第4章电气主接线及设计

第四章电气主接线及设计学习目的：☞重点掌握对电气主接线的基本要求及各种基本主接线形式的特点和适用范围，了解各种类型发电厂和变电所主接线的特点；☞掌握发电厂和变电所主变压器的选择、限制短路电流的方法；☞掌握发电厂、变电所电气主接线设计举例。本章是本课程的重点之一！第一节电气主接线设计原则和程序回顾：1、电气主接线概念：由一次设备按照预期的生产流程所连成的接受和分配电能的回路，称电气主接线，又叫一次接线。2、电气主接线图：主接线中，各设备元件按规定的图形符号和文字符号表示的电路图称主接线图。绘制电气主接线图必须遵循以下原则：（1）一次设备和元件必须采用规定的图形符号和文字符号来表示。（2）图中断路器和隔离开关等开关电器都按断开位置画出，但挂在控制室的主接线图上的设备状态着是随实际运行状态变换的，以帮助运行人员正确的进行倒闸操作、分析和处理事故。（3）因为三相交流电气设备的各相接线是相同的，所以电气主接线图一般都采用单线图（即一相电路图）。这样使主接线图简化、清晰。如果在某些局部三相结构不同，只在这部分局部画成三相图。以下为某发电厂电气主接线：3、电气主接线设计的重要性1、电气主接线图是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据。2、电气主接线图表明了发电机、变压器等电气设备的数量、规格、连接方式及可能的运行方式。3、电气主接线的好坏直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济的运行。！一、对电气主接线的基本要求：（一）可靠性1、分析和评估可靠性应从以下几个方面考虑：（1）发电厂和变电站在电力系统的的地位和作用。（2）负荷性质及类别。（3）设备的可靠性程度。（4）长期实践运行经验。负荷性质（补充）我国将电力负荷按其对供电可靠性的要求不同分为三个等级。（1）Ⅰ类负荷①概念：这类负荷若供电突然中断将造成生命危害，或造成重大设备损坏且难以修复，或打乱复杂的生产过程并使大量产品报废，给国民经济带来极大损失。例：冶金行业的炉体冷却水泵、浇注车间、连续轧刚车间、矿山企业的主排水泵、主扇风机、化工企业的反应炉、建材行业的水泥回转窑；医院的手术室；国家的铁路枢纽、通信枢纽、国防设施等。②特点：绝对不允许停电！必须两个独立电源供电！负荷性质（补充）（2）Ⅱ类负荷①概念：这类负荷若突然停电，将造成生产设备局部损坏，或生产流程紊乱且恢复较困难，企业内部运输停顿，或出现大量减产，因而在经济上造成一定的经济损失。②特点：一般允许停电几分钟，在工业企业中占的比例最大。应由两回线路供电，两回线路应尽可能取自不同的变压器或母线段。（3）Ⅲ类负荷①概念：不属于一、二级负荷的用电设备。例：农业用电、居民用电②特点：对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。总结：大型企业中，一、二级负荷约占总负荷的60%，即使短时停电损失也很大。此外，各级负荷不能孤立地看待，一个企业中只要有一个一级负荷，则该企业的总降压变电所对于上级供电部门来说就是一级负荷。2、主接线可靠性的基本要求：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，尽量减少停运出线回路数和停电时间，并能保证对全部Ⅰ类及全部或大部分Ⅱ类用户的供电；尽量避免发电厂或变电站全部停电的可能性；大型机组突然停运时，不危及电力系统稳定运行。一、对电气主接线的基本要求：（二）灵活性1、涵义：适应各种运行方式（正常、检修、事故及处理、特殊、投切设备、增减负荷等）的变化。2、具体衡量要求：☞操作的方便性☞调度的方便性☞扩建的方便性一、对电气主接线的基本要求：（三）经济性在满足可靠性与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）电能损耗小。第二节电气主接线的基本形式主接线的基本形式：有汇流母线的接线方式无汇流母线的接线方式单母线接线双母线接线3/2断路器接线4/3断路器接线变压器母线组接线单元接线桥形接线角形接线单母线不分段单母线分段第二节电气主接线的基本形式一、有汇流母线的接线方式适用于进出线较多的场合。优点：接线布置清晰、运行方便、有利于安装和扩建。缺点：☞母线一旦发生故障，将会造成其上连接的所有回路停电。☞增加了一些设备，占地面积较大。WL2WL3WL4WL1WS1S2第二节电气主接线的基本形式二、无汇流母线的接线方式用导线直接连接进出回路的设备适用：进出线较少，不再扩建的发电厂、变电站。优点：使用电气设备较少，配电装置占地面积较少。内桥QF3QF1QF2L1L2T1T2一、有汇流母线的电气主接线（一）单母线接线母线起汇集和分配电能的作用。每一条进出线回路都组成一个接线单元，每个接线单元都与母线相连。可分为：1、不分段的单母线接线2、单母线分段接线WL2WL3WL4WL1WS1S21、（不分段的）单母线接线(1)主母线的作用☞保证电源并列工作；☞使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。（2）电源☞电源可以是发电机：发电机与出口断路器之间一般可不装隔离开关。但有时为了对发电机单独调试，也可装隔离开关。☞电源也可以是变压器。WL2WL3WL4QS21QF2QS22WL1QEWQS1QF1S1S21)接线方法及工作要求，见右图(3)线路（出线）开关电器的配置每一个回路中都装有断路器和隔离开关。A、断路器与隔离开关作用（回顾）B、母线隔离开关：QS21线路隔离开关：QS22C、断路器与隔离开关操作顺序：合：QS21→QS22→QF2分：QF2→QS22→QS21WL2WL3WL4QS21QF2QS22WL1QEWQS1QF1S1S2原则：隔离开关先合后断！母线侧隔离开关先合后断！此操作顺序遵守了两条基本原则：一是防止隔离开关带负荷合闸或拉闸；二是在断路器处于合闸状态下(或虽在分闸位置，但因绝缘介质性能破坏而导通)，误操作隔离开关的事故不发生在母线侧隔离开关上，以避免误操作的电弧引起母线短路事故；反之，误操作发生在线路隔离开关时，只引起本线路短路事故，不影响母线及其他线路运行，造成的事故范围及修复时间将大为缩小。注意：为了防止误操作，除严格按照操作规程实行操作票制度外，还应在隔离开关和相应的断路器之间，加装电磁闭锁、机械闭锁或电脑钥匙。WL2WL3WL4QS21QF2QS22WL1QEWQS1QF1S1S2!D、QE（隔离开关的接地开关）作用：用于线路检修时替代临时安全接地线的作用。注意：为了避免发生接地开关接地状态下误合主闸刀的事故，主闸刀与接地开关之间应有机械连锁装置！QEWS1S2接地开关配置原则：110kV及以上时：断路器两侧的隔离开关和线路隔离开关的线路侧均应配置接地开关。35kV及以上的母线：在每段母线上应设置1～2组接地开关或接地器，以保证电器或母线检修时的安全。35kV以下的电网一般临时安装地线。D、QE（隔离开关的接地开关）注意：为了避免发生接地开关接地状态下误合主闸刀的事故，主闸刀与接地开关之间应有机械连锁装置！只有对方断开时方能合上。WL2WL3WL4QS21QF2QS22WL1QEWQS1QF1S1S2!2)（不分段）单母线接线的特点A、优点：简单、经济。①接线简单（设备少）、清晰、明了；②布置、安装简单，配电装置建造费用低；③断路器与隔离开关之间易实现可靠的防误闭锁，操作安全、方便，母线故障的几率低；④易扩建和采用成套式配电装置。WL2WL3WL4QS21QF2QS22WL1QEWQS1QF1S1S2B、缺点：不够灵活可靠。（1）可靠性差：母线或母线隔离开关故障或检修时，所有支路都将停电；要造成全厂或全站停电。任一出线断路器检修时，该回路必须全部停电；（2）调度不方便：电源只能并列运行，不能分列运行，线路侧短路时，有较大的短路电流。WL2WL3WL4QS21QF2QS22WL1QEWQS1QF1S1S23）（不分段）单母线接线的适用范围只适用于出线回路数较少，没有重要负荷的发电厂、变电所。2、单母线分段接线当引出线数目较多时，为提高供电可靠性，可用断路器将母线分段。1)接线方法，见右图：2)两种运行方式:断路器断开，电源分裂运行；断路器合上，电源并列运行；WL1WL2WL3WL4QS2QF2QS3QS4WQFDS1S22、单母线分段接线3）单母线分段的数目单母线分段的数目，取决于电源数目和容量。段数分的越多，故障时停电范围越小，但使用断路器的数量越多，配电装置的运行也越复杂。一般以2~3段为宜。WL1WL2WL3WL4QS2QF2QS3QS4WQFDS1S22、单母线分段接线4)单母线分段接线的特点优点：①可采用双回路供电给一级负荷，可靠性大为提高；②母线、母线隔离开关检修仅停一半，提高了灵活性。缺点：①主母线、母隔故障或检修，停电一半；②任一回路断路器检修，该回路必须停电。WL1WL2WL3WL4QS2QF2QS3QS4WQFDS1S22、单母线分段接线5）适用范围小容量发电厂：发电机电压配电装置，一般每段母线上所接发电容量为12MW左右，每段母线上出线不多于5回；变电站：有2台主变时的6～10kV配电装置；35～63kV配电装置出线为4～8回110～220kV配电装置出线为3～4回。（二）双母线接线单母线接线中，当母线故障时，接在该母线上的所有支路将全部停电，双母线接线可克服此缺点。双母线接线共有以下3种形式：1、（不分段的）双母线接线2、双母线分段接线3、带旁路母线的双母线分段1、（不分段的）双母线接线每一条引出线和电源支路都经1台断路器与2组母线隔离开关分别接至两组母线。两组母线之间的联络，通过母联断路器联结。2)运行方式：①QFC断开，一组母线工作，一组母线备用。正常运行时，所有电源和引出线均接于工作母线上。备用母线不带电。相当于单母线接线。1）接线方法WL1W1W2WL2WL3WL4QFCQF1QF2QF3QS31QS32（不分段的）双母线接线运行方式②QFC闭合，双母线同时运行（常用）电源与负荷平均分配在两组母线上，两组母线功率均匀分配。亦称固定连接方式运行。双母线同时运行时，它具有单母线分段接线的特点。若一组母线发生故障，只会引起接至故障母线上的部分电源和引出线停电，经倒闸操作可迅速地将停电部分转移到另一组母线上，便可以恢复工作。WL1W1W2WL2WL3WL4QFCQF1QF2QF3QS31QS32（不分段的）双母线接线运行方式③QFC断开，两组母线同时运行.QFC处于热备用状态。此时相当于分裂为两部分，各向系统输送功率。常用于系统最大运行方式时，限制短路电流。WL1W1W2WL2WL3WL4QFCQF1QF2QF3QS31QS323）（不分段的）双母线接线的优点：①供电可靠A、检修任一母线时，可不中断供电。（将工作母线转换为备用母线的操作称倒母线操作）WL4WL1W1W2WL2WL3QFCQF1QF2QF3QS31QS32倒母线操作的顺序：（W1工作，W2备用）1、合上母联断路器两侧的隔离开关；2、合母联断路器QFC，向备有母线W2充电；3、在两组母线等电位的情况下，按“先通后断”的原则操作，即先接通备用母线W2上的隔离开关，再断开工作母线W1上的隔离开关，完成母线转换；4、断开母联断路器QFC及两侧的隔离开关，工作母线W1即可退出运行进行检修。①供电可靠B、一组母线发生故障后，能迅速恢复供电。C、检修任一回路的母线隔离开关时，只需停运该回路和与此回路相连的该组母线，其它回路均可通过另一组母线继续运行。（操作步骤必须正确！）3)（不分段的）双母线接线的优点：WL4WL1W1W2WL2WL3QFCQF1QF2QF3QS31QS323)（不分段的）双母线接线的优点：②调度灵活A、各个电源和出线可任意分配到某一组母线上，可灵活的适应系统中各种运行方式的调度。（三种运行方式）B、便于试验。个别回路需单独试验时，可将该回路单独接至一组母线上。③扩建方便。向双母线左右任何方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的自由分配，也不会造成原有回路停电。WL4WL1W1W2WL2WL3QFCQF1QF2QF3QS31QS324)（不分段的）双母线接线的缺点：①、倒闸操作复杂。在倒母线的过程中把隔离开关当作操作电器