某水电站电气主接线设计

1、、人 刖百电力系统是由发电厂、变电站、线路和用户组成。变电站是联系发电厂和用 户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。为满足生产需要，变电站中安装有 各种电气设备，并依照相应的技术要求连接起来。把变压器、断路器等按预期生 产流程连成的电路，称为电气主接线。电气主接线是由高压电器通过连接线， 按 其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列， 详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。一、主接线的设计原则和要求主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的

2、主要组成部分， 是变电站电气设计的首要部分。它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数 量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，直 接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定， 关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。由于电能生产的特点是发电、 变电、输电和用电是在同一时刻完成的， 所以主接线设计的好坏，也影响到工农 业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性的问题。 必须在满足国家 有关技术经济政策的前提下，正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素， 力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。I.电气主接线的设计原则电气主接线的

3、基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政 策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、 满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取 材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美 观的原则。1 .接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽 可能采用断路器较少或不用断路器的接线， 如线路一变压器组或桥形接线等。若 能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在110-220KV配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥形接线；当出线不超过 4回时，一般采用分段单 母线接线。在枢纽变电站中

4、，当 110-220KV出线在4回及以上时，一般采用双 母接线。在大容量变电站中，为了限制 6-10KV出线上的短路电流，一般可采用 下列措施：a.变压器分列运行；b.在变压器回路中装置分裂电抗器或电抗器；c,采用低 压侧为分裂绕组的变压器。d,出线上装设电抗器。2 .主变压器选择a,主变压器台数：为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变压器。 当只 有个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一 台。对于大型枢纽变电站，根据工程具体情况，当技术经济比较合理时，可装设 两台以上主变压器。b,主变压器容量：主变压器容量应根据 5-10年的发展规划进行选择，并应 考虑变压器正

5、常运行和事故时的过负荷能力。对装设两台变压器的变电站，每台变压器额定容量一般按下式选择Pm为变电站最大负荷。这样，当一台变压器停用时，可保证对 60啾荷的 供电，考虑变压器的事故过负荷能力 40%则可彳证对84%ft荷的供电。由于一 般电网变电站大约有 25%勺非重要负荷，因此，采用 nMS=0.6P,对变电站保证 重要负荷来说多数是可行的。对于一、二级负荷比重大的变电站，应能在一台停 用时，仍能保证对一、二级负荷的供电。d,主变压器的型式：一般情况下采用三相式变压器。具有三种电压的变电站， 如通过主变压器各侧绕组的功率均达到15%Sn以上时，可采用三绕组变压器。其中，当主网电压为110-22

6、0KV,而中压网络为35KV时，由于中性点具有不同 的接地形式，应采用普通的三绕组变压器；当主网电压为220KV及以上，中压为 110KV及以上时，多采用自耦变压器，以得到较大的经济效益。e,断路器的设置根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。f,为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力 负荷的平衡。当缺乏足够的资料时，可采用下列数据：最小负荷为最大负荷的60%-70%如主要是农业负荷时则宜取 20%-30% 负荷同时率取0.85-0.9 ,当馈线在三回以下且其中有特大负荷时，可取 0,95 1;功率因数一般取0.8;线损平均取5%n

7、,设计主接线的基本要求在设计电气主接线时，应使其满足供电可靠，运行灵活和经济等项基本要求。1,可靠性：供电可靠是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。在研究主接线时，应全面地看待以下几个问题：a.可靠性的客观衡量标准是运行实践， 估价一个主接线的可靠性时，应充分 考虑长期积累的运行经验。我国现行设计技术规程中的各项规定， 就是对运行实 践经验的总结。设计时应予遵循。b.主接线的可靠性，是由其各组成元件（包括一次设备和二次设备）的可靠 性的综合。因此主接线设计，要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供 电的影响。c.可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某所是可靠的，而对另一些

8、所则可 能还不够可靠。因此，评价可靠性时，不能脱离变电站在系统中的地位和作用。2 .通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几方面考虑：a.断路器检修时，能否不影响供电。b.线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和 停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。3 .变电站全部停运的可能性。a.灵活性：主接线的灵活性要求有以下几方面。调度灵活，操作简便：应能灵活的投入（或切除）某些变压器或线路，调能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。检修安全：应能方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检 修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。扩建方便：应能容

9、易的从初期过渡到最终接线， 使在扩建过渡时，在不影 响连续供电或停电时间最短的情况下， 投入新装变压器或线路而不互相干扰， 且 一次和二次设备等所需的改造最少。b.经济性：在满足技术要求的前提下，做到经济合理。投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资； 要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资； 要适 当限制短路电流，以选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广 采用直降式（110/6-10KV）变压器，以质量可靠的简易电器代替高压断路器。占地面积小：电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用

10、。在运输条件许可的地方，都应采用三 相变压器。电能损耗少：在变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器。应经 济合理的选择主变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗二、主接线的设计步骤I.电气主接线的具体设计步骤如下：1 .分析原始资料a.本工程情况变电站类型，设计规划容量（近期，远景），主变台数及容 量等。b.电力系统情况 电力系统近期及远景发展规划（5-10年），变电站在电力 系统中的位置和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点 接地方式等。c.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。d.环境条件 当地的气温、湿度、覆冰

11、、污秽、风向、水文、地质、海拔高 度等因素，对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。e.设备制造情况 为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性 能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性、经 济性和可行性。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。因为对出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑不 同，会出现多种接线方案。应依据对主接线的基本要求，结合最新技术，确定最 优的技术合理、经济可行的主接线方案。3 .短路电流计算对拟定的主接线，为了选择合理的电器，需进行短路电流计算。4 .主要电

12、器选择包括高压断路器、隔离开关、母线等电器的选择。5 .绘制电气主接线图+ / jP is. I-F ill.，一LitF i_ -，一， J L，,j 一一 .、 、,、将最终确定的主接线，按工程要求，绘制工程图。三、基本接线型式I.单母线接线a.优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。b.缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及隔离开关等）故障或检修，均需 使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段。但当一段母线故障时，全部回 路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后， 方能恢复非故障段的供 电。c.适用范围：6-10KV配电装置出线回路数不超过 5回；35-

13、63KV配电装置 出线回路数不超过3回；110-220KV配电装置的出线回路数不超过两回。葭单母线分段接线a.优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路， 有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段短路器自动将故障段切除，保证正 常段母线不间断供电和不使重要用户停电。b.缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时， 该段母线的回路都要在 检修期间停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需两个 方向均衡扩建。c.适用范围：6-10KV配电装置出线回路数为 6回及以上时；35-63KV配电 装置出线回路数为4-8回时；110-220KV配电装置的出线回路数为3-4

14、回时。双母线接线：双母线的两组母线同时工作，并通过母线联络断路器并联 运行，电源与负荷平均分配在两组母线上。 由于母线继电保护的要求一般某一回 路固定与某一组母线连接，以固定的方式运行。a.优点：供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而 不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离 开关，只停该回路。调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。扩建方便。向左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均 匀分配，不会引起原有回路的停电。便于试验。当个别回路需要单独进行实验时，

15、 可将该回路分开，单独接至 一组母线上。b.缺点：增加一组母线和使每回路就需要增加一组母线隔离开关。当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。为了避 免隔离开关误操作，须在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。适用范围。当出线回路数或母线上电源较多， 输送和穿越功率较大，母线 故障后要求迅速恢复供电，母线和母线设备检修时不允许影响对用户的供电，系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用。6-10kv配电装置，当短路电流较大，出线需要带电带电抗器时；35-63KV配电装置，当出线回路数超过 8回外传1叱独通时，或连接的电源较多，负荷较大时；110-220KV配电装置，出线 回路数为5

16、回及级以上时。IV.双母线分段接线：当220KV进出线回路数甚多时，双母线需要分段。a.分段原则：当进出线回路数为 10-14回时，在一组母线上用断路器分段；当进出线回路数为15回及以上时，两组母线均用断路器分段；在双母线分段接线中，均装设两台母联兼旁路断路器；为了限制220KV母线短路电流或系统解裂运行的要求，可根据需要将母线分段；变压器-线路单元接线：b.优点：接线最简单，设备最少，不需要高压配电装置。c.缺点：线路故障或检修时，变压器停运；变压器故障或检修时线路停运3适用范围：只有一台变压器和一回线路时；当发电厂内不设高压 配电装置，直接将电能输送至枢纽变电所时四、主接线初步设计方案综上

17、所述，下面有两个技术合理的方案供比较选择：主接线方案比较一览表，单母线分段接线双母线接线1 .可靠性：一段母线发生故障，自动装置可以保证正常母线不间断供电。 重 要用户可以从不同分段上引接。出线回路数较多，断路器故障或检修较多，母联断路器长期被占用，对变电站不利。2 .灵活性：母线由分段断路器进行分段。当一段母线发生故障时，由自动装 置将分段断路器跳开，不会发生误操作。a.各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上， b.能灵活的适应 系统中各种运行方式的调度和潮流变化的需要。c.当母线故障或检修时，d.隔 离开关作为倒换操作电器，e.容易误操作。3 .经济性：当进出线回路数相同的情况下

18、，单母线分段接线所用的断路器和 隔离开关少于双母线接线。总结：对比两种接线方式，从可靠性、灵活性、经济性以及可扩建性等几方 面考虑，我认为单母线分段接线方式较适合本设计要求，故高、中、低压三侧均 采用单母线分段接线方式。五、厂用电，生活区用电接线方案厂用电接线的一般要求：4 ）厂用电接线应尽量简单、清晰。2）保证重要负荷供电可靠，供电的间断时间不超过允许值。3）保证厂用电设备各级保护动作的选择性。4）在厂用分段母线上，一般应使负荷均匀分布在两段母线上。5）应尽量对负荷的供电线路最短，以节省电缆，减少损耗，便于运行管理， 操作维护方便，经济上合理。考虑以上几点，选择厂用电接线为单母分段接线，每段

19、分别使用一台厂用变 压器，并且将厂用电母线与生活区用电母线相连，作为生活区用电的备用电源， 以减少投资。最终确定的厂用电主接线方案如图所示。六、短路电流计算1、短路电流的计算取基准容量为：S/100MVA ,基准电压为U/Uav又依公式：|b=Sb/，6 Ub ； Xb=Ub2/Sb,计算出基准值如下表所示：(Sb=100MVA )Ub (KV)1153710.5|b (KA)0.5521.7166.048Xb ( Q)120.2312.451.002、计算变压器电抗Uki %=1/2U k(i-2)%+UK(3-1)%-Uk(2-3) %=1/217+10.5-6.5=10.5UK2% =

20、1/2U K(1-2)%+ Uk(2-3)%- Uk(3-1)%=1/217+6.5-10.5=6.5Uk3% = 1/2U K(3-1)% +Uk(2-3)%- Uk( 1-2)%=1/210.5+6.5-17=0Xti*= (U ki%/100)有b/Sn)= (10.5 /100) -110/63) =0.183Xt2*= (U k2%/100)有b/Sn)= (6.5/100)卷110/63)=0.113Xt3*= (Uk3%/100)有b/Sn)= 03、系统电抗远期：Xmax110*=0.0765； Xmax110*=0.162；4、系统等值网络图如下图5、短路计算点的选择选择如图

21、2-2中的di、d2、d3、 d4、6、短路电流计算(1) di 点短路时：Up=115KVd5、d6各点。. J umd%夕0.0765a teaQU3ds i1上35KV次暂态短路电流标么值的计算：I *=1/Xi*=1.0/0.0765=13.07次暂态(0s)和4s时的短路电流相等，三相短路电流有名值为:I” =*S/ (右 Uav)=13.07 X10/(6 X115)=7.22KA两相短路电流为：0.866汉.22 =6.25 KA冲击电流为：i sh=2.55 I ” =2.5522=18.41 (KA)短路容量为：S=WUb I” =1.732 M15M.22 =1438.1(

22、MVA )Ish=1.51 X I ” =1 22=10.90 (KA)d2点短路时Up=37KVI Q.D765 0 . 0 7 5 St 1 10K V3D.1BJiO.lfik*?| D D 15,，-1OKVh113IO-U3!1 D 5 S B & 35KV-次暂态短路电流标么值的计算：I *=1/X2*=1.0/(0.0765+0.0915+0.0565)=4.45次暂态(0s)和4s时的短路电流相等，三相短路电流有名值为：I” =*2/ (万 Uav) = 4.45 X10/(6 M7)=7.64KA两相短路电流分别为：0.866 X64 =6.62 KA冲击电流为：ish=2.

23、55 XI” =27554*19.48 (KA)短路容量为：S=，&UbI” =1.732377.64=489.6 (MVA )Ish=1.51 XI” =17564=11.54 (KA)d3点短路时Up=10.5KV次暂态短路电流标么值的计算：I *=1/X3*=1.0/(0.0765+0.0915)=5.95次暂态(0s)和4s时的短路电流相等，三相短路电流有名值为：I” =*泡(Uav) = 5.95 X10/(X10.5) =35.99KA两相短路电流分别为：0.866 35.99=31.17 KA冲击电流为：i sh=2.55 XI” =235599=91.77 (KA)短路容量为：

24、S=t& UbI =1.7321(X5 5.99=654.5 (MVA )Ish=1.51 XI” =135199=54.34 (KA)d4点短路时Up=110KV,与d1短路时的情况相同。d5点短路时Up=35KV0.0765110KVQ,1 即 J a. 1S3*DK73 0,113ds /一35KV次暂态短路电流标么值的计算:=1/X5*=1.0/(0.0765+0.0915+0.113)=3.56次暂态（0s）和4s时的短路电流相等，三相短路电流有名值为:I” =*沁/ （也 Uav） = 3.56 X10/（6 M5）=6.12KA两相短路电流分别为：0.866鼠12=5.3 KA冲

25、击电流为：ish=2.55 X I ” =26552=15.61 (KA)短路容量为：S=4UbI” =1.73210.5 X6.12=392.2 (MVA )Ish=1.51 XI” =16512=9.24 (KA)(6) d6 点短路时 Up=10.5KV0.0765110KV0,1830,1 S30.1130.1 1310KV35KV次暂态短路电流标么值的计算:X6* =0.0765+0.183/ (0.183+0.113+0.113 )+0=0.0765+0.183/0.409=0.203I *=1/X6*=1.0/0.203=4.93次暂态(0s)和4s时的短路电流相等，三相短路电流有名值为：I” =*6/ (后 Uav) = 3.56 X10/(后 X10.5) =29.82KA两相短路电流分别为：0.866 29.82=25.82 KA冲击电流为：ish=2.55 XI” =225582=76.04 (KA)短路容量为：S=UbI” =1.7321(X5 X29.82=542.3 (MVA )Ish=1.51 XI” =129182=45.03 (KA)7、将所计算最大方式下短路电流值列成下名称短路点基准电压 (KV)I ( KA )三相I ( KA )两相i