发电厂电气一次系统

1、发电厂电气一次系统 第一节 电气主接线的基本要求 第二节 电气主接线的基本形式 第三节 主变压器的选择 第四节 限制短路电流的方法能 源 管 控 中 心第一节 电气主接线的基本要求一、电气主接线定义发电厂电气主接线 发电厂电气主接线是由多种电气设备通过连接线，按其功能要求组成的汇集和分配电能的电路，又称一次接线或电气主系统。电气主接线图 用规定的设备文字和图形符号将发电机、变压器、母线、开关电器、测量电器、保护电器、输电线路等有关电气设备，按照工作顺序排列，详细表示电气设备的组成和连接关系的单线接线图，称电气主接线图。二、电气主接线图中的代表符号v 主要显示系统中发电机、变压器、电力线路、母线

2、及断路器等主要主要显示系统中发电机、变压器、电力线路、母线及断路器等主要元件间的电气接线。元件间的电气接线。三、对电气主接线的基本要求 对主接线的基本要求就是：安全、可靠、经济、方便。对主接线的基本要求就是：安全、可靠、经济、方便。1安全性安全性 对电气主接线的安全性，主要体现在：隔离开关的正确配置和隔离开关接线的正确绘制。 隔离开关的主要用途是将检修部分与电源隔离，以保证检修人员的安全。在电气主接线图中，凡是应该安装隔离开关的地方都必须配置隔离开关，不能有遗漏之处，也不可以为了节省投资而不装。 在绘制隔离开关时，电源应接在通过瓷瓶与隔离开关的刀片联结，因为这样安装在打开和合上隔离开关时，刀片

3、端的带电时间较短，这样可以保证操作人员的安全。二、可靠性二、可靠性 电气主接线的可靠性不是绝对的。同样的形式在一些发电厂或变电所来说是可靠的，但对另一些发电厂或变电所则不一定能满足可靠性要求。所以在分析主接线图时，要考虑发电厂或变电所在整个系统中的地位和作用，也要考虑用户的负荷性质和类别。 在分析电气主接线可靠性时，根据负荷性质，可按以下几个方面进行： （1）各断路器检修时，停电的范围和时间； （2）母线故障或检修时，停电范围和时间； （3）有没有使发电厂或变电所全部停电的可能。 电气主接线可靠性的高低直接决定着经济损失的大小，可靠性越高停电时的经济损失越少，反之，则越多。按重要性的不同，将负

4、荷分为三类： 类负荷停电后将造成人员伤亡和重大设备损坏的最重要负荷。如机场和军事设施等电力负荷，以及电弧炼钢炉和大型铝电解槽等短时间停电就要损坏重大设备的用电。对类负荷的供电要求是任何时间都不能停电。 类负荷停电后将造成减产，使用户蒙受较大的经济损失。对类负荷的供电要求是必要时可以短时期停电，不允许长时间停电。 类负荷 、类负荷以外的其他负荷，停电后不会造成太大的影响，属非重要负荷。对类负荷的供电要求是必要时可以长期停电。三、经济性三、经济性 电气主接线的经济性是相对而论的，在资金充足时，对经济性的要求可以放低，如果两种主接线的可靠性和方便性差不多，则选择经济性较好的一种。四、方便性四、方便性

5、 1.操作的方便性 电气主接线的应该接线简单，操作方便尽可能的使操作步骤少，以便于运行人员掌握，不至于在操作过程中出错。 2.调度的方便性 电气主接线在正常运行时，要能根据调度要求，方便地改变运行方式。并在发生事故时，要能尽快的切除故障。 3.扩建的方便性 这不仅与资金、土地相关，还与电气主接线的接线方式有关，但对于将来的发电厂和变电所，其主接线应具有扩建的方便性。第二节 电气主接线的基本形式一、电气主接线分类 电气主接线的基本形式包括：有母线接线和无母线接线两大类。 有母线接线有： 单母线接线、单母线分段接线、单母线带旁路接线、双母线接线、双母线分段接线、双母线带旁路接线、3/2台断路器接线

6、、4/3台断路器接线和变压器母线组接线等形式； 无母线接线有： 单元接线、桥形接线和角形接线等。一、单母线接线（1）电气设备：1）、QF：断路器；作用：接通和切断电路；特点：有专门的灭弧装置，可用于切断或闭合负荷电流以及切断故障电流；2）、 QS1：母线侧隔离开关 QS2：线路侧隔离开关 作用：隔离电压特点：无专用灭弧装置，开合电流能力极低； 3）、WB：母线，用于电能的 汇集和分配 倒闸操作：电气设备由一种状态转换到另一种状态或系统改变运行方式时，需要一系列倒闸操作才能完成。倒闸操作主要是指拉开或合上某些断路器和隔离开关、拉开或合上某些直流操作回路、切除或投入某些继电保护和自动装置、改变某些

7、继电保护和自动装置的整定值、拆除或装设临时接线、检查设备的绝缘等。例：给出线WL1送电倒闸操作：1、给出线WL1送电操作：先合QS1，后合QS2，再合QF2、给出线WL1断电操作：先断QF ，后断QS2，再断QS13、 QF和QS的操作顺序：保证隔离开关“先通后断”或在等电位状态下运行。4、 QS1和QS2的操作顺序：通电时先通母线侧隔离开关，后通线路侧隔离开关；断电时相反；5、防止误操作的措施：a、操作票制度；b、 QF和QS之间加装电磁闭锁、机械闭锁或电脑钥匙。优点：a、接线简单、清晰、设备少、投资小、操作方便；b、便于扩建和使用成套配电装置；缺点：a、不够灵活可靠，任一元件（母线及母线侧

8、隔离开关）检修时，所有回路必须全部停电；b、任一出线断路器检修时，该回路要停电；c、母线、母线侧隔离开关故障或断路器靠母线侧绝缘套管损坏时，所有回路必须全部停电；因而可靠性低。二、单母线分段运行1.分段断路器闭合运行：分段断路器闭合运行：两个电源分别接在两段母线上；两段母线上的负荷应均匀分配；两段母线电压相等。当一段母线发生故障时，继电保护将跳开分段断路器和故障侧电源断路器。另一侧可以继续运行。2.分段断路器断开运行：分段断路器断开运行：两个电源分接在两端段母线上；两段母线电压可能不相等。当任一电源故障时，其出口断路器自动断开，然后由备用电源自动投入装置自动接通分段断路器，保证全部引出线继续供

9、电。二、单母线分段运行（1）优点：a、母线发生故障时，分段断路器自动将故障段切除，仅故障母线段停电，保证正常段母线段不间断供电，缩小停电范围；b、对重要用户由两侧共同供电，提高供电可靠性；（2）缺点：a、当一段母线故障或检修时，与该段所连的所有电源和出线均需断开单回供电用户要停电；b、任一出线断路器检修，该回路要停电。c、扩建时需向两个方面均衡扩建。三、双母线接线1、双母线接线的运行方式：1）一组工作、一组备用方式；2）双母线同时运行2、双母线接线的特点优点：1）两条母线互为备用，一条母线检修时，另一条母线可以继续工作，不会中断对用户的供电；2）任一母线侧隔离开关检修时，只影响本支路供电；3）

10、工作母线故障时，所有回路能迅速切换至备用母线而恢复供电；3）可将个别回路单独接在备用母线上进行特殊工作或试验；因而可靠性高，运行方式灵活，便于扩建缺点：1）工作母线故障会造成所有回路短时停电；2）出线断路器检修时，该回路要停电；3）开关设备多，投资及占地面积大；4）倒闸操作出现短时停电，倒闸操作过程复杂，易误操作；5）一条母线检修，另一条单母线运行，可靠性降低。3、双母线接线的倒闸操作1（倒母线）倒母线：当双母线接线采用一组母线工作、一组母线备用的方式运行时，需检修工作母线，可将工作母线经倒闸操作转换为备用状态之后，进行母线停电检修工作，这个操作称为倒母线。 将工作母线I转换为备用状态的基本操

11、作：1）合母联断路器两侧隔离开关2）合母联断路器向备用母线充电，检验备用母线是否完好；3）切断母联断路器控制回路电源4）依次合入与II组母线连接的母线隔离开关（除母联断路器外）5）依次断开与I组母线连接的母线隔离开关（除母联断路器外）6）投入母联断路器控制回路电源，拉开母联断路器及两侧隔离开关四、单元接线结构结构：发电机与变压器直接连接成一个单元，组成发电机-变 压器组。 优点优点： 接线简单，开关设备少，操作简单。 不设发电机电压级母线，发电机和变压器低压侧短路的几率和短路电流相对于具有发电机电压级母线时，有所减小。QS1TQF1GQF1TQF2QF3G对于大型机组应采用分相封闭母线；对于小

12、型机组可采用扩大单元接线；对于附近有高电压、大容量变电站的发电厂，可采用发电机 - 变压器 - 线路组单元接线。单元接线带发电机出口断路器（GCB）的接线方式与不带发电机出口断路器（GCB）的接线方式的比较带发电机出口断路器（GCB）接线方式的优点：机组正常起、停不需切换厂用电，只需操作发电机出口开关，厂用电可靠性高。机组在发电机开关以内发生故障时（如发电机、汽机、锅炉故障），只需跳开发电机开关，减少机组事故时的操作量。 对保护主变压器、高压厂用变压器有利。 a、对于主变压器、高压厂用工作变压器发生内部故障时，由于发电机励磁电流衰减需要一定时间，在发电机-变压器组保护动作切除主变压器高压侧开关

13、后，发电机在励磁电流衰减阶段仍向故障点供电，而装设发电机开关后由于能快速切开发电机开关，而使主变压器受到更好的保护，这一点对于大型机组非常有利。 b、避免或减少了由于高压开关的非全相操作而造成的对发电机的危害。对于发电机变压器组接线，其高压开关由于额定电压较高（500KV），敞开式开关相间距离较大，不能做成三相机械连动，高压开关的非全相工况即使在正常操作时也时有发生，高压开关的非全相运行会在发电机定子上产生负序电流，而发电机转子承受负序磁场的能力是非常有限的，严重时会导致转子损坏。而目前的发电机出口开关在设计和制造中都考虑了三相机械连动，有效防止了非全相操作的发生。 发电机开关以内故障只需跳开

14、发电机开关，不需跳主变压器高压侧500KV开关，对系统的电网结构影响较小，对电网有利。 虽然初期投资大，但便于检修、调试，缩短故障恢复时间，提高了机组可用率，同时每年可节约大量的运行费用。 我国在600-1000MW核电机组及部分水、火电机组装设了发电机出口断路器或负荷开关。国外发电机出口断路器制造水平已达到：额定电流40-50kA，额定开断电流200kA以上，价格很贵，高达200万美元。国内制造水平远远落后，基本不能满足要求。第三节 主变压器的选择一、主变压器容量和台数的确定一、主变压器容量和台数的确定 主变压器：用来向电力系统或用户输送功率的变压器 联络变压器：用于两种电压等级之间交换功率

15、的变压器 厂用变压器：只供本厂用电的变压器 1、发电厂主变压器：、发电厂主变压器： 1）单元接线的主变压器）单元接线的主变压器容量的确定原则容量的确定原则 按发电机额定容量扣除本按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留机组的厂用负荷后，留10%的裕度确定。的裕度确定。扩大单元接线的变压器容扩大单元接线的变压器容量，按上述算出的两台机量，按上述算出的两台机容量之和确定。容量之和确定。 2）具有发电机电压母线接线的主变压器容量的确定原则（1）当发电机电压母线上负荷最小时，扣除厂用负荷后，主变压器应能将剩余有功和无功送往系统。(2)发电机电压母线上最大一台发电机检修或故障时，主变能从系统倒送功率保

16、证母线上最大负荷的需要。此时应适当考虑母线上负荷可能的增加和变压器的允许过负荷能力。（3）发电机电压母线上有两台或以上主变时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其余主变在允许的正常过负荷范围内，应能输送母线剩余功率的70%以上。（4）因系统经济运行要求需限制本厂出力时，应具有从系统倒送功率的能力，满足电压母线上最大负荷的要求。二、主变压器型式的选择主变压器型式的选择1 1）相数的确定）相数的确定主要考虑变压器的制造条件、运输条件和可靠性主要考虑变压器的制造条件、运输条件和可靠性要求等因素。要求等因素。300MW300MW及以下及以下: : 一般都应选三相变压器。一般都应选三相变压器。600M

17、W600MW及以上及以上: : 除制造、运输条件外，更重要的是除制造、运输条件外，更重要的是考虑负荷和系统情况，保证供电可靠，进行综合考虑负荷和系统情况，保证供电可靠，进行综合分析，在满足技术、经济的条件下，来确定选用分析，在满足技术、经济的条件下，来确定选用单相变还是三相变。单相变还是三相变。 2 2）绕组数的确定）绕组数的确定按绕组分类：双绕组、三绕组、自耦和低压绕组分裂等按绕组分类：双绕组、三绕组、自耦和低压绕组分裂等 发电厂如以两种升高电压等级向用户供电或与系统连接发电厂如以两种升高电压等级向用户供电或与系统连接时，可采用：二台双绕组时，可采用：二台双绕组 或或 一台三绕组一台三绕组

18、或或 自耦变。自耦变。 a. a. 最大机组容量为最大机组容量为125125MWMW及以下，多采用三绕组变压器。（及以下，多采用三绕组变压器。（但三绕组变的每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容但三绕组变的每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的量的15%15%及以上，否则选两台双绕组变）及以上，否则选两台双绕组变）b. b. 最大机组为最大机组为200200MWMW以上，双绕组变压器联络变压器。以上，双绕组变压器联络变压器。 在在110110KVKV及以上中性点直接接地系统中，凡需选用三绕组及以上中性点直接接地系统中，凡需选用三绕组变的场所，均可优先选用自耦变。它损耗小，体积小，效变的场所

19、，均可优先选用自耦变。它损耗小，体积小，效率高，但限流效果差，且变比不宜过大。率高，但限流效果差，且变比不宜过大。 按潮流方向选择升压（发电厂）或降压（变电站）变压器按潮流方向选择升压（发电厂）或降压（变电站）变压器3)3)绕组接线组别的确定绕组接线组别的确定我国我国110110KVKV及以上电压等级中，变压器都采用及以上电压等级中，变压器都采用“Y YN N”连接；连接；3535KVKV采用采用“Y”Y”连接，其中性点多通过消弧线圈接连接，其中性点多通过消弧线圈接地。地。3535KVKV以下，采用以下，采用“d”d”连接。连接。 在发电厂和变电所中，主变压器的接线组别一般在发电厂和变电所中，

20、主变压器的接线组别一般都选用都选用YN,d11YN,d11常规接线。（一般考虑系统或机组常规接线。（一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制三次谐波对电源的影响的同步并列要求以及限制三次谐波对电源的影响等因素）等因素）无激磁调压：不带电切换，调压范围在无激磁调压：不带电切换，调压范围在2 22.5%2.5%以内。以内。有载调压：带负荷切换，调压范围在有载调压：带负荷切换，调压范围在30%30%。 a. a. 接于出力变化大的发电厂的主变，特别是潮流接于出力变化大的发电厂的主变，特别是潮流方向不固定，且要求变压器副边电压维持在一定方向不固定，且要求变压器副边电压维持在一定水平。水平。 b. b. 接于时而为送端，时而为受端，具有可逆工作接于时而为送端，时而为受端，具有可逆工作特点的联络变压器。为保证供电质量，要求母线特点的联络变压器。为保证供电质量，要求母线电压恒定。电压恒定。4)调压方式的确定调压方式的确定