第四章电气主接线及设计

目标就是动力第四章电气主接线及设计1、电气主接线的基本要求和设计程序2、主接线的基本接线形式3、主变压器的选择4、限制短路电流的方法5、电气主接线设计举例目标就是动力第四章电气主接线及设计1、掌握电气主接线的基本要求2、熟悉主接线的设计原则和步骤3、掌握主接线的基本接线形式4、掌握发电厂和变电所变压器的选择5、掌握限制短路电流的方法目标就是动力第一节电气主接线的基本要求和程序一、对电气主接线的基本要求：可靠性、灵活性和经济性。1.可靠性：供电连续不中断、安全、满足电能质量的要求。可靠性包括的几个方面；（1）发电厂在电力系统中的地位和作用。大型发电厂在电力系统中的的作用重大，它的主接线应采取可靠性高的接线形式，与电力系统连接时应采用强联系形式。目标就是动力中小型的发电厂的可靠性可以适当降低，与电力系统连接时可采用弱联系形式。对6-10kV的电压级一般都有近区负荷，为满足不同负荷对可靠性的要求，一般采用供电可靠性较高的母线接线形式，如双母分段。（2）负荷性质和类别承担基荷，年利用小时数在5000h以上，必须采用供电可靠性较高的接线形式。承担腰荷，年利用小时数在3000h以下，其主接线的可靠性要综合考虑。目标就是动力（3）设备的制造水平：设备的质量。（4）长期实践运行经验：运行管理水平和运行值班人员的素质。定性分析可靠性时应考虑的问题：断路器检修时，是否影响供电；线路、断路器或母线故障时以及母线或母线隔离开关检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对一、二类负荷的供电；目标就是动力发电厂全部停电的可能性；大型机组突然停运时，对电力系统稳定运行的影响与后果等。目标就是动力2.灵活性：能适应各种运行状态（正常、检修、事故及处理、特殊、投切设备、增减负荷等）、并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性应包括的几个方面：操作的方便性；调度的方便性；扩建的方便性。目标就是动力3.经济性：投资、年运行费用、占地少，经济效益高。（1）节省一次投资：接线简单，节省电气设备。（2）占地面积少：电气主接线为配电装置的布置提供根据。（3）电能损耗少：合理选择变压器等电气设备。目标就是动力二、电气主接线的设计原则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、满则各项技术要求的前提下，尽可能地节省投资，就近取材，力争设计的适用、经济、美观的原则。目标就是动力三、电气主接线的设计程序电气主接线的设计伴随着发电厂或变电站的整体设计进行。（1）可行性研究阶段（2）初步设计阶段（3）技术设计阶段（4）施工设计阶段目标就是动力电气主接线设计的步骤包括：1.对原始资料进行分析；（1）工程情况：包括发电厂类型、设计规划容量、单机容量及台数、最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。发电厂类型：灵活性。设计规划容量、单机容量及台数：容量决定发电厂在电力系统中的地位和作用。目标就是动力最大单机容量不能大于系统容量的10%。最大负荷利用小时数：决定了供电负荷的种类，进而决定了对可靠性的要求。运行方式：灵活性。（2）电力系统情况：包括电力系统近期及远景发展规划，发电厂在电力系统中的位置（地理位置和容量）和作用，各级电压中性点接地方式等。发电厂的总容量与电力系统容量之比大于15%，则认为该厂在电力系统中处于重要的位置。目标就是动力主变压器和发电机的中性点接地方式：我国一般对35kV及以下电压等级的电力系统采用中性点非直接接地，也称为小电流接地系统；110kV及以上高压电力系统，都采用中性点直接接地系统，又称为大电流接地系统。发电机中性点都采用非直接接地方式，目前广泛采用的是经消弧线圈接地方式或经中性点接地变压器接地。目标就是动力（3）负荷情况，包括负荷的性质及地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。电力负荷的预测是电力规划工作的一项重要内容，它的准确性直接关系到电气主接线设计成果的质量。发电厂承担的负荷应进可能使全部机组安全满发，并减少母线上的电流流动。（4）环境条件：对电气设备的选择和配电装置的布置有较大影响。（5）设备供货情况。目标就是动力

2.主接线方案的拟定与选择；经过定性分析以后，一般先确定2~3个主接线方案，然后进行经济性比较。对于在系统中占有重要地位的大容量发电厂的主接线的可靠性要进行定量分析。（停电的频率、每次停电的时间及影响等等）目标就是动力短路电流计算和主要电器选择；—对选定的电气主接线进行短路电流计算，并选择合理的电气设备。绘制电气主接线图；—对最终确定的主接线，按照工程要求，绘制工程图。编制工程概预算。—主要设备器材费—安装工程费—其他费用目标就是动力第二节主接线的基本形式1、单母线接线及单母线分段接线2、双母线接线及双母线分段接线3、带旁路母线的单母线和母线接线4、一台半断路器及三分之四台断路器接线5、变压器母线组接线和单元接线7、桥形接线、多角形接线8、典型主接线分析目标就是动力第二节主接线的基本形式1、普遍规律:特殊情况下，每台发电机间互为备用；供电线路连续供电；正常运行不影响其他设备，检修时隔离电源；2、基本环节:电源、引出线、母线。3、基本接线形式：有汇流母线和无汇流母线。目标就是动力第二节主接线的基本形式——单母1、隔离开关的操作规程:—先通后断或在等电位状态下进行操作，不能用作操作电器来断开电路。2、用隔离开关分段单母线接线：—实质上仍属于不分段的单母线接线，只是将单母线截成两个分段，其间用分段隔离开关QS，连接起来如下页图所示。单母线接线目标就是动力第二节主接线的基本形式-单母线1、这样做的好处是两段母线可以轮流检修，缩小检修母线时的停电范围，即检修任一段母线时，只需断开与该段母线连接的引出线和电源回路，拉开分段隔离开关QS，另一端母线仍可继续运行。用隔离开关分段单母线接线目标就是动力第二节主接线的基本形式-单母线2、若两个电源取并列运行方式，则当某段母线故障时。所有电源开关都将自动跳闸，全部装置仍需短时停电，需待用分段隔离开关QS，将故障的母线段分开后才能恢复非故障母线段的供电。可见，采用隔离开关分段的单母线接线较之不分段的单母线，可以缩小母线检修故障时的停电范围。用隔离开关分段单母线接线目标就是动力第二节主接线的基本形式-单母线1、供电电源在发电厂是发电机或变压器；2、母线既可保证电源并列工作，又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。目标就是动力第二节主接线的基本形式-单母线1、运行操作时，必须严格遵守操作顺序:-接通时，先合QF两侧的QS;-切断时，先断开QF，再依次断开两侧的QS。2、遵守基本原则：-防止隔离开关带负荷合闸或拉闸；-在断路器处于合闸状态下，误操作隔离开关的事故不发生在母线侧隔离开关上，以避免误操作的电弧引起母线短路事故。目标就是动力第二节主接线的基本形式-单母线单母线接线断路器和隔离开关的配合：同一回路中在断路器可能出现电源的一侧和两侧应配置隔离开关。用户侧没有电源可以不装设隔离开关。发电机与出口断路器之间可不装设隔离开关目标就是动力接地开关的配置：当电压在110kV及以上时，断路器两侧的隔离开关和线路隔离开关的线路侧均应配置接地开关；对35kV及以上的母线，在每段母线上也应设置1~2组接地开关。单母线接线的特点；（1）接线简单、设备少等优点；（2）可靠性差、灵活性差等缺点（3）适用出现回路少没有重要负荷的发电厂。第二节主接线的基本形式-单母线目标就是动力2.单母线分段接线可靠性提高；一般分2~3段；对重要用户可提供两条供电回路；适合小容量的发电厂的6~10kV接线，并且重要负荷少的情况。第二节主接线的基本形式-单母线目标就是动力2.单母线分段接线-为了限制短路电流，简化继电保护，在降压变电站中，采用单母线分段接线时，低压侧母线分段断路器经常处于断开状态，电源分列运行；-分段的数目，取决于电源数量和容量；-在重要负荷的出线回路较多、供电容量较大时，一般不予采用。第二节主接线的基本形式-单母线目标就是动力3.双母线接线双母线接线的可靠性分析；检修出线断路器、检修母线隔离开关、检修母线及母线故障倒闸操作的顺序：双母线接线的灵活性分析；目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力4.双母线四分段接线220~500kV大容量配电装置中常采用双母三分段和四分段。进出线比较多的情况双母线四分段接线目标就是动力旁路母线接线的三种接线方式：

-专用旁路断路器旁路母线接线；-母联断路器兼作旁路断路器的旁路母线接线；-用分段断路器兼作旁路断路器的旁路母线接线。目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力7—旁路断路器兼作分段断路器1、正常运行时：

QS1、QS3和QFP接通。2、检修W1母线上的出线断路器：先合QS2，断开QS3,再合待检修出线回路的旁路隔离开关，最后断开要检修的断路器及其两侧的隔离开关。目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力8.双母带旁路母线接线当110kV出线在6回及以上、220kV出线在4回及以上时，应采用带专用旁路断路器的旁路母线。目标就是动力8.可不设置旁路设施的几种情况：当系统条件允许断路器停电检修时；如双回路供电的负荷。当接线允许断路器停电检修时；如一台半断路器。中小型发电厂枯水季节允许停电检修出线断路器。采用可靠性高的断路器和全封闭组合电器。目标就是动力35~60kV配电装置一般不采用设有专用旁路断路器的旁路母线接线;6~10kV的配电装置一般不设旁路母线，在下列情况下也可增设旁路母线：当采用单母或单母分段接线时，在非常容易架设旁路母线的情况；出线回路数多，断路器检修次数多。多数线路是向用户单独供电，又不允许停电；目标就是动力均为架空线路，雷雨季节跳闸次数多，增加了断路器检修次数。当采用双母线接线时都不设置旁路母线；目标就是动力目标就是动力优点：（1）任一母线故障或检修均不致停电。（2）两组母线同时故障或一组检修另一组故障时，功率仍能经联络断路器继续输送。目标就是动力优点（续）（3）除联络断路器内部故障时回路停电外；其他任何断路器故障或联络断路器外部故障时最多停一个回路。（4）任一断路器检修都不致停电，而且可同时检修多台断路器。目标就是动力优点（续）（5）运行调度灵活，操作、检修方便，隔离开关仅作为检修时隔离电器。目标就是动力缺点：（1）每对回路中的变压器和出现向不同方向引出，这将增加配电装置间隔，限制这种接线的应用。（2）与双母线带旁路比较，这种接线所用断路器、电流互感器多，投资大。目标就是动力缺点（续）：（3）断路器动作频繁，检修次数增多。（4）二次控制接线和继电保护都较复杂。（5）接线至少配成3串才能形成多环供电。目标就是动力目标就是动力目标就是动力3/2接线通常有两条原则：（1）电源线宜与负荷线配对成串，即要求采用在同一个“断路器串”上配置一条电源回路和一条出线回路。目标就是动力3/2接线通常有两条原则：（2）配电装置建设初期仅两串时，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3/2接线达3串及以上时，同名回路可接于同一侧母线上，进出线不宜装设隔离开关。目标就是动力目标就是动力10、4/3台断路器接线1、形成多环路供电；2、要求同串的3个回路中电源和负荷的容量要相匹配。3、一个串上有4套断路器，适用于发电机台数大于出线数的大型水电厂。目标就是动力11、变压器母线组接线1、各出线由2台断路器分别接在2组母线上，变压器直接通过隔离开关接到母线上。2、适用于远距离大容量输电系统中。目标就是动力二.无汇流母线的主接线1、单元接线发电机-双绕组变压器单元接线发电机-三绕组变压器（或自耦变压器）单元接线发电机-变压器扩大单元接线发电机-变压器-线路组单元接线2、桥型接线：内桥和外桥3、角型接线目标就是动力12.发电机双绕组变压器特征：1、不设母线；2、发电机出口一般可以不装设断路器。目标就是动力12.发电机三绕组变压器（或自耦变压器）特征：目标就是动力12.扩大单元接线特征：（1）减少主变台数和QF的台数；（2）适合于中、小开机组。目标就是动力12.发电机-变压器-线路单元接线（1）适用于一机、一变、一线的厂、所；（2）用以附近有枢纽变电所的大型区域电厂；（3）不需在发电厂内设置升高压配电装置，减少投资和占地；（4）由于解除了站内高压各支路的并联，可降低站内的短路电流。目标就是动力12.发电机-变压器-线路单元接线目标就是动力12.单元接线目标就是动力13.桥形接线当只有两台主变压器和两条电源进线线路时，可以采用如下图所示的接线方式。目标就是动力13.桥形接线结构特征：（1）无母线，只有两台变压器和两回线路；（2）4个回路使用3台断路器，中间断路器为联络断路器，连同两侧的隔离开关称为并联接桥；（3）联接桥靠近变压器为内桥接线，联结桥靠近线路为外桥接线。目标就是动力13.桥形接线2、内桥目标就是动力13.桥形接线目标就是动力13.桥形接线目标就是动力13.桥形接线目标就是动力13.桥形接线目标就是动力13.桥形接线5、适用范围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分段或双母线接线的工程初期接线方式。目标就是动力14.角形接线当母线闭合成环形，并按照回路数利用QF分段，即构成角形接线，又称环形接线。目标就是动力14.角形接线1、结构特点（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，各个边相互连接成闭合的环形。目标就是动力14.角形接线（3）各个回路都接在两台断路器之间；（4）隔离开关只用于检修；（5）正常运行时多角形接线时闭合的。目标就是动力14.角形接线目标就是动力14.角形接线目标就是动力14.角形接线目标就是动力14.角形接线适用范围：中小型水电厂的110KV及以上配电装置中，当出线回路数不多，且发展比较明确时，可以采用角形接线。目标就是动力15.电气主接线基本形式总结1、单母线、单母线分段接线适用于：小型电厂。６～10kV出线（含联络线）回路≯５回；35kV出线（含联络线）回路≯３回；110kV出线（含联络线）回路≯２回。2、单母线（分段）带旁路一般用得较少。3、双母线、双母分段接线适用于：220kV及以下电压等级。110~220kV出线数为5回及以上；35~60kV出线数超过8回，或连接电源较大、负荷较大时；目标就是动力出线带电抗器的6~10kV配电装置；4、双母线带旁路母线接线适用于：电压等级高、输送容量大、输送距离长，停电影响范围大的情况。110kV出线在6回及以上、220kV出线在4回及以上时可采用带专用旁路断路器；当出线回路相对较少时，可采用简易接线形式。5、一台半断路器接线适用于：进出线为6回及以上的330kV~500kV配电装置中。目标就是动力6、一又三分之一台断路器接线适用于：发电机台数比出线台数多的大型水电厂。7、单元接线：对于100MW及以上的发电机组在满足地方负荷的前提下，一般都采用单元接线。当发电机容量较小，而接入的电压等级又较高的情况下采用扩大单元接线形式。8、桥形接线：适用于只有2台变压器和2条出线的小容量的发电厂。9、角形接线适用于：大中型水力发电厂发展可能性很小的110kV及以上母线的接线。

目标就是动力目标就是动力目标就是动力目标就是动力地方性电厂的主接线目标就是动力区域性火电厂的主接线目标就是动力第三节主变压器的选择变压器:主变压器、联络变压器和厂（站）用变压器。一、主变压器容量和台数的确定原则1.单元接线的主变压器按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度。:发电机容量,在扩大单元接线中为两台发电机容量之和,MW；:发电机额定功率因数；:厂用电率。目标就是动力第三节主变压器的选择2.具有发电机电压母线接线的主变压器(1)当发电机全部投入运行时，在满足发电机电压供电的日最小负荷，并扣除厂用负荷后，主变压器应能将发电机电压母线上的剩余功率送入系统。:发电机母线上的发电机容量之和,MW；:负荷功率因数；:发电机电压母线上的主变压器台数。:发电机母线上的最小负荷,MW；目标就是动力(2)当接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或者因供热机组热负荷变动而需要限制本厂出力时，主变压器应能从电力系统倒送功率，保证发电机电压母线上最大负荷的需要。:发电机电压母线上除最大一台机组外，其他发电机容量之和,MW；:发电机电压母线上的最大负荷,MW；目标就是动力(3)若发电机电压母线上接有2台及以上的主变压器时，但其中容量最大的一台因故退出运行时，其他主变压器应能输送母线剩余功率的70%以上。目标就是动力(4)一般情况下，接于发电机电压母线上的主变压器不少于2台，对小型的发电厂和终端变电所可只设置一台。对水电厂比重较大的系统，由于经济运行的要求，在丰水期应充分利用水能，这时有可能停用火电厂的部分或全部机组，以节约燃料，火电厂的主变压器应能从系统倒送功率，满足发电机电压母线上最大负荷的需求。:发电机电压母线上停用部分机组后，其他发电机容量之和,MW；目标就是动力3.联络变压器的容量和台数的确定联络变压器容量选择：联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下有功功率和无功功率的交换。联络变压器容量应按两级电网在正常与检修状态下可能出现的最大功率交换来确定，其容量一般不低于接在两种电压等级上的最大一台机组的容量。一般设置一台，最多不超过两台。目标就是动力4.变电站变压器

容量一般按变电所建立后5-10年的规划负荷考虑，并应按照其中一台停运时其余变压器能满足变电所最大负荷的60%-70%,或全部重要负荷选择。n：变电所主变压器台数。目标就是动力一般情况下，变电站变压器采用2台，枢纽变电站可能选2-4台，地方性鼓励的变电站或者大型工业变电站可装设3台。目标就是动力二、变压器的型式和结构的选择原则1.相数一般都采用三相变压器。容量为600MW及以上（300MW以下）机组采用单元接线和500kV（330KV以下）电力系统中的主变压器综合考虑运输条件和制造条件可选用单相变压器（三相变压器）。2.绕组数与结构当发电厂有两种升高电压级时，一般使用一个三绕组变压器比使用两个双绕组变压器更经济。目标就是动力最大机组容量为125MW及以下的发电厂多采用三绕组变压器，但三绕组变压器的每个绕组的通过容量应达到变压器额定容量的15%及以上。在一个发电厂中，三绕组变压器的台数一般不超过3台。机组容量为200MW以上的发电厂采用发电机-双绕组变压器单元接线接入系统，而两种升高电压级之间应加装联络变压器（三绕组、自耦变压器）。目标就是动力扩大单元接线的主变压器，应优先选用低压分裂绕组变压器，可以大大限制短路流。在110kV及以上中性点直接接地系统中，需要选用三绕组变压器时应优先考虑自耦变压器。目标就是动力3.绕组的接线组别主变压器接线组别一般都选用YN，d11的常常规接线。4.调压方式的选取在电压变化范围大或频繁的情况下应使用有载调压。目标就是动力选用有载调压变压器的情况：（1）接于出力变化大的发电厂的主变压器，特别是潮流方向不固定，且要求变压器二次电压维持在一定的水平；（2）当联络变压器有时为受端，有时为送端，为保证供电质量，要求母线电压恒定时。5.冷却方法自然风冷却，强迫风冷却，强迫油循环水冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环导向冷却。目标就是动力第四节限制短路电流的方法一、装设限流电抗器发电厂和变电所20KV及以下的某些回路中加装限流电抗器。1、加装普通的电抗器（1）母线电抗器（2）线路电抗器2、加装分裂电抗器目标就是动力第四节限制短路电流的方法一、装设限流电抗器作用：限制电力设备的短路电流、维持母线电压、将短路容量加以限制，以选择轻型断路器和小截面的电缆，简化配电装置，节约投资。带来的问题：运行中有少量的功率损失和较大的电压损失，所以电抗器另一端的电压水平有所降低，应予以校验。设置位置：分段电抗器、出线电抗器、在变压器负荷侧串联电抗器。目标就是动力1、加装普通电抗器（1）母线电抗器：装于母线分段上或主变压器低压侧回路中。目标就是动力母线电抗器:一般电抗百分值取8%～12%。使发电机出口断路器、变压器低压侧断路器、母联断路器和分段断路器等都能按各回路额定电流来选择。正常运行时电压和功率损失都较少。目标就是动力1）母线电抗器的作用无论是厂内（K1、K2点）或厂外中（K3点）发出短路，母线电抗器均能起到限制短路电流的作用。A、使得发电机出口断路器、母联断路器、分段断路器及主变压器低压侧断路器都能按照各自回路的额定电流选择；B、当电厂和系统容量较小，而母线电抗器的限流作用足够大时，线路断路器也可按照相应线路的额定电流选择，这种情况下可以不装设线路电抗器。目标就是动力母线电抗器的百分百分电抗值可选的大一些，一般为8%-12%.2）百分电抗值：电抗值在其额定电流IN下所产生的电压降与额定相电压比值的百分数。目标就是动力（2）母线电抗器：

当电厂和系统容量较大时，除装设母线电抗器外，还要装设线路电抗器。目标就是动力线路电抗器的作用：主要用来限制6-10KV电缆馈线的短路电流。（1）可限制该馈线电抗器后发生短路（K3点短路）时的短路电流，使发电厂引出端和用户处均能选用轻型电器，减小电缆截面；（2）由于短路时电压降主要产生在电抗器中，因而母线能维持较高的剩余电压（或称残压，一般大65%UN），对提高发电机并联运行稳定性