第二章电气主接线

第二章电气主接线第一节电气主接线的基础知识电气主接线是指发电厂、变电站、电力系统中传送电能的通路。发电厂电气主接线是由各种电气设备通过连接线，按其功能要求组成的接受和分配电能的电路。它不仅标明了各主要设备的规格、数量，而且反映各设备的作用、连接方式和各回路间的相互联系，构成了发电厂电气部分的主体。如果用规定的设备文字和图形符号将发电机、变压器、母线、开关、刀闸及测量、保护电器等有关电气设备，按工作顺序排列，详细表示电气设备的组成和连接关系的接线图，称为电气接线图。电气接线图分为一次接线图和二次接线图。一次接线图是表示一次设备的连接方式，也称电气主系统图；二次接线图是表示二次设备的连接方式。发电厂主接线是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据之一，因此，发电厂电气运行人员必须熟悉主接线图，了解电路中各种电气设备的用途、性能及维护、检查项目和进行操作的步骤等，以保证安全发供电。一．对主接线的基本要求电气主接线的连接方式对系统的安全、经济运行和稳定、灵活及配电装置的布置、机电保护和控制方式等有着非常重要的关系。因此，电气主接线必须满足以下基本要求。1．运行的可靠性发、供电的安全可靠性，是电力生产和分配的基本要求。因为电能的发、送、用是在同一时刻进行的，电力系统中任何一个环节故障，都将影响到整体。所以，主接线若不能保证安全可靠的工作，发电厂就不能完成生产和输送以及保证电能的质量。主接线的可靠性不是只对发电厂来说的，应考虑到发电厂在系统中的地位、作用以及用户的负荷性质等。因此，对主接线的可靠性可从以下几个方面分析。⑴短路器检修时是否影响供电。⑵设备或线路故障或检修时，停电线路数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。⑶有没有使全厂停电的可能性。⑷与系统的潮流分布是否合理。2．具有一定的灵活性主接线不但在正常运行情况下，能根据调度的要求，灵活地改变运行方式，达到调度的目的；而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备、切除故障，使停电时间最短、影响范围最小，并且在检修时能保证检修人员的安全。3．操作应尽可能简单、方便主接线应简单清晰、方便操作，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成人员误操作而发生事故。但接线过于简单，不但不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便，或造成不必要的停电。4．经济性要高主接线在保证安全可靠，操作灵活方便的基础上，还应是投资和年运行费用最小，占地面积最少，是发电厂尽快发挥经济效益。5．应具有扩建的可能性主接线应考虑将来有扩建的可能性。二．主接线的设计电气主接线的设计原则一般是根据机组的容量、台数、电压等级及接入系统的方式等方面考虑，其设计步骤如下：1）对设计依据和基础资料进行综合分析；2）根据发电机容量和台数，拟定可能采用的主接线方式；3）确定主变压器的容量和台数；4）确定厂用电源的接线方式；5）论证是否需要限制断路电流，并采取什么措施；6）对选出的方案进行技术和经济综合比较，确定最佳方案。三．限制短路电流的方法1．加装限流电抗器加装限流电抗器的目的，在于使发电机回路及用户侧能选用遮断容量小的断路器，既节省投资又能保证安全。2．加装普通电抗器主要用来限制电缆馈线支路短路电流。由于电缆的阻抗值较小且有分布电容，即使在电缆末端发生短路，其短路电流也比较大，加装电抗器后可限制其短路电流。3．采用分裂变压器当发电机容量较大时，采用分裂变压器组成的扩大单元接线，可起到限制短路电流的效果。电气主接线的代表符号如表2—1所示：表2—1电气主接线图中的代表符号序号设备名称图例序号设备名称图例1发电机8电压互感器2双绕组变压器9电流互感器3三绕组变压器10母线4自耦变压器11避雷器5断路器12电抗器6隔离开关13熔断器7带接地刀闸的隔离开关第二节电气主接线的基本接线方式电气主接线的基本接线方式有两种，一种是有母线接线方式，另一种是无母线接线方式，象单元接线、桥形接线、角形接线属于无母线接线方式。一．有母线的主接线方式1．单母线接线：如图2—1电源和出线都接在一条母线上，各个进出线与母线间都装有一组断路器QF和隔离开关QS。这种接线的优点是：结构清晰、接线简单、操作方便，而且隔离开关与断路器之间易做成可靠的联锁，可避免发生误操作。此外，这种接线设备少，投资小，运行维护费用也低，使用于小容量发电厂和变电所以及可靠性要求不高的用户变电所。其缺点是：当母线故障或清扫检修时，要全部停电；当连接母线上的隔离开关中任一台需检修或故障时，也要全部停电；任一电源进线或出线断路器检修或故障时，断路器所在线路要停电。2．单母线分段接线如图2—2所示，单母线分段由分段断路器QFf将母线分为Ⅰ、Ⅱ两段，各段母线均接有电源进线和出线，一般是平均分配，这样可使分段断路器通过的电流小。这种接线的优点图2—1单母线接线图是：当母线发生故障时，分段断路器跳闸，将故障母线停电并隔离，非故障母线可继续运行；缩小母线停电范围，对重要用户可采用不同分段母线引出两个回路供电，提高供电的可靠性。缺点是：分段母线或连接母线的隔离开关检修或故障时，连接该分段母线上的所有线路都要停电；同样，检修任一电源或出线断路器时，该线路也必须停电。3．单母线分段带旁路母线如图2—3所示，母线分Ⅰ、Ⅱ两段并通过分段断路器QFf联络，另外还有一组旁路母线Ⅲ，分段母线的每一段都通过旁路开关QFP与旁路母线连接，每一回路出线均装一组旁路隔离开关QSP与旁路母线连接，正常时，旁路断路器QFP及旁路QSP隔离开关全部断开备用，旁路母线不带电。这种接线方式的优点是：当任意线路的断路器检修时，通过旁路断路器及旁路隔离开关可继续供电，该线路不停电；任一条母线停电时，该母线上的线路可不停电；运行方式比较灵活，供电可靠性高。其缺点是：由于增加了设备，投资较大，接线复杂。4．双母线接线如图2—4所示，每回线路经一台断路器和两组隔离开关分别接到两组母线上，便构成了双母线接线。他解决了单母线分段母线停电时需将母线上的线路停电的缺点，两条母线Ⅰ、Ⅱ通过母联断路器QFe连接，这种接线运行方式有两种，一种是双母线并列运行；另一种是一条母线运行，另一条母线备用。双母线并列运行有较高的工作可靠性和灵活性，使用于各种电压等级的配电装置，特别是在35—110kv电压等级中应用较广。双母线接线的优点是：检修任意母线时，可将该母线上的线路通过母联断路器倒至另一母线上运行，不停止供电；检修任意线路的母线隔离开关时，只需停下该线路，其他线路可不停电。其缺点是：当线路断路器检修时，需将该线路停电；较单母线投资大，接线复杂。5．双母线并列运行带旁路母线如图2—5所示Ⅰ、Ⅱ母线为并列运行的双母线，经母联断路器QFe联络运行；Ⅲ母线为旁路母线，经旁路断路器QFP与Ⅰ、Ⅱ母线连接。正常时，旁路断路器QFP在断开备用状态，旁路母线不带电。这种接线的优点是：由于增加了旁路母线和旁路断路器，在检修任一条线路的断路器时，可用旁路断路器带其运行，而不用将其线路停电；运行方式灵活，供电的可靠性和安全性大大提高。缺点是：设备多，投资大，保护配合及运行操作比较复杂。二．无母线的主接线方式1．单元接线各电气设备只是纵向连接，与其他部分没有横向联系的接线称为单元接线。如图2—6所示为发电机—变压器组单元接线。单元接线具有接线简单、使用设备少，操作简便等优点，目前在大容量机组中得到广泛应用。2.桥形接线当只有两台变压器和两条输电线路时，一般采用桥形接线。按桥联断路器的位置，桥形接线可分为内桥接线和外桥接线两种方式。内桥接线：如图2—7所示为内桥接线。桥联断路器QFL在出线断路器的内侧，两台断路器接在出线上。当线路发生故障时，仅将故障线路的断路器跳开，其他三条回路仍可继续运行。但当变压器故障时，与变压器相连的两台断路器都将跳闸，从而要短时影响线路的正常供电，另外该接线对变压器的停送电操作比较繁琐，在操作中将对线路短时停电。所以内桥接线使用于线路长，变压器不经常切换的地方。外桥接线：如图2—8所示为外桥接线。两台断路器QFL接在变压器侧，桥联断路器接在断路器的外侧。这对变压器的操作是比较方便，但当出线故障时，将断开与线路相连的两台断路器，若是两圈变压器，则变压器将停运。因此，外桥接线使用于线路短，操作频繁的地方。桥时接线具有一定的灵活性，使用设备少，接线简单清晰，建设投资省，便于扩建等优点。2．角形接线当母线闭合成环形，并按回路数利用断路器分段，即构成角形接线。在角形接线中，断路器数目等于回路数，且每条回路都与两台断路器相连接，检修任一台断路器都不至于中断供电，从而有较高的供电可靠性。如图2—9绘出三角形接线和四角形接线图。角形接线在开环和闭环两种运行时，各支路所通过的电流差别很大，造成设备选择困难，保护复杂，同时，这种接线也不便于将来扩建。第三节厂用电系统的运行发电厂的厂用设备用电、照明用电以及交直流配电装置的电源用电，称为发电厂的厂用电。他们的正常运行直接关系到发电厂的锅炉、汽轮机、发电机的正常运行。因此，保证厂用点的安全运行，对保证发电厂的安全运行起决定性的作用。一．厂用负荷的分类1．Ⅰ类厂用负荷：凡短时停电会造成设备损坏、危及人身安全、主机停运及大量减负荷的厂用设备。2．Ⅱ类厂用负荷：允许短时停电，恢复供电后，不会造成生产紊乱的厂用负荷。3．Ⅲ类厂用负荷：较长时间停电，不会直接影响生产，仅造成生产上的不方便。4．事故保安负荷：是指在事故停机过程中及停机后的一段时间内，仍必须保证继续供电，否则，可能造成主设备的损坏、重要的自动装置失灵。二．厂用电接线方式厂用电源是从发电机出口引出经厂用变压器供电，电压等级是根据发电机电压、厂用电动机的容量和厂用电网络的可靠性等诸多方面的因素，经过经济、技术综合比较后确定的，一般发电厂采用低压供电网络电压为380/220V，高压供电网络电压为6.0KV。厂用电系统接线高压通常都采用单母线分段接线方式，并有备用段；低压采用单母线接线。因厂用动力设备较多，凡属于同一台炉的厂用电动机，接在同一条母线上，并由该炉相对应的机组供电，与炉同组的汽轮机厂用电动机也接在该段母线上。但对于重要的厂用设备，通常都有两台，一台运行，一台备用，备用设备一般接在另一段母线上。但要注意一个系统中具有高、低辅机或为高压辅机服务的辅助低压电动机，其低压电动机的供电变压器应与该高压电动机接在同一条6.0KV母线上，以便减少母线停电的影响范围。各机组低压厂用工作变压器应分散接在本机组的各段母线上，全厂性公用低压厂用变压器应分散接在不同机组的母线上，提高供电的可靠性。厂用电系统接线示意图如下：图2—10三．厂用备用电源厂用备用电源主要用于事故情况下失去工作电源时，起后备作用，所以又称事故备用电源。因此，要求备用电源具有供电独立性，并且具有足够的供电容量，其最常用的引接方式有从发电机电压母线的不同段上引接；从与电力系统连接的最低一级电压母线上，通过厂用高压降压变压器引接。厂用备用电源有明备用和暗备用两种，明备用是指设有单独的备用电源，一般是通过专设的备用变压器（通常称启备变）接至厂用母线；暗备用没有专门的备用电源，运行中的厂用变压器互为备用。启备变的电源接线应保证其独立性，即使在全厂停电的情况下，也能从系统获得厂用电源，同时应有足够的供电容量。厂用低压备用电源一般是从高压厂用母线不同段上引接，经专门的厂用低压备用变压器获得备用电源。四．事故保安电源当厂用工作电源和备用电源都消失时，为确保在事故状态下能安全停机，事故消除后又能及时恢复供电，应设置事故保安电源，以满足事故保安负荷的连续供电。目前，采用的事故保安电源主要有以下三种：1．可靠的外部独立电源：从系统引进独立的专用线路，作为紧急事故备用保安电源。这种专用线路一般电压等级较高，距电长距离较远，投资较高，一般用于容量大的电厂。2．蓄电池组：它是一种独立而又十分可靠的保安电源，它不仅在正常运行时承担全厂操作、信号、保护以及其它直流负荷，而且在事故情况下，仍能提供直流保安负荷用电。目前在发电厂中使用比较广泛。3．柴油发电机组：在大容量机组的发电厂，通常采用快速自启动的专用