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 1 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 各回路中电气设备的连接关系 发电机 变压器和输电线路及负荷间以怎样的方式连接 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 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 2 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 3 4 5 6 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 7 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 8 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 9 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 10 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 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 1 断路器检修时 能否不影响供电 11 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 12 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 13 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 14 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 15 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 单母线接线如图3 1所示 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 16 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 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 17 母线隔离开关与线路隔离开关间的操作顺序为 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 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 18 3 19 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 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 其所在回路停运 4 它只有一种运行方式 19 20 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 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 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 21 发电厂电气主系统 3 22 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 检修断路器时的不停电倒闸操作过程 如检修WL1的断路器QF1 使该出线不停电的操作步骤为 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 适用范围 6 10kV配电装置 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 22 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 QF1事故跳闸 造成QS1p合到短路故障上 23 发电厂电气主系统 3 24 2 电源回路也可以接入旁路 如图3 3中虚线所示 这种进出线全接入旁路的形式叫全旁路方式 3 由于线路故障较多 出线断路器检修较频繁 故出线应接入旁路 1 一般断路器切断的短路故障次数达到需要检修的次数后 或长期运行后 就需要检修 如不允许停电检修 就需要设置旁路母线 4 考虑到变压器是静止元件 故障率低 且在变电所一般由多台变压器并列运行 而发电厂发电机 变压器回路的断路器可以安排在发电机检修时一起检修 故主变进线回路接入旁路的情况较少 5 对于采用手车式成套开关柜的6 35kV配电装置 由于断路器可以快速更换 也可以不设置旁路母线 旁路母线的设置原则 24 发电厂电气主系统 3 25 2 单母线分段带简易旁路母线接线 结构特点 如图3 4所示 它是在单母线分段接线的基础上 增加了旁路母线W3 隔离开关QS3 QS4 分段隔离开关QSd及各出线回路中相应的旁路隔离开关 分段断路器QFd兼作旁路断路器 与图3 3所示的接线相比 少用一台断路器 节省了投资 旁路母线可以经QS4 QFd QS1接至母线W2 也可以经QS3 QFd QS2接至母线W1 分段隔离开关QSd的作用是 可使QFd作旁路断路器时 保持两段工作母线并列运行 检修线路断路器时的不停电倒闸操作过程 25 3 26 初始条件 平时旁路母