电气主接线、配电装置第4章

发输变电专业第4章电气主接线本章主要内容4.1电气主接线设计的基本要求（含接入系统设计要求）；（掌握）4.2各级电压配电装置的基本接线设计；（掌握）4.3电气主接线型式设计；（熟悉）4.4主接线设计中的设备配置；（掌握）4.5发电机及变压器中性点的接地方式。（了解）第4章电气主接线4.0电气主接线的设计依据：发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用。发电厂：大型主力电厂中小型地区电厂企业自备电厂变电所：系统枢纽变电所地区重要变电所一般变电所第4章电气主接线对于发电厂在电力系统中的地位和作用，在电规总院编制的GB/T《火力发电厂设计规范》（报批稿）中第3.1.1款中分为：基本负荷机组：可靠性、稳定性要求高；调峰机组：频繁启停，负荷变化灵活；具有黑启动功能机组：自身能启动；热电联产机组：有较高的供热可靠性；资源综合利用机组：可靠性、灵活性不宜过高。第4章电气主接线发电厂、变电所分期和终期建设规模。发电厂的机组容量：应根据电力系统规划容量、负荷增长率和电网结构等因素进行选择，最大机组容量一般占系统总容量的8～10％为宜。变电所：根据5～10年电力系统发展规划。一般装设2台（组）主变压器；330～500kV枢纽变电站也可装设3～4台（组）主变压器；终端站可只装设1台（组）主变压器。第4章电气主接线负荷大小和重要性（1）对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部一级负荷不间断供电；（2）对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当一个电源失去后能保证全部或大部分二级负荷的供电；（3）对于三级负荷一般只需要一个电源供电。负荷分级GB50052-95供配电系统设计规范当中定义：一级负荷（符合下列情况之一）1.中断供电将造成人身伤亡时；2.中断供电将在政治、经济上造成重大损失时；3.中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。二级负荷（符合下列情况之一）1.中断供电将在政治、经济上造成较大损失时；2.中断供电将影响重要用电单位的正常工作。三级负荷不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。第4章电气主接线系统备用容量大小发电机：系统中需要一定装机备用容量不少于15～20％，以适应负荷突增、机组检修和事故；变电所：装有2台（组）及以上主变压器的变电所，其中1台（组）事故断开，其主变压器容量应保证70％的负荷。在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一、二级负荷。第4章电气主接线系统对电气主接线提供的资料（1）出线的电压等级、回路数、出线方向、每回路输送容量和导线截面。（2）主变压器台数、容量和型式、变压器各侧的额定电压、阻抗、调压范围及各种运行方式下通过变压器的功率潮流。各级电压母线的电压波动值和谐波含量值。第4章电气主接线系统对电气主接线提供的资料（3）静止补偿装置、并联电抗器、串联电容器补偿装置等型式、数量、容量和运行方式。（4）系统的短路容量或归算得电抗值，包括最大、最小运行方式的正、负、零序电抗值。为了进行非周期分量短路电流计算，尚需系统的时间常数或电阻R、电抗X值。（5）变压器中性点接地方式及接地地点的选择。第4章电气主接线系统对电气主接线提供的资料（6）系统内过电压数值及限制内过电压措施。（7）为保证系统的稳定性，提出对大机组超高压电气主接线可靠性的特殊要求。（8）初期及最终发电厂、变电所与系统的连接方式（包括系统单线和地理接线）及推荐的初期和最终主接线方案。第4章电气主接线4.1电气主接线设计的基本要求4.1.1主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求4.1.1.1可靠性：供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。发电厂和电力系统的生产特点是：发、供、用电同时进行，因此要求必须运行可靠。(1)研究主接线可靠性应注意的问题(2)主接线可靠性的具体要求电气主接线的可靠性可靠性应注意的问题：重视国内外长期运行的实践经验及可靠性的定性分析。电气主接线的可靠性衡量标准是运行实践，可靠性的定量分析应建立在准确的基础数据上。电气主接线的可靠性可靠性应注意的问题：主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可简化接线。要考虑发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用。电气主接线的可靠性主接线可靠性的具体要求：1.断路器检修时，不影响对系统的供电；2.断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电；3.尽量避免全厂、全站停运的可能性；4.大机组超高压电气主接线应满足可靠性的要求。电气主接线的灵活性4.1.1.2灵活性适应发电厂、变电所在不同时期不同运行方式下要求的能力。应满足调度灵活性、检修灵活性及扩建灵活性。(1)调度灵活性:灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。电气主接线的灵活性（2）检修灵活性：方便地将断路器、母线及保护装置按计划检修退出运行，进行安全检修而不影响电力系统运行和用户的正常供电。（3）扩建灵活性:容易地从初期接线过渡到最终接线。并要考虑便于分期过渡和扩展，使电气一次和二次设备、装置等改变连接方式的工作量最少。电气主接线的经济性4.1.1.3经济性在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。（1）投资省：应主要体现在以下几个方面：1）主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备；2）避免使继电保护和二次回路过于复杂，以节省二次设备和控制电缆；3）要能限制短路电流，以便于选择价格合理的电气设备或轻型电器；4）在满足安全可靠运行前提下,110kV及以下终端或分支变电所可采用简易电器。电气主接线的经济性（2）占地面积少：主接线设计要为尽可能减少配电装置占地创造条件。（3）电能损失少：经济合理地选择主变压器的型式（双绕组、三绕组或自耦变压器）、容量、台数，要避免因两次变压而增加电能损失。此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽站，为简化主接线，发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。4.1.2接入系统设计要求4.1.2.1发电厂接入系统设计的要求（1）发电厂的规划容量、单机容量、输电方向和送电距离及其在系统中的地位作用。（2）简化电网结构及电厂主接线，减少电压等级及出线回路数，降低网损，调度运行及事故处理灵活。（3）限制系统短路水平的要求。4.1.2接入系统设计要求（4）系统安全稳定水平的影响。（5）发电厂机组容量，一般最大机组容量不超过系统容量的8～10％。（6）发电厂接入系统的电压等级，一般不超过两种。4.1.2接入系统设计要求（7）根据电厂在系统中的地位和作用，不同规模的电厂接入相应电厂的电网。（8）在负荷中心附近，单机容量为600MW及以下时，宜接入330kV及以下电网。（9）向区外送电电厂单机600MW及以上，宜接入高一级电压电网。4.1.2接入系统设计要求4.1.2.2对发电机与主变压器的要求（1）容量为60MW及以下机组的发电厂，接于发电机电压母线的主变压器不应少于两台，其总容量应在考虑逐年负荷发展的基础上满足下列要求：1)发电机电压母线的负荷为最小时，能将剩余功率送人电力系统。2)发电机电压母线的最大一台发电机停运或因供热机组热负荷变动而需限制本厂出力时，应能从电力系统受电，以满足发电机电压母线最大负荷的需要。对发电机与主变压器的要求（2）与容量为600MW级及以下机组单元连接的主变压器，若不受运输条件的限制，宜采用三相变压器；与容量为1000MW级机组单元连接的主变压器应综合运输和制造条件，可采用单相或三相变压器。电规总院编制的GB/T《火力发电厂设计规范》（报批稿）型号SFP-72000/500DFD-240000/500SFP-72000/220DFD-240000/220容量720MVA240MVA720MVA240MVA电压550/20kV550/√3/20kV242/20kV242/√3/20kV阻抗电压%16141814空载损耗(kW)294131260125负载损耗(kW)14674601520480器身重(T)294135250--总油重(T)832960--总重(T)448196385182三相和单相主变压器的主要技术条件和价格经济分析比较表（对600MW级机组接入500kV）万元变压器型式三相变压器单相变压器设备费20953054封闭母线差价040.8运输费估价800150小计28953244.5差价349.5对发电机与主变压器的要求关于发电机的额定功率因数问题：《国家电网生[2004]435号》文件“关于印发《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》的通知”附件，“国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则”中第九条“为了保证系统具有足够的事故备用无功容量和调压能力，并入电网的发电机组应具备满负荷时功率因数在0.85（滞相）～0.97（进相）运行的能力，新建机组应满足进相0.95运行的能力。”对发电机与主变压器的要求电规总院编制的GB/T《火力发电厂设计规范》（报批稿）中3.3.1条的5款：“发电机额定功率因数：处于电网送端的发电机功率因数，一般选择不高于0.9（滞后）；处于受端的发电机功率因数，600MW及以上机组可在0.85～0.9（滞后）中选择”。对发电机与主变压器的要求（3）容量为200MW及以上的发电机与主变压器为单元连接时，该变压器的容量可按发电机的最大连续容量扣除一台厂用工作变压器的计算负荷和变压器绕组的平均温升在标准环境温度或冷却水温度下不超过65℃的条件进行选择。对发电机与主变压器的要求电力规划设计总院编制的《火力发电厂设计规范》中规定：“容量为125MW及以上的发电机与主变压器为单元连接时，该升压变压器的容量宜按发电机的最大连续容量（与汽轮机的最大连续出力匹配值）扣除不能被高压厂用备用变压器替代的高压厂用工作变压器计算负荷后进行选择。变压器在正常使用条件下连续输送额定容量时绕组平均温升不超过65K。”（4）最小机组容量为100MW及以上发电厂的出线电压不应超过两种。发电厂附近少量的负荷宜由地区网供电。（5）当最大机组容量为125MW及以下的发电厂以两种升高电压向用户供电或与电力系统连接时，其主变压器宜采用三绕组变压器，但每个绕组的通过功率应达到该变压器额定容量的15%以上。对发电机与主变压器的要求（6）对潮流变化大和电压偏移大的联络变压器可采用有载调压变压器。根据电规总院编制的GB/T《火力发电厂设计规范》（报批稿）3.2.3条中2项1）款：“若大型电厂处于电网结构比较紧密的负荷中心，出两级电压时，发电厂不宜装设构成电磁环网的联络变压器”。对发电机与主变压器的要求4.1.3国家标准电压系列高压直流输电的系统标称电压：±500kV、±800kV3kV及以上的交流三相系统及相关设备与的标称电压见下表：设备最高电压系统标称电压3.63（3.3）7.261210242040.53572.566126（123）110252（245）22036333055050080075011001000注1：表中数值为线电压。注2：圆括号中的数值为用户有要求时使用。注3：表中前两组数值不得用于公共配电系统。4.2各级电压配电装置的基本接线设计4.2.16～220kV高压配电装置的基本接线对于6～220kV高压配电装置的接线，大致分为两类：（1）有汇流母线的接线：单母线接线、单母线分段接线、双母线接线、双母线分段接线、一台半断路器接线、三分之四接线、增设旁路母线的接线等。（2）无汇流母线的接线：线路－变压器组单元接线、扩大单元接线、联合单元接线、桥形接线、角形接线等。4.2.1.1变压器－线路单元接线（1）优点：接线最简单、设备最少，不需要高压配电装置。（2）缺点：线路故障或检修时，变压器停运；变压器故障或检修时，线路停运。（3）适用范围：①只有一台变压器和一回线路时；②过渡接线时。4.2.1.2桥形接线两回变压器－