第四章发电厂和变电站的主设备及主系统

第四章发电厂和变电站的主设备及主系统4.8电气主接线

10/19/20221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?问题：

10/19/20222电气主接线:也称为电气主系统或电气一次接线。它是由电气一次设备按电力生产的顺序和功能要求连接而成的接受和分配电能的电路，是发电厂、变电所电气部分的主体，也是电力系统网络的重要组成部分。电气主接线反映了：1）发电机、变压器、线路、断路器和隔离开关等有关电气设备的数量。2）各回路中电气设备的连接关系。3）发电机、变压器和输电线路及负荷间以怎样的方式连接。4.8电气主接线

10/19/20223电气主接线直接关系到电力系统运行的可靠性、灵活性和安全性，直接影响发电厂、变电所电气设备的选择，配电装置的布置，保护与控制方式选择和检修的安全与方便性。所以电气主接线是电力设计、运行、检修部门以及有关技术人员必须深入掌握的主要内容。电气主接线图：就是用国家规定的电气设备图形与文字符号，详细表示电气主接线组成的电路图。电气主接线图一般用单线图表示（即用单相接线表示三相系统），但对三相接线不完全相同的局部图面（如各相中电流互感器的配置）则应画成三线图。4.8电气主接线

10/19/20224常用一次设备的图形和文字符号：G(F)名称图形符号文字符号(旧符号)T(B)T(B)T(B)双绕组变压器三绕组变压器三绕组自耦变压器发电机G4.8电气主接线

10/19/20225名称图形符号(旧符号)文字符号(旧符号)断路器隔离开关熔断器电抗器QF(DL)QS(G)FU(RD)L(DK)4.8电气主接线

10/19/20226名称图形符号(旧符号)文字符号(旧符号)手车断路器母线电缆终端头QF(DL)W(MX)L(XL)避雷器F4.8电气主接线

10/19/20227一、对电气主接线的基本要求

应满足可靠性、灵活性、经济性三项基本要求。可靠性

(1)电能生产的特点要求电气主接线首先应满足可靠性的要求。电能不能大量储存，发电、输电和用电必须在同一瞬间完成的，任何一个环节出现故障都会造成供电中断。4.8电气主接线

10/19/20228分析主接线的可靠性时，要考虑发电厂与变电所在电力系统中的地位和作用、负荷的性质、设备的可靠性和运行实践等因素。4.8电气主接线

(2)可靠性不是绝对的,对于不重要的用户,太高的可靠性将造成浪费。10/19/202292.灵活性(1)调度灵活：能按照调度的要求，方便而灵活地投切机组、变压器和线路，调配电源和负荷，以满足在正常、事故、检修等运行方式下的切换操作要求。(2)检修安全、方便：可以方便地停运断路器、母线及其二次设备进行检修，而不致影响电网的运行和对其它用户的供电。应尽可能的使操作步骤少，便于运行人员掌握，不易发生误操作。4.8电气主接线

10/19/202210(3)扩建方便能根据扩建的要求，方便地从初期接线过渡到远景接线：在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新机组、变压器或线路而不互相干扰，对一次设备和二次设备的改造为最少。4.8电气主接线

10/19/2022113.经济性

主接线应在满足可靠性和灵活性的前提下，做到:1）节约投资

4.8电气主接线

2）占地面积小

3）年运行费用小10/19/202212二、电气主接线的基本接线形式

(1)电气主接线的基本环节是电源（发电机或变压器）和出线，它们之间如何连接是电气主接线的主体。(3)对于进出线数目少，不再扩建和发展的电气主接线，不设置母线而采用简化的中间环节。(2)当同一电压等级配电装置中的进出线数目较多时（一般超过4回），需设置母线作为中间环节(掌握中间环节是关键)。4.8电气主接线

10/19/202213有母线的主接线：由于设置了母线，使得电源和引出线之间连接方便，接线清晰，接线形式多，运行灵活，维护方便，便于安装和扩建。母线也称汇流母线，起汇集和分配电能的作用。(4)主接线的分类：根据是否有母线，主接线接线形式可以分为有母线和无母线两大类型。但有母线的主接线使用的开关电器多，配电装置占地面积较大，投资较大。无母线的主接线：使用的开关电器少，配电装置占地面积较小，投资较小。

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10/19/202214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二、电气主接线的基本接线形式

一个半接线

10/19/202215（一）有母线的基本接线形式

1.单母线接线及其母线分段的接线⑴单母线接线如图所示。a)结构特征：只有一组母线W，接在母线上的所有电源和出线回路，都经过开关电器连接在该母线上并列运行。4.8电气主接线

10/19/202216各回路都装有断路器和隔离开关，断路器用以正常工作时投切该回路及故障时切除该回路；隔离开关用以在切断电路时建立明显可见的断开点，将电源与停运设备可靠隔离，以保证检修安全。母线隔离开关：与母线相连接的隔离开关，如图中的QS11；线路隔离开关：与线路相连接的隔离开关，如图中的QS12。4.8电气主接线

10/19/202217b)倒闸操作原则：断路器与隔离开关间的操作顺序:保证隔离开关“先通后断”（在等电位状态下，隔离开关也可以单独操作），这种断路器与隔离开关间的操作顺序必须严格遵守，绝不能带负荷拉刀闸（即隔离开关），否则将造成误操作，产生电弧而导致严重的后果。母线隔离开关与线路隔离开关间的操作顺序：母线隔离开关“先通后断”，即接通电路时，先合母线隔离开关，后合线路隔离开关；切断电路时，先断开线路隔离开关，后断开母线隔离开关。以避免万一断路器的实际开合状态与指示状态不一致时，误操作发生在母线隔离开关上，产生的电弧会引起母线短路，使事故扩大。4.8电气主接线

10/19/202218例如：对WL1送电时，先合上QS11，再合上QS12，最后合上QF1。对WL1停电时，先断开QF1，再依次拉开QS12和QS11。c)接地开关(图中QS13)的作用：保证检修安全:当电压等级在110kV及以上时，线路隔离开关或断路器两侧的隔离开关（布置较高时）都应设置接地开关，母线也应设置接地开关或接地器，以代替人工挂接地线，保证出线、断路器和母线检修时，检修人员的安全。4.8电气主接线

10/19/202219d)评价：主要优点是接线简单清晰，设备少，操作方便，造价便宜，只要配电装置留有余地，母线可以向两端延伸，可扩性好。e)适用范围：单母线接线只能用于某些出线回数较少，对供电可靠性要求不高的小容量发电厂和变电所中。主要缺点是可靠性和灵活性都较差：1)母线和母线隔离开关检修时，全部回路均需停运；2)母线故障时，继电保护会切除所有电源，全部回路均需停运；3)任一断路器检修时，其所在回路也将停运；4)它只有一种运行方式。4.8电气主接线

10/19/202220⑵单母线分段接线把单母线分成两段，并在两段之间装设能够分段运行的开关电器，称为单母线分段接线，如图所示。用隔离开关分段的单母线接线特点：运行的可靠性和灵活性都较差，适用于由双回路供电的、允许短时停电的二类负荷。分段运行：正常情况下分段开关是打开的。并列运行：正常情况下分段开关是闭合的。4.8电气主接线

10/19/202221用断路器分段的单母线接线分段断路器除了具有分段隔离开关的作用外，该断路器还装有继电保护，除能切断负荷电流或故障电流外，还可自动分、合闸，因此运行的可靠性和灵活性都较大。但该接线仍不能克服出线断路器检修时的停电问题。适用范围：中、小容量发电厂和变电所的6-10kV配电装置和出线回路数较少的35-220kV配电装置中。4.8电气主接线

10/19/2022222．带旁路母线的单母线分段接线(1)带专用旁路断路器的单母线分段带旁路母线接线a)结构特征：如图所示。1)在单母线分段的基础上又增加了旁路母线W3、专用旁路断路器QFp及旁路回路隔离开关QS1和QS2。2)各出线回路除通过断路器与汇流母线连接外，还通过旁路隔离开关与旁路母线相连接。4.8电气主接线

10/19/202223b)旁路母线的作用是：检修任一进出线断路器时，不中断对该回路的供电。d)适用范围：110kV及以上的高压配电装置。c)评价：单母线分段接线增设旁路母线后，可以使单母线分段接线在检修任一出线断路器时不中断对该回路的供电。但配电装置占地面积增大，增加了断路器和隔离开关数量，接线复杂，投资增大。

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10/19/202224e)检修断路器时的不停电倒闸操作过程：正常运行时，旁路断路器QFp、各进出线回路的旁路隔离开关是断开的，旁路断路器两侧的隔离开关是合上的，旁路母线W3不带电。若检修WL1的断路器QF1，使该出线不停电的操作步骤为：

1)合上QFp;给旁路母线W3充电，检查旁路母线W3是否完好，如果旁路母线有故障，QFp在继电保护控制下自动切断故障，旁路母线不能使用；如果QFp合闸成功，说明旁路母线完好。2)合上出线旁路隔离开关QS1p；此时QS1p的两端等电位。也可以先断开QFp，然后合上QS1p，再合上QFp，以避免万一合上QS1p前，发生线路故障，QF1事故跳闸，造成QS1p合到短路故障上。3)断开出线WL1的断路器QF1;

4)断开QS12和QS11。4.8电气主接线

10/19/2022253．双母线接线(1)结构特征：如图所示。1)有两组母线W1、W2，两组母线间通过母线联络断路器QFc相连；2)每回进出线均经一组断路器和两组母线隔离开关分别接至两组母线。正常运行时只合一组隔离开关。(2)运行方式:1)两组母线同时工作将母联断路器QFc合闸，而进出线均衡地分配在两组母线上，相当于单母线分段的运行方式。当一组母线故障时，在继电保护作用下，母联断路器断开，仅停故障的母线。4.8电气主接线

10/19/2022262)一组母线工作，另一组母线备用全部电源和出线接于工作母线上，母联断路器断开，按单母线方式运行。工作母线故障时，全部短时停电。(3)优点：1)运行方式灵活，有多种运行运行方式。由于每个回路均可以换接至两组母线的任一组上运行，使得双母线接线的可靠性和灵活性大大提高。2)任一组母线检修时不中断供电，检修任一回路母线隔离开关时，只中断该回路的供电。

3)任一组母线故障时仅短时停电，停电时间是接于该母线上的所有回路切换至另一组母线所需时间，故障母线上的回路经短时停电便可恢复供电。

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10/19/202227(4)缺点：1)检修任一回路断路器时，该回路仍需停电。2)任一母线故障仍会短时停电。3)变更运行方式时，要用各回路母线侧的隔离开关进行倒闸操作，操作步骤较为复杂，容易出现误操作。4)增加了大量的母线隔离开关和母线长度，双母线的配电装置结构较复杂，占地面积大，投资大。(5)适用范围：双母线接线广泛应用于对可靠性要求较高、出线回路数较多的6~220kV配电装置中。

4.8电气主接线

10/19/202228(6)倒母线操作：例如，如果图中接线在母线W1工作、母线W2备用的运行方式下，欲检修母线W1时的倒闸操作步骤如下：①检查母线W2是否完好，合QFc两侧隔离开关及QFc，向母线W2充电，若其母线完好，则QFc不会因继电保护动作而跳闸，便可继续倒闸操作；②合上所有回路与母线W2连接的隔离开关，之后再断开所有回路与母线W1连接的隔离开关，以实现全部回路由母线W1换接至母线W2。③断开QFc及其两侧隔离开关，此时母线W1不带电，母线W2变为工作母线。4.8电气主接线

10/19/2022294．双母线分段接线双母线接线难以满足大型电厂和变电所对主接线可靠性的要求：不分段的双母线接线在母联断路器故障或一组母线检修，另一组运行母线故障时，有可能造成严重的或全厂（所）停电事故。(1)双母线三分段接线：如图所示。将一组母线用分段断路器QFd分为两段（W1和W2），两个分段母线（W1和W2）与另一组母线（W3）之间都用母联断路器连接，也称为双母线三分段接线。4.8电气主接线

10/19/202230双母线三分段接线在一组母线检修合并母联断路器故障时，会发生全厂（所）停电事故。为进一步提高大型电厂和变电所主接线可靠性，可将两组母线均用分段断路器分为两段，就构成了双母线四分段接线（见图）。另外该接线母线故障时的停电范围只有1/4，可靠性进一步提高。

(2)双母线四分段接线：4.8电气主接线

10/19/2022315．双母线带旁路母线接线为了使双母线接线在检修任一回路断路器时不中断该回路的供电，可增设旁路母线。(1)结构特征：如图所示。1)增设了一组旁路母线W3及专用旁路断路器QFp回路。2)各回路除通过断路器与两组汇流母线连接外，还通过旁路隔离开关与旁路母线相连接。应该注意的是旁路母线只为检修断路器时不中断供电而设，它不能代替汇流母线。

(2)评价：1)可靠性、灵活性都相当高。10/19/202232b)任一组母线故障时仅短时停电。

c)检修任一回路断路器时，该回路不停电。2)所用的电气设备数量较多，操作、接线及配电装置较复杂，占地面积较大，经济性较差。

(3)适用范围：a)任一组母线检修时不中断供电，检修任一回路母线隔离开关时，只中断该回路的供电。

220kV出线在4回及以上、110kV出线在6回及以上时，宜采用有专用旁路断路器的旁路母线接线。

4.8电气主接线

10/19/2022336．一台半断路器接线(1)结构特征：如图所示。1)每两个回路经三台断路器（称为一串）接在两组母线之间,构成一串,两个回路中间的断路器称为联络断路器;2)由多个串构成多环路。完全串：两个回路三台断路器。不完全串：一个回路两台断路器。4.8电气主接线

10/19/2022341)多环路供电，可靠性高。任一组母线故障或检修时，只断开与此母线相连的所有断路器，所有回路都不会停电。任一断路器检修时，所有回路都不会停电(每个回路都经过两台断路器供电)。

甚至在一组母线检修另一组母线故障或两组母线同时故障的极端情况下，也不中断供电。(2)优点：2）隔离开关只作为隔离电器，避免了复杂的倒闸操作和误操作。4.8电气主接线

10/19/202235(3)主要缺点是：所用断路器、电流互感器等设备多、投资较大；继电保护及二次回路的设计、调整、检修等比较复杂。

(4)适用范围：大型电厂和变电所的500kV配电装置。4.8电气主接线

10/19/202236二、无母线的基本接线形式

1．桥形接线(1)结构特征：如图所示。1)无母线，只有两台变压器和两回线路(常见形式)。2)四个回路使用三台断路器，中间的断路器称为联络断路器，连同两侧的隔离开关称为联接桥。联接桥靠近变压器为内桥接线，联接桥靠近线路为外桥接线。4.8电气主接线

10/19/2022372)外桥接线适用于线路较短(故障率较低)、主变压器需经常投切(因经济运行的需要)、以及电力系统有较大的穿越功率通过联桥回路的场合。图中的虚线部分为跨条，加跨条可使联络断路器检修时，穿越功率可从“跨条”中通过，减少了系统的开环机会。跨条回路中装设两台隔离开关的目的是能轮流停电检修任意一台隔离开关。1)内桥接线适用于变压器不需要经常切换、输电线路较长(故障率高，故障断开机会较多)、电力系统穿越功率较少的场合。

(2)特点：4.8电气主接线

10/19/202238(4)适用范围：桥形接线一般可用于两变配两线的中小型发电厂和变电所，或作为最终接线为单母线分段或双母线接线的工程初期接线方式。3)易于发展过渡为单母线分段或双母线接线；4)但可靠性和灵活性不够高。

1)桥形接线简单清晰，没有母线;

2)所用断路器数量最少，经济性好;(3)评价：4.8电气主接线

10/19/2022392．多角形接线(1)结构特征：如图所示。1)多角形接线的断路器数与回路数相同;2)每个边中含有一台断路器和两台隔离开关，各个边互相连接成闭合的环形;3)每个回路都接在两台断路器之间。4)难于发展扩建；1)可靠性和灵活性较高。任一断路器检修时不停电，隔离开关不作为操作电器；

2)接线简单清晰，没有母线;

3)所用断路器数量少，经济性好;5)继电保护复杂；(2)评价：4.8电气主接线

10/19/202240(3)适用范围：中小型水电厂的110kV及以上配电装置中。

6)检修任一断路器时，多角形将变成开环运行，可靠性显著降低，若再发生故障，可能造成两个及以上回路停电，多角形接线将被分割成两个互相独立的部分，功率平衡遭到严重破坏。一般多角形不要超过六角形。设计时应将电源回路按对角原则配置，以减少设备（如断路器）故障时或开环运行合并一个回路故障时的影响范围。4.8电气主接线

10/19/2022413．单元接线(1)结构特征：如图所示。发电机与变压器直接连接，中间不设母线。(2)单元接线1)发电机—双绕组变压器单元接线a)由于发电机和变压器不可能单独运行，故发电机出口不装断路器（当发电机、主变压器故障时，通过断开主变压器高压侧断路器和发电机的励磁回路来切除故障电流）;b)但为调试发电机方便，可装一组隔离开关。对于200MW及以上机组，发电机引出线采用封闭母线，可不装隔离开关，但应有可拆的连接片。

4.8电气主接线

10/19/2022422)发电机一三绕组变压器（或自耦变）单元接线

a)为了在发电机停运时，不影响高、中压侧电网间的功率交换，在发电机出口应装设断路器及隔离开关；b)为保证在断路器检修时不停电，高中压侧断路器两侧均应装隔离开关；c)由于200MW及以上机组的发电机出口断路器制造很困难，造价也很高，故200MW及以上机组一般都是采用发电机一双绕组变压器单元接线。4.8电气主接线

10/19/202243(3)扩大单元接线当发电机容量不大时，可由两台发电机与一台变压器组成扩大单元接线，减少了变压器及其高压侧断路器的台数，配电装置间隔也减少，节约投资与占地。图a所示是发电机-变压器扩大单元接线。图b所示是发电机—分裂低压绕组变压器的扩大单元接线，它的优点是可以限制其低压侧的短路电流。4.8电气主接线

10/19/202244接线简单清晰、用的设备少;2)配电装置简单、节省占地、经济性好;3)可以采用封闭母线、故障的可能性小，可靠性高;4)没有多台发电机并列运行，发电机电压侧短路电流小。(4)评价：4.8电气主接线

10/19/202245三、发电厂和变电所的典型电气主接线

1．大型区域发电厂的电气主接线大型区域发电厂一般是指单机容量为200MW及以上的大型机组、总装机容量为1000MW及以上的发电厂，其中包括大容量凝汽式电厂、大容量水电厂和核电厂等。1)大型区域性电厂建设在燃料产地，一般距负荷中心较远，担负着系统的基本负荷，在系统中地位重要。2)电厂附近没有负荷，不设置发电机电压母线，发电机与变压器间采用简单可靠的单元接线直接接入220～5