发电厂电气部分第四章VIP

发电厂电气部分第四章第1页，共114页，2023年，2月20日，星期四第一节电气主接线的基本要求和设计程序第二节主接线的基本接线形式第三节主变压器的选择第四节限制短路电流的方法第五节电气主接线设计举例

第2页，共114页，2023年，2月20日，星期四电气主接线

电气主接线又称为电气一次接线，是将电气设备以规定的图形和文字符号，按电能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单相接线图（电气主接线图）。

主接线代表了发电厂或变电站高电压、大电流的电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。第一节电气主接线的基本要求和设计程序第3页，共114页，2023年，2月20日，星期四一、电气主接线设计的基本要求1、可靠性可靠性、灵活性、经济性三个方面安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。分析电气主接线的可靠性要考虑以下几方面：（1）发电厂、变电站在电力系统中的地位和作用各发电厂和变电站的电气主接线的可靠性，应与该发电厂和变电站在接入电力系统中的地位和作用相适应。电压等级越高、容量越大，则地位越高，电气主接线可靠性要求也越高。第4页，共114页，2023年，2月20日，星期四（2）负荷性质和类别Ⅰ类负荷、Ⅱ类负荷、Ⅲ类负荷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

担任基荷的发电厂，设备年利用小时数在5000h以上，主要供应Ⅰ、Ⅱ类负荷用电，必须采用供电可靠性高的接线形式第5页，共114页，2023年，2月20日，星期四（4）长期运行实践经验

运行管理水平和运行值班人员的素质

衡量可靠性的客观标准是运行实践（3）设备制造水平

主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度,采用可靠性高的电气设备可以提高主接线的可靠性，简化接线。第6页，共114页，2023年，2月20日，星期四定性分析和衡量主接线可靠性时，从以下几方面考虑：断路器检修时，能否不影响对系统供电线路、断路器或母线故障时，以及母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运出线回路数和停电时间，并能保证对Ⅰ、Ⅱ类负荷的供电应尽量避免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，不应危及电力系统稳定运行定量分析主接线可靠性时，最主要的基础数据是断路器的可靠性，主要指标是故障率、可用系数和平均修复时间。第7页，共114页，2023年，2月20日，星期四2、灵活性（1）操作的方便性尽可能使操作步骤少（2）调度的方便性方便地改变运行方式、尽快地切除故障（3）扩建的方便性火电厂和变电站3、经济性通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理（1）节省一次投资（2）占地面积少（3）电能损耗少第8页，共114页，2023年，2月20日，星期四二、主接线的设计程序1.对原始资料分析：工程情况：发电厂类型规划容量最大负荷利用小时数电力系统情况：厂站在系统中的地位近期和远景与系统连接方式负荷情况：电力负荷预测是电力规划的基础环境条件：温度、湿度、覆冰等重型设备的运输条件设备供货情况：2.主接线方案的拟定和选择3.短路电流计算和主要电气设备的选择4.绘制电气主接线图5.编制工程概算(可行性研究、初步设计、技术设计、施工图设计)第9页，共114页，2023年，2月20日，星期四

主接线的基本接线形式就是主要电气设备常用的几种连接方式，以电源和出线为主体。在进出线数较多时（一般超过4回），采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰、运行方便、有利于安装和扩建。可分为：有汇流母线的电气主接线单母线接线及单母线分段接线双母线接线及双母线分段接线带旁路母线的单母线和双母线接线一台半断路器接线三份之四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多角形接线第二节主接线的基本接线形式第10页，共114页，2023年，2月20日，星期四

（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

（2）母线即可保证电源并列运行，又能使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，以减小功率在母线上的传输。一、单母线接线及单母线分段接线第11页，共114页，2023年，2月20日，星期四

（3）每条回路中都装有断路器和隔离开关。断路器：具有专用的灭弧装置，可以接通和断开负荷电流和短路电流隔离开关：没有灭弧装置，不能带负荷拉、合。为什么断路器两侧配有隔离开关？单母线接线（4）QE，线路隔离开关的接地开关（接地刀闸），用于线路检修时替代临时安全接地线第12页，共114页，2023年，2月20日，星期四（5）倒闸操作单母线接线操作顺序：对线路WL2停电：对线路WL2送电：断开QF2→断开QS22→断开QS21合上QS21→合上QS22→合上QF2第13页，共114页，2023年，2月20日，星期四电气“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、机械闭锁或防误操作的电脑钥匙第14页，共114页，2023年，2月20日，星期四倒闸操作程序示意图：第15页，共114页，2023年，2月20日，星期四优点：接线简单、操作方便，设备少、经济性好，便于扩建缺点：

（1）可靠性较差母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止运行，造成全厂（站）停电。

（2）灵活性较差调度不方便电源只能并列运行，不能分列运行，线路侧发生短路的短路电流较大适用范围：一般适用于出线回路少，并且没有重要负荷的中小型发电厂和变电站中第16页，共114页，2023年，2月20日，星期四2.单母线分段接线单母线分段接线单母线用分段断路器QFD进行分段，以提高供电可靠性和灵活性（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供电优点：第17页，共114页，2023年，2月20日，星期四单母线分段接线（3）任一段母线或母线隔离开关检修，只停该段，其他段继续供电（4）任一段母线故障，则只有该母线段停电在可靠性要求不高时，可用隔离开关分段（5）电源分列运行时，为防止因电源断开而引起的停电，应在QFD上装设备用电源自动投入装置，在任一电源断开时，将QFD自动接通第18页，共114页，2023年，2月20日，星期四缺点：增了分段设备的投资和占地面积；重要负荷采用两条出线供电时，增加了出线数目；某段母线故障或检修仍有停电问题；某回路的断路器检修，该回路停电适用范围：广泛应用于小容量发电厂的发电机电压配电装置；变电站有两台主变时的6-10kV配电装置；35kV配电装置出线4-8回；110-220kV配电装置出线3-4回第19页，共114页，2023年，2月20日，星期四二、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一条回路和与此隔离开关相连的母线，其他回路均倒换到另一组母线上而不中断供电。第20页，共114页，2023年，2月20日，星期四则检修工作母线的倒闸操作如下：(为保证不中断供电的“先通后断”原则)合母联断路器两侧的隔离开关(QS1、QS2)→合母联断路器(QFC)→合备用母线上的隔离开关→再断开工作母线上的隔离开关→再断开母联断路器→断开母联断路器两侧的隔离开关设正常运行：一组为工作母线，一组为备用母线，母联断路器断开第21页，共114页，2023年，2月20日，星期四(2)运行方式灵活①可为单母线运行②“固定连接方式”

运行两组母线同时运行③两组母线分列运行

相当于分裂为两个电厂，限制短路电流。④特殊功能同期或者解列、个别回路单独试验(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第22页，共114页，2023年，2月20日，星期四缺点：（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，该回路停电第23页，共114页，2023年，2月20日，星期四适用范围：（1）进出线回路较多、容量较大、出线带电抗器的6-10kV配电装置（2）35-60kV配电装置，出线数超过8回，或电源较多、负荷较大时（3）110kV配电装置，出线回数为6回及以上（4）220kV配电装置，出线回数为4回及以上第24页，共114页，2023年，2月20日，星期四2.双母线分段接线双母线分段接线比双母线接线的可靠性更高，当一段工作母线（假设为W1）发生故障后，在继保作用下，分段断路器QFD先自动跳开，而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开，随后将故障段母线所连的电源回路和出线回路切换到备用母线上即可恢复供电。这样，工作母线故障时,只是部分短时停电。缩小母线故障的停电范围第25页，共114页，2023年，2月20日，星期四优点：与双母线接线相比，增加了母联断路器QFC2和分段断路器QFD、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，配电装置投资增大。第26页，共114页，2023年，2月20日，星期四适用范围：

应用于进出线回路数或母线上电源较多的中小型发电厂的发电机电压配电装置中及变电站6-10kV配电装置中。较多用于220kV配电装置中，当进出线回路数为10-14回时采用3分段，当进出线回路数为15回及以上时采用四分段接线（两组母线均用断路器分段）。在330-500kV大容量配电装置中，出线数为6回及以上时也有采用双母线分段接线的。第27页，共114页，2023年，2月20日，星期四三、带旁路母线的单母线和双母线接线旁路母线的作用：检修任一回接入旁路母线的进、出线的断路器时，不中断该回线路供电检修出线WL1的断路器QF1：（1）合旁路断路器QFP1两侧的隔离开关→合QFP1以检查旁母是否完好（2）合旁路隔离开关QSP1（两端为等电位）

（3）断开QF1→断开QS13、QS11可在第(2)前先断开QFP1,待合上QSP1后再合上QFP11.单母线分段带旁路母线接线专用旁路断路器第28页，共114页，2023年，2月20日，星期四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，出线不会停电第29页，共114页，2023年，2月20日，星期四分段断路器兼作旁路断路器的接线正常运行：QS1、QFD、QS2合，QS3、QS4、QSD断，QFD作为分段断路器即单母分段运行检修QF1：(1)合QSD,使WІ和WІІ段母线保持联系(2)断开QFD→断开QS2→合QS4→合QFD,以检查旁母是否完好(3)合QS15→断开QF1、QS12、QS11第30页，共114页，2023年，2月20日，星期四分段断路器兼旁路断路器接线形式(a）(b)(c)(b)、(c)正常运行时，旁路母线WP带电第31页，共114页，2023年，2月20日，星期四旁路断路器兼作分段断路器的接线正常运行：QS1、QFP、QS3合，QS2断，QFP兼做分段断路器，旁母WP带电即单母分段运行检修QF1：(1)合QS2,使WІ和WІІ段母线保持联系(2)断开QS3(3)合QS15→断开QF1、QS12、QS11第32页，共114页，2023年，2月20日，星期四2.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任一母线检修均不致停电任一断路器检修，不引起停电第33页，共114页，2023年，2月20日，星期四母联断路器兼作旁路断路器接线形式(a)(b)(c)(c)也称作旁路断路器兼作母联断路器接线第34页，共114页，2023年，2月20日，星期四3.旁路母线设置的原则（1）110kV及以上的高压配电装置，因电压等级高，输送功率大，停电的影响较大，均需设置旁路母线。①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②110kV出线6回及以上，220kV出线4回及以上时，需装设专用旁路断路器（2）35-60kV配电装置①当采用单母分段接线且检修断路器时不允许停电，可设置不带专用旁路断路器的旁路母线；②当采用双母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件时可设置旁路隔离开关。（3）6-10kV配电装置一般不设置旁路母线

第35页，共114页，2023年，2月20日，星期四旁路隔离开关QF4检修时WL4发生短路？QF4检修时，合母联QFC和旁路隔离开关QSP第36页，共114页，2023年，2月20日，星期四下列情况下可不设置旁母：（1）当系统条件允许断路器停电检修时（如双回路供电的负荷）（2）当接线允许断路器停电检修时（如每条回路有两台及以上断路器供电，如多角形接线、一台半断路器接线）（3）中小型水电站枯水季节允许停电检修出线断路器时（4）采用高可靠性的SF6断路器对于特殊需要，但又不便于设置旁路母线的情况，可设置临时“跨条”：图4－9第37页，共114页，2023年，2月20日，星期四设置临时“跨条”检修QF3具体操作步骤如下：（1）将原来连接在W2的各回路均切换到W1上，断开QFC及其两侧的隔离开关，母线W2停电（2）断开QF3及QS33和QS31（3）将QF3两端接线拆开，并用“跨条”接上（4）合QS32和QS33，（5）合QFC两侧的隔离开关，最后合QFC第38页，共114页，2023年，2月20日，星期四优点：不会由于断路器检修造成停电。缺点：1多装了一台旁路断路器和一套旁路母线。2投资大，配电装置占地面积增多。3增加了误操作的几率。带旁母接线的特点第39页，共114页，2023年，2月20日，星期四随着高压配电装置广泛采用SF6断路器及国产断路器质量的提高，系统备用容量的增加、保护双重化的完善，为简化接线，新建变电站将逐步取消旁路设施。第40页，共114页，2023年，2月20日，星期四四.一台半断路器接线（3/2接线）每两个回路（进线、出线）用3台断路器构成一串接至两组母线。运行时，两组母线和同一串的3台断路器都投入工作，称为完整串运行，形成多环路状供电，具有很高的可靠性。第41页，共114页，2023年，2月20日，星期四一台半断路器接线的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在检修母线或回路断路器时，不必用隔离开关进行大量的倒闸操作，隔离开关只在检修时作为隔离带电设备使用。第42页，共114页，2023年，2月20日，星期四一台半断路器接线的两条原则：（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）当建设初期只有两串时，同名回路宜分别接于不同侧的母线，进出线应装设隔离开关；当达到三串及以上时，同名线路可接于同侧母线。交叉接线非交叉接线同名回路接于不同侧的母线同名回路接于同一侧的母线交叉接线比非交叉接线具有更高的运行可靠性分析当QF2检修，另一串的联络断路器异常跳闸或事故跳闸时第43页，共114页，2023年，2月20日，星期四

缺点：所用断路器多，投资大，二次控制接线和继电保护复杂，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，在330kV和500kV变电站当进出线为6回及以上，一般都采用这种接线方式第44页，共114页，2023年，2月20日，星期四三分之四台断路器接线把3条回路的进出线通过4台断路器构成一串连接到两组母线上。应用范围：

通常用于发电机台数(进线)大于线路(出线)数的大型水电厂，以便实现在一个串的3个回路中电源与负荷容量相互匹配。第45页，共114页，2023年，2月20日，星期四实际运用中，可以根据电源和负荷的数量及扩建要求，采用三分之四台、一台半及两台断路器的多重连接的组合接线，有利于提高配电装置的可靠性和灵活性。第46页，共114页，2023年，2月20日，星期四五.变压器母线组接线各出线回路由两台断路器分别接在两组母线上，变压器直接通过隔离开关接到母线上，组成变压器母线组接线。第47页，共114页，2023年，2月20日，星期四优点：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、大容量输电线路，对系统稳定和供电可靠性要较高，并要求主变的质量、故障率甚低的变电站中采用。和3/2接线比较？一回母线故障或检修会造成与该母线连接的变压器停电第48页，共114页，2023年，2月20日，星期四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是大型机组广泛采用的接线形式。发电机不设出口断路器，在运行中存在如下技术问题：（1）当主变压器或厂用高压变压器发生故障时，除了跳开主变压器高压侧出口断路器外，还需跳开发电机磁场断路器。但由于大型发电机励磁回路的时间常数较大，不可能迅速灭磁，一段时间内故障电流仍较大。（2）发电机故障跳闸时，将失去厂用工作电源。第49页，共114页，2023年，2月20日，星期四无汇流母线的电气主接线六.单元接线大容量发电机装设出口断路器大容量发电机装设出口断路器优越性：（1）主变压器或厂用高压变压器故障时，迅速断开主变压器高压侧断路器和发电机出口断路器，有利于发电机和变压器的安全；（2）发电机故障只需断开发电机出口断路器，不会造成高压系统接线方式的改变；（3）发电机组正常启停或事故停机时，厂用电可由主变压器从系统倒送；（4）由于主变压器可兼作厂用电的启动与备用电源，可以减少厂用变压器台数和容量，简化厂用电接线。但增加投资第50页，共114页，2023年，2月20日，星期四单元接线的特点：

优点：（1）接线简单，开关设备少，操作简便（2）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（3）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。

第51页，共114页，2023年，2月20日，星期四(c)发电机－变压器-线路单元接线在电厂不设升压配电装置，把电能直接送到附近的枢纽变电站或开关站，节省电厂占地面积。适用于地理位置狭窄或地区内有多个相互之间距离很近的电厂，且靠近电厂的中心地区设有枢纽变电站或开关站。(b)发电机－三绕组变压器单元接线为使电厂接入两种电压等级。为了在发电机停止工作时，还能保持和高、中压电网之间的联系，在变压器的三侧均应装断路器。第52页，共114页，2023年，2月20日，星期四扩大单元接线（a）发电机－双绕组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。（主变容量大）第53页，共114页，2023年，2月20日，星期四七.桥形接线当只有两台变压器和两条线路时，宜采用桥形接线。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）外桥第54页，共114页，2023年，2月20日，星期四内桥：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，要使相应回路线路短时停电，且操作复杂。（3）线路侧断路器检修时，线路需较长时间停电。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、切的小容量配电装置中。加入“跨条”：变压器进线要停运时，投入“跨条”可使得相应线路不停电第55页，共114页，2023年，2月20日，星期四外桥（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，要使相应一台变压器短时停运，且操作复杂。（2）变压器切除、投入或故障时，不影响其它回路，操作简单。适用范围：输电线路较短，变压器经常投、切的小容量配电装置中。加入“跨条”：出线要停运时，投入“跨条”可使得相应变压器不停运第56页，共114页，2023年，2月20日，星期四优点：经济性好，四回三台断路器，比单母线接线节省了一台断路器，且没有母线，投资省。缺点：但可靠性不高，只适用于小容量发电厂或变电站。第57页，共114页，2023年，2月20日，星期四八.多角形接线（a）三角形接线（b）四角形接线断路器数等于电源回路和出线回路的总数，断路器接成环形电路，电源回路和出线回路都接在2台断路器之间。第58页，共114页，2023年，2月20日，星期四（a）三角形接线（b）四角形接线（2）检修任一断路器时，只需断开该断路器及其两侧的隔离开关，不会引起停电优点：（1）经济性好，使用断路器等于回路数，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）操作方便，隔离开关只用于检修时隔离电压，不作操作之用第59页，共114页，2023年，2月20日，星期四缺点：（1）角形中任一台断路器检修，变开环运行，可靠性降低。此时恰好有故障，又有断路器自动跳开，可能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，电流在闭环和开环两种情况下所流过的工作电流差别较大，可能使电气设备选择发生困难，并使继电保护装置复杂化。（3）不便于扩建。第60页，共114页，2023年，2月20日，星期四配置原则：

电源应尽量配置在多角形的对角上，使所选电气设备的额定电流不致过大；且在一台断路器检修变开环运行时，当有故障发生时，可减少负荷线路停电。适用范围：用于回路数较少且能一次建成、而不需再扩建的110kV及以上的配电装置中。多用于进出线数不超过6回、地形狭窄的中小型水电厂。第61页，共114页，2023年，2月20日，星期四电气主接线基本接线形式小结有汇流母线无汇流母线单母线接线双母线接线带旁路母线的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双母线接线双母线分段接线单元接线桥形接线多角形接线单母线分段带旁路母线接线双母线带旁路母线接线特点：接线简单清晰、运行方便，便于安装和扩建，但占地面积较大。适用于进出线数较多的厂（站）。特点：使用设备相对较少，占地面积少。只适用于进出线数少，不再扩建和发展的厂(站)。第62页，共114页，2023年，2月20日，星期四（1）能熟练掌握各种主接线的构成以及运行方式（2）能分析各种主接线的运行特性（3）能根据要求正确写出倒闸操作的操作步骤（正确填写检修操作票）第63页，共114页，2023年，2月20日，星期四九.各种类型发电厂和变电站主接线的特点一、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

1、变电所主接线

2、枢纽变电所主接线第64页，共114页，2023年，2月20日，星期四一、火力发电厂电气主接线1、地方性火电厂建设在城市附近或工业负荷中心；我国近年来为提高能源利用率和环境保护要求，逐步对小火电实行关停的政策，当前在建或运行的地方性火电厂多为热电厂，以推行热电联产，在为工业和民用提供蒸汽和热水热能的同时，生产的电能大部分都用发电机电压直接馈送给地方用户，只将剩余的电能以升高电压送往电力系统。一般热电厂的单机容多为中小型机组。通常电气主接线包括发电机电压接线及1~2级升高电压级接线，且与系统相连接第65页，共114页，2023年，2月20日，星期四（1）发电机电压接线

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分段接线；当机组容量大于等于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。（2）升高电压等级接线升高电压等级不多于两级，接线方式按具体情况分析，可用双母线、单母线分段等接线，出线数多时，增设旁路母线。（3）对100-300MW及以上的机组，多采用单元接线直接接到升高电压等级第66页，共114页，2023年，2月20日，星期四中型热电厂主接线第67页，共114页，2023年，2月20日，星期四2.区域性火电厂接线

一般建在煤炭生产基地附近，为凝汽式电厂，一般距负荷中心较远，电能几乎全部用高压或超高压输电线路送至远方，装机总容量在1000MW以上，单机容量为200MW以上，目前以600MW为主力机组。（1）在系统中地位重要，主要承担基本负荷，设备年利用小时数高，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；（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一般采用一台半断路器接线。联络变压器一般采用自耦变压器，其低压侧兼作厂用电的备用电源和启动电源。第68页，共114页，2023年，2月20日，星期四区域性火电厂主接线第69页，共114页，2023年，2月20日，星期四二、水力发电厂电气主接线(1)一般远离负荷中心，当地负荷很小甚至没有，电能绝大部分要以较高电压输送到远方。主接线不设发电机电压母线，多采用发电机—变压器单元接线或扩大单元接线。

(2)主接线应力求简单，主变台数和高压断路器数量应尽量减少，高压配电装置应布置紧凑、占地少。

(3)装机台数和容量大都一次确定，高压配电装置也一次建成，不考虑扩建问题。

(4)水轮发电机组启动快，常在系统中担任调频、调峰及调相任务，因此机组开停频繁，运行方式变化大，主接线应具有较好的灵活性。各发电机出口装有出口断路器，避免机组频繁启停对高压接线运行方式的影响。第70页，共114页，2023年，2月20日，星期四大型水电厂的主接线第71页，共114页，2023年，2月20日，星期四中型水电厂主接线第72页，共114页，2023年，2月20日，星期四三、变电站电气主接线

变电站主接线设计应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，可采用桥形、单母线、双母线接线及角形接线等。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。变电站低压侧常采用单母分段接线或双母接线，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。第73页，共114页，2023年，2月20日，星期四第74页，共114页，2023年，2月20日，星期四第75页，共114页，2023年，2月20日，星期四第76页，共114页，2023年，2月20日，星期四第三节主变压器的选择

主变压器：用来向电力系统或用户输送功率的变压器一、变压器的容量和台数的选择二、变压器型式和结构的选择联络变压器：用于两种电压等级之间交换功率的变压器厂（站）用变压器：只供本厂（站）用电的变压器，或称自用变第77页，共114页，2023年，2月20日，星期四一、变压器容量和台数的确定

1.单元接线的主变压器容量的选择

单元接线的主变压器容量应按照发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。采用扩大单元接线时，应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量亦应按单元接线的计算原则计算出的两台机组容量之和来确定。

一般情况下，主变压器容量与发电机相配套即可。例如100MW发电机配120MVA主变压器；200MW发电机配240MVA主变压器；300MW发电机配360MVA主变压器；600MW发电机配720(3×240)MVA主变压器等。第78页，共114页，2023年，2月20日，星期四（1）当发电机全部投入运行时，满足发电机电压母线（机压母线）的日最小负荷，并扣除厂用负荷后，主变压器应能将剩余功率送至系统。（2）当发电机电压母线上容量最大的一台机组退出运行时，主变压器应能从系统倒送功率，满足发电机电压母线的最大负荷要求。

2.接于发电机电压母线和升高电压母线之间的主变压器的选择第79页，共114页，2023年，2月20日，星期四

（3）若发电机电压母线上接有两台或以上主变压器时，其中容量最大的一台退出时，其它主变压器应在允许过负荷范围内能输送剩余功率的70%以上。

（4）对水电比重较大的系统，在丰水期火电机组停机时，火电厂的主变应能从系统倒送功率，满足发电机电压母线上的最大负荷要求。接于发电机电压母线上的主变压器一般来说不应少于2台，但对主要向发电机电压供电的地方电厂、系统电源主要作为备用时，可以只装一台。

第80页，共114页，2023年，2月20日，星期四3.连接两种升高电压母线的联络变压器容量的确定联络变压器通常只选一台，最多不超过两台联络变压器的容量选择应考虑以下两点：（1）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交换；（2）联络变压器的容量一般不应小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量，以保证最大一台机组故障或检修时，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求。

厂用变压器容量和台数的确定见第五章第81页，共114页，2023年，2月20日，星期四4.变电站主变压器容量的确定

变电站主变压器容量一般应按5－10年规划负荷来选择。

（1）对重要变电站，当一台主变压器停运时，其余变压器的容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足Ⅰ、Ⅱ类负荷的供电。

（2）对一般变电站，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70%－80%

对于枢纽变电站在中低压侧已形成环网的情况下，变电站设置2台主变为宜；对地区性孤立的变电站或大型工业专用变电站，可设3台主变压器。第82页，共114页，2023年，2月20日，星期四三、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应综合考虑运输和制造条件，经技术经济比较，可选择单相组成三相变压器

包括：相数的选择、绕组数的选择、绕组联结组号的选择、调压方式的选择、冷却方式的选择第83页，共114页，2023年，2月20日，星期四2.绕组数的选择（1）只有一种升高电压级向系统供电的发电厂或只有两种电压的变电站，采用双绕组变压器。（2）有两种升高电压级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站，可以采用2台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2台双绕组变压器。第84页，共114页，2023年，2月20日，星期四

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），其低压侧可作为厂用电备用电源和启动电源，亦可连接无功补偿装置。（图4-18）3）扩大单元接线的主变压器，优先采用低压分裂绕组变压器，可以限制短路电流。

4）在有三种电压的变电站中，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，凡需选用三绕组变压器的场所，均可优先选用自耦变压器，它损耗小，价格低。第85页，共114页，2023年，2月20日，星期四3.绕组联结组号的选择

变压器三相绕组的联结组号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。

在发电厂和变电站中，为限制3次谐波，主变压器接线组别一般都采用YNd11常规接线，三绕组变压器采用YNYN0d11接线第86页，共114页，2023年，2月20日，星期四4.调压方式的选择无激磁调压：分接头不带电切换，调整范围较小有载调压：分接头带负荷切换，调整范围可达30％，适用于运行方式变化较大的情形:(1)接于输出功率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水平时。(2)接于时而为送端、时而为受端、具有可逆工作特点的联络变压器，为保证供电质量，要求母线电压恒定时。(181.5%)110/11kV，17级高压侧抽头（广州供鹿鸣变电站）(1+18/-6

1.25%)500/196.5kV，25级高压侧抽头（穗东换流站）第87页，共114页，2023年，2月20日，星期四5.冷却方式的选择(1)自然风冷却;(2)强迫风冷却;(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

通常依靠装在变压器油箱上的片状或管型辐射式冷却器及电动风扇散发热量的自然风冷却及强迫风冷却，适用于中、小型变压器；大容量变压器一般采取强迫油循环风冷却；在发电厂水源充足的情况下，为压缩占地面积，也可采用强迫油循环水冷却；强迫油循环导向冷却是大型变压器采用的高效率的冷却方式。第88页，共114页，2023年，2月20日，星期四第四节限制短路电流的方法

短路是电力系统中较常发生的故障。在大容量发电厂中，在发电机电压母线或发电机出口处，短路电流可高达几万甚至几十万安培，这将使母线、断路器等一次设备遭受到严重的冲击(发热和电动力)。为了使电气设备能承受短路电流的冲击，能合理地选择轻型电气设备，在主接线设计时，应当采取限制短路电流的措施。第89页，共114页，2023年，2月20日，星期四1、加装普通电抗器（1）母线电抗器L1位置：母线分段处，损耗最小目的：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均可起限流作用一、加装限流电抗器(常用于发电厂和变电站的6～10kV配电装置)第90页，共114页，2023年，2月20日，星期四作用：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。K3处短路时，母线电压维持大于65%额定电压；这对非故障用户的电动机极为有利。

③正常运行时，L2上的电压降不应大于5%额定电压，（2）线路电抗器L2目的：限制电缆馈线短路电流第91页，共114页，2023年，2月20日，星期四2、加装分裂电抗器分裂电抗器的绕组中心有一个抽头，将电抗器分为两个分支，即两个臂，一般中间抽头用来连接电源，两臂用来连接大致相等的两组负荷。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，电压损失比普通电抗器小。—短路时，限流作用比普通电抗器好。－出线比普通电抗器多第92页，共114页，2023年，2月20日，星期四穿越型电抗分裂型电抗互感电抗互感系数自感电抗第93页，共114页，2023年，2月20日，星期四二、采用低压分裂绕组变压器

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。分裂绕组变压器有一个高压绕组和两个低压的分裂绕组，两个分裂绕组的额定电压和额定容量相同。分裂绕组变压器的绕组在铁芯上的布置有两个特点，其一是两个低压分裂绕组之间有较大的短路电抗，其二是每一分裂绕组与高压绕组之间的短路电抗较小。即x1<x2’=x2’’第94页，共114页，2023年，2月20日，星期四

正常运行时，每个低压绕组流过相同的电流（I/2），高压侧通过I，则高低压绕组的等值电抗：

x12=x1+x2/2穿越电抗短路时，当任一低压侧发电机出口处短路，该处与另一低压侧发电机之间的短路电抗：X2’2”=2x2

分裂电抗该处与系统之间的短路电抗：X’12=x1+x2

半穿越电抗第95页，共114页，2023年，2月20日，星期四可见，低压分裂绕组正常运行时电抗值，只相当于两分裂绕组短路电抗的1/4。当一个分裂绕组出口（如2’）发生短路，来自另一台发电机的短路电抗将遇到x2’2”的限制，来自系统短路电流将遇到（x1+x2’=x12+0.25*x2’2”）限制，这些电抗值都很大，起到了限流作用。应用:(1)用于发电机-主变压器扩大单元接线(2)用作高压厂用变压器，这时两个分裂绕组分别接至不同的厂用母线分段(任一分段短路时，限制另一分段的大型电动机的反馈电流)第96页，共114页，2023年，2月20日，星期四三、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、降压变电站，变压器低压侧分列运行，也称为“母线硬分段”接线方式。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。目的在增大系统阻抗，减小短路电流第97页，共114页，2023年，2月20日，星期四

第五节电气主接线设计举例电气主接线的设计步骤1.对任务书原始资料进行分析

（1）工程情况发电厂类型、装机容量、单机容量及台数、可能的运行方式和年最大负荷利用小时数（2）电力系统情况发展规划、在电力系统中的地位，与系统的连接方式以及中性点接地方式（3）负荷情况负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等（4）环境条件（5）设备供货情况2.主接线方案的拟定与选择3.短路电流计算和主要电气设备的选择4.绘制电气主接线图及设计技术说明书5.编制工程概算第98页，共114页，2023年，2月20日，星期四

电气主接线的可靠性指标用某种供电方式下的可用度、平均无故障时间、平均修复时间和故障频率等表示。电气主接线的可靠性的计算程序（1）根据电气主接线的形式，列出其中所有元件（2）给出每个元件的故障率、修复率、计划检修率和停运时间等（3）确定系统故障判据，即规定主接线正常和故障条件（4）建立数学模型，选择要计算的可靠性指示，如系统故障率、平均无故障工作时间等（5）采用合适的可靠性计算方法，例如网络法、状态空间法等，计算电气主接线系统的可靠性指标第99页，共114页，2023年，2月20日，星期四经济性比较（1）综合总投资O的计算

O＝O0（1＋a/100）（万元）（2）年运行费用U的计算

U=α△A+U1+U2

（万元）（3）静态比较法（4）动态比较法（最小年费用法）第100页，共114页，2023年，2月20日，星期四发电厂电气主接线设计举例某火力发电厂原始资料供热式机组2×50MW(UN=10.5kV)；凝汽式机组2×300MW(UN=15.75kV)；厂用电率6%，机组年利用小时Tmax=6500h。电力负荷及与电力系统连接情况资料

(1)10.5kV电压级Pmax=20MW，Pmin=15MW，cosφ

=0.8，电缆馈线10回。

(2)220kV电压级Pmax=250MW，Pmin=200MW，cosφ

=0.85，Tmax=4500h，架空线5回。

(3)500kV电压级与容量为3500MW的电力系统连接，系统归算到本电厂500kV母线上的标幺电抗0.021(基准容量为100MV·A)，500kV架空线4回，备用线1回。第101页，共114页，2023年，2月20日，星期四

1、对原始资料的分析

设计电厂容量:2×50+2×300MW=700MW;

占系统总容量700/(3500+700)×100%=16.7%;

超过系统检修备用容量8%~15%和事故备用容量10%的限额。说明该厂在系统中的作用和地位至关重要。由于年利用小时数为6500h>5000h，远大于电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数。该电厂在电力系统中将主要承担基荷,从而在设计电气主接线时务必侧重考虑可靠性。第102页，共114页，2023年，2月20日，星期四

10.5kV电压级:地方负荷容量最大为20MW,共有10回电缆馈线,与50MW发电机机端电压相等，采用直馈线为宜。

15.75kV电压级:300MW发电机出口电压，既无直配负荷,又无特殊要求,拟采用单元接