电力系统的接线方式.ppt

1 第四章电力系统的接线方式 2 电力网的接线方式发电厂 变电所的主接线中性点接地方式 3 电力网 输电网 配电网 作用 要求 作用 要求 4 输电网作用 将各种大型发电厂的电能安全 可靠 经济地输送到负荷中心 要求 供电可靠性要高 符合电力系统运行稳定性的要求 便于系统实现经济调度 具有灵活的运行方式且适应系统的发展需要 还需考虑电网投资及管理运行费用 并比较不同接线方案下的线损等 5 配电网作用 将本地区小型发电厂或输电网送来的电能通过合适的电压等级配送到每个用户 要求 接线简单明了 结构合理 便于运行及维护检修 减少占用城市空间 供电可靠性和安全性要求高 尽可能做到中心变电所有来自不同地点的两个电源 至少满足 N 1 准则 符合配电自动化发展的要求 6 一 电力网的接线 1 无备用接线方式 单回路 用户只能从单方向的一条线路获得电源 简称开式网 7 优缺点 1 无备用接线方式 单回路 简单方便 投资少可靠性低 任何一段故障或检修都会影响对用户的供电适用范围普通负荷 8 2 有备用接线方式 a 用户可从两个或以上方向获得电源 简称闭式网 双回路网络的优缺点 简单方便 可靠性高经济性差 9 可靠 经济操作复杂 故障时电压质量差 环网供电的优缺点 10 电磁环网 一般情况中 往往在高一级电压线路投入运行初期 由于高一级电压网络尚未形成或网络尚不坚强 需要保证输电能力或为保重要负荷而又不得不电磁环网运行 11 放射式树干式环网式 中压配电网的主要接线方式 12 中压配电网的主要接线方式 13 10 6 kV 10 6 kV 14 环网供电网络 15 二 发电厂 变电所的主接线 对接线方式有些什么基本要求 接线的基本形式有哪些 有何特点 典型的接线方式 定义 发电厂或变电所的所有高压电气设备通过连接线组成的 用来接受和分配电能的强电流 高电压电路 又称电气一次接线图或电气主系统 16 17 1 对电气主接线的基本要求 可靠性 供电可靠性是电力生产的首要任务 主接线的拟定应首先满足这一基本要求 灵活性 主接线应能适用于各种工作情况和运行方式 能根据运行情况方便地退出和投入电气设备 经济性 在满足可靠性和灵活性的前提下 满足经济合理的基本要求 做到投资省 占地少 电能损耗小 18 2 主接线的基本形式 有汇流母线 单母线接线 双母线接线 带有旁路母线的接线 无汇流母线 单元接线 桥形接线 多角形接线 19 母线 保证电源并列工作 又能使任一出线都可以从母线获得电能 断路器 具有灭弧功能 可用来开断或闭合负荷电流 开断短路电流 隔离开关 没有灭弧功能 开合电流能力极低 设备检修时起着明显的隔离作用 接地开关 在检修设备时合上 让设备 线路 可靠接地 20 1 单母线接线 只有一组母线 进出线都并接在这组母线上 母线隔离开关 接地刀闸 线路隔离开关 21 倒闸操作发电厂和变电所的电气设备可分为运行 检修和备用三种状态 将设备由一种状态改变为另一种状态的一系列有序操作称为倒闸操作 倒闸操作必须严格遵守有关规程规定 应准确无误地填写操作票 认真执行操作监护制度 单母线倒闸送电操作 关合顺序 QSW QSl QF 23 倒闸操作原则 隔离开关相对断路器而言 先通后断 母线 电源侧 隔离开关相对线路 负荷侧 隔离开关而言 先通后断 单母线倒闸停电操作 断开顺序 QF QSl QSW 25 单母线接线的优缺点优点 结构简单 清晰 使用设备少 投资小 运行操作方便 便于扩建缺点 可靠性 灵活性差1 当母线或母线隔离开关故障或检修时 造成全厂 所 停电 2 当出线断路器检修时 必须停止该回路的工作 3 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 适用于只有一台发电机和一台主变的中小型发电厂或变电所的6 220kV的配电装置 26 一类用户 单母分段 分段数越多 故障时停电的范围就越小 27 图2 2单母线分段接线 优点 1 对重要用户可以从不同段引出两回馈线 由两个电源供电 2 当一段母线发生故障 或检修 仅停该段母线 非故障段母线仍可继续工作 缺点 1 当母线或母线隔离开关故障或检修时 接在该段母线上的回路必须全部停电 2 当任一出线断路器检修时 必须停止该回路的工作 28 适用 中 小容量发电厂的6 10kV接线和6 220kV变电所配电装置中 1 用于6 10kV接线时 每段容量不宜超过25MW 出线回路过多 影响供电可靠性 2 用于35kV接线时 出线回路数为4 8回为宜 3 用于110 220kV接线时 出线回路数为2 4回为宜 29 带旁路母线的单母线接线 旁路母线 工作母线 单母线带旁路适用范围 出线回路数较多的110kV及以上系统 正常运行时 QF2和QS3断开 旁母不用 检修出线l1的断路器QF1 当与旁母相连的任一出线断路器检修时 不中断该回路供电 31 适用 出线数较多的110kV及以上的高压配电装置中 断路器检修时间长 停电影响也较大 一般35kV以下配电装置多为屋内型 为节省建筑面积 降低造价都不设旁路母线 32 单母分段兼旁路 正常时旁路母线W3不带电 分段断路器QF1及隔离开关QS1 QS2在闭合状态 QS3 QS4 QS5均断开 以单母线分段方式运行 1 旁路母线接至 段母线运行时 要闭合隔离开关QS1 QS4及QF 此时QS2 QS3断开 2 旁路母线接至 段母线运行时 要闭合隔离开关QS2 QS3及QF 此时QS1 QS4断开 3 两段母线合并为单母线运行 则要闭合隔离开关QS1 QS2及QF 33 适用 进出线不多 容量不大的中 小型发电厂 和35 110kV的变电所较实用 具有足够的可靠性和灵活性 34 图2 5双母线接线QF 母线联络断路器 QF 母联断路器QS1 QS2 母联隔离开关W1 工作母线 正常时带电 W2 备用母线 正常时不带电 1 每回出线都经一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线连接 2 母线之间通过母线联络断路器QF连接 3 每一个电源回路也是通过一台断路器和两组隔离开关与两组母线连接4 正常运行时 两组母线隔离开关总是一台工作一台备用 2 双母线接线 35 标准运行方式 固定连接 QF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 36 一组主母线运行 另一组主母线备用 QF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 37 非固定联接的两组主母线同时运行 38 母联断开的两组主母线同时运行 QFC断开 两组母线同时运行 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 39 可靠性高1 可以轮流检修母线 而不中断供电 2 检修任一回路的母线隔离开关时 只需断开该回路和与此相连的母线 其它回路均可通过另一组母线继续运行 3 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 优点 可靠性和灵活性大大提高 40 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 一组主母线运行 另一组主母线备用时 当工作母线检修时的倒闸操作顺序 母联断路器QF继电保护整定时间为零 合母联断路器QF向 母充电 依次合与 母相连的母线隔离开关 依次断开与 母相连的母线隔离开关 断开母联及两侧的隔离开关 42 双母线接线的缺点 倒闸操作复杂 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 43 双母线分段接线 串联电抗器 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QF3将工作母线分为两段 44 双母线分段的特点 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 45 双母线分段的适用范围 适用 中小电厂的发电机电压配电装置及变电站6 10kV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10 14回的装置 采用3分段 在330 500kV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 46 双母线带旁路接线 旁路母线 W3旁路断路器 QF1 47 母联断路器兼做旁路断路器 旁路断路器兼做母联断路器 48 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 35 60kV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时 由于断路器可迅速置换 可不设旁路设施 D 6 10kV配电装置一般不设置旁路母线但6 10kV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 49 50 3 一个半断路器接线 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 51 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 52 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 53 一台半断路器接线的两条原则 1 为防止联络断路器故障同时切除该串两回路供电 应将同名元件 电源 线路 布置在不同串上 同一个 断路器串 上配置一条电源回路和一条引出线回路 54 2 配电装置初期仅两串时 同名回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 配置方式如图 55 56 1 单元接线 57 2 桥形接线 1 L1故障仅QF1跳闸 T1及其他回路继续运行 2 T1检修 断开QF QF1 再拉开QS1 出线l1停电 关合QF和QF1 恢复L1供电 桥断路器位于线路断路器内侧 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 58 1 L1故障 QF和QF1同时自动跳闸 T1被切除 断开QS2 合QF1和QF 恢复T1运行 2 T1检修仅停QF1和QS1 桥断路器位于线路断路器外侧 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 59 跨条的作用 内外桥接线的适用范围 60 桥形接线优缺点 结构简单清晰 使用电器少 造价低 内桥接线中主变压器故障时 需停相应线路 外侨接线中线路故障时 需停相应主变压器 隔离开关作为操作电器使用 适用范围 具有两进两出回路的较小容量发电厂和变电所 61 3 角形接线 角数 断路器数 出线回路数 电源回路数 62 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 63 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 四角形用得最多 64 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 65 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侧接线形式及l 2级升高电压级接线形式的完整接线 且与系统相连接 66 发电机电压侧接线的特点 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 67 发电机电压侧接线的特点 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 68 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 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 69 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 70 大型火电厂主接线 71 热电厂主接线 72 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 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 73 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 74 水力发电厂电气主接线的特点 水力发电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 75 中等容量水电厂电气主接线 76 水电厂主接线 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 三 中性点接地方式 1 中性点的定义 87 接地和接地方式出于不同的目的 将电气装置中某一部位经接地线和接地体与大地作良好的电气连接 成为接地 根据接地的目的不同 分为工作接地和保护接地 工作接地是指为运行需要而将电力系统或设备的某一点接地 如 变压器中性点直接接地或经消弧线圈接地 避雷器接地等都属于工作接地 保护接地是指为防止人身触电事故而将电气设备的某一点接地 如将电气设备的金属外壳接地 互感器二次线圈接地等 88 非直接接地系统 直接接地系统 大电流接地系统 小电流接地系统 中性点直线接地 经小阻抗接地 中性点不接地 经消弧线圈接地 2 中性点接地方式的分类 89 3 中性点不接地 特点 k点发生单相接地故障时 流经故障点的电流实际上是线路接地电容电流 数值较小 允许带故障运行2小时 对线路和设备绝缘要求增加 中性点对地电压上升为相电压 非接地相电压上升为线电压 当电网发生单相接地故障时 还存在产生间歇性弧光接地过电压的概率 会发展成相间短路故障 造成事故的扩大 90 中性点不接地发生单相接地故障的电流分析 91 92 1 线路单相接地时 接地电流的计算 93 限制短路电流 超过上述值 则需要在中性点安装消弧线圈 对电容电流进行补偿 94 3 不接地系统中单相接地故障的电压变化 中性点对地电压上升为相电压 方向相反 非接地相的对地电压将上升为线电压 线电压不变 95 作用 当故障相接地 非故障相电流应包括原先通过的电容电流加上流过消弧线圈上电流 两者相位反向 使接地点电流 称经消弧线圈补偿后的残流 减少到足够少 使接地电弧很快熄灭且不易重燃 4 中性点经消弧线圈接地 96 中性点经消弧线圈接地发生单相接地故障电流分析 97 1 线路单相接地时 接地电流的计算 98 实际运行中消弧线圈采用什么运行状态 消弧线圈一般应采取过补偿的运行方式 此时接地的电容电流已全部被消弧线圈的电感电流所补偿 这称为完全调谐 此时接地电弧将自动熄灭 物理含义 99 补偿方式欠补偿 接地点电流为容性 过补偿 接地点电流为感性 全补偿 接地点电流为零 100 谐振分析 U0 中性点位移电压即电网零序电压 101 令 102 破坏中性点绝缘L值不能按照完全调谐来选取 103 脱谐度v 导线对地电容的不对称系数 表示L值偏离调谐的程度 为避免电网非全相运行或消弧线圈饱和使脱谐度变小 而导致严重的中性点偏移 消弧线圈一般采取过补偿的运行方式 104 所以电力系统经消弧线圈接地时 不应采用全补偿方式 而欠补偿方式在系统运行方式变化时 可能转变为全补偿 所以通常采用的补偿方式应为过补偿 105 取KC0 0 15 d 5 106 6 中性点直接接地 供电中断 单相或三相自动重合闸 线路单相接地对通信线路的干扰 107 7 中性点接地方式的确定 10 66kV电网 中性点不接地经消弧线圈接地 10kV电缆线路 经小电阻接地 发电机 大部分110kV和220kV及以上电网 中性点直接接地 中性点不接地经消弧线圈接地 108 本章小结 1 无备用和有备用电力网及优缺点 放射式 干线式 链式单电源单环网 双电源双环网 两端电源供电网 电磁环网 2 中性点接地方式 109 2 发电厂 变电所主接线有汇流母线的单母线 双母线等接线的特点 倒闸操作顺序和优缺点 改进措施以及应用范围 无汇流母线的单元接线 桥形接线和角形接线的特点 应用范围 典型发电厂的典型接线方式 110 3 中性点不同接地方式特点 使用范围小电流接地系统 非直接接地系统 中性点不接地中性点经消弧线圈接地大电流接地系统 直接接地系统 中性点直接接地中性点经小阻抗接地 111 作业4 54 74 104 114 12