发电厂及其电气部分第七讲.

1、第第5 5讲讲 电气主接线及设计（电气主接线及设计（2 2）内容提要：u1 电气主接线的基本要求和设计程序u2 主接线的基本接线形式u3 主变压器的选择u4 限制短路电流的方法u5 电气主接线设计举例7.1 主变压器的选择7.2 限制短路电流的方法7.3 电气主接线设计举例（自学）v主变：用来向电力系统或用户输送功率的变压器v联络变：用于两个电压等级间交换功率的变压器v厂用变：供本厂自用功率的变压器正确合理的选择主变压器的台数、容量和类型，是电力系统规划和主接线设计中的一个主要问题。q 台数选多，容量选大了：投资大，占地面积大，运行损耗大。q 台数选少，容量选小了：满足不了可靠性要求及负荷（发

2、展）的需要。(1)单元接线，即没有发电机电压负荷此时，主变容量与发电机容量应相匹配。1、确定发电厂主变容量的基本原则例如：发电机容量PG MW，发电机额定功率因数cosG，厂用电率kP，则变压器容量为：留有10%的裕度！TGPG1.1(1)/cosSPk此时，主变连接在发电机电压母线和升高电压母线之间。1、确定发电厂主变容量的基本原则(2)有发电机电压母线，即有发电机电压负荷和剩余功率(2)有发电机电压母线，即有发电机电压负荷和剩余功率1、确定发电厂主变容量的基本原则所有机组满发，地方负荷最小，扣除厂用后，保证送出全部剩余功率。TGPGmin(1)/cos/cos /SPkPnPG：发电机母线

3、上的发电机容量之和；Pmin：发电机母线上的最小负荷；cos：负荷功率因素；n：发电机母线上的主变压器台数。20.8ST1 = ST2250(110) 15= 46.875 MVA=例如：PG=50MW，地方负荷最小15MW，厂用电率10，功率因数均为0.8，则主变T1、T2容量应为：(2)有发电机电压母线，即有发电机电压负荷和剩余功率1、确定发电厂主变容量的基本原则电厂最大一台机组因故障或检修停电，主变应能保证从系统倒送功率，满足地方最大负荷的需要。(2)有发电机电压母线，即有发电机电压负荷和剩余功率1、确定发电厂主变容量的基本原则TmaxGPG/cos(1)/cos/SPPknPG：发电机

4、母线上除最大一台机组外，其他发电机容量之和若发电机电压母线上接有2台及以上的主变时，其中最大一台退出运行时，应能输送母线最大剩余功率70及以上。(2)有发电机电压母线，即有发电机电压负荷和剩余功率1、确定发电厂主变容量的基本原则TGPGmin(1)/cos/cos 70%/(1)SPkPn为了保证可靠性，接在发电机电压母线上的主变台数一般不少于2台。对水电比重较大的系统，由于经济运行的要求，在丰水期应充分利用水能，此时有可能停用火电厂的部分或全部机组，以节约燃料，故火电厂的主变应能从系统倒送功率，满足地方最大负荷的需要。（具体计算公式与式（7-3）类似）(2)有发电机电压母线，即有发电机电压负

5、荷和剩余功率1、确定发电厂主变容量的基本原则最终容量确定：对式(7-2)(7-4)的计算结果进行比较，取其中最大者为发电厂主变的容量。应能满足两种电压等级在不同运行方式下，有功和无功的交换。容量一般不应小于接在两种电压母线上的最大一台机组的容量，保证当该机组停电时，通过联络变送电。联络变一般只选一台，这是考虑到布置和引线的方便。在中性点接地方式允许条件下，以选自耦变压器为宜。2、确定发电厂联络变容量的基本原则一般应按510年规划负荷来选择。根据城市规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定其容量。(1)主变容量：l重要变电所：应考虑当一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足

6、类及类负荷的供电。00(1)或mttLL eLLmL0初期负荷；m年负荷增长率；t年数3、确定发变电所主变容量的基本原则l一般变电所：当一台主变停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的7080。l为保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设2台主变压器。3、确定发变电所主变容量的基本原则(2)主变台数：l对110kV及以下终端或分支变电所，如只有一个电源或变电所的重要负荷可由低压侧取得备用电源时，可只装设1台主变压器。l对于地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站可设3台主变，以提高供电可靠性。q在容量为300MW及以下机组单元接线、330kV及以下系统中，一般应

7、选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资较大，占地多，运行损耗大，配电装置复杂。考虑到制造能力和运输条件时，可以用两台小容量三相变压器或单相变压器组。q容量为600MW及以下机组单元接线、 500kV以上系统，可靠性要求特别高，应综合考虑，进行技术和经济比较来确定，可采用单相组成三相变压器。1、三相变压器与单相变压器q 只有一种升高电压向用户或与系统连接的发电厂，以及只有2种电压的变电所，采用双绕组变压器。2、双绕组变压器和三绕组变压器q 有两种升高电压等级向用户或与系统连接的发电厂，以及有3种电压的变电所，可以采用双绕组或三绕组变压器（包括自耦变压器）。l最大机组容量为125MW及以下、且各

8、绕组的实际通过容量均达到变压器额定容量的15及以上时（否则绕组利用率太低），应优先采用三绕组变压器；（在一个发电厂或变电所中采用三绕组变压器的台数一般不多于3台，且选用时应注意变压器中的功率流向。）2、双绕组变压器和三绕组变压器q 有两种升高电压等级向用户或与系统连接的发电厂，以及有3种电压的变电所，可以采用双绕组或三绕组变压器（包括自耦变压器）。l最大机组容量为125MW及以下、但各绕组的实际通过容量未达到变压器额定容量的15及以上时，可采用发电机双绕组变压器单元加双绕组联络变压器；l容量为200MW及以上的机组，发电机出口回路和厂用分支回路大多采用分相封闭母线，此时宜采用双绕组变压器作主变

9、，然后通过联络变和其它电压等级联系；（联络变宜采用三绕组（包括自耦变压器），低压绕组可作为场用备用电源或启动电源，也可用来连接无功补偿装置。）2、双绕组变压器和三绕组变压器q 有两种升高电压等级向用户或与系统连接的发电厂，以及有3种电压的变电所，可以采用双绕组或三绕组变压器（包括自耦变压器）。l采用扩大单元接线时，应优先选用低压分裂绕组变压器，可以大大限制短路电流；l在110kV及以上中性点直接接地系统中，凡需要选用三绕组变压器的场所，均可优先选用自耦变压器；l多绕组如四绕组变压器，一般用于600MW级大型机组启动兼备用变压器。q 与同容量的普通变压器相比，自耦变压器消耗材料少、体积小、重量轻

10、、造价低，同时功率损耗也低，输电效率较高，便于运输和安装。在220kV及以下降压变电所中应用很广泛。3、普通型变压器和自耦变压器q 无载调压变压器必须在停电的情况下才能调节其高压绕组的分接头，从而改变变压器的变比以达到调节低压侧电压的目的。其调压范围较小，一般在5%以内。一年中只能调节12次，电力系统广泛使用的变压器大多数是无载调压变压器。4、无载调压变压器与有载调压变压器q 有载调压变压器具有专用的分接头切换开关，能够在不停电（带着负载）的情况下改变分接头位置进行调压。其调压范围较大，一般为15%以上甚至可达30%，并且可根据负荷大小的变化在一天中调节好几次，并且可进行自动调节。q有载调压变

11、压器价格要贵一些，当负载变化较大，采用无载调压变压器电压质量无法保证时，可以选用有载调压变压器。4、无载调压变压器与有载调压变压器q在发电厂中，一般情况下升压变压器不必采用有载调压变压器。但接于出力变化大的发电机母线的主变压器，或功率方向经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。7.1 主变压器的选择7.2 限制短路电流的方法7.3 电气主接线设计举例（自学） 在大容量发电厂和电力网中，短路电流可能达到很大的数值，以致在选择发电厂和变电所的电气设备及线路的电缆截面时，由于要满足短路电流热稳定和电动力稳定的要求，使得必须选择重型的电气设备，从而发电厂和变电所以及供电网的

12、投资增大。因此在大容量发电厂和变电所中，必须采取限制短路电流的措施使短路电流水平降低，以便采用价格较便宜的轻型电器以及截面较小的电缆。限制短路电流的原因限制短路电流的方法从根本上讲，是增大电源至短路点的等效阻抗，就是说，要减少并列，增加串联。具体的方法有： 加装串联的限流电抗器 使用低压分裂绕组变压器 选择适当的主接线形式和运行方式v 电抗器是由铜或铝导线绕制而成的空心线圈，在专设的支架上浇注成水泥支柱，故又称“水泥电抗器”。v 由于电抗器没有铁芯，所以其电抗 Xk 恒定不变。v 电抗器主要用在610kV配电装置中，目的在于限制发电机回路和发电机电压负荷用户侧短路时的短路电流水平，以便在这些回

13、路中选用轻型电气设备，从而减少投资。v 按结构不同，电抗器分为“普通电抗器”和“分裂电抗器”两种。普通电抗器按安装地点不同又分为“出线电抗器”和“母线电抗器”。1、出线电抗器出线电抗器安装在发电机电压母线的电缆引出线回路中出线断路器的后面。如图所示，主要用来限制电缆馈线回路的短路电流。由于电缆电抗值小，且有分布电容，即使是末端短路，也如同母线短路。而架空线路电抗值较大，一般不装设电抗器。G1G2T1T2d1出线电抗器只有当在电抗器后（d1点）短路时才能起限流作用。d1点短路，电压降主要落在电抗器上，不仅限制了短路电流，也维持了较高的母线残压，有利于发电机并联运行和提高厂用电动机的稳定性。1、出

14、线电抗器G1G2T1T2d1只有在应用其它方法不能限制短路电流到必要的数值时，才采用出线电抗器。因为正常工作时，电抗器上通过负荷电流，将产生电压损失和电能损耗；同时，由于电缆馈线回数较多，相应电抗器数量增多，总投资加大，耗费有色金属，并配电装置也复杂化。1、出线电抗器G1G2T1T2d1出线电抗器的额定电流应与所在回路负荷电流相匹配，一般为300600A。出线电抗器的百分电抗Xk一般取 36。1、出线电抗器G1G2T1T2d13% kekeX IXUXk=L，为电抗器一相的感抗母线电抗器安装在发电机电压母线的分段处，分段断路器旁，如图所示，主要用来限制发电厂内部短路电流（发电机电压母线、发电机

15、出口、变压器低压侧、母联）。无论d1、d2、d3短路，母线电抗器均可限制一台发电机所供的短路电流。2、母线（分段）电抗器各母线段上的负荷应尽量均匀分配，使通过母线电抗器的电流最小，以减少正常运行时的电能损耗，并可使两段母线的电压大致相等。2、母线（分段）电抗器母线电抗器的额定电流，应根据母线上因事故切除最大一台发电机时可能通过电抗器的电流来选择。一般取该发电机额定电流的5080。母线电抗器的百分电抗一般为812。2、母线（分段）电抗器v 普通电抗器最大的问题在于其限流效果和正常运行时电压降之间的矛盾。若想其限流效果好，必然电抗有名值大，则正常运行时电压降也大；反之，要想降低其正常运行时电压降，

16、必须减小电抗有名值，则限流效果又降低了。v 要解决这个矛盾，可以采用分裂电抗器。v 分裂电抗器在正常运行时，负荷电流所经过的电抗小，所造成的压降小；而在分裂电抗器某个臂所带电路发生故障时，短路电流所经过的电抗会增大好几倍，则短路电流受到很大的限制。3、分裂电抗器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。又称“双臂限流电抗器”。等值电路如图： 中间抽头一般用来连接电源3、分裂电抗器两个分支1和2连接大致相等的两组负荷。分裂电抗器两臂间有磁的联系：l 两臂自感L相同，自感抗为XLL；l 两臂间互感为MfL（f为互感系数，一般为0.40.6），互感电抗XMMfLfXL。正常运行时：

17、两分支电流大小相等，每臂的运行电抗为： (1)LMLLLXXXXfXf X3、分裂电抗器U=IX=I(1+f)XL-2IfXL=I(1-f)XL3、分裂电抗器当分支1出线短路时：l 忽略分支2的负荷电流时，短路电流遇到的电抗为：X=(1+f)XL-fXL=XL （称为单臂型电抗）；l考虑电动机短路瞬间反馈电流时，两比的总电抗（称为分裂型电抗）为：122() 2(1)LMLXXXXfv 将一台大容量的变压器更换成电抗标么值与其相同的两台小容量变压器，然后在低压侧解列运行，就可以有效地减小低压侧的短路电流。但是这样做将使变压器台数增多，占地面积和投资都会增大。v 要解决这个矛盾，可以采用低压分裂绕

18、组变压器。v 低压分裂绕组变压器在设计时，其高压绕组和两个低压绕组之间磁耦合较为紧密，而两个低压绕组相互之间的磁耦合则较弱。因而分裂绕组变压器高压绕组的等值电抗X10，这是它和一般的普通三绕组变压器的主要区别。v 图(a)分裂变压器用于两台发电机构成扩大单元接线v 图(b)分裂变压器用作大型机组厂用变压器图(c)是分裂变压器的等值电路。正常运行时，两支路负荷基本相等，2与2等电位点，此时的等值电路如图(d)所示。故此时的阻抗为：X12 X1 X2/2 X2/2(因为X10)两低压分裂绕组的电抗通常有： X2X2=X2（归算到高压侧）当分裂变压器用于扩大单元的主变，某一臂(如K1点)发生短路时，系统电源和另一台发电机同时向2点供给短路电流，等值电路如图(e)所示。系统电源的转移阻抗（称为半穿越电抗）为X1X2=X2 ，是正常运行时阻抗的2倍。而另一台发电机的转移阻抗（称为分裂电抗）为X2-2= X2+X2 2X2，是正常运行时阻抗的4倍。可见短路电流得到了有效的限制！当分裂变压器用于大型机组厂用变压器，某一臂(如K2点)发生短路时，由发电机向2点供给短路电流，等值电路如图(f)所示。短路电流所遇阻