电气主接线及设计.ppt
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1、第四章 电气主接线及设计,定性分析和衡量主接线可靠性 断路器检修时,能否不影响供电; 线路、断路器或母线故障与检修时,停运回路数多少和停电时间的长短,以及能否保证对I、类负荷的供电; 发电厂或变电站全部停电的可能性; 大机组突然停运,对系统稳定运行影响与后果。,主接线是发电厂、变电站电气部分主体,是电力系统网络结构的重要组成部分,直接影响运行可靠性、灵活性;对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定有决定性的影响。因此,主接线的设计,必须综合处理各个方面因素,经技术、经济论证后确定。,主要内容:本章以电气主接线设计为中心,介绍对主接线的基本要求、典型接线形式以及主要设备的作用
2、、配置原则,并对变压器选择、限制短路电流的方法等进行了详尽的分析;综合阐述了各种类型发电厂或变电站电气主接线的特点和主接线设计的一般原则、步骤。,4-1 电气主接线设计原则和程序,一、对电气主接线的基本要求,1、可靠性,安全可靠是电力生产的首要任务,保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。停电不仅给发电厂造成损失,而且给国民经济各部门带来的损失将更加严重。,(1)发电厂或变电站在电力系统中的地位和作用; (2)负荷性质和类别; (3)设备的制造水平; (4)长期实践运行经验。,2、灵活性,(1)操作的方便性; (2)调度的方便性; (3)扩建的方便性。,3、经济性,(1)节省一次投资;(2)占地
3、面积少;(3)电能损耗少。,根据任务书要求,经过原始资料分析,对电源和出线回路、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等不同的考虑,拟定出若干方案。从技术上论证并淘汰一些明显不合理方案,保留23个技术上相当的方案,进行经济比较。最终确定出在技术上合理、经济上可行的最终方案。,包括发电厂类型、设计规划容量、单机容量及台数,最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。,以设计任务书为依据,以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳,结合工程实际情况,在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下,兼顾运行、维护方便,尽可能地节省投资,就近取材,力争设备元件和设计的先进性与可靠性,坚持可靠、先进
4、、适用、经济、美观的原则。,二、电气主接线设计的原则,三、电气主接线的设计程序,1、对原始资料分析,(1)工程情况,(2)电力系统情况,包括电力系统近期及远景发展规划,发电厂或变电站在电力系统中的位置和作用,本期工程和远景与电力系统连接方式及各级电压中性点接地方式等。,(3)负荷情况,包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。,(4)环境条件,包括当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度及地震等因素,对主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均有影响。,(5)设备供货情况,为使所设计的主接线具有可行性,必须对各主要电气设备的性能、制造能力和供货情况、价格等
5、资料汇集并分析比较。,2、主接线方案的拟定与选择,3、短路电流计算和主要电器选择,4、绘制电气主接线图,5、编制工程概算,4-2 主接线的基本接线形式,一、单母线接线及单母线分段接线,1、单母线接线,接线特点,操作原则,应用,优点,缺点,2、单母线分段接线,分段作用,分段数目,应用,610kV出线在6回及以上时,每段所接容量不超过25MW;3560kV出线回路数不超过8回;110220kV出线回路数不宜超过4回。,二、双母线接线及双母线分段接线,1、双母线接线,(1)检修任一组母线都不必停止对用户供电,(2)一组母线故障后能迅速恢复供电,(3)检修任一组母线隔离开关不影响其它回路运行,(4)检
6、修任一出线断路器可用母联断路器代替其工作,双母线接线的适用范围 (1)610kV配电装置,当短路电流较大出线需带电抗器; (2)3560kV配电装置当出线回路超过8回时,或连接的电源较多、负荷较大。 (3)110220kV配电装置出线回路为5回及以上时。,2、双母线分段接线,应用:610kV进出线或电源较多,输送功率较大时,为限制短路电流,选择轻型设备,常采用双母线三分段。 220500kV容量较大的发电厂或变电所高压接线,有时采用双母线三分段或四分段接线。,三、带旁路母线的单母线和双母线接线,普通单母线带旁路母线接线,1、单母线带旁路母线的接线,单母线分段带旁路接线,利用分段兼旁路(旁路兼分
7、段) 单母线分段接线,单母线(或分段)带旁路母线的应用范围 (1)610kV屋内配电装置一般情况下不装设旁路母线。 (2)3560kV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)110220kV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SF6断路器的接线,可不装设旁路母线。,2、双母线带旁路母线的接线 (1)普通双母线带旁路母线的接线,(2)利用旁路兼母联(母联兼旁路)的双母线带旁路接线,3、旁路母线设置的原则,110kV
8、出线在6回及以上、220kV出线在4回及以上时,宜采用带专用旁路断路器的旁路母线。 在出线回数较少的情况下,为节省投资,采用母联断路器或分段断路器兼作旁路断路器的接线方式。 下列情况下,可不设置旁路设施 (1)允许断路器停电检修时(如双回路供电的负荷); (2)中小型水电站枯水季节允许停电检修出线断路器时; (3)采用六氟化硫(SF6)断路器及封闭组合电器(GIS)时。,4、电源侧断路器是否接入旁路母线,变电站主变压器可靠性较高,通常不需检修,但是高压侧断路器有定期检修需要,则应接入; 发电厂升压变压器高压侧断路器的定期检修,可安排在发电机组检修期同步进行,则不需接入。,5、设置旁路设施,每两
9、回进出线用3台断路器构成一串,接在二组母线之间,因而称3/2断路器接线,也称一台半断路器接线。,1、一台半断路器接线,四、一台半断路器及4/3接线,(1)3/2断路器接线的特点,操作方便;,(2)配置原则,电源与负荷尽量布置在同一串上,避免在联络断路器故障时,使两条电源或两条出线同时被切除;,可靠性高;,调度灵活;,投资较大,保护较复杂。,检修方便;,当接线仅为两串时,同名回路宜分别接入不同侧的母线(交叉接线),进出线应装设隔离开关。,(3)交叉接线特点,(4)适用范围,3/2断路器接线是现代大型电厂和变电所超高压、特高压配电装置,对供电可靠性要求较高时常用接线形式。,2、4/3接线,4/3接
10、线的一个串中有4台断路器,连接3回进出线回路。,应用 通常用于发电机台数(进线)大于线路(出线)数的大型水电厂,以便实现在一个串的3个回路中电源与负荷容量相互匹配;与一台半断路器接线相比,投资节省,但可靠性有所降低,布置比较复杂。,(1)与3/2接线相比有何特点,(2)应用范围,五、变压器母线接线,六、单元接线 1、发电机-双绕组变压器单元接线,优点, 存在的技术问题,当主变发生故障,除了跳主变高压侧断路器外还需跳发电机磁场开关。 由于大型发电机时间常数较大,即使磁场开关跳开后,一段时间内通过发变组的故障电流仍很大;若磁场开关拒跳,则后果更为严重。,发电机故障时,若变压器高压侧断路器失灵拒跳,
11、只能通过失灵保护出口启动母差保护或发远方跳闸信号使线路对侧断路器跳闸; 若因通道原因远方跳闸信号失效,则只能由对侧后备保护切除故障,故障切除时间大大延长,会造成发电机、主变压器严重损坏。,接线简单,开关设备少,操作简便。,发电机故障跳闸时,将失去厂用工作电源,而这种情况下备用电源的快速切换极有可能不成功,因而机组面临厂用电中断的威胁。,2、发电机-三绕组变压器(自耦变压器)单元接线,3、发电机-变压器-线路单元接线,4、发电机-双绕组变压器扩大单元接线,5、发电机-分裂变压器扩大单元接线,当只有2台变压器和2条线路时,宜采用桥形接线。桥形接线,根据桥断路器的安装位置,可分为内桥接线和外桥接线两
12、种。,七、桥形接线,1、内桥接线,适用于线路较长和变压器不需要经常切换的情况。,2、外桥接线,适用于线路较短和变压器需要经常切换的情况。 另外当系统中有穿越功率通过高压侧,或桥形接线的2条线路接入环网时。,优缺点 适用范围 小容量发电厂或变电站,以及作为最终将发展为单母线分段或双母线接线的初期接线方式,角形接线断路器数等于电源回路和出线回路的总数,断路器接成环形电路,电源回路和出线回路都接在2台断路器之间,多角形接线的“角”数等于回路数,等于断路器数。,八、角形接线,1、三角形接线,2、四角形接线,优点,缺点,断路器数目较少; 任一台断路器检修时,不需要繁琐 的操作,不影响任何回路供电; 无母
13、线,不存在母线故障产生的影响; 任一回路故障,只跳开与其相连的两台断路器,不影响其它回路运行。 操作方便,所有隔离开关,只用于检修时隔离电源,误操作机会少。,检修任何一台断路器时,开环运行,如此时出现故障,将造成解列; 设备选择困难,继电保护装置复杂化。,配置原则,电源应尽量配置在多角形的对角上,使所选电气设备的额定电流不致过大; 当有故障发生解列开环时,不至于使负荷失去电源。,应用,多角形接线,一般用于回路数较少、不适用于回路数较多的情况。一般最多用到六角形,以减少开环运行所带来的不利影响。 适用于110kV及以上的配电装置。,九、典型主接线分析 1、火力发电厂电气主接线 (1)地方性火电厂
14、的特点,建设在城市附近或工业负荷中心; 为提高能源利用率和环境保护要求,逐步对小火电实行关停的政策,当前在建或运行的地方性火电厂多为热电厂,以推行热电联产,在提供蒸汽和热水热能的同时,生产的电能大部分都用发电机电压直接送给地方用户,只将剩余的电能以升高电压送往电力系统。一般热电厂的单机容多为中小型机组。通常电气主接线包括发电机电压接线及12级升高电压级接线。,(2)区域性火电厂,建在煤炭生产基地附近,为凝汽式电厂,一般距负荷中心较远,电能几乎采用高压或超高压输电线路送至远方,担负着系统的基本负荷,装机总容量在1000MW以上,单机容量为200MW以上,目前以600MW为主力机组。,2、水力发电
15、厂电气主接线,(1)一般远离负荷中心,当地负荷很小甚至没有,电能绝大部分要以较高电压输送到远方。主接线不设发电机电压母线,多采用发变组单元接线或扩大单元接线。 (2)主接线应力求简单,主变台数和高压断路器数量应尽量减少,高压配电装置应布置紧凑、占地少,以减少土石方开挖量和回填量。 (3)装机台数和容量大都一次确定,高压配电装置也一次建成,不考虑扩建问题。 (4)水轮发电机组启动快,常在系统中担任调频、调峰及调相任务,因此机组开停频繁,运行方式变化大,主接线应具有较好的灵活性。 (5)水轮发电机组的运行控制比较简单,较易实现自动化,为此主接线应尽力避免以隔离开关作为操作电器。,3、变电站电气主接
16、线,变电站主接线的设计应根据变电站在电力系统中的地位、负荷性质、出线回路数等条件和具体情况确定。 通常变电站主接线的高压侧,应尽可能采用断路器数目较少的接线,以节省投资,可采用桥形、单母线、双母线接线及角形接线等。如果变电站电压为超高压等级,又是重要的枢纽变电站,宜采用双母线分段带旁路接线或采用一台半断路器接线。,变电站低压侧常采用单母分段接线或双母接线,以便于扩建。610kV馈线应选轻型断路器,如SNl0型少油断路器或ZNl3型真空断路器;若不能满足开断电流及动稳定和热稳定要求时,应采用限流措施。 变电站限制短路电流方法,变压器低压侧分列运行;若分列运行仍不能满足要求,则可装设分裂电抗器或出
17、线电抗器,一般尽可能不装限流效果较小的母线电抗器。,发电厂中用来向电力系统或用户输送电能的变压器称为主变压器; 用于联接两个升高电压等级并可相互交换功率的变压器称为联络变压器; 只供发电厂本身用电的变压器称厂用变压器。 除发电机外,主变压器是发电厂中最为贵重的大型电气设备。 主变压器台数、容量和型式的选择是否合理,对发电厂的安全经济运行至关重要。,4-3 主变压器的选择,一、主变压器容量和台数的确定原则,主变压器容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外,还应根据电力系统510年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素,
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