发电厂电气主接线及设计课件

第四章电气主接线及设计主要内容：

1.

电气主接线设计原则和程序

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.

各类发电厂和变电站的主接线的特点

6.

电气主接线设计举例第一节电气主接线设计原则和程序1、可靠性Ⅰ类负荷：即使短时停电也会造成人员伤亡和重大设备损坏，任何时间都不能停电Ⅱ类负荷：停电将造成减产，使用户蒙受较大的经济损失，仅在必要时可短时停电Ⅲ类负荷：Ⅰ、Ⅱ类负荷以外的其他负荷，停电不会造成大的影响，必要时可长时间停电（1）发电厂、变电站在电力系统中的作用和地位（2）负荷性质和类别Ⅰ类负荷、Ⅱ类负荷、Ⅲ类负荷可靠性、经济性、灵活性三个方面一、对电气主接线的基本要求定性分析和衡量主接线可靠性的标准：断路器检修时，能否不影响供电线路、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Ⅰ、Ⅱ类负荷的供电发电厂或变电站全部停电的可能性(4)大型机组突然停运时，对电力系统稳定运行的影响及后果等因素（4）运行经验（3）设备制造水平二、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、美观的原则三、主接线的设计程序1.对原始资料分析：工程、电力系统、负荷、环境和供货2.主接线的拟定和选择3.短路计算和主设备的选择4.绘制主接线5.编制工程概算(可行性研究、初步设计、技术设计、施工设计)原则：以进出线为主体，多于4回设母线作为中间环节。有汇流母线的电气主接线单母线接线双母线接线一台半断路器接线台断路器接线变压器母线组接线无汇流母线的电气主接线单元接线桥形接线角形接线第二节主接线的基本形式（1）供电电源：在发电厂是发电机或变压器，在变电站是变压器或高压进线单母线接线1.单母线接线一、单母线接线及单母线分段接线（2）电源可以在母线上并列运行，任一出线可以从任一电源获得电能，各出线在母线的布置尽可能使负荷均衡分配于母线上，以减小母线中的功率传输（5）倒闸操作单母线接线操作顺序：退出线路WL2：断开QF2→断开QS22→断开QS21恢复供电：合上QS21→合上QS22→合上QF2电气“五防”是指：防止误分、合断路器；防止带负荷分、合隔离开关；防止带电挂接地线或合接地刀闸；防止带接地线（接地刀闸）合断路器（隔离开关）；防止误入带电间隔。防止误操作的措施：除严格按照操作规程实行操作票制度外，还应加装电磁闭锁、机械闭锁或电脑钥匙倒闸操作程序示意图：2.单母线分段接线单母线分段接线（1）电源可以并列运行也可以分列运行（2）重要用户可以从不同段引出两回馈线（3）任一母线或母线隔离开关检修，只停该段，其他段继续供电（4）任一母线段故障，则只有该母线段停电（5）电源分列运行时，任一电源断开，则QFd自动接通优点：缺点：增了分段设备的投资和占地面积；某段母线故障或检修仍有停电问题；某回路的断路器检修，该回路停电；扩建时，需向两端均衡扩建适用范围：广泛应用于小容量发电厂的6-10kV接线和6-220kV变电站中二、双母线接线及双母线分段接线1.双母线接线优点：(1)供电可靠①可轮流检修一组母线，而不使供电中断②一组母线故障后，能迅速恢复供电③检修任一出线的母线隔离开关时，只需停该隔离开关所在的线路和与此隔离开关相连的母线(2)运行方式灵活①单母线运行②固定连接方式运行③两组母线分列运行分裂为两个电厂，限制短路电流。④特殊功能同期或者解列、融冰(3)扩建方便向双母线的任一方向扩建，不会影响两组母线的电源和负荷的自由组合分配，也不会造成原有回路停电缺点：（1）所用设备多（尤其是隔离开关），配电装置复杂（2）母线故障或检修时，隔离开关作为操作电器，容易误操作（3）当一组母线故障时，仍会短时停电（4）检修任一回出线断路器，该回路停电适用范围：（1）6-10kV配电装置，出线带电抗器时（2）35-63kV配电装置，出线数超过8回，或电源较多、负荷较大时（3）110-220kV配电装置，出线回数为5回及以上2.双母线分段接线优点：与双母线接线相比，增加了母联断路器QF2和分段断路器QF3、限流电抗器L，提高了供电可靠性和灵活性。缺点：增加了母联断路器和分段断路器的数量，配电装置投资增大。三、带旁路母线的单母线和双母线接线旁路母线的作用：检修任一接入旁路母线的进、出线的断路器时，使该回路不停电检修QF1：合QFP1两侧的隔离开关→合QFP1→合QS15→断开QF1→断开QS13、QS111.单母线分段带旁路母线接线专用旁路断路器检修电源侧断路器旁路母线通过旁路隔离开关接至电源，然后断开电源侧的断路器，出线不会停电适用范围：用于出线较多的110KV及以上的高压配电装置中,对35KV以下的有特殊重要的一、二类用户时，亦可用这种接线。分段断路器兼旁路断路器接线形式(a）(b)(c)2.双母线带旁路母线接线具有专用旁路断路器的双母线带旁路接线优点：不会造成短时停电。缺点：1多装了一台断路器和一套旁母线。2投资大，配电装置占地面积增多。增加了误操作的几率。临时设置跨条：图4－9趋势：随着设备可靠性提高，备用容量的增加，保护的完善，逐步取消旁路接线。3.旁路母线设置的原则（1）6-10kV配电装置一般不设旁路母线（2）35-63kV配电装置，一般也不设旁路母线，当断路器不允许停电检修时，对于单母分段可设置不带专用旁路断路器的旁母（3）110-220kV一般需设旁路母线，出线回数较少时,

可采用分段断路器或母联断路器兼旁路断路器的接线，下列情况需装设专用旁路断路器：①110kV出线7回及以上，220kV出线5回及以上时②对在系统中居重要地位的配电装置

110kV出线6回及以上，220kV出线4回及以上时四.一台半断路器接线优点：任一母线故障或检修均不致停电任一断路器检修，不引起停电当同一串中有一条进线、一条出线时，当两组母线同时故障的极端情况下，可以通过联络断路器继续输送功率隔离开关不作操作电气，仅在检修时起隔离电压的作用除联络断路器内部故障外，其余任何断路器故障最多停一个回路两条原则：（1）电源线宜与负荷线配对成串，即要求同一个断路器串中，配置一条电源线和一条出线回路（2）当初期只有两串时，同名回路宜分别接于不同的母线侧，当达到三串时，同名线路可接于同侧母线交叉接线非交叉接线缺点：所用断路器多，投资大，二次控制线和继电保护复杂，断路器动作频繁，检修次数多应用范围：广泛应用于超高压电网中，500kV变电站一般都采用这种接线方式五.变压器母线组接线优点：可靠性较高调度灵活扩建方便缺点：使用断路器和隔离开关多，投资大适用范围：远距离、大容量输电系统中，对系统稳定和供电可靠性要较高的变电站中采用无汇流母线的电气主接线六.单元接线(a)发电机－双绕组变压器单元接线;(c)发电机－变压器-线路单元接线(b)发电机－三绕组变压器单元接线扩大单元接线（a）发电机－变压器扩大单元接线（b）发电机－分裂绕组变压器扩大单元接线适用范围：发电机单机容量偏小（仅为系统容量的1%－2%）或更小，而电厂的升高电压等级又较高，可采用扩大单元接线。单元接线的特点：

优点：（1）接线简单，开关设备少，操作简便（2）故障可能性小，可靠性高（3）由于没有发电机电压母线，无多台机并列，发电机出口短路电流相对减小（4）配电装置简单，占地少，投资省缺点：单元中任一元件故障或检修都会影响整个单元的工作适用范围：

200MW及以上大机组一般采用与双绕组变压器组成单元接线，当电厂具有两种升高电压等级时，则装设联络变压器。

七.桥形接线只有两台变压器和两条线路时，宜采用桥形接线，使用断路器最少。内桥：桥连断路器设置在变压器侧外桥：桥连断路器设置在线路侧（a）内桥（b）外桥内桥：特点：（1）一回线路检修或故障时，其余部分不受影响，操作简单。（2）变压器切除、投入或故障时，相应回路短时停电，操作复杂。（3）线路侧断路器检修时，线路需较长时间停电。（4）穿越功率经过的断路器较多，使断路器故障和检修机率大。适用范围：输电线路较长(相对来说线路的故障机率较大)，而变压器又不需经常投、切及穿越功率不大的小容量配电装置中。外桥（3）线路侧断路器检修时，变压器需较长时间停电。特点：（1）一回线路检修或故障时，有一台变压器短时停运，操作较复杂。（2）变压器切除、投入或故障时，不影响其余部分，操作简单。（4）穿越功率只经过断路器QF3，使断路器故障和检修及系统开环的机率小。适用范围：输电线路较短，变压器经常投、切及穿越较大的小容量配电装置中。八.角形接线（a）三角形接线（b）四角形接线（2）检修任一断路器时，只需断开其两侧的隔离开关，不会引起停电优点：（1）使用断路器少，且闭环运行时，可靠性和灵活性较高（4）任一回路故障，只跳开与其相连的的2台断路器，不影响其他回路供电（3）隔离开关只用于检修时隔离电压，不作操作电器缺点：（1）角形中任一台断路器检修，变开环运行，可靠性降低。此时恰好有线路故障，则会影响其他回路供电，因此，一般将电源与馈线回路交替布置。（2）运行方式变化大，可能使设备选择发生困难，并使继电保护装置复杂化适用范围：用于最终规模较明确的110kV及以上的配电装置中，且以不超过六角形为宜电气主接线方式小结有汇流母线无汇流母线单母线接线双母线接线一台半断路器接线变压器母线组接线单母线接线单母线分段接线单母线带旁路母线接线单母线分段带旁路母线接线双母线接线双母线分段接线双母线带旁路母线接线双母线分段带旁路母线接线单元接线桥形接线角形接线九.各种类型发电厂的变电所主接线的特点一、火力发电厂电气主接线

1、中小型火电厂电气主接线

2、大型火电厂电气主接线二、水力发电厂电气主接线

1、中等容量水电厂主接线

2、大容量水电厂主接线三、变电所电气主接线

一、火力发电厂电气主接线1、中小型火电厂电气主接线特点：包括发电机电压接线及1-2级升高电压接线，且与系统相连接（1）设发电机电压母线

1）当机组容量小于6MW时，采用单母线；当机组容量大于等于12MW时，采用双母线或单母线；当机组容量大于25MW时，采用双母分段接线，并加装母线电抗器和出线电抗器。

2）通常有2台及以上的主变压器与升高电压级联系，以便将剩余功率输送到系统或从系统倒送功率

3）出线回路较多，供电距离较短，一般多采用电缆供电，为限制短路电流，可以加装出线电抗器（2）在满足当地负荷的前提下，对100MW以上的机组，多采用单元接线或扩大单元接线（3）升高电压等级升高电压等级不多于两级，接线方式具体分析，区别对待

1）可用双母线、单母线分段等接线，出线数多时，增设旁路母线。

2）出线不多，最终接线方案已明确时，可采用桥形、角形接线。中型热电厂主接线2.大型火电厂接线（1）在系统中地位重要，主要承担基本负荷，电利用小时数高，对主接线要求较高（2）地区负荷少，可不设发电机电压母线，发电机与主变压器采用单元接线或扩大单元接线，大型机组出口至变压器之间采用封闭母线（3）升高电压部分多为220kV及以上电压等级，220kV一般采用双母线带旁路母线接线，330-500kV当进出线为6回及以上时，采用一台半断路器接线。联络变压器一般采用自耦变压器区域性火电厂主接线二、水力发电厂电气主接线发电机电压接线：采用单元接线、扩大单元接线（发电机电压负荷很小或全无）。发电厂升高电压接：（1）当出线回路不多时，采用桥形接线或多角形接线（2）当出线回路较多时，可用单母线分段、双母线，双母线带旁路和一台半断路器接线形式。机组的爬坡能力强：可担任调频和调相任务。中等水电厂主接线大容量的水电厂主接线三、变电所电气主接线变电站主接线的设计要求，基本上和发电厂相同，即根据变电站在电力系统中的地位、负荷性质、出线回路数等条件和具体情况确定。通常变电站主接线的高压侧，应尽可能采用断路器数目较少的接线，以节省投资，随出线数的不同，可采用桥形、单母线、双母线及角形接线等。如果变电站电压为超高压等级，又是重要的枢纽变电站，宜采用双母线分段带旁路接线或采用一台半断路器接线。变电站的低压侧常采用单母线分段或双母线接线，以便于扩建。6～10kV馈线应选轻型断路器，若不能满足开断电流及动稳定和热稳定要求时，应采用限流措施。在变电站中最简单的限制短路电流方法是使变压器低压侧分列运行；若分列运行仍不能满足要求，则可在变压器低压侧装设电抗器或出线电抗器，一般尽可能不装限流效果较小的母线电抗器。10kV变电所电气主接线典型方案

变压器一次侧采用线变组单元接线。1、一路外供电源（1）装有一台变压器

一次侧电气主接线二次侧电气主接线图续上页变压器二次侧采用单母线接线。

续上页

变压器一次侧采用单母线接线。1、一路外供电源（2）装有两台或以上变压器变压器一次侧电气主接线图

二次侧采用单母线分段接线。低压配电屏采用抽出式柜，其插接头可起到隔离作用。续上页变压器二次侧电气主接线图

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设两路外供电源采用一用一备运行方式。2、两路外供电源一次侧电气主接线图变压器一次侧采用单母线接线。续上页

低压主接线仍采用单母线分段接线形式低压配电屏采用固定分隔式，断路器为插入式安装。二次侧电气主接线图10kV配电所电气主接线典型方案

设变电所由两路外供电源供电，其中电源1容量可供全部负荷，电源2容量可供部分重要的负荷。

采用单母线分段接线。电气主接线图第三节主变压器的选择主变压器：在发电厂和变电所中，用来向电力系统或用户输送电能的变压器联络变压器：用于两个电压等级之间交换电能的变压器厂（所）变压器：用于本厂（所）用电的变压器，也称自变一、变压器台数的选择1.发电厂变压器台数的选择1）为保证供电可靠性，接在发电机电压母线上的主变压器一般不少于两台2）每单元接线变压器为一台。扩大单元接线时，两台发电机配一台变压器2.变电所变压器台数的选择1）变电所中一般装设两台主变压器，以免一台主变故障或检修时中断供电2）对大型超高压枢纽变电所，为减小单台容量，可装设2~4台主变压器二.发电厂变电所变压器容量的选择1发电厂主变压器容量的选择1）单元接线的主变容量选择按发电机的额定容量扣除本机组的厂用电负荷后，留有10%的裕度为厂用电率发电机额定功率额定功率因数2）接于发电机电压母线上的主变容量按下述条件，取最大的计算结果选择容量：a)当发电机电压母线上的负荷最小时，扣除厂负荷后，主变将最大剩余功率送入电力系统。即第i台发电机的额定视在功率第i台发电机的厂用电率发电机电压母线上最小负荷的视在功率mn发电机电压母线上的主变台数和发电机台数b)发电机电压母线上的最大一台发电机停机，主变应能从电力系统倒送功率，满足发电机电压母线上的最大负荷和厂用电的需要。即最大一台发电机的额定视在功率和最大负荷的视在功率c)若发电机电压母线上接有两台及以上主变时，其中一台容量最大的主变退出运行时，应该能输送母线最大剩余功率的70%以上，即3)联络变压器的容量选择一般不应小于接在两种电压母线上最大一台发电机的容量，以保证该发电机停运时，通过联络变压器来满足本侧负荷的需要。2、变电所主变压器容量选择

1）所选择的n台主变压器的容量和，应该大于等于变电所的最大综合计算负荷，即

nSN≥Smax

最大综合计算负荷的计算

（n-1)SN≥(0.6~0.7)Smax

且(n-1)SN≥S（Ⅰ+Ⅱ）2)装有两台及以上主变的变电所，当一台主变停运时，其余主变容量一般应满足60%（220kV及以上电压等级的变电所应满足70%）的全部最大综合计算负荷，以及满足全部1类负荷S1和11类负荷S11

各出线的远景最大负荷和自然功率因数

同时系数，出线回路数越多其值越小，一般取0.8~0.95

线损率，取5%三、变压器型式和结构的选择1.相数的选择（1）300MW及以下机组单元接线的主变压器和330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。如受到运输条件限制，亦可选单相变压器组。（2）600MW机组单元接线的主变压器和500kV电力系统中的主变压器，经综合比较，选择单相组成三相变压器

包括：相数的选择、绕组数的选择、绕组接线组别的选择、调压方式的选择、冷却方式的选择2.绕组数的选择（1）只有一种升高电压向系统供电的发电厂或只有两种电压的变电所，采用双绕组变压器。（2）有两种升高电压向用户供电或与系统连接的发电厂以及有三种电压的变电所，可以采用双绕组变压器或三绕组变压器

1）最大机组容量为125MW及以下，而且变压器各侧绕组的通过容量均达到变压器额定容量的15%及以上时，应优先考虑采用三绕组变压器。当某侧的通过容量少于15%时，可采用双绕组变压器加联络变压器2）最大机组为200MW及以上的发电厂，宜采用发电机－双绕组变压器单元加联络变压器。联络变压器宜采用三绕组（包括自耦变压器），其低压侧作厂用电和启动电源。3）当采用扩大单元接线时，宜采用低压分裂绕组变压器，以限制短路电流。4）在有三种电压的变电所中，如变压器各侧绕组的通过容量均达到变压器额定容量的15%及以上，或低压侧虽没有负荷，但需在该侧接无功补偿设备时，宜采用三绕组变压器。5）110kV及以上的中性点直接接地系统中，凡需选用三绕变压器的场所，均可优先选用自耦变压器图2-13.绕组接线组别的选择变压器三相绕组的接线组别必须与系统电压相位一致，否则不能并列运行

在我国：110kV及以上电压，变压器三相绕组接成“YN”，称为中性点直接接地系统，也称大电流接地系统。35kV采用“Y”或“D”，35kV以下（不包含0.4kV）一般都为“D”，中性点不接地或经消弧线圈接地，称为中性点非直接接地系统，也称小电流接地系统

主变压器接线组别一般都采用YN，d11常规接线，三绕组变压器采用YN,YN0,d11接线4.调压方式的选择无激磁调压：范围较小和有载调压：可达30％，运行方式变化较大的情形；5.冷却方式的选择(1)自然风冷却(2)强迫空气冷却(3)强迫油循环水冷却(4)强迫油循环风冷却(5)强迫油循环导向冷却：效率最高(6)水内冷第四节限制短路电流的方法一、选择适当的主接线形式和运行方式1、大容量发电机可采用单元接线。2、降压变电所，变压器低压侧分列运行，也称为母线硬分段。3、双回路线路，在负荷允许的条件下，按单回路运行。4、环形供电网，在穿越功率最小处开环运行。1、加装母线电抗器L1目的：让发电机出口断路器、变压器低压断路器、母联断路器和分段断路器等均能按各回路额定电流来选择位置：母线分段处，损耗最小作用范围：无论厂内（K1、K2）或厂外（K3）短路时，L1均可起限流作用二、加装限流电抗器(常用于发电厂和变电所的6～10kV配电装置)作用：①限制该电抗器后发生故障时的短路电流；②由于短路时电压降主要产生在电抗器中，因而能在母线维持较高的剩余电压。正常运行时，L2上的电压降不应大于5%额定电压，K3处短路时，母线电压维持大于65%额定电压；2、加装线路电抗器L2目的：限制电缆馈线短路电流3、加装分裂电抗器当分裂电抗器的分支电抗值与普通的电抗值相等时：—正常运行时，电压损失约为普通电抗器的一半。—短路时，限流作用与普通电抗器相同。－出线比普通电抗器多3、加装分裂电抗器三、采用低压分裂绕组变压器当发电机容量较大时，采用低压分裂绕组变压器，组成扩大单元接线，可以起到限制短路电流的效果。—正常运行时，低压分裂绕组的电抗值只相当于两分裂绕组短路电抗的四分之一。—短路时，短路电抗比正常时电抗大，有显著的限流作用。应用(1)用于发电机-主变压器扩大单元接线(2)用