3电气主接线及设计

发电厂电气设备电气主接线及设计电气主接线及设计目录第一节电气主接线的基本要求第二节电气主接线的基本形式第三节主变压器的选择第四节电气主接线设计程序第五节电气主接线的典型实例电气主接线的概念及其重要性•1、电气主接线•在发电厂和变电所中，发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电容器、互感器、避雷器等高压电气设备，以及将它们连接在一起的高压电缆和母线，构成的电能生产、汇集和分配的电气主回路，该电气主回路称为电气一次系统，又叫做电气主接线。•2、电气主接线图•用规定的设备图形和文字符号，按照各电气设备实际的连接顺序而绘成的能够全面表示电气主接线的电路图，称为电气主接线图。•主接线图中还标注出各主要设备的型号、规格和数量。•由于三相系统是对称的，所以主接线图常用单线来代表三相(必要时某些局部可绘出三相)，也称为单线图。•3、电气主接线的重要性•发电厂、变电所的电气主接线可有多种形式。•电气主接线的选择，是发电厂、变电所电气部分设计中最重要的问题，对各种电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定等都有决定性的影响，并将长期地影响电力系统运行的可靠性、灵活性和经济性。•电气主接线必须满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。对电气主接线的基本要求•1、可靠性要求•供电可靠性是指能够长期、连续、正常地向用户供电的能力，现在已经可以进行定量的评价。•例如，供电可靠性为99.80％，即表示一年中用户中断供电的时间累计不得超过17.52h。•电气主接线不仅要保证在正常运行时，还要考虑到检修和事故时，都不能导致一类负荷停电，一般负荷也要尽量减少停电时间。•为此，应考虑设备的备用，并有适当的裕度，此外，选用高质量的设备也能提高可靠性。•显然，这些都会导致费用的增加，与经济性的要求发生矛盾。•因此，应根据具体情况进行技术经济比较，保证必要的可靠性，而不可片面地追求高可靠性。•2、灵活性要求（1）满足调度时的灵活性要求•应能根据安全、优质、经济的目标，灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，灵活地调配电源和负荷，满足系统正常运行的需要。•而在发生事故时，则能迅速方便地转移负荷或恢复供电。（2）满足检修时的灵活性要求•在某一设备需要检修时，应能方便地将其退出运行，并使该设备与带电运行部分有可靠的安全隔离，保证检修人员检修时方便和安全。（3）满足扩建时的灵活性要求•大的电力工程往往要分期建设。从初期的主接线过渡到最终的主接线，每次过渡都应比较方便，对已运行部分影响小，改建的工程量不大。•3、经济性要求•在主接线满足必要的可靠性和灵活性的前提下，应尽量做到经济合理。（1）努力节省投资•1）主接线过于复杂可能反而会降低可靠性。•应力求简单，断路器、隔离开关、互感器、避雷器、电抗器等高压设备的数量力求较少，不要有多余的设备，性能也要适用即可。•2）有时应采取限制短路电流的措施，以便可以选用便宜的轻型电器，并减少出线电缆的截面。•3）要能使继电保护和二次回路不过分复杂，以节省二次设备和控制电缆。（2）努力降低电能损耗•应避免迂回供电增大电能损耗。•主变的型号、容量、台数的选择要经济合理。（3）尽量减少占地•土地是极为宝贵的资源，主接线设计应使配电装置占地较少。电气主接线及设计目录第一节电气主接线的基本要求第二节电气主接线的基本形式第三节主变压器的选择第四节电气主接线设计程序第五节电气主接线的典型实例•电气主接线的主体是电源(进线)回路和线路(出线)回路。•当进线和出线数超过4回时，为便于连接，常需设置汇流母线来汇集和分配电能。•设置母线后使运行方便灵活，也有利于安装、检修和扩建；但另一方面，又使断路器等设备增多，配电装置占地扩大，投资增加，因此又有无汇流母线的主接线形式。第二节电气主接线的基本形式•电气主接线分为有汇流母线和无汇流母线两大类，具体又有多种形式：角形接线外桥接线内桥接线桥形接线单元及扩大单元接线无汇流母线母线接线变压器断路器双母线双母线带旁路双母线分段简单双母线双母线单母线带旁路单母线分段简单单母线单母线有汇流母线电气主接线2/3•这种主接线最简单，只有一组(指A、B、C三相)母线，所有进、出线回路均连接到这组母线上，见图5-1。单母线接线图5-1单母线接线QF-断路器；QS-隔离开关；QSE-接地隔离刀闸；W-母线；L-出线•1、断路器与隔离开关的配置（1）断路器的配置•若主接线中进线回路和出线回路的总数为n，则单母线接线中断路器的数量也是n，即每一回路配置一台断路器。（2）隔离开关的配置•隔离开关配置在断路器的两侧以使断路器检修时能形成隔离电源的明显断口。•这是隔离开关的主要作用，也是它命名的来源。紧靠母线一侧的称为母线隔离开关(如QS1、QS2)，靠线路一侧的称为线路隔离开关(如QS3)靠近变压器(发电机)的称为变压器(或发电机)侧隔离开关(如QS4)•若进线来自发电机，则断路器QF1与发电机之间常可省去隔离开关(QS4)。•但有时为发电机试验提供方便，也不省去或设置一个可拆连接点。QSE即为接地闸刀。（3）接地闸刀的配置•当电压在110kV及以上时，断路器两侧与隔离开关之间均可装设接地闸刀，每段母线上亦应装设1～2组接地闸刀。•接地闸刀只在要检修的相关线路和设备隔离电源后(隔离开关断开)才能合上，并且互相有机械闭锁(例如图中的QSE和QS3互相闭锁)。•接切闸刀可以取代需临时安装的安全接地线。•2、断路器和隔离开关的联锁（1）严格遵守操作顺序•隔离开关和断路器在运行操作时，必须严格遵守操作顺序，严禁带负荷拉刀闸。•例如当线路L1停电时，必须先断开断路器QF2，然后再拉开线路侧隔离开关QS3，最后拉开母线侧QS2；•而在送电时，必须先合上隔离开关QS2，再合上QS3，最后再合上断路器QF2。（2）装设机械闭锁或电磁闭锁•为防止人员误操作，在隔离开关与相应的断路器之间，必须装设能够防止违反上述操作顺序的机械闭锁或电磁闭锁。•3、单母线接线的优缺点（1）优点•接线简单清晰，设备少、投资低，操作方便，便于扩建，也便于采用成套配电装置。另外，隔离开关仅仅用于检修，不作为操作电器，不易发生误操作。（2）缺点•可靠性不高，不够灵活。断路器检修时该回路需停电，母线或母线隔离开关故障或检修时则需全部停电。•4、单母线接线的适用范围•单母线接线不能作为惟一电源承担一类负荷，在此前提下可用以下情形：（1）6～10kV配电装置的出线不超过5回时。（2）35～60kV配电装置的出线不超过3回时。（3）110～220kV配电装置的出线不超过2回时。•1、断路器及隔离开关的配置•与一般单母线接线相比，单母分段接线增加了一台母线分段断路器QF以及两侧的隔离开关QS1、QS2。•当负荷量较大且出线回路很多时，还可以用几台分段断路器将母线分成多段，如图5-2。单母线分段接线图5-2单母线分段接线QS-分段隔离开关，QF-分段断路器•2、单母分段的优点及适用范围•（1）优点•单母分段接线能提高供电的可靠性。•当任一段母线或某一台母线隔离开关故障及检修时，自动或手动跳开分段断路器QF，仅有一半线路停电，另一段母线上的各回路仍可正常运行。分段断路器QF分段断路器两侧隔离开关QS1、QS2•重要负荷分别从两段母线上各引出一条供电线路，就保证了足够的供电可靠性。两段母线同时故障的概率很小，可以不予考虑。•当可靠性要求不高时，也可用隔离开关QS将母线分段，故障时将会短时全厂停电，待拉开分段隔离开关后，无故障段即可恢复运行。分段隔离开关QS（2）应用范围•单母线分段接线除具有简单、经济和方便的优点，可靠性又有一定程度的提高，因此在中、小型发电厂和变电所中仍被广泛应用，具体应用范围如下：1）6～l0kV配电装置总出线回路数为6回及以上，每一分段上所接容量不宜超过25MW。2）35～60kV配电装置总出线回路数为4～8回时。3）110～220kV配电装置总出线回路数为3～4回时。•带旁路母线的单母线接线，如图5-3所示。单母线带旁路母线接线(a)(b)图5-3带旁路母线的单母线(或分段)接线(a)单母线不分段带旁路母线接线；(b)单母线分段兼旁路的接线W(WA、WB)-母线；W3-旁路母线；QF-旁路断路器；QS-旁路隔离开关•1、旁路母线的作用•断路器经过长期运行或者开断一定次数的短路电流之后，其机械性能和灭弧性能都会下降，必须进行检修以恢复其性能。•一般情况下，该回路必须停电才能检修。•设置旁路母线的目的就是可以不停电地检修任一台出线断路器(图5-3中加虚线部分后也包括进线断路器)。•要特别指出：旁路母线不能代替母线工作。•2、旁路母线在检修断路器时的操作过程•正常运行时，专用旁路断路器QF及其两侧的隔离开关QS4、QS5断开，每一回出线与旁路母线相连的旁路隔离开关(如QS)也全部断开，旁路母线处于无电状态。•如欲检修某一回出线L4的断路器QF1，应按以下步骤操作[参见图5-3(a)]：（1）合上旁路断路器两侧的隔离开关QS5、QS4。（2）合上旁路断路器QF，对旁路母线充电检查(如旁路母线存在短路则旁路断路器会自动跳开)。（3）如旁路母线充电正常，合上该出线的旁路隔离开关QS。（4）断开欲检修的出线断路器QF1。（5）断开两侧的隔离开关QS2和QS1。•这样该台断路器已停电且被安全地与电源隔离，可以进行检修了。•在上述操作过程中，该出线一直正常运行，没有停电。•在该出线断路器检修期间，由旁路断路器代替被检修的出线断路器工作。•应注意：两者的规格相同，替代前先将旁路断路器保护整定值调整到与该线路断路器的保护整定值相同。•3、由分段断路器兼作旁路断路器•图5-3(b)中不设专用的旁路断路器，而由分段断路器QF兼任。•（1）正常运行时•旁母处于无电状态。•运行于单母分段状态。分段断路器QFQS3断开QS4断开所有出线的旁路隔离开关(如QS)都断开分段断路器QF合上。隔离开关QS1合上隔离开关QS2合上隔离开关QS5断开•（2）检修出线断路器时•分段断路器QF要退出分段功能，临时担任旁路断路器工作。可从A段母线受电经由QS1-QF-QS4给旁路母线充电检查。QS3断开此时QS2断开也可从B段母线受电经由QS2-QF-QS3给旁路母线充电检查。此时QS1断开QS4也断开•A、B两段母线仍然可以并列(合上QS5)运行于单母线状态。QS5合上•4、单母线(或分段)加旁路母线的应用范围•旁路母线系统增加了许多设备，造价昂贵，运行复杂，只有在出线断路器不允许停电检修的情况下，才应设置旁路母线。单母线带旁路母线接线（1）6～10kV屋内配电装置一般情况下不装设旁路母线。•因为其容量不大，供电距离短，易于从其它电源点获得备用电源，还可以采用易于更换的手车式断路器。•只有架空出线很多且用户不允许停电检修断路器时才考虑采用单母分段加旁路母线的接线。（2）35kV配电装置一般不设旁路母线，因为重要用户多为双回路供电，允许停电检修断路器。•如果线路断路器不允许停电检修，在采用单母线分段接线时可考虑增设旁路母线，但多用分段断路器兼作旁路断路器。（3）110～220kV如果采用单母分段，一般应设置旁路母线且以专用旁路断路器为宜。（4）凡采用许多年内都不需检修的SF6断路器者，可不装设旁路母线。•双母线接线具有两组母线，如图5-4所示。•每一回线路都经过线路隔离开关、断路器和两组母线隔离开关分别与两组母线连接。双母线接线图5-4双母线接线QF-母线联络断路器I为工作母线II为备用母线两组母线通过母线联络断路器QF(简称母联)连接。线路隔离开关断路器母线隔离开关母线隔离开关•1、双母线接线的运行状况和特点•（1）单母线运行方式•1）正常运行时•工作母线隔离开关在合上位置，备用母线隔离开关在断开位置。•此时相当于单母线运行。工作母线带电备用母线不带电所有电源和出线回路都连接到工作母线上母联断路器亦断开•2）工作母线故障时•工作母线发生故障将导致全部回路停电，但可在短时间内将所有电源和负荷