0）或YNy0（YNyn0）的三绕组变压器或自耦变压器。由于相位一致，故在与35kV电网并列时比较方便，而且零序阻抗较大，有利于限制短路电流，同时也便于在中性点处连接消弧线圈。但是，由于全星形变压器三次谐波无通路，因此，将引起正弦波电压畸变，并对通信设备发生干扰，同时对继电保护整定的准确度和灵敏度均有影响。,5.3 主变压器的选择,103,5.3.3.4 调压方式的确定,为了保证变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内。通过切换变压器的分接头开关，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，可实现电压调整。,其切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无励磁调压（或无载调压）。,另一种是带负荷切换，称为有载调压。,5.3 主变压器的选择,104,在发电厂中，升压主变压器一般不必采用有载调压变压器。但接于出力变化大的发电机电压母线的主变压器，或功率方向常常变化的联络变压器以及一些厂用高压变压器，则常选用有载调压变压器。,5.3 主变压器的选择,105,5.3.3.5 冷却方式的选择,电力变压器的冷却方式随其型号和容量不同而异，一般有以下几种类型：,（1）自然风冷却,（2）强迫空气冷却。它又简称风冷式,（3）强迫油循环水冷却,（4）强迫油循环风冷却,（5）强迫油循环导向冷却,（6）水内冷变压器,5.3 主变压器的选择,106,互感器的配置,电气测量仪表、继电器的电流线圈和电压线圈常接自电流互感器和电压互感器的二次绕组，而电流互感器和电压互感器的配置主要取决于电站的主接线、互感器装入回路及互感器的用途。,107,电压互感器的配置,(1)母线。工作和备用母线都装1组电压互感器，用于同期、测量仪表、保护装置及中性点不接地系统的绝缘监视。用1个三相五柱或3个单相三线圈电压互感器接成Y/Y/形。,(2)发电机。一般装2组电压互感器。一组电压互感器接成 /Y形，供自动调节励磁装置用；另一组用2个单相电压互感器接成V/V形或用3个单相三线圈电压互感器接成Y/Y/形，供测量仪表、同期和保护装置用。,(3)线路。35 kV及以上输电线路，当对端有电源时，为了监视线路有无电压，进行同期和设置重合闸，装1台单相电压互感器。,以上所配电压互感器，其一次绕组的额定电压应与安装地点电网电压相符，且电压互感器要考虑准确等级，以满足测量精度和二次负荷容量的要求。,108,电流互感器的配置,(1)为了满足测量和保护装置的需要，在发电机、变压器、出线、母线分段及母联断路器等回路中均设有电流互感器。对于中性点直接接地系统，一般按三相配置；对于中性点非直接接地系统，如负荷对称，保护灵敏度满足要求，按两相配置，否则按三相配置。,(2)用于自动调节励磁装置的电流互感器应布置在发电机定子绕组的出线侧，以减轻内部故障对发电机的损伤。为了便于分析和在发电机并入系统前发现内部故障，用于测量仪表的电流互感器宜装于发电机中性点侧。,(3)对于保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的不保护区来设置。若有2组电流互感器，且位置允许时应设在断路器两侧，使,断路器,处于交叉保护范围之中。,以上所配的电流互感器，一次额定电流尽可能与最大工作电流接近，以满足准确等级的要求。,109,5.4 电气主接线设计,5.4 电气主接线设计,110,电力工程设计中，电气主接线设计是一项繁琐而复杂的综合性工作，必须遵循国家的有关法律、法规、方针、政策，依据相应的国家规范、标准和设计规程，结合具体工程的不同情况、不同要求，按照严格的设计程序，与其他专业互相协调，由宏观到微观，逐步地细化和充实，反复地比较和优化，最后提出技术上先进可靠、经济上合理的设计方案。,5.4.1 电气主接线设计的地位及步骤,5.4 电气主接线设计,111,在电力建设项目的“初步可行性研究”阶段，电气专业的工作量很小，主要是配合系统专业就出线条件、总体布置等提出设想。,在电力建设项目被批准后正式进入“可行性研究”阶段，需提交可行性研究报告。电气专业应在其中的“工程设想”一节中说明电厂主接线方案的比较和选择、各级电压出线回路数和方向、主要设备选择和布置等，并提供电气主接线图。,5.4 电气主接线设计,112,在上级正式下达电力建设项目设计任务书后，设计工作进入初步设计阶段。初步设计其实是工程建设中特别重要的设计阶段，所有重大事项和各种设计方案经过反复和充分的论证后，基本都作出了选择和决定，最后提交初步设计说明书和相关图纸。,5.4 电气主接线设计,113,电气专业在初步设计阶段必须完成以下内容：,（1）根据发电厂、变电站和电网的具体情况，初步拟出若干种技术可行的接线方案，相应地在电网的地理接线图和电气主接线图上表示出接入点、出线回路数和出线电压等级等。,（2）对主变压器进行选择，包括台数、运行方式、容量、型式及参数等。,（3）拟定发电机电压侧（或低压侧）和升压侧（或高压侧）的基本接线形式。,（4）选择厂（站）自用电和近区用电的引接方式，包括接入点、电压等级、供电方式等。,5.4 电气主接线设计,114,（5）对上述各部分方案进行合理组合，拟出若干个技术合理的主接线方案，并以不遗漏最优方案为原则。再按照主接线的基本要求，结合发电厂（变电站）和电网的实际情况进行技术分析比较，从中选出23个较优方案。,（6）对上述几种方案进行经济比较，最后确定最优方案作为最终的主接线方案。,5.4 电气主接线设计,115,电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体，必须以设计任务书为依据，以国家相关的法规、规程为准则，结合工程的具体特点，全面地、综合地加以分析，设计出可靠性高、运行方便灵活而又经济合理的最佳方案。,5.4.2 电气主接线的设计原则,5.4 电气主接线设计,116,具体设计中还应注意以下几个问题：,（1）对发电机的容量和台数的考虑,应根据发电厂在系统中的地位和作用，优先选用较大容量的发电机组，因为大机组（ 我国现为300MW及以上机组）的经济性好。如果附近负荷有供电的要求，一般可采用在负荷中心建降压变电所解决。,为便于管理，火力发电厂内一个厂房的机组不宜超过6台。,5.4 电气主接线设计,117,发电厂最大机组的单机容量应不大于系统总容量的10%。,一个发电厂内发电机组的容量等级不宜过多，最好只有12种，且同容量机组应尽量选用同一型式，以方便管理、运行和维护。,5.4 电气主接线设计,118,（2）对电压等级及接入系统方式的考虑,大、中型发电厂的电压等级不宜多于3级（发电机电压一级，升高电压一级或两级）。大型发电机组要直接升压接入系统主网（目前指330500kV超高压系统）；地区电厂接入110220kV系统。,一般发电厂与系统的连接应有两回或两回以上线路，并接于不同的母线段上，不应因线路故障造成“窝电”现象。,5.4 电气主接线设计,119,个别地方电厂以供给本地负荷为主，仅有少量剩余功率送入系统时，也可以用一回线路与系统连接。,35kV及以上高压线路多采用架空线路，10kV线路可用架空线路，也可用电缆线路。,5.4 电气主接线设计,120,（3）对保证负荷供电可靠性的考虑,对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。,对于二级负荷一般也要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷供电。,对于三级负荷一般只需要一个电源供电。,5.4 电气主接线设计,121,（4）其他方面的综合考虑,其他应考虑因素也很多，如主要设备的供货厂家、交通运输、环境、气象、地震、地质、地形及海拔高度等，都会影响电气主接线的设计，须综合加以考虑。,5.4 电气主接线设计,122,电气主接线的技术比较，主要是比较各方案的供电可靠性和运行灵活性。维护与检修的方便，以及布置的合理性，继电保护的简化，电气设备供应的可能。,5.4.3 电气主接线方案的技术比较,5.4 电气主接线设计,123,5.4.3.1 对电气主接线可靠性的一般考虑,（1）运行实践是电气主接线可靠性的客观衡量标准。国内外长期积累的运行实践经验在评价可靠性时起决定性作用。目前，常被选用的主接线类型并不很多。,（2）可靠性概念不是绝对的。不能脱离发电厂和变电站在系统中的地位和作用，脱离负荷的重要程度，片面地追求高可靠性，对某一电厂而言，可靠性不够高的一种主接线形式，对另外一个电厂则可能是合适的。,5.4 电气主接线设计,124,5.4.3.2 衡量主接线可靠性的具体标志,（1）断路器检修时，能否不影响供电。,（2）线路、断路器甚至母线故障以及母线检修时，停运的回路数和停运时间的长短，能否保证对重要用户的供电。,（3）发电厂或变电站全部停运的可能性。,5.4 电气主接线设计,125,5.4.3.3 对大机组超高压主接线提出的可靠性准则,大机组或超高压变电所的容量巨大，供电范围广，在电力系统中的地位十分重要。当发生事故时会造成难以估量的损失，因此对大机组超高压电气主接线的可靠性要求极高，特别要避免因母线故障而导致全厂（所）性停电事故的发生。,参照国外经验并结合国内工程设计中遇到的实际情况，我国提出的大机组（300MW及以上） 超高压（500kV）电气主接线可靠性准则如下：,5.4 电气主接线设计,126,（1）任何断路器检修，不得影响对用户的供电。,（2）任一台进出线断路器故障或拒动，不应切除一台以上机组及相应线路。,（3）任一台断路器检修并与另一台断路器故障或拒动相重合，以及当分段或母联断路器故障或拒动时，不应切除两台以上发电机组，不宜切除两回以上超高压线路。,（4）一段母线故障（