第二章 电气主接线

第二章电气主接线电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送方式和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离开关、线路等。它们的连接方式，对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。一般在研究主接线方案和运行方式时，为了清晰和方便，通常将三相电路图描绘成单线图。在绘制主接线全图时，将互感器、避雷器、中性点设备、电容器以及载波通信用的通道加工元件如阻波器等也表示出来。对一个电厂而言，电气主接线在电厂设计时就根据机组容量、电厂规模及电厂在电力系统中的地位等，从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性等方面，经综合比较后确定。它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况。第一节发电厂电气主接线的基本形式660MW汽轮发电机组电厂有关的基本接线形式有：双母线接线、一个半断路器接线（3／2接线）、桥型接线、单元接线等。2.1.1双母线接线2.1.1.1一般双母线接线如图2－1所示，它具有两组母线：工作母线Ⅰ和备用母线Ⅱ。每回线路都经一台断路器和两组隔离开关分别接至两组母线，母线之间通过母线联络断路器（简称母联）QFb连接，称为双母线接线。有两组母线后，使运行的可靠性和灵活性大为提高，其特点如下：（1）检修任一组母线时，不会停止对用户连续供电。例如：检修母线Ⅰ时，可把全部电源和负荷线路切换到母线Ⅱ上。（2）运行调度灵活，通过倒换操作可以形成不同的运行方式。当母联断路器闭合，进出线适当分配接到两组母线上，形成双母线同时运行的状态。有时为了系统的需要，亦可将母联断路器断开（处于热备用状态），两组母线同时运行。此时这个电厂相当于分裂为两个电厂各自向系统送电。显然，两组母线同时运行的供电可靠性比仅用一组母线运行时高。（3）在特殊需要时，可以用母联与系统进行同期或解列操作。当个别回路需要独立工作或进行试验（如发电机或线路检修后需要试验）时，可将该回路单独接到备用母线上进行。2.1.1.2带有旁路母线的双母线接线一般双母线接线的主要缺点是：检修线路断路器会造成该回路停电。为了检修线路断路器时不致造成停电，可采用带旁路母线的双母线接线，如图2－2所示。在每一回路的线路侧装一组隔离开关（旁路隔离开关）QS，接至旁路母线Ⅲ上，而旁路母线再经旁路断路器及隔离开关接至两组母线上。图2－2中设有专用的旁路断路器QF。要检修某一线路断路器时，基本操作步骤是：先合旁路断路器两侧的隔离开关（母线侧合上一个），再合上旁路断路器QF对旁路母线进行充电与检查；若旁路母线正常，则待修断路器回路上的旁路隔离开关两侧已为等电位，可合上该旁路隔离开关；此后可断开待修断路器及其两侧隔离开关，对断路器进行检修。此时该回路已通过旁路断路器、旁路母线及有关旁路隔离开关向其送电。2.1.1.3双母线分段接线图2－3为双母线分段接线。用分段断路器QF3把工作母线Ⅰ分段，每段分别用母联断路器QF1和QF2与备用母线Ⅱ相连。这种接线比一般双母线接线具有更高的供电可靠性和灵活性。但由于断路器较多，投资大，一般在进出线路数较多（如多于8回线路）时可能用这种接线。双母线接线具有供电可靠、检修方便、调度灵活及便于扩建等优点，在我国大中型电厂和变电所中广泛采用。但这种接线所用设备多，在运行中隔离开关作为操作电器，较易发生误操作。特别是，当母线系统发生故障时，需短时切除较多电源和线路，这对特别重要的大型发电厂和变电所是不允许的。2.1.2一个半断路器接线如图2－4所示，每两个元件（出线或电源）用三台断路器构成一串接至两组母线，称为一个半断路器接线，又称3／2接线。在一串中，两个元件（进线或出线）各自经一台断路器接至不同母线，两回路之间的断路器称为联络断路器。运行时，两组母线和同一串的三个断路器都投入工作，称为完整串运行，形成多环路状供电，具有很高的可靠性。其主要特点是：任一母线故障或检修，均不致停电；任一断路器检修也不引起停电；甚至于两组母线同时故障（或一组母线检修另一组母线故障）的极端情况下，功率仍能继续输送。一串中任何一台断路器退出或检修时，这种运行方式称为不完整串运行，此时仍不影响任何一个元件的运行。这种接线运行方便、操作简单，隔离开关只在检修时作为隔离电器。在装设600MW机组及以上等级的大容量电厂中，广泛采用3／2接线。在电厂第一期工程中，一般是机组和出线较少，例如：只有两台发电机和两回出线，构成只有两串3／2接线。在此情况下，电源（进线）和出线的接入点可采用两种方式：一种是交叉接线，如图2－5（a）所示，将两个同名元件（电源或出线）分别布置在不同串上，并且分别靠近不同母线接入，即电源（变压器）和出线相互交叉配置；另一种是非交叉接线（或称常规接线），如图2－5（b）所示，它也将同名元件分别布置在不同串上，但所有同名元件都靠近某一母线一侧（进线都靠近一组母线，出线都靠近另一组母线）。通过分析可知，3／2交叉接线比3／2非交叉接线具有更高的运行可靠性，可减少特殊运行方式下事故扩大。例如：一串中的联络断路器（设502）在检修或停用，当另一串的联络断路器发生异常跳闸或事故跳闸（出线L2故障或进线T2回路故障）时，对非交叉接线将造成切除两个电源，相应的两台发电机甩负荷，电厂与系统完全解列；而对交叉接线而言，至少还有一个电源（发电机－变压器组）可向系统送电，L2故障时T2向L1送电，T2故障时T1向L2送电，仅是联络断路器505异常跳开时也不破坏两台发电机向系统送电。交叉接线的配电装置的布置比较复杂，需增加一个间隔。应当指出，当3／2接线的串数多于两串时，由于接线本身构成的闭环回路不止一个，一个串中的联络断路器检修或停用时，仍然还有闭环回路，因此不存在上述差异。2.1.3桥形接线当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线的断路器最少，如图2－6所示。依照连接桥对于变压器的位置可分为内桥和外桥。运行时，桥臂上的联络断路器QF处于闭合状态。当输电线路较长故障机率较多两台变压器又都经常运行时，采用内桥接线较适宜；而在输电线路（以下简称线路）较短、且变压器随经济运行要求需经常切换或系统有穿越功率流经本厂（如两回线路均接入环形电网）时，则采用外桥接线更为适宜。在内桥接线中，当变压器故障时，需停相应线路；在外桥接线中，当线路故障时，需停相应的变压器；而且在桥式接线中，隔离开关又作为操作电器，所以桥式接线可靠性较差。但由于这种接线使用的断路器少、布置简单、造价低，往往在35～220KV配电装置中得到采用。在660MW机组的发电厂中，桥式接线只可能在停机／备用变压器的高压侧使用，而不使用于主机。2.1.4单元接线2.1.4.1发电机－变压器组单元接线发电机出口，直接经变压器接入高电压系统的接线，称为发电机－变压器组单元接线。实际上，这种单元接线往往只是电厂主接线中的一部分或一条回路。根据以往事故经验及世界发展方向，660MW及以上机组出口装设断路器有其突出优点，故我厂发电机出口安装一台断路器和一台隔离开关。发电机出口装设断路器有其突出的优点，理由是：（1）发电机组解、并列时，可减少主变压器高压侧断路器操作次数，特别是500KV或220KV为一个半断路器接线时，能始终保持一串内的完整性。当电厂接线串数较少时，保持各串不断开（不致开环），对提高供电送电的可靠性有明显的作用。（2）起停机组时，可用厂用高压工作变压器供厂用电，减少了厂用高压系统的倒闸操作，从而提高了运行可靠性。当厂用工作变压器与厂用停机/备用变压器之间的电气功角δ相差较大（一般大于15°）时，这种运行方式更为需要。（3）当发电机出口有断路器时，厂用备用变压器的容量可与工作变压器容量相等，甚至更小，且厂用高压备用变压器的台数可以减少。如我国规程规定，两台机组（不设出口断路器）要设置一台厂用备用变压器，而前苏联的设计一般为6台机组设置一台厂用备用变压器。发电机出口装设断路器所带来的缺点是：（1）在发电机回路增加了一个可能的事故点。在发电机出口至主变压器之间采用封闭母线时，此段线路范围的故障可能性降低。（2）大电流大容量断路器（或负荷开关）投资较大。2.1.4.2发电机－变压器－线路组单元接线发电厂每台主变压器高压侧直接与一条输电线路相连接，单独送电。发电厂内不设开关站。各台主变压器之间没有电气连接。厂内主变压器台数与线路条数相等。每台发电机－变压器组单元各自单独送电至一个或多个开关站或变电所。主变压器高压侧在厂内也可装设一台高压断路器，作为元件保护和线路保护的断开点，也可作为同期操作之用。综合运行的可靠性、灵活性及经济性，京能宁东电厂主接线采用3/2接线方式，并在发电机出口设置断路器及隔离开关，具有FCB功能，可以在系统故障的情况下孤岛运行，作为系统的黑启动电源。第二节京能宁东电厂一期2×660MW机组电气主接线系统京能宁东电厂一期安装两台660MW超临界燃煤发电机组，发电机经主变压器输送至750kV系统。发电机经出口断路器送至主变压器，然后经额定电压为20kV的三台单相双绕组、容量为3×260MVA，800/√3±2×2.5%／20kV的主变升压后送至750kV系统。电气主接线采用3/2接线方式，发电机出口装设断路器。2.2.1750kV系统概述京能宁东电厂设计为山东地区送电。电厂先将750KV超高压电送至距离电厂15公里的银川东变电所，再由变电所的直流换流站转换为直流电送至山东。750kV系统主接线采用一个半断路器接线，发电机出口设置断路器。按规划容量，750kV配电装置主变进线4回出线2回。一期工程750kV配电装置主变进线2回（#1、#2主变）出线2回（东银1、东银Ⅱ），构成2个完整串；750kV隔离开关的配置：断路器两侧均装设隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源；为方便主变、高厂变、高公变及线路检修，750KV系统进出线回路及发电机出口断路器后均装设隔离开关。750kV电压互感器的配置：每回进出线的三相上装设电压互感器；每组母线的C相上装设电压互感器；母线电压互感器有3个二次线圈、其余电压互感器有4个二次线圈。750kV电流互感器的配置：每完整串设置6×4组电流互感器，每个电流互感器有7个二次绕组。发电机出线端和中性点端的出线套管上各装设4组电流互感器，发电机出线端配置3组电压互感器和1组避雷器。发电机出口断路器出口配置1组电压互感器和1组避雷器。发电机中性点经二次侧带有接地电阻的配电变压器接地。目的是限制发电机电压系统发生弧光接地时所产生过电压不超过额定电压的2.6倍，以保证发电机及其他设备的绝缘不被击穿。其二次侧负荷电阻作用是消除谐振，并在电阻上并联接地检测继电器，提供发电机定子绕组接地保护。国内有专家极力推荐用消弧线圈接地，因为经配电变压器高阻接地方式使接地故障电流比自然电容电流大1.414倍以上，但是经消弧线圈谐振接地缺乏实践，特别是在大型汽轮发电机上的经验积累。目前，大多数660MW机组还是采用经配电变压器高阻接地。发电机与发电机出口断路器、励磁变之间，发电机出口隔离刀闸与主变、高厂变、高公变之间的连接均采用全连式分相封闭母线，高厂变、高公变从发电机出口隔离开关与主变低压侧之间T接。励磁变从发电机与发电机出口断路器之间引接。厂用变压器分支引出线和电压互感器分支引出线采用分相封闭母线。励磁系统采用全静态可控硅整流的自并励方式，其励磁变电源从发电机与发电机出口断路器之间引接。主变压器中性点直接接地。停机/备用电源由厂外徐家庄变电站110kV系统引接。2台机组设1台三相双绕组有载调压停机/备用变压器，额定容量为31.5MVA。2.2.2京能宁东电厂一期750kV主接线图2.2.3750kV主接线形式和特点在发电机-变压器组接线中，发电机经发电机出口断路器与主变相连，主变再经过出口隔离开关和两台断路器与750kV母线相连。发电机出口断路器及主变出口的两台断路器作为发变组保护和线路保护的断开点，也作为同期操作用。750kV升压站设置两条母线，两回进线、两回出线构成两个完整串，第一串采用了交叉接线方式