电力工程电气主接线及设计毕业论文

摘要主接线是电力系系统接线组成成中的一个重重要组成部分分,它代表了变变电站电气部部分的主体结结构,是电气设计计的首要部分分。同时,它也是构成成电力系统的的主要环节,也是电力系系统网络结构构的重要组成成部分。它反反映了厂中电电能的产生、输输送和分配的的全过程。电电站电气主接接线的确定是是整个电厂电电气设计的首首要环节，它它与电力系统统规划、企业业扩建、设备备选型、电气气设备布置等等密切相关。能能否把电气主主接线确定好好，将直接影影响企业的经经济效益、供供电可靠性和和今后的发展展。设计中主要从理理论上在电气气主接线设计计，限制短路路电流等方面面做详尽的论论述，同时，在在保证设计可可靠性的前提提下，还要兼兼顾经济性和和灵活性，通通过举例并计计算论证该火火电厂实际设设计的合理性性与经济性，从从而使电厂效效益最大化。关键词：主接线线设计；限制制短路电流；；主接线图。目录HYPERLINKHYPERLINK\l"_Toc264108706"第三章电电气主接线设设计19第一节HYPERLINK\l"_Toc264108710"电气气主接线设计计19HYPERLINK\l"_Toc264108721"总结29HYPERLINK\l"_Toc264108722"参考文献300HYPERLINK\l"_Toc264108723"致谢331绪论电力是我国主要要能源行业，是是国民经济基基础产业和公公用事业，是是资金密集的的装置型产业业，同是也是是资源密集型型产业。无论论电源还是电电网，在建设设和生产运营营中都需要占占用和消耗大大量资源，包包括土地、水水资源、环境境容量以及煤煤炭、石油、燃燃气等各类能能源，贯穿于于电力规划、设设计建设一直直到生产运营营全过程。电电力工业的长长足发展和电电力的高效利利用，是社会会经济进步和和节约型社会会建设的根本本保障。随着我国经济实实力不断增强强，电力工业业正在迅速发发展，全国发发电装机容量量超过7亿KW，据预测，到到2020年将达到11亿KW左右中国已已成为名副其其实的电力生生产和消费大大国。虽然我我国电力工业业取得了长足足发展，但和和发达国家相相比仍有差距距，因此，发发展中国电力力工业仍然是是主要任务。我国是以煤炭为为主要一次能能源的国家，这这种能源结构构决定了我国国发电以火电电为主的基本本格局。火力发电是现在在电力发展的的主力军，在在现在提出和和谐社会，循循环经济的循循环中，我们们在提高火电电技术的方向向上要着重考考虑电力对环环境的影响，对对不可再生能能源的影响，虽虽然现在我国国已有部分核核电机组，但但火力发电仍仍占领电力的的大部分市场场。设计中主要从理理论上在电气气主接线设计计，限制短路路电流等方面面做详尽的论论述，同时，在在保证设计可可靠性的前提提下，还要兼兼顾经济性和和灵活性，通通过举例并计计算论证该火火电厂实际设设计的合理性性与经济性，从从而使电厂效效益最大化。火力电厂电气气主接线基础础知识电气主接线重要要性和基本要要求一、电气主接线线的重要性电气主接线是指指一次设备的的连接电路，又又叫一次电路路或主电路。它表示了电能产产生、汇集、分分配和传输的的关系。主接线图一般画画成单线图，用用规定的图形形和文字符号号描述实际的的主电路连接接情况。图上的主要元件件有GGG、TT、QFF、QQSS、TVT、TTAAT、母线和电电抗器等设备备。局部以三三相表示（如如TV、TA的配置）。图图中描述的设设备处于“正常状态”，即电路无无电压和无外外力作用下的的状态。QF、QS处于断开位位置。实际现场还应用用“主接线模拟拟图”。电气主接线的重重要性：电气主接线是发发电厂和变电电所电气部分分的主体。它它表明了各种种设备的数量量及连接情况况。电气主接线决定定了可能存在在的运行方式式，影响着运运行的可靠性性和灵活性。电气主接线决定定了电气设备备的选择，配配电装置的布布置。电气主接线决定定了继电保护护和控制的方方式。二、电气主接线线的基本要求求①根据系统和用用户的要求，保保证供电的可可靠性供电可靠性是电电力生产和分分配的首要要要求。因事故或因检修修，导致的停停电机会越少少、停电影响响范围越小、停停电时间越短短、停电后恢恢复供电越快快，供电可靠靠性就越高。主接线的可靠性性与设备的可可靠程度、运运行管理水平平、运行值班班人员等因素素有密切关系系。主接线的可靠性性也必须与发发电厂、变电电所在系统中中的地位和作作用；接入电电力系统的方方式以及所供供负荷性质相相适应。即主主接线的可靠靠性是相对的的。②保证运行的灵灵活性、方便便性运行方式多，能能适应各种工工作情况（故故障或检修）的的转换。可以方便的投入入、切除或停停运机组、变变压器或开关关设备，而能能满足供电要要求。不应有多余设备备，布置对称称，操作时步步骤少，避免免误操作。③在满足上述前前提下，保证证经济性降低投资：节约约设备；选用用合理的设备备；简化控制制和保护节约占地面积：：合理选择主主变降低运行费用：：避免两级变变压；减少电电能损失应具有扩建的可可能性考虑到电力负荷荷的增长，考考虑以后扩建建的可能性电气主接线的基基本形式及特特点所谓电气主接线线的基本形式式是指典型的的、常用的连连接形式。不不同的电压等等级，主接线线的形式会不不一样。主接线的基本形形式按有无汇汇流母线分为为两大类：111、有汇流母母线的基本接接线形式222、无汇流母母线的基本接接线形式主接线的基本环环节有三个：：111、电源（或或进线）环节节（通常指发发电机或变压压器）22、母线环节节333、出线（或或馈线）环节节为什么要按有无无汇流母线来来划分？进出线较多时，为为提高供电可可靠性，必须须使每一个出出线能从任一一电源获得供供电。因此，最最好的方法就就是采用母线线，即电源并并不与各个出出线直接相连连，而是与母母线连接把电电能送到母线线上，各个出出线也连接在在母线上来获获取电能。这这样以母线来来汇集和分配配电能，使整整个主接线环环节减少，简简单清晰，运运行方便可靠靠，也有利于于安装和扩建建。相应的缺点是：：开关设备QF、QS增多，配对对装置占地面面积增大。为什么要按有无无汇流母线来来划分？当进出线回数较较少或相同时时，可采用无无母线的接线线方式，由发发电机、变压压器直接和出出线相连，减减少了开关设设备和占地面面积。对每一种基本接接线形式，要要求掌握：接线图：进出线线环节如何与与母线连接；；开关设备如如何连接可能存在的运行行方式和运行行特点优缺点：可靠性性高或可靠性性低及其具体体体现适用场合：适用用的电压等级级；适用的出出线回数等一、有汇流母线线的基本接线线形式有汇流母线的的接线形式可可分为两大类类：(一)单母线线(二)双母线线1、单母线接线线（1）相关名称称母线侧隔离开关关QS211线路侧隔离开关关QS222接地刀闸QQE（2）操作顺序序送电：母线侧隔隔离开关-〉线路侧隔隔离开关-〉断路器停电：断路器-〉线路侧隔隔离开关-〉母线侧隔隔离开关原则：防止带负负荷拉合隔离离开关防止误操作引起起母线故障，扩扩大故障范围围防止误操作的措措施：组织措施：操作作票制度技术措施：电磁磁闭锁、机械械闭锁或电脑脑钥匙（3）接线特点点分析可靠性：差断路器故障或检检修母线（或母线隔隔离开关）故故障或检修灵活性：操作：方便调度：不方便。电电源只能并列列运行扩建：方便经济性：好一次投资：设备备少（4）适用范围围出线回路少，没没有重要负荷荷的发电厂和和变电站2、双母线接线线（1）接线特点点分析（与单单母分段比）两组母线互为备备用，每条进进出线可与两母线相连连可靠性：较高母线故障：故障障母线上的回回路倒到另另一个母线操作：先拉后合合母线检修：检修修母线上的回回路不停电操作：先合后拉拉（等电位，母母联回路闭合合）灵活性：调度：较方便。运行方式多多：单母线，固固定连接，两两母线分列特殊功能：：系统同期，个个别回路试验验或熔冰经济性：一次投资：增加加母线侧刀闸闸。（2）适用范围围出线带电抗器的的6~100KV配电装置中中。35～60KVV出线数超过8回，或连接接电源较大、负负荷较大110～2200KV出线数5回以上二、无汇流母线线的基本接线线形式无汇流母线的接接线形式的特特点是：断路路器数量等于于或少于出线回路数数。可分为三三大类：（一）单元接线线如图2-1（二）桥型接线线（三)角形接接线1.单元接线（1）接线形式式（2）接线特点点分析可靠性：封闭母线，发电电机出口故障障的几率小，短短路电流小灵活性：操作简简单经济性：开关设设备少2.桥形接线用于2回线路、2台主变的情情况以变压器为参照照，内桥，外外桥（1）接线特点点分析内桥：用于线路路较长，变压压器不经常切换外桥：用于线路路较短，有穿穿越功率可靠性：不如单单母分段灵活性：不如单单母分段经济性：比单母母分段少2个开关（2）适用范围围适用于小容量发发电厂或变电电站工程初期接线大型发电厂的启启动/备用变压器器的高压侧3.角形接线断路器首尾相连连，连接的回回路数与断路器数相等等。（1）接线特点点分析可靠性：断路器检修灵活性：操作：方便调度：闭环，开开环。保护配配置难度大扩建：不便于经济性：比单母母分段或双母母线少1个开关（2）适用范围围不超过6角发展已定型的1110KV及以上的配配电装置中小容量水利发发电厂第三节限制制短路电流的的方法限制短路电流的的原因在大容量发电厂厂和电力网中中，短路电流流可能达到很很大的数值，以以致在选择发发电厂和变电电所的电气设设备及线路的的电缆截面时时，由于要满满足短路电流流热稳定和电电动力稳定的的要求，使得得必须选择重重型的电气设设备，从而发发电厂和变电电所以及供电电网的投资增增大。因此在大容量发发电厂和变电电所中，必须须采取限制短短路电流的措措施使短路电电水平降低，以以便采用价格格较便宜的轻轻型电器以及及截面较小的的电缆。选择适当的主接接线形式和运运行方式大容量机组不设设发电机电压压母线，采用用单元接线形形式，出口采采用分相封闭闭母线。降压变电所中，将将两台降压变变压器低压侧侧分开运行，即即将低压母线线分段断路器器QFd断开。这这样，当低压压母线短路时时，将比两台台变压器并联联时的短路电电流要小。如如图3-1在由两条平行线线路（双回）供供电的变电所所，将变电所所高压母线分分段断路器QQFd断开，即即两条线路分分开运行，比比并联运行时时，在变电所所高压母线短短路的短路电电流要小。如如图3-2QFd系统T1T2QFd系统T1T210.5110ⅠⅡWL1WL2QFd系统T2110L1T1L2图图3-1图3-2第四节电厂厂电气接线图图主要显示系统中中发电机、变变压器、电力力线路、母线线及断路器等等主要元件间间的电气接线线。电气主接线设计计原则和程序序第一节电电气主接线设设计原则设计电气主接时时，所遵循的的总原则：1.符合设计任任务书的要求求；2.符合有关的的方针、政策策和技术规范范规程；3.结合具体工工程特点，设设计出技术经经济合理的主主接线。第二节电气主接线线设计电气主接线的设设计程序1、对原始资料料分析工程情况：包括括发电厂类型型，设计规划划容量，单机机容量及台数数，最大负荷荷利用小时数数及可能的运运行方式；电力系统情况：：包括电力系系统近期及远远景发展规划划，发电厂或或变电站在电电力系统中的的位置和作用用，本期工程程和远景与电电力系统连接接方式以及各各级电压中性性点接地方式式等；负荷情况：包括括负荷的性质质及其地理位位置、输电电电压等级、出出线回路数及及输送容量等等；环境情况：考虑虑环境对于电电气设备的选选择和配电装装置的实施的的影响，还有有对重型设备备的运输条件件的考虑；设备供货情况2、主接线方案案的拟定与选选择3、短路电流计计算和主要电电器选择4、绘制电气主主接线图5、编制工程概概算概算的编制以设设计图纸为基基础，以国家家颁布的《工工程建设预算算费用的构成成及计算标准准》、《全国国统一安装工工程预算定额额》、《电力力工程概算指指标》以及其其它有关文件件和具体规定定为依据，并并按国家定价价与市场调整整或浮动价格格相结合的原原则进行，概概算的构成主主要有：主要设备器材费费安装工程费其他费用第三章电电气主接线设设计第一节电电厂主接线设设计1、对原始资料料的分析：设计电厂为大、中中型火电厂，其其容量为占电电力系统总容容量的16..7％，超过过了电力系统统的检修备用用容量8％～15％和事故故备用容量110％的限额额，该厂在未未来电力系统统中的作用和和地位至关重重要；年利用小时数为为6500hh>50000h，远远远大于电力力系统发电机机组的平均最最大负荷利用用小时数，在在电力系统中中将主要承担担基荷，从而而该厂主接线线设计务必着着重考虑其可可靠性；从负荷特点及电电压等级可知知，10.55kV电压等等级采用直馈馈线为宜；15.75kVV电压等级拟拟采用单元接接线形式；220kV电压压等级拟采取取带旁路母线线接线形式为为宜；500kV与系系统有4回馈线，呈呈强联系形式式并送出本厂厂最大可能的的电力为7000–15–200–700×6％＝443((MW)。可可见，该厂5500kV级级的接线对可可靠性要求应应当很高。10kV电压级级。鉴于100kV出线回回路多，且发发电机单机容容量大应确定定为双母线分分段接线形式式，2台机组分别别接在两段母母线上，剩余余功率通过主主变压器送往往高一级电压压220kVV。考虑到机组为供供热式机组，对对10kV电压压级与2200kV电压之之间按弱联系系考虑，只设设1台主变压器器；同时，由由于l0kVV电压最大负负荷较小，该该电压等级负负荷要求有保保障。由于2台机组均均接于10kkV母线上，有有较大短路电电流，为选择择合适的电气气设备，应在在分段处加装装母线电抗器器，各条电缆缆馈线上装设设线路电抗器器。220kV电压压级。出线回回路数大于44回，为使其其出线断路器器检修时不停停电，应采用用单母线分段段带旁路接线线或双母线带带旁路接线，以以保证其供电电的可靠性和和灵活性。其进线仅从l00kV送来剩剩余容量2×50–[(1000×6%)+20]]=744(MW)，不不能满足2220kV最大大负荷2500MW的要求求。为此，拟以l台台300MWW机组按发电电机一变压器器单元接线形形式接至2220kV母线线上，其剩余余容量或机组组检修时不足足容量由联络络变压器与5500kV接接线相连，相相互交换功率率。2、主接线方案案的拟定：500kV电压压级。5000kV负荷容容量大，其主主接线是本厂厂向系统输送送功率的主要要接线方式，为为保证可靠性性，可能有多多种接线形式式，经定性分分析筛选后，可可选用的方案案为双母线带带旁路接线和和一台半断路路器接线；通过联络变压器器与220kkV连接，并并通过一台三三绕组变压器器联系2200kV及l0kV电压压，以提高可可靠性，一台台300MWW机组与变压压器组成单元元接线，直接接将功率送往往500kVV电力系统。3、方案的经济济比较：采用最小费用法法，对拟定的的两方案进行行经济比较，两两方案中的相相同部分不参参与比较计算算，只对相异异部分进行计计算。计算内内容包括一次次投资、年运运行费。若图4-23所所示方案I参与比较部部分的设备折折算到施工年年限的总投资资为69544.7万元，折折算年的运行行费用为10016.299万元，火电电厂使用年限限按n=255年，电力行行业预期投资资回报率i==0.1，则则方案I的年费用为为同理，在计算出出方案1I的折算年年总投资及年年运行费用之之后，可得到到方案Ⅱ的年费用。4、主接线最终终方案的确定定：通常，经过经济济比较计算，求求得年费用AAC最小方案案者，即为经经济上最优方方案；然而，主主接线最终方方案的确定还还必须从可靠靠性、灵活性性等多方面综综合评估，包包括大型电厂厂、变电站对对主接线可靠靠性若干指标标的定量计算算，最后确定定最终方案。通过定性分析和和可靠性及经经济计算，在在技术上(可靠性、灵灵活性)方案I明显占优势势，这主要是是由于一台半半断路器接线线方式的高可可靠性指标，但但在经济上则则不如方案111。鉴于大大、中型发电电厂大机组应应以可靠性和和灵活性为主主，所以，经经综合分析，决决定选图4-23所示的方案案I为设计最终终方案。某一个330／／110kVV降压变电站站原始数据：：具有2台160MVV·A自耦变变压器；1110kV侧负负荷为2000MW；330kVV进线2回，其中一一回与系统中中的火电厂相相连接、长度度250kmm，另一回与与系统中枢纽纽变电站相连连接、长度2200km，在在本降压变电电站的3300kV侧有穿穿越功率1000MW。此外，引用的可可靠性数据：：330kV线路路：事故率λL=1次／(年·l00kkm)，故障障停运时间TTLf=8h。330kV断路路器：事故率率λQ=0．1次／年，故故障停运时间间TQf=110h，年计计划检修周期期MQr==1次／年，计计划检修时间间TQr=1168h。变电站值班人员员事故倒闸、处处理事故、恢恢复供电等时时间T0==0.5h。该变电站进出线线数目为4回，110kkV负荷200MMW，而自耦耦变压器为22台160MVV·A，即已已考虑到负荷荷远期发展，330kV高压侧无扩建要求，故宜选用无母线的简单接线方案，如图4-24(a)所示；图4-24(bb)为桥形接接线方案，投投资较省，考考虑到3300kV线路公公里数较长，采采用内桥接线线；图4-24(cc)为角形接接线方案，有有较高可靠性性。2、电气主接线线的拟定：通常，变电站建建设周期很短短，且主接线线的差异对主主体设备的投投入无影响，因因而可不考虑虑投资时间对对经济效果的的影响，故在在方案比较中中可采用静态态比较法。由由于二者方案案的可靠性存存在一定差别别，可应用产产值损失偿还还年限进行评评估。现对初步拟定的的桥形接线及及角形接线方方案进行计算算比较。方案I～桥形接接线方案：(1)桥断路路器出现拒动动故障。在值值班人员执行行退出桥断路路器、拉开桥桥断路器两侧侧隔离开关并并合上线路侧侧跨条上两个个隔离开关的的T0=0..5h时间内内，变电站对对用户少送电电量为ΔA1=PλQQT0KK=2000000××0.1×0.5×2=220000((kW·h))式中，K为变电电站少送电系系数，一般取取值为2，这是考虑虑到用户在恢恢复供电时的的生产组织所所需增长的时时间。(2)检修任任一台出线断断路器时另一一台出线断路路器故障。由由于有穿越功功率，故任一一台出线断路路器检修时，都都必须合上跨跨条的两个隔隔离开关，此此时若另一台台出线断路器器故障，将导导致2台自耦变压压器停电(TQf=110h)，此此时少送电量量为ΔA2=PPλQKQrNNTQfK=2000000×0.1×0.02×2×10×2=160000(kWW·h)式中N－线路断断路器台数；；KQrr－断路器计计划检修停运运系数，其值值为：(3)在检修修任一台出线线断路器时线线路故障跳闸闸。此时，由由于双回路通通过跨条并联联运行，将导导致2台自耦变压压器停电(T0=00.5h)，待待值班人员切切除故障线路路(用隔离开关关)后，方才恢恢复供电。停停电时，少送送电量为ΔA3=PPNKQrλλLT0K×L/1000=2000000×2×0.02×1×0.5×2×450//100=336000((kW·h))式中，L为线路路L1、L2总长度，即即250+2200=450(kkm)。变电站对用户少少送电总和为为∑A=200000+166000+336000==720000(kW·hh)故障停电损失是是实时电价的的数十倍及以以上，若以损损失15元／(kW·h))计算，则故故障停电损失失为U=155×720000=108((万元)(4)中断穿穿越功率的损损失。在以上上产生(1)～(3)故障情况况下，由火电电厂经本变电电站送至系统统的穿越功率率100MWW将中断，系系统被迫启动动备用容量，其其持续时间等等于桥断路器器或跨条隔离离开关的开断断时间。在上上述三种故障障情况下，开开断穿越功率率的时间为∑Δt=00.1×0.5+00.1×0.02×2×0.5+2×0..02×450/1100×0.5==0.1422(h／年)在开断穿越功率率期间，受端端枢纽变电站站将可能启用用区域系统备备用，或在电电力市场环境境下，进入发发电侧电力市市场的辅助市市场参与电力力交易，从而而增加购电成成本。但是，从从上述计算可可见，此部分分的年交易量量很小，由此此产生的损失可可略去不计。方案Ⅱ一四角形形接线：在检修任一台断断路器时，“对面的”断路器出现现拒动故障，在在用隔离开关关切除故障断断路器的时间间内，造成两两变压器均停停电0.5hh，对用户停停电量为ΔA3=PPNrλQKQrTT0K=2000000×4×0.1×0.02×0.5×2=16000(kw··h)此外，在断路器器检修期间，当当对面断路器器拒动时，一一台自耦变压压器负荷将由由火电厂供给给，而另一台台自耦变压器器负荷则靠电电力系统枢纽纽变电站倒送送100MWW，同时电力力系统枢纽变变电站还失去去了原来由本本变电站转供供的穿越功率率100MWW。此时(在断路器器事故检修期期间10h内)系统将启用用备用容量2200MW。年年启用2000MW备用容容量的时间为为Δt=N··λQ·KQrr·TQf=4×0.1×0.02×10=0.08((h／年)可见，角形接线线方式下，对对用户的停电电损失远小于于桥形接线，而而在电力辅助助服务市场中中参与交易的的备用容量与与桥形接线大大致相同。3、主接线最终终方案的确定定：在经济计算的基基础上，综合合评估不同方方案的可靠性性、灵活性、可可扩建性，再再确定最终方方案。以上计算可见，在在此拟定的变变电站接线中中，桥形接线线的故障停电电损失远大于于角形接线，而而角形接线多多一台3300kV断路器器间隔，若由由此而增加的的一次投资为为150万元，则则角形接线所所增加的投资资与桥形接线线相比，可以以通过减少停停电损失费在在很短的时间间内得到抵偿偿。此外，角角形接线有较较高的灵活性性，在不需再再扩建的变电电站，宜