第四章 电气主接线及设计.ppt

1、发电厂电气主系统,邵阳学院电气工程系,罗庆跃 主讲,第四章 电气主接线及设计（重点）,电 话E-mail：,主要教学内容 本章以分析电气主接线的运行特征为中心，主要讲述对主接线的基本要求、设计原则和一般步骤，以及操作票的填写、防误操作措施、安全措施等。从工程观点出发阐述电气主接线的设计与评价应考虑的基本问题和着眼点。 教学重点及难点 1、电气主接线的运行特征分析，检修操作票； 2、电气主接线初步设计的方法、步骤。 计划授课时数 共12课时【其中习题课、讨论课2课时】 学完后，学生应具备的能力 能熟练分析电气主接线的运行特性及正确填写检修操作票，明确电力安全生产的重要意

2、义及防误操作措施。,第一节 概 述,一、电气主接线的作用 二、对电气主接线的基本要求,主要内容:,一、电气主接线的作用(补充),1、是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据。 2、表明了发电机、变压器、断路器和线路等电气设备的数量、规格、连接方式及可能的运行方式。 3、直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。,二、对电气主接线的基本要求（三个）,1、保证必要的供电可靠性和电能质量,考虑主接线供电可靠性时，应全面地看待以下五个问题：,1）客观衡量标准是运行实践,2）包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的结合,3）可靠性不是绝对的：对某些是可靠的、而对另外一些可能不可靠了,

3、4）可靠性是发展的：新设备、先进技术的使用,【是最基本的要求】,5）衡量主接线运行可靠性评判标准是：,线路、母线【包括母线侧隔离刀闸】等故障或检修时，停电范围的大小和停电时间的长短，能否保证对一类、二类负荷的供电。,断路器QF检修时，停运出线回数的多少和停电时间的长短，能否保证对重要用户的供电。,发电厂、变电所全停的可能性。,大型机组突然停电，对电力系统稳定运行的影响与后果。,2、具有运行、维护的灵活性和方便性,灵活性：运行方式的灵活性。 方便性：操作的方便性，简便、安全，不易发生误操作；调度的方便性；扩建的方面性。,3、经济性：与可靠性是一对矛盾,在满足技术要求【可靠、灵活】的前提下，采用最

4、经济的方案。,1）投资省；2）电能损失少；3）占地面积小。,第二节 主接线的基本形式,按照主接线母线设置情况，可分如下两大类：,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(所)。,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（所）。,一、单母线系统电气主接线,1、单母线接线,一）基本概念,电源（进线）:功率流向是指 向母线。,出线（馈线）:功率流向是从 母线流向用户,母线侧刀闸【QSW】：紧靠母线的隔离开关，如QS1、QS2等,线路侧刀闸【QSL】：紧靠线路的 隔离开关，如QS3等。,接地刀闸：检修线路或设备用。电压在110

5、kV及以上，QF两侧的QS及线路QS均应带接地刀闸。如 QS3等,QS的配置原则：当出线回路对侧有电源，QF两侧均必须装设QSW、QSL；对侧无电源时，可以不装设QSL。发电机与QF之间也可以不装设QS。,断路器与隔离开关的主要区别：,。,【注：在操作QS时，不应产生电流。因此,在操作QS时,想办法要破坏电流产生的的两个必要条件之一】,QS“先通后断”【没有形成闭合回路】或在等电位下【没有电位差】操作。,先通：接通电路时，先合QS，后合QF,后断：断开电路时，先断QF，后断QS,1)QS与QF的关系：,操作程序：隔离开关没有灭弧装置，不能开闭5A【高压系统中】以上的电流，因此，操作时必须严格遵

6、守下述两个基本原则：,例4-1:试分析下列操作程序会发生什么后果？,设QS2、QS3、QF2均处于断开位置，现给线路1送电，有如下两种操作：,1)合QF2；2)合QS2；3)合QS3,在线路侧发生短路,1)合QF2；2) QS3 ；3)合QS2,在母线侧发生短路,操作1：,操作2：,“母线(电源)侧刀闸QSW先通后断”。其意义在于：万一发生误操作，可使误操作事故影响范围降底到最小程度。,2)母线侧刀闸QSW与线路侧刀闸QSL的关系是：,误操作：,用隔离开关带负荷拉闸或带负荷合闸，即破坏了QS的操作程序，这一种操作称为误操作。,防止误操作的方法：,1)严格按照操作规程实行操作票制度。,2)在隔离

7、开关和相应的QF之间，加装电磁闭锁，机械闭锁或电脑钥匙。,二）运行特点分析,首先分析的供电可靠性。【母线、母线侧刀闸、断路器事故停电范围的大小、检修设备是否中断供电】 其次分析检修及调度操作的灵活性和方便性。 再次简单分析经济性。,1）分析方法,2）单母接线的特点,母线（W）或者与母线相连的QS故障或检修时，整个装置必须停电。 检修任一出线QSL或QF，该线路必须停电。 检修电源及其回路中的QF时，如果系统电能不充裕时，会产生功率缺额。 灵活性差。 接线简单清晰，设备投资少，操作方便。 QS只起检修时隔离电压用。 扩建方便。【从主接线形式来说】,2、单母线分段接线,(1)用断路器分段运行特点如

8、下：,任一段母线(包括QSW)故障或检修，非故障段母线照常工作，缩小了停电的范围。 重要用户可以从两分段母线上取得电源。双回路供电 检修任一进出线回路中的QF，该回路必须停止供电。 以下同单母线接线特点。,(2)用隔离开关分段,在可靠性要求不高时，可以用QS分段，这样可以节省一个QS和一个QF，但母线故障时，整个装置仍会短时停电，把分段QS拉开后，完好的一段就可以恢复供电。,(3)分段的数目,取决于电源数量和容量。从理论上讲，段数分得越多，故障时停电范围越小。但使用QS、QF 等设备增多，且配电装置和运行也越复杂，通常以2-3段为宜。,用于6-10kV系统时，每段母线上所接容量不宜超过2.5万

9、kW，用于35-60kV系统时，出线回路数不应超过八回，用于110-220kV时，出线回路数不应超过四回。,实践证明：,3、加装旁路断路器与旁路母线的接线,(1)加装专用旁路QF的接线,前述两种接线，检修QF时，该回路必须停电，为解决这个问题，需要加装旁路母线。如图所示WP。,旁母作用：检修任一台进出线断路器，可以不中断该回路的供电。,举例：如图4-4所示，正常运行时，QFP、QS3-QS8均在断开位置，写出检修QF1的操作票。,分析供电路径：,操作票：,第一步：检查旁母完好情况 合QS3；合QS4；合QFP（并投入继保），充电5分钟，若不跳闸，说明PM完好。,第二步：检修操作 方法一，等电位

10、操作：合QS5；断QF1；断QS2；断QS1。 方法二，非等电位操作：断QFP，合QS5；合QFP；断QF1；断QS2；断QS1。,说明：,1、虚线表示进线可以不接入旁路,2、第二段母线不能接入旁路，改正办法见图4-5,(2)单母线分段兼旁路接线(重点),如右图示：分段QFD兼作旁路断路器。正常运行时，WP不带电，QFD、QS1、QS2在闭合位置，QS3、QS4、QSD在断开位置，以单母线分段运行。,1）运行特点分析,此接线除具有单母线分段接线的一切优点之外，还具有下列两个优点 ：,A、检修任一台进出线QF时，可以不中断该回路的供电,举例：写出检修QF1的操作票（分析供电路径）,第一步：检查旁

11、母是否完好（先现场目测，后充电检查）,合QSD，为什么？ 断QFD， 断QS2（也可QS1） 合QS4（也QS3） 合QFD，并投入继保，如旁路完好，则QFD便不会跳闸,第二步：检修操作,合QS7；断QF1； 断QS6；断QS5,B、当检修任一段母线侧刀闸时，如果系统能量充裕时，可以保证部分一类负荷不停电。,举例：检修WI母线，又要保证重要用户L1不停电，请写出操作票,因此，此接线具有足够的可靠性和灵活性，在中小型厂(所)中得到广泛应用。,2）几种简化形式接线,（图a）:不带母线分段刀闸，QFD用作旁路时，两段母线分裂运行,（图b、c）: 正常运行时，WP带电，QFD用作旁路时，两分段母线分裂

12、运行。且（图b）的WII段不能接入旁路。,（图d）:为带简易旁路的单母分段接线。此接线在中小型110kV变电所中用得最广。问题：如何检查旁母完好？如何利用任意一个完好的QF代替其故障QF工作？,二、双母线接线系统,1、双母线接线,说明：在工程上，为了安装和运行检修的方便起见，隔离开关的静触头的安装位置有如下规定：,1）凡接在母线侧的QS，其静触头装在母线侧。 2）凡接在出线侧的QS其静触头装在负荷侧。 3）凡接在主变侧的QS其静触头与主变相连。,如右图所示：为双母线接线，两组母线W1、W2通过母线联络断路器QFC连接。,运行特点分析如下：,（1）检修任一组母线，不会中断对用户的连续供电（利用母

13、联倒换操作）,举例：检修W1母线，写出检修操作票。,【运行方式：双母线接线按单母线运行，即W2不带电】,第一步：查备用母线W2完好情况,合QS01、QS02 合QFC，并投入继保，如不跳闸，表明W2完好,第二步：倒换操作(倒电源操作),合上与备用母线(W2)侧相连的所有QS(如合QS1、QS4)；,断开与工作母线(W1)侧相连的所有QS(如断QS2、QS5等),第三步：检修操作,断开QFC； 断QS01、QS02，即可进行对W1的检修,（4）断路器检修，可临时用母联代替，但须短时停电。 【在现场条件允许的情况下，接跨条，如图4-8所示】,合上母联，进出线分别接在两组母线上，即相当于单母线分段运

14、行； 母联断开，一组母线运行，另一组母线备用，即单母线运行方式； 两组母线同时工作（即固定连接方式运行）。电源和负荷均匀地分配在两组母线上。,（2）一组母线故障后，该母线上的所有进出线都要停电，但能迅速恢复供电。,（3）检修任一回路中的母线侧QS，仅该回路停电，其余线路照常工作。,（5）运行调度灵活，通过倒换操作可以形成不同的运行方式：,（6）任一回路中的QF，如拒动或因故不能操作时，可用母联代替操作。要腾出一组母线,（7）在特殊需要时，可以用母联与系统进行同期或解列操作。,当个别因需要单独工作或进行试验【如发电机G，线路L检修后，需要试运】，可将该回路单独接在备用母线上，线路熔冰时，也可腾出

15、一组母线，不致影响其它回路的工作。,（9）扩建方便。,（8）QS不仅用来隔离电压，而且还用来倒换操作。,此接线具有供电可靠，调度灵活，又便于扩建等优点，在我国大中型厂(所)中广泛采用。但所用设备多【特别是QS】，同时，QS又作为操作电器，易发生误操作，不易实现自动化和远动化，因此，特别重要的大型电厂(所)不允许采用此接线。,（1）断路器内部故障及母线侧刀闸故障，相当于母线故障。 （2）对于6-10kV系统，当进出线数或母线上电源较多，IK大，为选择轻型设备，常采用双母线三分段接线，并加装电抗器【见书P110图4-4所示】。,综上所述：,注:,2、双母线带旁路接线 （重点）,如下图所示，QFP：

16、专用旁路断路器；QFC：专用母联，进线T接旁路。,此接线除具有双母线接线的所有优点外，还具有下列两个优点：,（1）旁路母线可避免检修任一进出线QF时的短时停电现象,举例：检修QF1，写出其检修操作票【方法有多个】,分析：,1）首先弄清运行方式,哪些QS、QF是在合上的，哪些QS、QF是断开的，假设此接线按单母线运行方式，即W1为工母，W2为备用，QS01、QS02、 QFC及与W2相连的隔离开关均在断开位置。,2）分析可能的供电路径,3）操作QS时不要生产电流,4）实际操作票要复杂得多，因要考虑安全因素。,第一步：查备用母线W2完好情况 合上QS01、QS02； 合QFC（投入继电保护，如下跳

17、闸，说明W2完好） 第二步：查旁母完好情况 合QS3、QS6 合QFP（投入继保），如下跳闸，说明W3完好 第二步：检修操作 合QS7 断QF3 断QS5、QS2，然后进行检修,分析：在检修QF1时，没有必要用到备用母线，所以第一步直接查旁母完好情况。,留给同学们课外完成,方法一：（红线路径）,方法二： （紫线路径）,（2）检修母线侧QS时，可以不中断供电,举例：写出检修QS2时的操作票（要想法腾出一组母线）,留给同学们课外完成（不考虑带电检修）,说明：为了节省专用旁路断路器，减少投资，常以母联兼旁路或旁路兼母联【如下图所示】，正常时起母联作用，检修QF时，起旁路作用。,上述接线虽然节省了一个

18、QF，但在代用过程中操作多，不够灵活，其供电可靠性有所降低。,三、3/2接线【也称一个半断路器接线】,如右图所示：实质上又属于一个回路由两台断路器供电的双重连接的多环形接线。其运行特点：,正常运行时，所有QF均接通，两组母线同时工作，形成多环网供电，具有较高的供电可靠性和运行灵活性。,任一进出线故障，该故障线两侧QF均跳闸，其它照常工作。,任一母线故障或检修时，联接在该组母线上的所有QF都断开，所有回路仍可以在另一组母线上继续工作。,除联络QF（如QF2等）内部故障不能操作时，与其相连的两条线路短时停电外，其它QF（如QF1等）内部故障时，与其直接相联的一回线路须短路时停电；检修任一台QF都不

19、会影响供电，且检修操作方便。,两组母线同时故障【或一组检修时，另一组又故障】的极端情况下，功率仍能继续输送。,要求出线与进线尽量相等。,QS只在检修时起隔离电压作用。,设备多，且继保配置较复杂。,2）为提高供电可靠性，可采用交叉布置，以防止所有联络QF故障检修的极端情况下，功能仍能输送。（但增加配电装置的占地面积）,此接线特别适宜于500-750kV的超高压，大容量系统。,注：,1）同名元件要求布置在不同串上。,3）当该接线仅两串时，在进出线上应装设隔离开关。当串数等于或大于三串时，进出线可不装设隔离开关。,四、单元接线,发电机和变压器直接连成一个单元，组成单元接线。有下列几种形式：,2）发电

20、机和变压器低压侧短路时，短路电流有所减少。 3）便于实现机、炉、电集控。,如发电机、变压器中只要其中一个元件故障，都将影响供电，使系统产生功率缺额。,优点：,缺点：,1）接线简单，操作方便。,1、发电机-双绕变单元接线【见图4-12（a）所示】,是大型机组广为采用的接线形式； 发电机出口不装QF，为调试方便可装QS【不考虑厂用分支】； 对P20万kW机组，发电机出口采用分相封闭母线。【原因IK过大，选不到合适的QF：对钢构发热严重】,2、发电机-三绕组变单元接线【见图（b）所示】,三侧均装有QF，以便发电机停止工作时，高、中压侧仍有联系； 在一个电厂（所）内三绕组主变一般不多于三台。,3、扩大

21、单元接线【见图（c）、（d）】,减少主变台数和QF的台数； 适合于中、小型机组。,4、发-变-线路单元接线【见图（e）所示】,适用于一机、一变、一线的厂、所。,五、桥形接线,当只有两台变压器和两条输电线时，采用桥形接线，所用QF数目最少。,有内桥、外桥两种形式。,内桥特点,外桥特点,QF装在出线侧，因此，引出线的切除和投入比较方便。,QF装在变压器侧，因此，变压器的切除和投入比较方便。,当出线故障时，仅故障线路的QF断开，其它照常工作。,当变压器故障或检修时，只断开本回路中QF，不影响其它回路的工作。,当变压器故障时，与变压器相连的两只QF都将断开，从而影响未故障引出线的工作，扩大了停电范围。

22、,线路故障，与故障线路相联的两个QF都将断开，变压器被切除，减少了发电厂的出力。,变压器的投入和切除，操作比较复杂。,线路投入和切除，操作比较复杂。,为检修桥联QF3不致引起系统开环运行或检修出线QF，不使出线停电，可增设旁路隔离开关。,此接线适用于故障机率较多的长线路（l50km）和变压器不需要经常切换的系统。,此接线适用于线路较短，变压器需经常切换或系统有穿越功率经本厂的情况。（QS用作操作电器，易发生误操作）,六、多角形接线,当母线闭合成环形，并按回路数利用QF分段，即构成角形接线，如下图所示。,优点： （1）任一回路故障，跳两个QF，非故障回路照常供电；,（2）任一QF检修，不会影响供

23、电，且操作简单；,（3）QS只用于检修，易实现自动化，具有较高的可靠性和灵活性。,缺点： （1）检修任一台QF时，将开环运行，此时，若恰好发生故障，则造成系统解列或被分割成两部分，甚至造成停电事故。,举例：设QF1处在检修中 当QF3故障跳闸时，分成两个独立部分； 当QF2故障跳闸时，T2被迫解； 当QF4故障跳闸时，L1被迫解列。,（2）设备选择带来困难，因为每个设备在闭环运行时，通过工作电流不同。 （3）继保的整定、配置也较复杂。 （4）扩建困难。,由于以上原因，一般用三角形接线或四角形接线较为合理，最多不超过六角。,七、课堂讨论【2课时】,1、总结前述各种接线的运行特征,要求重点掌握单母

24、线分段兼旁路接线和双母线带旁路接线的运行特点。,2、操作票的正确填写,1）弄清运行方式,哪些QS、QF是在合上的，哪些QS、QF是断开的。即弄清楚检修前的初始状态。,2）分析供电路径,4）操作QS时不要生产电流,5）实际操作票要复杂得多，因要考虑安全因素。,3）操作票的可能有多种方案,3、举例,例1：如下图所示状态，QF1、QF2均在断开位置，其它断路器均在合闸位置，试写出检修QS11开关的操作票（不考虑带电检修），并分析此接线的运行特点。,例2：如下图所示 G1、G2表示电源，L1-L4表负荷，QF3处于断开位置。 要求：1）分析此接线的运行特征； 2）L1是非常重要的负荷，必须连续供电，现

25、I母线又必须停电进行检修，试写出检修I母线的操作票； 3）操作QS时，应该注意什么？,八、典型主接线分析,前言： 前面所介绍的各种主接线，从原则上讲它们适用于各种发电厂和变电所。但是，由于电厂的类型、容量、地理位置以及在电力系统中的地位、作用等因素，对不同类型的发电厂或变电所的要求亦不相同，相应所采用的主接线形式也就各异。,（一）火力发电厂电气主接线,火力发电厂的能源主要是以煤作为燃料，按所承担的负荷情况和在电力系统中的作用，可分两类：,1、地区性发电厂,为了减少电能输送的损耗，发电厂应建在负荷中心，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系统，并与系统相连。如

26、靠近城市和工业中心的发电厂【多为热电厂，一般为中、小型机组】。发电厂的主接线既包括发电机电压接线，又有1-2级升高电压接线，且与系统连接。,发电机电压母线接线形式：,当机端负荷比较大，出线回路数又多时，应设置发电机电压母线，其接线形式：,P单6000千瓦时，多采用单母线接线； 1.2万千瓦P单2.5万千瓦时，可采用双母线或单母线分段接线； P单2.5万千瓦时，可采用双母线分段接线，并加装限流电抗器； 在满足地方负荷供电的前提下，对10万kW及以上的发电机组，多采用单元接线直接升高电压送入系统。,升高电压等级的接线形式：,应根据输送容量大小、电压等级、出线回路数多少以及重要性等予以具体分析，区别

27、对待。升高电压等级不宜过多，通常以两级电压为宜，最多不应超过三级。一般为二级,下面分析书上P117图4-17所示热电厂主接线图的特点：,A、发电机电压母线接线：,1）采用双母线分段接线，主要供给地区负荷。 不设置旁母：重要用户可采用双回路供电； QF可采用手车式QF 2）馈线采用电缆出线 减少了户内配电装置的占地面积； 避免了雷击线路直接威胁发电机。 3）装有出线电抗器和母线分段电抗器，以限制IK 选择轻型设备； 提高母线残压以提高供电可靠性。 4）各母线段之间，用分段QF和母线联络QF相互联系，以提高供电可靠性和灵活性,B、升高电压接线,1）110kV系统【现有4回出线、2回进线】 采用单母

28、线分段接线 2）220kV系统【现有5回出线，4回进线】 采用双母线带专用旁路接线，进线不接入旁路。其原因： 重要程度较高，出线较多； 考虑到户外配电装置，母线间距较大，母线上发生短路机率小，所以，母线不再进行分段，这样，减少了占地面积。 为了提高供电可靠性，正常运行时，双母线接线按固定联接方式并联运行（单母线分段）。,C、T1、T2接线特点,1）在满足10kV负荷的前提下，将G1-G2的剩余功率送往系统，也可在地区负荷高峰期（或G1-G2其中一台故障或检修），从系统倒送功率来补充地区负荷。 2）装设两台三绕组变，那么，当任一台三绕组变发生故障或检修，三级电压之间仍保持电气联系，提高了供电可靠

29、性。 3）三绕组变三侧均装有QF，便于检修其中任何一个，三绕组变仍能继续运行。,D、发电机引入方式,1）G1-G2接入机压母线【注：G1-G2的容量应能满足地区负荷的需要，并要留有发展的余地】 2）G3-T3、G4-T4组成单元接线，直接将电能送入系统，接线简单清晰，便于实现机、炉、电集控，省去发电机出口QF，节约了投资。,2、区域性发电厂,为减少燃料的运输，电厂要建在动力资源丰富的地方，即矿口电厂【凝汽式电厂】，这种电厂装机容量大，设备利用率高，在系统中的地位亦很重要，其电能主要以升高电压送往系统，机压负荷很小 。不需设置机压母线,见书P120图4-18为四台30万kW大容量机组的凝汽式火力

30、发电厂的主接线。【由同学们自己分析】,（二）水力发电厂的电气主接线,水力发电厂具有以下特点： 1、水电厂以水能为资源，建在江、河、湖、泊附近，距负荷中心较远，绝大多数电能是通过高压送入系统，机压负荷很少甚至全无。 2、水电厂的装机容量及台数是根据水能利用条件一次确定的，一般不考虑发展和扩建，但可以分期施工。 3、水电厂多建在山区狭谷中，地形复杂，为减少占地面积，应尽量简化接线。 4、水轮发电机启动迅速、灵活方便，一般正常启动到带满负荷只需4-5分钟，事故情况下可能不到1分钟，常作系统事故备用或检修备用，丰水期承担基荷，枯水期作调频。 5、容易实现自动化和远动化，因此，主接线应尽可能避免繁琐倒换

31、操作的接线形式,根据以上特点，水电厂的主接线常采用：,1）单元接线、扩大单元接线； 2）桥形或多角形接线； 3）出线回路数较多，可采用单母线分段，双母线，3/2接线等。 【书上P120图4-19为典型大型水电厂的接线形式，其特点由同学们自己分析】,（三）变电站的电气主接线,变电站主接线的设计要求，基本上与发电厂相同，即根据变电所在电力系统中的地位、负荷性质、出线回路数，规划容量等条件和具体情况，并满足供电可靠、运行灵活、操作方便、节约投资和便于扩建等要求。,第三节 限制短路电流的方法,一、为什么要限制IK？其目的是什么？ 二、限制IK的方法（措施 ）,主要内容:,一、为什么要限制IK？其目的是

32、什么？,由于IK流过电器设备产生发热和强大的电磁力（电动力），直接影响设备的安全运行和选择，另外，由于IK过大，造成选不到符合要求的电器，因此，必须限制IK，其目的：,1、对大功率系统要求克服QF的断流容量（INbr）不足的缺点。 2、对于小功率系统，可以采用轻型设备。所谓“轻型”是指QF的额定电流与所控制回路的额定电流相匹配。 3、使设备免受大的电动力和发热的影响。,说明：,(1)对IK的限制的程度，则取决于限制措施的费用与技术上的受益程度二者之间的比较结果。 (2)各种限流措施，其实质都可归结为增大电源至短路点的等效电抗。这此措施从设计着手并依靠正确的运行来实现。,二、限制IK的方法（措施

33、）,（一）选择适当的主接线形式和运行方式,1、大容量机组可采用单元接线。 2、降压变压所中，可采用在变压器低压侧分裂运行，即“母线硬分段”。 3、对双回供电线路，在负荷允许的条件下按单回运行。 4、对环形电网，可开网运行。,上述方法其实质是：增大系统阻抗，以达到限制IK的目的，但这样会降低供电的可靠性和灵活性，同时，系统线损也相应增大。一般不可取,（二）加装限流电抗器,1、加装普通电抗器 根据电抗器的安装地点和作用可分为：出线电抗器和母线电抗器两种。,（1）线路电抗器,主要用来限制电缆馈线回路中的短路电流。 电缆出线的特点：电抗小，且分布电容大。常在出线侧加装电抗器。如右图所示L2 ，它只能在

34、电抗器后，如K3点短路才有限制IK的作用。,两大功用:,限制IK，选择轻型QF。 故障时，维持母线残压（65%）,不利之处:,正常运行时有电压损耗和功率损耗，因此，其百分电抗值通常为3-6%。 使配电装置构造复杂。,（2）母线电抗器,装在母线分段的地方（如图4-17中L1），其目的是让发电机出口QF、变压器低压侧QF、母联及分段QF都按各自回路额定电流来选择，不因IK过大而升级。无论厂内（K1或K2）或厂外（K3）短路，L1均能起作用，但主要是限制厂内短路电流IK。,额定电流：一般取母线上因事故切除最大容量发电机的额定电流的50-80%。,电抗百分数：取8-12%,2、加装分裂电抗器,它在结构

35、上与普通电抗器相似，只是中心有一个抽头【如图4-18所示】，但它的限流效果比普通电抗器要好，并且要多供一倍的出线，故被广泛采用。 如图4-18(a)所示 ，中间抽头3一般接电源，两个支路1、2连接大致相等的两组负荷。,1）限流原理,两个分支自感系数(L1，L2)及自感抗(xL1，xL2)相同，即：L1=L2=L，xL1=xL2= xL=L，两个分支间有磁的耦合，若互感系数为M，则耦合系数为：,则互感抗 xm=fxL,正常运行时 每一分支电压降： 若取 f=0.5 ，则x正 =0.5xL,短路运行时【设在分支1处短路】 从系统提供的短路电流所遇到的电抗：x短 =xL 另一端【2端】提供的短路电流

36、所遇到的电抗：,问题探讨：,由此可见，从而解决了限制短路电流与保证正常压降不超过允许值的矛盾。,2)注意事项 两个分支负荷要大至相等，否则当两个分支负荷不等或者负荷变化较大时，将引起两臂电压偏差，甚至可能出现过电压（xL=8-12%）。,1）架空馈线是否要装电抗器？ 2）为什么母线电抗器要装在母线分段处？ 3）能否发明一种限流电器，在正常运行时电抗为零，短路时电抗为无穷大？,（三）采用低压分裂绕组的变压器,1、特点： 相当于双绕组变压器低压侧是两个完全相同的线圈并绕，即x2=x2”，U2N=U2”N，S2N=S2”N，按变压器原理作电路图，如图4-19所示。,2)短路情况：设在2出口处短路【采

37、用叠加原理】,2、限流原理,1）正常工作情况 每个低压绕组流过相同的电流（I/2），高压侧通过I，则 Ix12=Ix1+(I/2)*x2 , x12= x1+0.5* x2= x1+0.25 x22”,（1）来自另一台发电机提供的IK所遇到的电抗,x22”=x2+x2”=2x2,（2）来自系统的IK所遇到的电抗,x1+x2=x12+0.25* x22”,注：分裂绕组变压器如高压侧电抗很小（理想情况x1=0），分裂绕组电抗较大，则限流效果更好。,第四节 电气主接线的设计原则和步骤,一、设计原则 二、电气主接线的设计程序 三、电气主接线的设计步骤 四、对原始资料进行综合分析 五、电气主接线的初步设

38、计,主要内容:,电气主接线的设计是发电厂或变电所电气设计的主体，是关系到整个厂（所）的主要电气设备的部署、运行方式的确定等全局性的问题，是牵涉到全厂（所）运行可靠性、灵活性、经济性的问题。因此，主接线设计必须结合电力系统和发电厂或变电所的具体情况全面分析，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理地选择主接线方案。,一、设计原则,以设计任务书主依据，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，尽可能的节省投资，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

39、。,前言【见书P104】,注意下列三个问题：,1、设计任务书（或委托书） 是经上级主管部门批准的下给设计部门的一个必不可少的文件。在任务书中给出主接线设计的原始资料，如该设计电厂（变电所）的容量、机组台数、电压等级、出线回路数、主要负荷要求、电力系统参数和对电厂的具体要求，以及设计的内容和范围【根据所设计的电厂或变电所的重要程度不同，所下达设计任务书的部门不一样】,2、遵循国家方针政策、技术规范和标准 是根据国家实际情况，结合电力工业的技术特点而制定的准则，是把科学技术总结成条理化，也是长期生产实践的结晶，设计时必须严格遵循。,3、辩证地处理好可靠性与经济性的关系 可靠性与经济性是一对矛盾，解

40、决的方法是：在满足技术要求的前提下，采用最简单最经济的方案。,二、电气主接线的设计程序,主接线设计，按照工程基本建设程序，可分为下列四个阶段： 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。 在各个阶段中随要求、任务的不同，其深度、广度也有所差异，但总的设计思路、方法和步骤相同。,三、电气主接线的设计步骤,1、对原始资料进行综合分析； 2、电气主接线的初步设计； 3、确定最佳方案 ； 4、短路电流计算【电力系统】； 5、主要电气设备选择【第六章介绍】； 6、绘制电气主接线图【按电力工程要求绘图】； 7、工程概算【电力经济理论计算】。,四、对原始资料进行综合分析

41、,原始资料一般包括:,1、本工程情况、设计规模,包括发电厂类型、设计规划容量（近期、远景的单机容量、台数及在系统中的地位）；最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。,是指发电厂近期和远期装设发电机的台数和容量。它是根据预测的热电负荷的大小，用户的要求和分布情况，远景发展，厂址条件以及与系统相互备用的情况来考虑的。,2）设计规划容量,由于生产电能的特点不同，电厂可分为水电厂和火电厂大类,1）发电厂的类型,最大单机容量系统总容量的10%【目前，火电机组最大单机容量已达135万kW】，对形成中的电力系统且负荷增长较快时，可优先选用较为大型的机组【300、600MW】。,是与国民经济发展计划、电力负荷增

42、长速度、系统规模和电网结构以及备用容量等因素有关。,为使生产管理及运行、检修方便，一个发电厂内机组容量等级不宜超过两种。,发电厂机组台数：,最好不要超过六台，同容量机组应尽量选用同一型号【对火力发电厂来说】,发电厂装机容量标志着电厂的规模和在系统中的地位与作用；最大单机容量代表国家电力工业的发展水平。,发电厂容量的确定：,2、电力系统情况,电力系统近期及远景发展规划（5-10年），发电厂或变电所在电力系统中的位置（地理位置和容量位置）和作用；本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。,1）重要程度,若所建发电厂的容量与电力系统容量之比值15%，则该厂就可认为是在系统中处于比

43、较重要地位的电厂，主接线的可靠性要求较高，应选择可靠性较高的接线形式。,大型电厂：P装100万kW，P单20万kW。 中型电厂：20万kWP装100万kW，5万kWP单20万kW 小型电厂：P装20万kW，P单5万kW。,2）中性点接地方式,主变和发电机中性点接地方式是一个综合性的问题。它与电压等级，单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性。,35kV及以下系统：采用中性点非直接接地系统（中性点不接地、经消弧线圈接地或经高阻抗接地），又称小电流系统。,110kV及以上系统：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

44、非直接接地系统方式 ，有三种方法：,经消弧线圈接地 经接地变压器(也称配电变压器)接地：a、限制单相接地IK；b、限制过电压的幅值；c、为接地保护提供信号电源；d、目前在大型机组中普遍采用。 经避雷器接地,3、电压情况,从发电厂来说，主要是两部分电压等级：,一是发电机电压等级：取决于发电机本身的电压，依其容量不同而不同，一般有6.3kV、10.5kV、13.8kV、15.75kV、18kV、20 kV等，应根据地区电网的需要和要求来确定。,二是升高电压侧的电压等级：是由电力系统规划设计确定的，不宜多于三级。一般发电机电压一级，升高电压一到二级，它与线路传输容量、输送距离以及电力网结线方式等因素

45、有关。,4、负荷情况,包括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。,负荷量的大小：负荷的发展和增长速度受政治、经济、工业水平和自然条件等方面影响。要准确预计，还应考虑5-10年的发展规则。负荷预计方法很多,负荷性质：即重要程度，对确定母线的接线方式起重要作用。,一级负荷：必须有两个以上的独立电源供电，母线接线方式至少采用单母线分段或双母线、双母线分段的接线方式，考虑QF检修不停电，应采用带旁路母线的接线方式。 二级负荷：原则上要有两个独立电源供电，具体情况具体分析、具体对待。 三级负荷：采用比较简单的母线接线方式即可。,5、环境条件,气象条件；地质条件；污染情况；海拔高度

46、。这些对主接线中电器的选择和配电装置的布置均有影响。,另外，对大型设备的运输条件也应充分考虑。,6、设备制造情况,必须对各主要电器的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集，并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。,五、电气主接线的初步设计（重点）,（一）发电机电压母线的接线设计,当机端负荷比重较大，出线回路数较多时，必须设置机压母线，运行实践表明：,1、P单6千kW时，多采用单母线接线； 2、1.2万kWP单2.5万kW时，采用双母线分段接线，并在母线分段处加装电抗器。 具体选择时，还应详细分析地区用户和电网的情况。,（二）机压母线上发电机台数的确定【对地区性发电厂来说】,由功率平衡来

47、确定：,1、若发电厂的总装机容量P发总接近或小于发电机电压母线上的总负荷P负总时，则需将全部发电机接地机压母线上；,2、若P发总P负总时，则接在机压母线上的发电机容量，应尽可能保证其全部用户的供电【并考虑远期发展】，其余发电机可按单元接线接入升高电压母线。,举例说明（见书P134：4-11题）,（三）升高电压母线的接线方式设计,升高电压一般在35kV及以上，是用来与系统联系和给远方用户供电，其接线与系统的接线、远方用户的重要程度、负荷大小、出线回路数等因素有关。,1、大、中型发电厂的升高电压母线接线，由于联接的进出线回路数比较多，为了运行的灵活与供电可靠，通常采用单母线分段或双母线接线。 2、

48、对于电压在220kV以上的母线接线，由于出线回路数一般比较少而输送容量大，趋向于多角形、3/2接线。 3、考虑断路器检修，不影响对用户的供电，可增设旁路母线。,（四）主变容量、台数、型号的确定【见书P121第三节】,1、主变容量、台数的确定原则,主变的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，它的确定是：除依据传递容量的基本原始资料外，还应根据5-10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。如容量选得过大，台数过多，增加投资、占地、电能损耗。如容量选得过少，将可能“封锁”发电机的剩余功率的输出或者会满足不了变电所负荷的需要，这在

49、技术上是不合理的。,1）单元接线的主变容量确定原则：,应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。即主变的容量与发电机的容量配套即可。,2）接在机压母线上的主变容量的确定原则,机端负荷最小时，发电机全部安全满发，并扣除厂用负荷，能将发电厂的剩余功率送入系统。最大剩余功率 接在机端母线上的最大一台发电机检修或故障时，主变应能从系统倒送功率，保证机端最大负荷的需要。【负荷可能的增加,主变允许的过载能力】最大倒送功率 若机压母线上接有两台及以上主变时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其它台主变在允许正常过负荷范围内【一般考虑过负荷能力15%】，应保证输送剩余功率的70%以

50、上。 对水电比重较大的系统，应考虑经济运行【中、小火电机组的高成本面临“竞价上网”的约束，“以热定电”的中、小热电厂】。,3）连接两种升高电压母线的联络变的容量确定原则,在各种不同运行方式下，应能满足网络间功率交换的需要。 联络变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 联络变为了布置和引线方便，通常只选一台，在中性点接地方式允许的条件下，以选自耦变压器为宜。,4)变电所主变容量的确定原则,一般应按5-10年规划负荷来选择,对重要变电所，应考虑一台主变停运时,其余主变在允许过负荷范围内，应满足I类和II类负荷的供电。 对一般变电所，当一台主变停运时，其余主变容量应能满足全部的70-

51、80%。,5)台数确定原则,主变台数与电压等级、接线形式、传输容量以及和系统的联系有密切关系。 与系统有强联系的大、中型发电厂和变电所，在一种电压等级下，主变应不小于两台。【一般为两台】 对弱联系的中、小型电厂和低压侧电压为6-10kV的变电所，或与系统联系只是备用性质时，可只装一台。,变压器是一种静止电器，可靠性高,使用寿命为20年，不必考虑另设专用备用变压器； 按以上原则确定变压器容量后，最终应选用最靠近的国家系列标准规格(R8,R10系列)的变压器。,注意:,6)应用举例,如图4-21所示,为某发电厂简化的主接线图,机压母线上的负荷：P1=P2=P，Pmax=40MW，Pmin=30MW

52、，厂用电率10%。两台主变T1、T2完全相同，功率因素为0.8，正常允许过载能力为15%，试确定两台主变理论上的容量值。,解题要点：,属于地区性发电厂机压母线上发电机的容量确定问题，根据其容量确定原则，可得：,2、主变型式选择原则,(1)相数的确定【选单相变还是三相变】,300MW及以下机组的单元接线的主变和330kV及以下系统，一般选用三相变,因为单相变压器组相对来说，投资大，占地多，运行损耗也比较大，同时，配电装置结构复杂，但是由于制造、运输等条件限制，可选用单相变，也可选用两台小容量三相变取代一台大容量三相变。,600MW及以上机组的单元接线的主变和500kV及以上系统，可采用单相变或三相变,应通过技术经济比较确定,(2)绕组数的确定,普通双绕组、三绕组、自耦式以及低压绕组分裂式等型式。,当发电厂如以两种升高电压级向用户供电或与系统连接时,可采用双绕组、三绕组变，也可采用自耦变。,当最大机组容量为12.5万kW及以下的发电厂，多采用三绕组变。,因为一台三绕组变的价格及所使用的辅助设备，与相应的两台双绕组变相比都较少。,当两种升高电压的负荷相差很大，如一个绕组传送功率小于变压器额定容量的15%时，应选用两台双绕组变。,对于最大机组为20万kW