1、第五章 电气主接线,教学要求1、概述2、电气主接线的基本接线形式3、各类发电厂电气主接线的特点4、发电厂主变压器的选择5、限制短路电流的方法6、电气主接线设计复习与思考,7/25/2023,1,教学要求：掌握电气主接线的基本形式、接线特点及应用了解发电厂变电站电气主接线的设计步骤；掌握电气主接线设计中的主变压器的选择和方案的经济技术比较。重 点：常用主接线的接线特点及适用范围难 点：倒闸操作和技术经济比较确定最优方案,返回,7/25/2023,2,第一节 概述,一、电气主接线的基本概念1、电气一次回路 在水电站中，由各种一次电气设备及其连接所组成的输送和分配电能的电路。2、电气主接线及电气主接
2、线图电气主接线：在发电厂和变电所中，各高压电气设备，以及将它们连接在一起的高压电缆和母线，构成了电能生产、汇集和分配的电气主回路。电气主接线图：电气一次回路中，电气设备根据它们的作用，按照连接顺序，用规定的文字和符号绘成的图形。电气主接线图 电气主接线方式就表现在本图中的控制屏上，以及计算机上显示。,返回,下一页,7/25/2023,3,7/25/2023,4,图5-1,返回,7/25/2023,5,表5-1 主要设备的图形符号和文字符号表,返回,7/25/2023,6,7/25/2023,7,二、对电气主接线的基本要求,1、保证必要的供电可靠性和电能的质量要求供电可靠性为99.80%2、具有
3、一定的运行灵活性应该满足调度、检修、扩建等灵活性要求。3、技术上先进，经济上合理节省投资、降低电能损耗、减少占地4、操作应尽可能简单、方便；5、应具有扩建的可能性,上一页,返回,7/25/2023,8,第二节 电气主接线的基本接线形式,1、概述2、单母线接线3、单母线分段接线4、单母线分段加装旁路母线接线5、双母线接线6、双母线分段接线7、双母线带旁路母线接线8、一台半断路器接线9、单元接线及扩大单元接线10、桥形接线和角形接线,返回,7/25/2023,9,一、几个基本概念：汇流母线：起汇集和分配电能的作用，也称汇流排。进、出线：进线指电源，出线指线路。断路器、隔离开关（母线、线路）、接地刀
4、闸。电气主接线的基本接线形式：1、单母线：只有一条汇流母线2、双母线：有两条汇流母线3、无母线：无汇流母线,5-2-1 概述,返回,下一页,二、有汇流母线：单母线、单母线分段，双母线，双母线分段；增设旁路母线或旁路隔离开关，一倍半断路器接线，变压器母线组接线等。三、无汇流母线：单元接线、桥形接线、角形接线等。,7/25/2023,10,四、断路器与隔离开关的操作1、送电操作顺序：先合上断路器两侧的隔离开关，再投入断路器。2、停电检修操作顺序：先断开断路器，再断开断路器两侧的隔离开关。待线路对方停电后，再合上接地刀闸。为了防止误操作，除严格按照操作规程实行操作票制度外，还应在隔离开关和相应的断路
5、器之间，加装电磁闭锁、机械闭锁或电脑钥匙等闭锁装置。五、倒闸操作的基本概念 1、电气设备的状态电气设备有运行、热备用、冷备用和检修四种不同的状态。1）运行状态：是指断路器及隔离开关都在合闸位置，电路处于接通状态。,返回,下一页,7/25/2023,11,五、倒闸操作的基本概念,2）热备用状态：是指断路器在断开位置，而隔离开关仍在合闸位置，其特点是断路器一经操作即可接通电源。3）冷备用状态：是指设备的断路器及隔离开关均在断开位置。其显著特点是该设备(如断路器)与其它带电部分之间有明显的断开点。4）检修状态：是指设备的断路器和隔离开关均已断开，并采取了必要的安全措施。电气设备检修根据工作性质可分为
6、断路器检修和线路检修等。2、倒闸操作的概念,将电气设备由一种状态转变到另一种状态的过程叫倒闸，所进行的操作被称为倒闸操作。所谓改变电气设备的状态，就是拉开或合上某些断路器和隔离开关，包括断开或投入相应的直流回路；改变继电保护和自动装置的定值或运行状态；拆除或安装临时接地线等。,7/25/2023,12,5-2-2 单母线接线,接线图,2、工作特点：简单、清晰、设备少。可靠性不高，灵活性差。当母线故障或检修或母线隔离开关检修时，整个系统全部停电。断路器检修期间也必须停止该回路的供电。送电操作：先合母线侧隔离开关，再合线路侧隔离开关，最后合断路器。停电操作：先断断路器，再断线路侧隔离开关，最后断母
7、线侧隔离开关,1、结构特点,返回,下一页,7/25/2023,13,3、适用范围小型骨干水电站台以下或非骨干水电站发电机电压母线的接线；10kV出线（含联络线）回路回；35kV出线（含联络线）回路回；110kV出线（含联络线）回路回。,练习：试画出三个电源，三回出线的单母线不分段接线图,返回,7/25/2023,14,5-2-3 单母线分段接线,接线图,2、工作特点：减少母线故障或检修时的停电范围。断路器检修期间必须停止该回路的供电。母线分段的数目，通常以2 3分段为宜，分段太多增加了分段断路器。3、适用范围：610kV配电装置出线6回及以上；35kV出线数为48回；110220kV出线数为3
8、4回。,1、结构特点,返回,7/25/2023,15,5-2-4 单母线分段加装旁路母线接线,接线图,（分段断路器QF1兼旁母断路器）,1、旁路母线的作用不停电检修进出线断路器。2、操作方式（检修QF4，且WL4不停电）如A、B段经QF1和QS1、QS2并列运行，则闭合QS5断开QF1断开QS1闭合QS3闭合QF1使W3带电（不要首先闭合QS8）。此时若W3隐含故障，则由继电保护装置动作断开QF1。若W3充电正常，操作可以继续进行：合上QS8断开QF4。这时WL4由母线BQS2QF1QS3 W3QS8 WL4供电。并由QF1替代断路器QF4。QF4检修前，应把QS6、QS7断开。3、适用范围:
9、中小型发电厂和35110kV的变电所。,返回,7/25/2023,16,5-2-5 双母线接线,1、接线图与结构特点：具有两组母线W1，W2。每一回路经一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线连接，母线之间通过母线联络断路器QF（简称母联）连接。,电源1,电源2,2、运行方式母联QF断开，一组母线工作，另一组母线备用，全部进出线接于运行母线上。母联QF断开，进出线分别接于两组母线，两组母线分裂运行。母联QF闭合，电源和馈线平均分配在两组母线上。3、优点检修一组母线，可使回路供电不中断；一组母线故障，部分进出线会暂时停电。供电可靠，调度灵活，又便于扩建。,返回,下一页,7/25/2023,17,4
10、、双母线接线的倒母线操作（倒闸操作）闭合母联两侧的隔离开关QS1，QS2，合QF向备用母线充电；若备用母线带电后一切正常，下一步则先接通回路接于备用母线侧的隔离开关，然后断开回路接于工作母线上的隔离开关，这就是所谓的“先通后断”的原则；待全部回路操作完成后，断开母联断路器及其两侧的隔离开关。,5-2-5 双母线接线,5、适用范围大中型发电厂和变电所。,返回,7/25/2023,18,5-2-6 双母线分段接线,1、接线图特点,2、特点:工作母线分成2段，即母线II，III段，备用母线I不分段，QF1，QF2为母联，QF3为分段断路器。正常工作时，II，III段工作，I段备用。,QF1,QF2,
11、QF3 L,返回,3、适用范围:610kV配电装置中；220kV电压进出线回路数甚多时，也采用双母线四分段的接线。,7/25/2023,19,5-2-7 双母线带旁路母线接线,接线图,返回,7/25/2023,20,5-2-8 一台半断路器接线,1、接线图：在母线W1，W2之间，每串接有三台断路器，两条回路，每二台断路器之间引出一回线，故称为一台半断路器接线，又称二分之三接线。,2、结构特点：3、适用范围：大型电厂和变电所的超高压配电装置,返回,下页,7/25/2023,21,4、工作特点：具有更高的供电可靠性及运行灵活性。母线故障，只跳开与此母线相连的断路器，任何回路不停电。隔离开关不作操作
12、电器，减少了误操作的几率。使用设备较多，投资较大，二次控制接线和继电保护配置也比较复杂。,5-2-8 一台半断路器接线,返回,7/25/2023,22,5-2-9 单元接线,1、单元接线接线图：如图所示,单元接线的优点：接线简单清晰，不设发电机电压母线，发电机或主变压器低压侧故障时短路电流减小,电气设备减少,投资减少,操作简便,继电保护简化。,单元接线的缺点：对于发电机-变压器单元接线，当一组单元中某个元件故障或检修时，整个单元将停止运行。对于发电机-三绕组（或自耦）变压器单元接线，一个电压级断路器外侧发生故障时，另外两侧还可维持运行。,7/25/2023,23,5-2-9 扩大单元接线,2、
13、扩大单元接线图：如图所示,扩大单元接线与单元接线相比，其优点有：(1)减少了主变压器和主变高压侧的断路器的数量，减少了高压侧连线回路数，从而简化了高压侧接线，节省了投资和场地。(2)任一机组停机都不影响自用电的供给。,其缺点有：当变压器发生故障或检修时，该扩大单元的所有发电机的电能都不能送出，同时，这种扩大单元接线中扩大单元的容量受到限制。扩大单元接线在我国许多大中型水电站中获得了广泛的应用。联合扩大单元接线的原理与扩大单元接线基本相同，其特点是可以节省母线。,7/25/2023,24,5-2-10 桥形接线,4、内桥与外桥接线的比较及适用范围1）内桥：输电线路较长，故障机会较多，而变压器又不
14、需要经常切换时采用。2）外桥：线路较短，变压器经常切换或高压侧有“穿越功率”时采用。,1、桥形接线可分为：内桥与外桥接线，如图所示2、桥形接线的结构特点：,3、桥形接线的工作特点：1）优点：高压电器少，布置简单，造价底，容易扩展为单母线或双母线接线。2）缺点：可靠性不太高，切换操作比较麻烦。,7/25/2023,25,5-2-10 角形接线,1、角形接线：如图所示2、角形接线的结构特点,3、角形接线的工作特点1）优点：使用断路器的数目少，经济性较好；每一回路由两台断路器供电，可靠性和灵活性高；隔离开关只用于检修，不作操作电器，误操作可能性小。2）缺点：开环运行与闭环运行时工作电流相差很大，继电
15、保护整定和控制比较复杂。4、适用范围：35回的110kV及以上的配电装置中，角形接线一般不超过六角。,7/25/2023,26,第三节 各类发电厂电气主接线的特点,一、火力发电厂电气主接线的特点（略讲）二、水力发电厂的电气主接线1、水力发电厂电气主接线的特点2、大型水力发电厂电气主接线3、中型水力发电厂电气主接线,返回,7/25/2023,27,1、水力发电厂电气主接线的特点,1）水力发电厂一般建在远离负荷中心，因此多采用单元接线和扩大单元接线。2）水力发电厂电气主接线应力求简单。3）不考虑扩建的问题4）接线应具有较好的灵活性5）接线应尽可能避免以隔离开关作为操作电器,返回,7/25/2023
16、,28,2、大型水力发电厂电气主接线,参见P130，图5-17 为两个大型水力发电厂电气主接线：(a)为某大型水力发电厂电气主接线，（b）为大江电厂主接线图,返回,下一页,7/25/2023,29,3、中型水力发电厂电气主接线,返回,7/25/2023,30,7/25/2023,31,第四节 发电厂主变压器的选择,1、概念2、变压器容量、台数、电压的确定原则3、主变压器型式的选择原则,返回,7/25/2023,32,一、概念,返回,为什么要进行主变压器的选择？主变是主接线的核心环节。主变容量选择太大或台数太多，会造成投资浪费，增加系统运行费用；容量太小或台数太少，又无法满足负荷的供电需求，同时
17、也会使发电机的发电能力得不到充分利用。主变压器的选择包括主变压器容量、台数的确定和型式的选择。,1、主变压器：向电力系统或用户输送功率的变压器。2、联络变压器：用于两种电压等级之间交换功率的变压器。3、自（厂）用电变压器：只供厂、所用电的变压器。,7/25/2023,33,二、变压器容量、台数、电压的确定原则,依据输送容量等原始数据，考虑电力系统510年的发展规划。1、单元接线主变压器容量按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度；扩大单元接线应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量与所连的发电机容量配套。,返回,下一页,2、连接在发电机电压母线与升高电压之间的主变压器容量a.发电机全
18、部投入运行时，在满足由发电机电压供电的日最小负荷，及扣除厂用电后，主变压器应能将剩余的有功率送入系统。,7/25/2023,34,二、变压器容量、台数、电压的确定原则,b.对于装有多台主变压器的发电厂，一台主变停运，其余变压器应能满足全部供电负荷的70%80%。3发电厂和变电所主变台数a.大中型发电厂和枢纽变电所，主变不应少于2台；b.对小型的发电厂和终端变电所可只设一台。4.确定绕组额定电压和调压的方式,返回,上一页,7/25/2023,35,三、主变压器型式的选择原则,1、相数：单相和三相变压器，一般选用三相变压器。2、绕组数：双绕组变压器和三绕组变压器变电所或单机容量在125MW及以下的
19、发电厂内有三个电压等级时，可考虑采用三相三绕组变压器，但每侧绕组的通过容量应达到额定容量的15%及以上，或第三绕组需接入无功补偿设备。否则一侧绕组未充分利用，不如选二台双绕组变更合理。,返回,下一页,7/25/2023,36,三、主变压器型式的选择原则,单机容量200MW及以上的发电厂，额定电流和短路电流均大，发电机出口断路器制造困难，加上大型三绕组变压器的中压侧（110kV及以上时）不希望留分接头，为此以采用双绕组变压器加联络变压器的方案更为合理。凡选用三绕组普通变压器的场合，若两侧绕组为中性点直接接地系统，可考虑选用自耦变压器，但要防止自耦变的公共绕组或串联绕组的过负荷。,返回,下一页,7
20、/25/2023,37,3、绕组接线组别的确定,我国110kV及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN”联接；35kV采用“Y”联接，其中性点多通过消弧线圈接地；35kV以下高压电压，变压器三相绕组都采用“D”联接。因此，普通双绕组一般选用YN，d11接线；三绕组变压器一般接成YN，y，d11或YN，yn，d11等形式。,返回,下一页,7/25/2023,38,三、主变压器型式的选择原则,4、分裂绕组变压器的选择5、无载调压变压器与有载调压变压器1）无载调压变压器的调压范围较小（5%），而且必须在停电的情况下才能调节绕组的分接头；2）有载调压变压器的调压范围较大（15%30%）而且不必须在停电的
21、情况下就能调节绕组的分接头，它一般用于出力变化大的发电机电压母线的变压器或功率方向常常变化的联络变压器。6、变压器冷却方式 变压器的冷却方式主要有自然风冷却、强迫空气冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却、水内冷变压器、SF6充气式变压器等。,返回,上一页,7/25/2023,39,第五节 限制短路电流的方法,一、选择适当的主接线形式和运行方式1、发电机组采用单元接线2、环形电网开环运行3、并联运行的变压器分开运行,返回,二、装设限流电抗器1、在发电机电压母线上装设分段电抗器（图5-21）2、在发电机电压电缆出线上装设出线电抗器（图5-21）3、装设分裂电抗器4、采用低压
22、绕组分裂变压器,7/25/2023,40,第六节 电气主接线设计,一、电气主接线设计在电力系统设计中的地位和步骤二、电气主接线设计原则三、电气主接线方案的技术经济比较,返回,7/25/2023,41,一、电气主接线设计在电力系统设计中的地位和步骤,1、搜集、整理、分析原始资料，初步拟定几个技术可行方案（拟定58方案）2、分别拟定高、低压侧的基本接线形式3、选择主变。包括台数、运行方式、容量、型式、参数4、选择自用电或近区用电。包括接入点、电压等级、供电方式5、各经过技术比较，选出23个较优方案6、通过经济比较计算确定最优方案（包括设备的配置）7、初选导线截面8、短路电流计算9、设备的配置和选择
23、和校验计算10、绘制主接线图,返回,7/25/2023,42,二、电气主接线设计原则,1、发电机容量和台数的考虑1）优先选择较大容量的发电机组。2）火力发电厂内一个厂房的机组不宜超过6台。3）发电厂最大机组的单机容量应不大于系统总容量的10%。4）一个发电厂内机组的容量等级不宜过多，最好只有12种。,返回,下一页,2、电压等级及接入系统方式的考虑1）大中型发电厂的电压等级不宜多于3级2）一般发电厂与系统的连接应有两回或两回以上线路，并接于不同的母线段上。3）35kV及以上高压线路多采用架空线路，10kV线路可采用架空线路，也可用电缆线路。,7/25/2023,43,二、电气主接线设计原则,3、
24、保证负荷供电可靠性考虑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电后，能保证对全部一级负荷不间断供电。2）对于二级负荷一般也要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失电后，能保证对全部或大部分二级负荷供电。3）对于三级负荷一般只要一个电源供电。,返回,上一页,7/25/2023,44,三、电气主接线方案的技术经济比较,（一）电气主接线方案的的技术比较主要比较各方案的供电可靠性和运行灵活性。1、对电气主接线可靠性的一般考虑1）运行实践是电气主接线可靠性的客观衡量标准。2）可靠性概念不是绝对的。2、一般衡量电气主接线可靠性的具体标志1）断路器检修时，能否不影响供电。2）线路、断路器、
25、母线故障或母线检修时，停运的回路数和停运时间的长短。3）发电厂或变电所全部停运的可能性。3、对大机组（300M及以上）超高压（330500kV）主接线提出的可靠性准则,返回,下一页,7/25/2023,45,1）任何断路器检修，不得影响对用户的供电。2）任一台进出线断路器故障或拒动，不应切除一台以上机组和相应线路。3）任一台断路器检修并与另一台断路器故障或拒动相重合，以及当分段或母联断路器故障或拒动时，不应切除两台以上机组，不宜切除两回以上超高压线路。4）一段母线故障，应限制在整个母线的四分之一；当分段或母联断路器故障，应限制在整个母线的二分之一。5）经过论证，在保证系统稳定和发电厂不致全停的
26、条件下，允许切除两台以上300MW机组。,电气主接线方案的的技术比较,返回,下一页,上一页,7/25/2023,46,4、电气主接线可靠性计算简介 可靠性计算是以概率论和数理统计学为基础的。可靠性是指一个元件、设备或系统，在预先时间内完成规定功能的能力，常用可靠度（成功）表示无故障的概率，用不可靠度表示故障（失败）的概率。在电力系统中，一般以每年用户不停电时间在全年中的百分比来表示供电的可靠性，先进的指标都在99.9%以上，即每年用户停电时间不会超过8.76h。,电气主接线方案的的技术比较,返回,下一页,上一页,7/25/2023,47,（二）电气主接线方案的的经济比较经济比较包括计算综合投资
27、、计算年运行费用和方案综合比较三方面内容。计算时，只计算各方案中的不同部分。1、计算综合投资它包括变压器综合投资、配电装置综合投资、输电线路综合投资。1）变压器综合投资：包括变压器本身价格和其他附加费用。ZT=Z0（1+a/100）2）配电装置综合投资：每一进出线回路所用设备被安装在一个间隔中。ZD=（nKD）3）综合总投资：Z=ZT+ZD,电气主接线方案的的经济比较,返回,下一页,上一页,7/25/2023,48,2、计算年运行费用年运行费用包括设备折旧费、维修费和电能损耗费三项。1）设备折旧费U1对于变压器：U1T=5.8%ZT对于配电装置：U1D=（610）%ZD U1=U1T+U1D2
28、）维修费U2 U2=（2.24.2）%Z3）电能损耗费U3 U3=aAa：为电能价格，A：为主变压器每年电能损耗。4）年运行费用：U=U1+U2+U3,电气主接线方案的的经济比较,返回,下一页,上一页,7/25/2023,49,3、各方案的综合比较综合比较方法有静态比较和动态比较两种。1）静态比较法：是指不考虑资金的时间效益，认为资金与时间无关，是静态的。它又又两种，即：抵偿年限法和年计算费用法。A、抵偿年限法。若甲方案综合投资多于乙方案，但年运行费用少于乙方案，则可求出其抵偿年限T：T=（Z甲-Z乙）/（U乙-U甲）国家规定抵偿年限为58年。如果计算的T小于5年，则应选用投资多的甲方案，反之
29、，则应选用投资多的乙方案。,电气主接线方案的的经济比较,返回,下一页,上一页,7/25/2023,50,B、年计算费用法。如果有多个方案参加比较，可计算每个方案的年计算费用Ci：Ci=Zi/T+Ui（I=1，2，3，.）取T=58年，取年计算费用Ci最小者为最优方案2）动态比较法：一般发电厂建设工期较长，各种费用支出时间不同，就会优不同的效益。因此在方案的比较时，应充分计及资金的时间效益，进行动态比较。一般采用“最小年费用法”。,电气主接线方案的的经济比较,返回,上一页,7/25/2023,51,复习与思考,1、电气主接线图、自用变压器、主变压器的含义各是什么？2、限制短路电流有哪些措施？3、主变压器的容量、台数、型式等应根据哪些原则来选择？4、对电气主接线的基本要求是什么？隔离开关和断路器主要区别是什么？它们的操作应如何正确配合？5、主母线作用是什么？旁路母线作用是什么？可否由旁路母线代替主母线工作？6、某水电站装机为4*25MW，机端电压为10.5KV，现采用高压为110KV,出线3回，中压为35KV,出线6回与系统相连，试拟出一技术经济较为合理的电气主接线方案，并画出主接线图加以说明。7、掌握单母线、双母线、桥形接线和单元接线的画法，并能分析它们的特点。,返回,7/25/2023,52,7/25/2023,53,
