第3章电气主接线

发电厂电气主系统3-1■第三章电气主接线第一节对电气主接线的基本要求第二节电气主接线的基本接线形式第三节发电厂和变电所主变压器的选择第四节限制短路电流的方法第五节发电厂和变电所的典型电气主接线第六节电气主接线设计第七节电气主接线的可靠性计算本章计划学时:10~12学时发电厂电气主系统3-2■电气主接线:也称为电气主系统或电气一次接线。它是由电气一次设备按电力生产的顺序和功能要求连接而成的接受和分配电能的电路，是发电厂、变电所电气部分的主体，也是电力系统网络的重要组成部分。电气主接线反映了：1）发电机、变压器、线路、断路器和隔离开关等有关电气设备的数量。2）各回路中电气设备的连接关系。3）发电机、变压器和输电线路及负荷间以怎样的方式连接。电气主接线直接关系到电力系统运行的可靠性、灵活性和安全性，直接影响发电厂、变电所电气设备的选择，配电装置的布置，保护与控制方式选择和检修的安全与方便性。所以电气主接线是电力设计、运行、检修部门以及有关技术人员必须深入掌握的主要内容。发电厂电气主系统3-3■电气主接线图：就是用国家规定的电气设备图形与文字符号，详细表示电气主接线组成的电路图。电气主接线图一般用单线图表示（即用单相接线表示三相系统），但对三相接线不完全相同的局部图面（如各相中电流互感器的配置）则应画成三线图。发电厂电气主系统3-4■常用一次设备的图形和文字符号：G(F)名称图形符号文字符号(旧符号)T(B)T(B)T(B)双绕组变压器三绕组变压器三绕组自耦变压器发电机G发电厂电气主系统3-5■名称图形符号(旧符号)文字符号(旧符号)断路器隔离开关熔断器电抗器QF(DL)QS(G)FU(RD)L(DK)()()发电厂电气主系统3-6■名称图形符号(旧符号)文字符号(旧符号)手车断路器母线电缆终端头QF(DL)W(MX)L(XL)避雷器()F发电厂电气主系统3-7■第一节对电气主接线的基本要求概括地说是应满足可靠性、灵活性、经济性三项基本要求。一、可靠性(1)电能生产的特点要求电气主接线首先应满足可靠性的要求。电能不能大量储存，发电、输电和用电必须在同一瞬间完成的，任何一个环节出现故障都会造成供电中断。(2)可靠性不是绝对的,对于不重要的用户,太高的可靠性将造成浪费。分析主接线的可靠性时，要考虑发电厂与变电所在电力系统中的地位和作用、负荷的性质、设备的可靠性和运行实践等因素。发电厂电气主系统3-8■1．分析和评估主接线可靠性时应该考虑的几个问题(1)发电厂与变电所在系统中的地位和作用对于大、中型发电厂和变电所，在电力系统中的地位非常重要，其电气主接线应具有很高的可靠性。对于小型发电厂和变电所就没有必要过分地追求过高的可靠性而选择复杂的主接线形式。目前，我国的发电机单机容量大小的划分为：50MW以下的发电机组为小型机组；50~200MW的发电机组为中型机组；200MW以上的发电机组为大型机组。发电厂容量大小的划分为：总装机容量在100MW以下的发电厂为小型发电厂；总装机容量在100~250MW的发电厂为中型发电厂；总装机容量在250~1000MW的发电厂为大中型发电厂；总装机容量在1000MW以上的发电厂为大型发电厂。发电厂电气主系统3-9■(2)用户的负荷性质电力用户负荷按照其对供电可靠性的要求分为三个等级，即I、II、III类负荷。I类负荷：对这类负荷突然中断供电，将造成人身伤亡，或造成重大设备损坏，或给国民经济带来重大的损失。II类负荷：对这类负荷突然中断供电将造成生产设备局部破坏，或造成生产流程紊乱且难以恢复，或出现大量废品和减产，因而在经济上造成一定损失。III类负荷：I类和II类负荷之外的其它负荷。发电厂电气主系统3-10■对I类负荷供电的要求是：任何时候都不允许停电。对II类负荷供电的要求是：必要时仅允许短时间停电。III类负荷对供电没有特殊的要求，可以较长时的停电。由此可见，对于带I、II类型负荷的发电厂与变电所应该选择可靠性较高的主接线形式。(3)设备的可靠性电气主接线是由电气设备组成的，选择可靠性高、性能先进的电气设备是保证主接线可靠性的基础。(4)运行实践应重视国内外长期积累的运行实践经验，优先选用经过长期实践考验的主接线形式。发电厂电气主系统3-11■2．定性分析和衡量主接线可靠性的评判标准主接线可靠性的评判方法：定性分析和定量计算（可靠性计算）。1)断路器检修时，能否不影响供电。定性分析和衡量主接线可靠性的评判标准:4)大机组和超高压的电气主接线能否满足对可靠性的特殊要求。2)母线（或断路器）故障以及母线或母线隔离开关检修时，停运的回路数的多少和停电的时间的长短，能否保证对I类负荷和大部分II类负荷的供电。3)发电厂、变电所全部停运的可能性。发电厂电气主系统3-12■二、灵活性(1)调度灵活：能按照调度的要求，方便而灵活地投切机组、变压器和线路，调配电源和负荷，以满足在正常、事故、检修等运行方式下的切换操作要求。(2)检修安全、方便：可以方便地停运断路器、母线及其二次设备进行检修，而不致影响电网的运行和对其它用户的供电。应尽可能的使操作步骤少，便于运行人员掌握，不易发生误操作。(3)扩建方便能根据扩建的要求，方便地从初期接线过渡到远景接线：在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新机组、变压器或线路而不互相干扰，对一次设备和二次设备的改造为最少。发电厂电气主系统3-13■三、经济性主接线应在满足可靠性和灵活性的前提下，做到:1.节约投资(1)主接线应力求简单清晰，节省断路器、隔离开关等一次电气设备；(2)要使相应的控制、保护不过于复杂，节省二次设备与控制电缆等；(3)能限制短路电流，以便于选择价廉电气设备和轻型电器等。(4)一次设计，分期投资建设、投产。发电厂电气主系统3-14■2.占地面积小主接线的形式影响配电装置的布置和电气总平面的格局，主接线方案应尽量节约配电装置占地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，应采用三相变压器而不用三台单相变压器组。3.年运行费用小年运行费用包括电能损耗费、折旧费及大修费、日常小修的维护费等。电能损耗主要由变压器引起，因此要合理选择主变压器的型式、容量和台数及避免两次变压而增加损耗。发电厂电气主系统3-15■第二节电气主接线的基本接线形式(1)电气主接线的基本环节是电源（发电机或变压器）和出线，它们之间如何连接是电气主接线的主体。有母线的主接线：由于设置了母线，使得电源和引出线之间连接方便，接线清晰，接线形式多，运行灵活，维护方便，便于安装和扩建。母线也称汇流母线，起汇集和分配电能的作用。(4)主接线的分类：根据是否有母线，主接线接线形式可以分为有母线和无母线两大类型。(3)对于进出线数目少，不再扩建和发展的电气主接线，不设置母线而采用简化的中间环节。(2)当同一电压等级配电装置中的进出线数目较多时（一般超过4回），需设置母线作为中间环节(掌握中间环节是关键)。发电厂电气主系统3-16■无母线的主接线：使用的开关电器少，配电装置占地面积较小，投资较小。一、有母线的基本接线形式1.单母线接线及其母线分段的接线⑴单母线接线如图3-1所示。a)结构特征：只有一组母线W，接在母线上的所有电源和出线回路，都经过开关电器连接在该母线上并列运行。但有母线的主接线使用的开关电器多，配电装置占地面积较大，投资较大。发电厂电气主系统3-17■各回路都装有断路器和隔离开关，断路器用以正常工作时投切该回路及故障时切除该回路；隔离开关用以在切断电路时建立明显可见的断开点，将电源与停运设备可靠隔离，以保证检修安全。母线隔离开关：与母线相连接的隔离开关，如图3-1中的QS11；b)倒闸操作原则：断路器与隔离开关间的操作顺序:保证隔离开关“先通后断”（在等电位状态下，隔离开关也可以单独操作），这种断路器与隔离开关间的操作顺序必须严格遵守，绝不能带负荷拉刀闸（即隔离开关），否则将造成误操作，产生电弧而导致严重的后果。线路隔离开关：与线路相连接的隔离开关，如图3-1中的QS12。发电厂电气主系统3-18■母线隔离开关与线路隔离开关间的操作顺序：母线隔离开关“先通后断”，即接通电路时，先合母线隔离开关，后合线路隔离开关；切断电路时，先断开线路隔离开关，后断开母线隔离开关。以避免万一断路器的实际开合状态与指示状态不一致时，误操作发生在母线隔离开关上，产生的电弧会引起母线短路，使事故扩大。例如：对WL1送电时，先合上QS11，再合上QS12，最后合上QF1。对WL1停电时，先断开QF1，再依次拉开QS12和QS11。c)接地开关(图3-1中QS13)的作用：保证检修安全:当电压等级在110kV及以上时，线路隔离开关或断路器两侧的隔离开关（布置较高时）都应设置接地开关，母线也应设置接地开关或接地器，以代替人工挂接地线，保证出线、断路器和母线检修时，检修人员的安全。发电厂电气主系统3-19■d)评价：主要优点是接线简单清晰，设备少，操作方便，造价便宜，只要配电装置留有余地，母线可以向两端延伸，可扩性好。e)适用范围：单母线接线只能用于某些出线回数较少，对供电可靠性要求不高的小容量发电厂和变电所中。主要缺点是可靠性和灵活性都较差：1)母线和母线隔离开关检修时，全部回路均需停运；2)母线故障时，继电保护会切除所有电源，全部回路均需停运；3)任一断路器检修时，其所在回路也将停运；4)它只有一种运行方式。发电厂电气主系统3-20■⑵单母线分段接线a)结构特征：如图3-2所示。1)设置分段断路器QFd将母线分成两段，当可靠性要求不高时，也可利用分段隔离开关QSd进行分段。2)各段母线为单母线结构。b)评价：1)接线简单清晰，经济性好。2)有一定灵活性(有三种运行方式)。3)可靠性:①任一母线或母线隔离开关检修时，仅停检修段。②任一段母线故障时，继电保护装置可使分段断路器跳闸，保证正常母线段继续运行，减小了母线故障影响范围。③任一断路器检修时，该断路器所带用户也将停电。发电厂电气主系统3-21■单母线分段接线的可靠性比单母线接线有了较大提高，但任一段母线故障或检修期间，该段母线上的所有回路均需停电；任一断路器检修时，该断路器所带用户也将停电。考虑到采用单母线分段接线时，重要用户可从不同母线段上分别引出两回馈线向其供电，保证不中断供电，故对采用两回馈线供电的用户来说，有较高供电可靠性。c)适用范围：中、小容量发电厂和变电所的6~10kV配电装置和出线回路数较少的35~220kV配电装置中。2．带旁路母线的单母线分段接线(1)带专用旁路断路器的单母线分段带旁路母线接线a)结构特征：如图3-3所示。1)在单母线分段的基础上又增加了旁路母线W3、专用旁路断路器QFp及旁路回路隔离开关QS1和QS2。2)各出线回路除通过断路器与汇流母线连接外，还通过旁路隔离开关与旁路母线相连接。发电厂电气主系统3-22■b)旁路母线的作用是：检修任一进出线断路器时，不中断对该回路的供电。e)检修断路器时的不停电倒闸操作过程：正常运行时，旁路断路器QFp、各进出线回路的旁路隔离开关是断开的，旁路断路器两侧的隔离开关是合上的，旁路母线W3不带电。若检修WL1的断路器QF1，使该出线不停电的操作步骤为：d)适用范围：6~10kV配电装置。c)评价：单母线分段接线增设旁路母线后，可以使单母线分段接线在检修任一出线断路器时不中断对该回路的供电。但配电装置占地面积增大，增加了断路器和隔离开关数量，接线复杂，投资增大。发电厂电气主系统3-23■1)合上QFp;给旁路母线W3充电，检查旁路母线W3是否完好，如果旁路母线有故障，QFp在继电保护控制下自动切断故障，旁路母线不能使用；如果QFp合闸成功，说明旁路母线完好。3)断开出线WL1的断路器QF1;4)断开QS12和QS11。此时出线WL1已经由旁路断路器QFp回路供电，在需要检修的断路器QF1两侧布置安全措施后，就可以对其进行检修。2)合上出线旁路隔离开关QS1p；此时QS1p的两端等电位。也可以先断开QFp，然后合上QS1p，再合上QFp，以避免万一合上QS1p前，发生线路故障，Q