第3章电气主接线

第三章电气主接线第一节对电气主接线的根本要求第二节电气主接线的根本接线方式第三节发电厂和变电所主变压器的选择第四节限制短路电流的方法第五节发电厂和变电所的典型电气主接线第六节电气主接线设计第七节电气主接线的可靠性计算本章方案学时:10~12学时电气主接线:也称为电气主系统或电气一次接线。它是由电气一次设备按电力消费的顺序和功能要求衔接而成的接受和分配电能的电路，是发电厂、变电所电气部分的主体，也是电力系统网络的重要组成部分。电气主接线反映了：1〕发电机、变压器、线路、断路器和隔分开关等有关电气设备的数量。2〕各回路中电气设备的衔接关系。3〕发电机、变压器和输电线路及负荷间以怎样的方式衔接。电气主接线直接关系到电力系统运转的可靠性、灵敏性和平安性，直接影响发电厂、变电所电气设备的选择，配电安装的布置，维护与控制方式选择和检修的平安与方便性。所以电气主接线是电力设计、运转、检修部门以及有关技术人员必需深化掌握的主要内容。电气主接线图：就是用国家规定的电气设备图形与文字符号，详细表示电气主接线组成的电路图。电气主接线图普通用单线图表示〔即用单相接线表示三相系统〕，但对三相接线不完全一样的部分图面〔如各相中电流互感器的配置〕那么应画成三线图。常用一次设备的图形和文字符号：G(F)称号图形符号文字符号(旧符号)T(B)T(B)T(B)双绕组变压器三绕组变压器三绕组自耦变压器发电机G称号图形符号(旧符号)文字符号(旧符号)断路器隔分开关熔断器电抗器QF(DL)QS(G)FU(RD)L(DK)称号图形符号(旧符号)文字符号(旧符号)手车断路器母线电缆终端头QF(DL)W(MX)L(XL)避雷器F第一节对电气主接线的根本要求概括地说是应满足可靠性、灵敏性、经济性三项根本要求。一、可靠性(1)电能消费的特点要求电气主接线首先应满足可靠性的要求。电能不能大量储存，发电、输电和用电必需在同一瞬间完成的，任何一个环节出现缺点都会呵斥供电中断。(2)可靠性不是绝对的,对于不重要的用户,太高的可靠性将呵斥浪费。分析主接线的可靠性时，要思索发电厂与变电所在电力系统中的位置和作用、负荷的性质、设备的可靠性和运转实际等要素。1．分析和评价主接线可靠性时应该思索的几个问题(1)发电厂与变电所在系统中的位置和作用对于大、中型发电厂和变电所，在电力系统中的位置非常重要，其电气主接线应具有很高的可靠性。对于小型发电厂和变电所就没有必要过分地追求过高的可靠性而选择复杂的主接线方式。目前，我国的发电机单机容量大小的划分为：50MW以下的发电机组为小型机组；50~200MW的发电机组为中型机组；200MW以上的发电机组为大型机组。发电厂容量大小的划分为：总装机容量在100MW以下的发电厂为小型发电厂；总装机容量在100~250MW的发电厂为中型发电厂；总装机容量在250~1000MW的发电厂为大中型发电厂；总装机容量在1000MW以上的发电厂为大型发电厂。(2)用户的负荷性质电力用户负荷按照其对供电可靠性的要求分为三个等级，即I、II、III类负荷。I类负荷：对这类负荷忽然中断供电，将呵斥人身伤亡，或呵斥艰苦设备损坏，或给国民经济带来艰苦的损失。II类负荷：对这类负荷忽然中断供电将呵斥消费设备部分破坏，或呵斥消费流程紊乱且难以恢复，或出现大量废品和减产，因此在经济上呵斥一定损失。III类负荷：I类和II类负荷之外的其它负荷。对I类负荷供电的要求是：任何时候都不允许停电。对II类负荷供电的要求是：必要时仅允许短时间停电。III类负荷对供电没有特殊的要求，可以较长时的停电。由此可见，对于带I、II类型负荷的发电厂与变电所应该选择可靠性较高的主接线方式。(3)设备的可靠性电气主接线是由电气设备组成的，选择可靠性高、性能先进的电气设备是保证主接线可靠性的根底。(4)运转实际应注重国内外长期积累的运转实际阅历，优先选用经过长期实际考验的主接线方式。2．定性分析和衡量主接线可靠性的评判规范主接线可靠性的评判方法：定性分析和定量计算〔可靠性计算〕。1)断路器检修时，能否不影响供电。定性分析和衡量主接线可靠性的评判规范:4)大机组和超高压的电气主接线能否满足对可靠性的特殊要求。2)母线〔或断路器〕缺点以及母线或母线隔分开关检修时，停运的回路数的多少和停电的时间的长短，能否保证对I类负荷和大部分II类负荷的供电。3)发电厂、变电所全部停运的能够性。二、灵敏性(1)调度灵敏：能按照调度的要求，方便而灵敏地投切机组、变压器和线路，调配电源和负荷，以满足在正常、事故、检修等运转方式下的切换操作要求。(2)检修平安、方便：可以方便地停运断路器、母线及其二次设备进展检修，而不致影响电网的运转和对其它用户的供电。应尽能够的使操作步骤少，便于运转人员掌握，不易发生误操作。(3)扩建方便能根据扩建的要求，方便地从初期接线过渡到远景接线：在不影响延续供电或停电时间最短的情况下，投入新机组、变压器或线路而不相互关扰，对一次设备和二次设备的改造为最少。三、经济性主接线应在满足可靠性和灵敏性的前提下，做到:1.节约投资(1)主接线应力求简单明晰，节省断路器、隔分开关等一次电气设备；(2)要使相应的控制、维护不过于复杂，节省二次设备与控制电缆等；(3)能限制短路电流，以便于选择价廉电气设备和轻型电器等。(4)一次设计，分期投资建立、投产。2.占地面积小主接线的方式影响配电安装的布置和电气总平面的格局，主接线方案应尽量节约配电安装占地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件答应的地方，应采用三相变压器而不用三台单相变压器组。3.年运转费用小年运转费用包括电能损耗费、折旧费及大修费、日常小修的维护费等。电能损耗主要由变压器引起，因此要合理选择主变压器的型式、容量和台数及防止两次变压而添加损耗。第二节电气主接线的根本接线方式(1)电气主接线的根本环节是电源〔发电机或变压器〕和出线，它们之间如何衔接是电气主接线的主体。有母线的主接线：由于设置了母线，使得电源和引出线之间衔接方便，接线明晰，接线方式多，运转灵敏，维护方便，便于安装和扩建。母线也称汇流母线，起聚集和分配电能的作用。(4)主接线的分类：根据能否有母线，主接线接线方式可以分为有母线和无母线两大类型。(3)对于进出线数目少，不再扩建和开展的电气主接线，不设置母线而采用简化的中间环节。(2)当同一电压等级配电安装中的进出线数目较多时〔普通超越4回〕，需设置母线作为中间环节(掌握中间环节是关键)。无母线的主接线：运用的开关电器少，配电安装占地面积较小，投资较小。一、有母线的根本接线方式1.单母线接线及其母线分段的接线⑴单母线接线如图3-1所示。a)构造特征：只需一组母线W，接在母线上的一切电源和出线回路，都经过开关电器衔接在该母线上并列运转。但有母线的主接线运用的开关电器多，配电安装占地面积较大，投资较大。各回路都装有断路器和隔分开关，断路器用以正常任务时投切该回路及缺点时切除该回路；隔分开关用以在切断电路时建立明显可见的断开点，将电源与停运设备可靠隔离，以保证检修平安。母线隔分开关：与母线相衔接的隔分开关，如图3-1中的QS11；b)倒闸操作原那么：断路器与隔分开关间的操作顺序:保证隔分开关“先通后断〞〔在等电位形状下，隔分开关也可以单独操作〕，这种断路器与隔分开关间的操作顺序必需严厉遵守，绝不能带负荷拉刀闸〔即隔分开关〕，否那么将呵斥误操作，产生电弧而导致严重的后果。线路隔分开关：与线路相衔接的隔分开关，如图3-1中的QS12。母线隔分开关与线路隔分开关间的操作顺序：母线隔分开关“先通后断〞，即接通电路时，先合母线隔分开关，后合线路隔分开关；切断电路时，先断开线路隔分开关，后断开母线隔分开关。以防止万一断路器的实践开合形状与指示形状不一致时，误操作发生在母线隔分开关上，产生的电弧会引起母线短路，使事故扩展。例如：对WL1送电时，先合上QS11，再合上QS12，最后合上QF1。对WL1停电时，先断开QF1，再依次拉开QS12和QS11。c)接地开关(图3-1中QS13)的作用：保证检修平安:当电压等级在110kV及以上时，线路隔分开关或断路器两侧的隔分开关〔布置较高时〕都应设置接地开关，母线也应设置接地开关或接地器，以替代人工挂接地线，保证出线、断路器和母线检修时，检修人员的平安。d)评价：主要优点是接线简单明晰，设备少，操作方便，造价廉价，只需配电安装留有余地，母线可以向两端延伸，可扩性好。e)适用范围：单母线接线只能用于某些出线回数较少，对供电可靠性要求不高的小容量发电厂和变电所中。主要缺陷是可靠性和灵敏性都较差：1)母线和母线隔分开关检修时，全部回路均需停运；2)母线缺点时，继电维护会切除一切电源，全部回路均需停运；3)任一断路器检修时，其所在回路也将停运；4)它只需一种运转方式。⑵单母线分段接线a)构造特征：如图3-2所示。1)设置分段断路器QFd将母线分成两段，当可靠性要求不高时，也可利用分段隔分开关QSd进展分段。2)各段母线为单母线构造。b)评价：1)接线简单明晰，经济性好。2)有一定灵敏性(有三种运转方式)。3)可靠性:①任一母线或母线隔分开关检修时，仅停检修段。②任一段母线缺点时，继电维护安装可使分段断路器跳闸，保证正常母线段继续运转，减小了母线缺点影响范围。③任一断路器检修时，该断路器所带用户也将停电。单母线分段接线的可靠性比单母线接线有了较大提高，但任一段母线缺点或检修期间，该段母线上的一切回路均需停电；任一断路器检修时，该断路器所带用户也将停电。思索到采用单母线分段接线时，重要用户可从不同母线段上分别引出两回馈线向其供电，保证不中断供电，故对采用两回馈线供电的用户来说，有较高供电可靠性。c)适用范围：中、小容量发电厂和变电所的6~10kV配电安装和出线回路数较少的35~220kV配电安装中。2．带旁路母线的单母线分段接线(1)带公用旁路断路器的单母线分段带旁路母线接线a)构造特征：如图3-3所示。1)在单母线分段的根底上又添加了旁路母线W3、公用旁路断路器QFp及旁路回路隔分开关QS1和QS2。2)各出线回路除经过断路器与汇流母线衔接外，还经过旁路隔分开关与旁路母线相衔接。b)旁路母线的作用是：检修任一进出线断路器时，不中断对该回路的供电。e)检修断路器时的不停电倒闸操作过程：正常运转时，旁路断路器QFp、各进出线回路的旁路隔分开关是断开的，旁路断路器两侧的隔分开关是合上的，旁路母线W3不带电。假设检修WL1的断路器QF1，使该出线不停电的操作步骤为：d)适用范围：6~10kV配电安装。c)评价：单母线分段接线增设旁路母线后，可以使单母线分段接线在检修任一出线断路器时不中断对该回路的供电。但配电安装占地面积增大，添加了断路器和隔分开关数量，接线复杂，投资增大。1)合上QFp;给旁路母线W3充电，检查旁路母线W3能否完好，假设旁路母线有缺点，QFp在继电维护控制下自动切断缺点，旁路母线不能运用；假设QFp合闸胜利，阐明旁路母线完好。3)断开出线WL1的断路器QF1;4)断开QS12和QS11。此时出线WL1曾经由旁路断路器QFp回路供电，在需求检修的断路器QF1两侧布置平安措施后，就可以对其进展检修。2)合上出线旁路隔分开关QS1p；此时QS1p的两端等电位。也可以先断开QFp，然后合上QS1p，再合上QFp，以防止万一合上QS1p前，发生线路缺点，QF1事故跳闸，呵斥QS1p合到短路缺点上。2)电源回路也可以接入旁路，如图3-3中虚线所示，这种进出线全接入旁路的方式叫全旁路方式。3)由于线路缺点较多，出线断路器检修较频繁，故出线应接入旁路；1)普通断路器切断的短路缺点次数到达需求检修的次数后〔或长期运转后〕，就需求检修，如不允许停电检修，就需求设置旁路母线。4)思索到变压器是静止元件，缺点率低，且在变电所普通由多台变压器并列运转，而发电厂发电机—变压器回路的断路器可以安排在发电机检修时一同检修，故主变进线回路接入旁路的情况较少。5)对于采用手车式成套开关柜的6~35kV配电安装，由于断路器可以快速改换，也可以不设置旁路母线。f)旁路母线的设置原那么：(2)单母线分段带简易旁路母线接线1)构造特点：如图3-4所示。它是在单母线分段接线的根底上，添加了旁路母线W3、隔分开关QS3、QS4、分段隔分开关QSd及各出线回路中相应的旁路隔分开关，分段断路器QFd兼作旁路断路器。与图3-3所示的接线相比，少用一台断路器，节省了投资。旁路母线可以经QS4、QFd、QS1接至母线W2，也可以经QS3、QFd、QS2接至母线W1。分段隔分开关QSd的作用是：可使QFd作旁路断路器时，坚持两段任务母线并列运转。2)检修线路断路器时的不停电倒闸操作过程：初始条件：平常旁路母线不带电，QS1、QS2及QFd合闸，QS3、QS4及QSd断开，按单母线分段方式运转。b)断开QFd，断开QS2，合上QS4，合上QFd;给旁路母线W3充电，检查旁路母线W3能否完好，假设QFp合闸胜利，阐明旁路母线完好。d)断开出线WL1的断路器QF1;e)断开QS12和QS11。c)合上出线旁路隔分开关QS1p；此时QS1p的两端等电位。操作步骤为：a)合上QSd;(3)其他简易旁路母线接线方式图3-5a、b、c所示接线与图3-4相比较，均省去一组隔分开关。图3-5a所示接线在正常运转时，旁路母线不带电，但旁路母线只能接至母线W2，检修母线W1上的断路器时将呵斥分段上有较大的功率穿越。图3-5b所示接线的断路器作分段断路器用时，旁路母线带电，旁路母线也只能接至旁路断路器所在的一段母线。图3-5c所示接线的旁路母线平常也带电，旁路运转时，W1、W2两段任务母线分列，但旁路母线可接至任一段母线，不破坏原有两段母线上的功率平衡。适用范围：单母线分段带简易旁路母线接线常用于出线回路不多的35~110kV配电安装中。3．双母线接线(1)构造特征：如图3-6所示。1)有两组母线W1、W2，两组母线间经过母线联络断路器QFc相连；2)每回进出线均经一组断路器和两组母线隔分开关分别接至两组母线。正常运转时只合一组隔分开关。(2)运转方式:1)两组母线同时任务将母联断路器QFc合闸，而进出线平衡地分配在两组母线上，相当于单母线分段的运转方式。当一组母线缺点时，在继电维护作用下，母联断路器断开，仅停缺点的母线。2)一组母线任务，另一组母线备用全部电源和出线接于任务母线上，母联断路器断开，按单母线方式运转。任务母线缺点时，全部短时停电。(3)优点：1)运转方式灵敏，有多种运转运转方式。由于每个回路均可以换接至两组母线的任一组上运转，使得双母线接线的可靠性和灵敏性大大提高。2)任一组母线检修时不中断供电，检修任一回路母线隔分开关时，只中断该回路的供电。3)任一组母线缺点时仅短时停电，停电时间是接于该母线上的一切回路切换至另一组母线所需时间，缺点母线上的回路经短时停电便可恢复供电。(4)缺陷：1)检修任一回路断路器时，该回路仍需停电。2)任一母线缺点仍会短时停电。3)变卦运转方式时，要用各回路母线侧的隔分开关进展倒闸操作，操作步骤较为复杂，容易出现误操作。4)添加了大量的母线隔分开关和母线长度，双母线的配电安装构造较复杂，占地面积大，投资大。(5)适用范围：双母线接线广泛运用于对可靠性要求较高、出线回路数较多的6~220kV配电安装中。(6)倒母线操作：例如，图3-6所示接线在母线W1任务、母线W2备用的运转方式下，欲检修母线W1时的倒闸操作步骤如下：①检查母线W2能否完好，合QFc两侧隔分开关及QFc，向母线W2充电，假设其母线完好，那么QFc不会因继电维护动作而跳闸，便可继续倒闸操作；②合上一切回路与母线W2衔接的隔分开关，之后再断开一切回路与母线W1衔接的隔分开关，以实现全部回路由母线W1换接至母线W2。③断开QFc及其两侧隔分开关，此时母线W1不带电，母线W2变为任务母线。4．双母线分段接线双母线接线难以满足大型电厂和变电所对主接线可靠性的要求：不分段的双母线接线在母联断路器缺点或一组母线检修，另一组运转母线缺点时，有能够呵斥严重的或全厂〔所〕停电事故。(1)双母线三分段接线：如图3-7所示。将一组母线用分段断路器QFd分为两段〔W1和W2〕，两个分段母线〔W1和W2〕与另一组母线〔W3〕之间都用母联断路器衔接，也称为双母线三分段接线。分段双母线，比双母线具有更高的可靠性，运转方式更为灵敏。1)W1和W2作为任务母线，W3作为备用母线，全部进出线均分在W1和W2两个分段上运转；2)也可以将两个母联断路器中的一个和分段断路器合上，全部进出线合理地分配在三段上运转，三段母线并列运转。此种运转方式降低了全厂〔所〕停电事故的能够性；可以减小母线缺点的停电范围，母线缺点时的停电范围只需1/3，此时没有停电部分还可以按双母线或单母线分段运转。双母线三分段接线在一组母线检修合并母联断路器缺点时，会发生全厂〔所〕停电事故。为进一步提高大型电厂和变电所主接线可靠性，可将两组母线均用分段断路器分为两段，就构成了双母线四分段接线〔见图3-11〕。另外该接线母线缺点时的停电范围只需1/4，可靠性进一步提高。缺陷：双母线分段接线运用的电气设备更多，配电安装也更为复杂。适用范围：为了提高大型电厂和变电所主接线可靠性，防止全厂〔所〕停电事故的发生，减小母线缺点的停电范围，大型电厂和变电所的220kV主接线可采用双母线分段接线。(2)双母线四分段接线：在中、小型发电厂的6～10kV配电安装中，为限制6～10kV系统中的短路电流，常采用用叉接电抗器分段的双母线接线方式。由图3-8可见，在分段处装设有分段断路器QFd，母线分段电抗器L及4台隔分开关。为了使任一任务母线停运时，电抗器仍能起到限流作用，母线分段电抗器L可以经分段断路器及隔分开关交叉接至备用母线上。正常运转方式：W1和W2两段母线经分段电抗器、断路器及隔分开关并列运转，W3备用。(3)带叉接电抗器的双母线分段接线5．双母线带旁路母线接线为了使双母线接线在检修任一回路断路器时不中断该回路的供电，可增设旁路母线。(1)构造特征：如图3-9所示。1)增设了一组旁路母线W3及公用旁路断路器QFp回路。2)各回路除经过断路器与两组汇流母线衔接外，还经过旁路隔分开关与旁路母线相衔接。应该留意的是旁路母线只为检修断路器时不中断供电而设，它不能替代汇流母线。(2)评价：1)可靠性、灵敏性都相当高。b)任一组母线缺点时仅短时停电。c)检修任一回路断路器时，该回路不停电。2)所用的电气设备数量较多，操作、接线及配电安装较复杂，占地面积较大，经济性较差。(3)适用范围：a)任一组母线检修时不中断供电，检修任一回路母线隔分开关时，只中断该回路的供电。1)220kV出线在4回及以上、110kV出线在6回及以上时，宜采用有公用旁路断路器的旁路母线接线。2)由于六氟化硫断路器任务可靠，可以长时间不检修，当运用六氟化硫断路器且与系统联络严密时，可以不设置旁路母线。3)当出线回数较少时，可采用如图3-10所示的以母联断路器兼作旁路断路器的简易接线方式，以节省断路器和占地，改善其经济性。但其缺陷是每当检修线路断路器时都要将一切回路换接在一组母线上，按单母线方式运转，降低了可靠性。图3-10a正常运转时旁路母线W5不带电，只需W1能带旁路。图3-10b的优点是W1、W2均能带旁路。图3-10c在正常运转时旁路母线W3带电，但W1、W2均能带旁路。图3-10d正常运转时旁路母线W3不带电，但只需W1能带旁路。图3-11是双母线四分段带公用旁路断路器的带旁路母线接线。6．一台半断路器接线(1)构造特征：如图3-12所示。1)每两个回路经三台断路器〔称为一串〕接在两组母线之间,构成一串,两个回路中间的断路器称为联络断路器;2)由多个串构成多环路。完全串：两个回路三台断路器。不完全串：一个回路两台断路器。1)多环路供电，可靠性高。任一组母线缺点或检修时，只断开与此母线相连的一切断路器，一切回路都不会停电。任一断路器检修时，一切回路都不会停电(每个回路都经过两台断路器供电)。甚至在一组母线检修另一组母线缺点或两组母线同时缺点的极端情况下，也不中断供电。(2)优点：隔分开关只作为隔离电器，防止了复杂的倒闸操作和误操作。(3)主要缺陷是：所用断路器、电流互感器等设备多、投资较大；继电维护及二次回路的设计、调整、检修等比较复杂。(4)进一步提高可靠性的措施：为了防止两个电源回路或去同一系统的两回线路同时停电，同名回路〔两个电源回路或两回线路〕的配置原那么为：1〕同名回路应布置在不同串中，以防止联络断路器缺点时或一串中母线侧断路器检修，同串中另一侧回路缺点时，使该串中的两个同名回路同时断开。2〕在只需两串的情况下，对于特别重要的同名回路，应分别接入不同的母线，称为交叉换位(如图3-12中的右边两串)，以防止一串中联络断路器检修(如QF2)时，另一串两个回路中的任一个缺点(如WL2或T2缺点)，同时切除两个同名回路(如图3-12中的左边两串)，能够呵斥全厂(所)停电。当接线的串数多于两串时，也可不进展交叉换位。进出线可不装隔分开关。(5)适用范围：大型电厂和变电所的500kV配电安装。二、无母线的根本接线方式1．桥形接线(1)构造特征：如图3-14所示。1)无母线，只需两台变压器和两回线路(常见方式)。2)四个回路运用三台断路器，中间的断路器称为联络断路器，连同两侧的隔分开关称为联接桥。联接桥接近变压器为内桥接线，联接桥接近线路为外桥接线。1)内桥接线适用于变压器不需求经常切换、输电线路较长(缺点率高，缺点断开时机较多)、电力系统穿越功率较少的场所。(2)特点：(4)适用范围：桥形接线普通可用于两变配两线的中小型发电厂和变电所，或作为最终接线为单母线分段或双母线接线的工程初期接线方式。2)外桥接线适用于线路较短(缺点率较低)、主变压器需经常投切(因经济运转的需求)、以及电力系统有较大的穿越功率经过联桥回路的场所。图3-14中的虚线部分为跨条，加跨条可使联络断路器检修时，穿越功率可从“跨条〞中经过，减少了系统的开环时机。跨条回路中装设两台隔分开关的目的是能轮番停电检修恣意一台隔分开关。3)易于开展过渡为单母线分段或双母线接线；4)但可靠性和灵敏性不够高。1)桥形接线简单明晰，没有母线;2)所用断路器数量最少，经济性好;(3)评价：2．多角形接线(1)构造特征：如图3-15所示。1)多角形接线的断路器数与回路数一样;2)每个边中含有一台断路器和两台隔分开关，各个边相互衔接成闭合的环形;3)每个回路都接在两台断路器之间。4)难于开展扩建；1)可靠性和灵敏性较高。任一断路器检修时不停电，隔分开关不作为操作电器；2)接线简单明晰，没有母线;3)所用断路器数量少，经济性好;5)继电维护复杂；(2)评价：(3)适用范围：中小型水电厂的110kV及以上配电安装中。6)检修任一断路器时，多角形将变成开环运转，可靠性显著降低，假设再发生缺点，能够呵斥两个及以上回路停电，多角形接线将被分割成两个相互独立的部分，功率平衡遭到严重破坏。普通多角形不要超越六角形。设计时应将电源回路按对角原那么配置，以减少设备〔如断路器〕缺点时或开环运转合并一个回路缺点时的影响范围。3．单元接线(1)构造特征：如图3-16所示。发电机与变压器直接衔接，中间不设母线。(2)单元接线1)发电机—双绕组变压器单元接线(3)扩展单元接线a)由于发电机和变压器不能够单独运转，故发电机出口不装断路器〔当发电机、主变压器缺点时，经过断开主变压器高压侧断路器和发电机的励磁回路来切除缺点电流〕;2)发电机一三绕组变压器〔或自耦变〕单元接线a)为了在发电机停运时，不影响高、中压侧电网间的功率交换，在发电机出口应装设断路器及隔分开关；b)为保证在断路器检修时不停电，高中压侧断路器两侧均应装隔分开关；c)由于200MW及以上机组的发电机出口断路器制造很困难，造价也很高，故200MW及以上机组普通都是采用发电机一双绕组变压器单元接线。b)但为调试发电机方便，可装一组隔分开关。对于200MW及以上机组，发电机引出线采用封锁母线，可不装隔分开关，但应有可拆的衔接片。当发电机容量不大时，可由两台发电机与一台变压器组成扩展单元接线，减少了变压器及其高压侧断路器的台数，相应的配电安装间隔也减少，节约投资与占地。图3-17a所示是发电机—变压器扩展单元接线。图3-17b所示是发电机—分裂低压绕组变压器的扩展单元接线，它的优点是可以限制其低压侧的短路电流。1)接线简单明晰、用的设备少;2)配电安装简单、节省占地、经济性好;3)可以采用封锁母线、缺点的能够性小，可靠性高;4)没有多台发电机并列运转，发电机电压侧短路电流小。(4)评价：图7-17采用全连式分相封锁母线的发电机-双绕组变压器单元接线侧视图1—主封锁母线2—分支封锁母线3—主变压器4—厂用变压器5—6kV厂用电共箱母线6—发电机出口电压互感器柜7—电压互感器低压引出线8—避雷器柜9—检查孔10—中性点电压互感器柜11—防火墙单元接线的主变压器、厂用变压器及封锁母线侧面第三节发电厂和变电所主变压器的选择主变压器：在发电厂和变电所中，用来向电力系统或用户保送电能的变压器。联络变压器：用于两个电压等级之间交换电能的变压器。厂(所)变压器：用于本厂(所)用电的变压器，也称自用变。一、变压器台数的选择1．发电厂变压器台数的选择1〕为保证供电可靠性，接在发电机电压母线上的主变压器普通不少于两台。2〕单元接线变压器为一台。扩展单元接线时，两台发电机配一台变压器。2．变电所变压器台数的选择1〕变电所中普通装设两台主变压器，以免一台主变缺点或检修时中断供电。2〕对大型超高压枢纽变电所，为减小单台容量，可装设2～4台主变压器。二、发电厂变电所主变压器容量的选择1.发电厂主变压器容量的选择容量应与发电机容量配套，按发电机的额定容量PN/cosφN扣除本机组的厂用负荷KpPN/cosφN后，留10%的裕度选择。PN为发电机的额定功率，cosφN为额定功率因数，Kp为厂用电率。(2)接于发电机电压母线上的主变容量选择按下述三条计算，根据最大的计算结果选择容量。1〕当发电机电压母线上的负荷最小时，扣除厂负荷后，主变能将最大剩余功率送入电力系统。即(1)单元接线的主变容量选择SNi——第i台发电机的额定视在功率;Kpi——第i台发电机的厂用电率;Smin——发电机电压母线上最小负荷的视在功率。n、m——发电机电压母线上的主变压器台数和发电机台数。2〕发电机电压母线上的最大一台发电机停机，主变应能从电力系统倒送功率，满足发电机电压母线上的最大负荷和厂用电的需求，即SNmax、Smax——最大一台发电机的额定视在功率和最大负荷的视在功率。3〕假设发电机电压母线上接有两台及以上主变时，其中一台容量最大的主变退出运转时，应该能保送母线最大剩余功率的70%以上，即(3)联络变压器的容量选择普通不应小于接在两种电压母线上最大一台发电机的容量，以保证该发电机停运时，经过联络变压器来满足本侧负荷的需求。2．变电所主变压器容量的选择1〕所选择的n台主变压器的容量和，应该大于等于变电所的最大综合计算负荷，即nSN≥Smax2〕装有两台及以上主变的变电所，当一台主变停运时，其他主变容量普通应满足60%〔220kV及以上电压等级的变电所应满足70%〕的全部最大综合计算负荷，以及满足全部I类负荷SI和大部分II类负荷SII〔220kV及以上电压等级的变电所，在计及过负荷才干后的允许时间内，应满足全部SI和SII〕即(n-1)SN≥(0.6~0.7)Smax(n-1)SN≥SI+SII最大综合计算负荷的计算Pimax、cosφi——各出线的远景最大负荷和自然功率因数；Kt——同时系数，出线回路数越多其值越小，普通取0.8~0.95；α%——线损率，取5%。三、主变压器型式的选择1．相数选择三相变压器：造价低，占地小，应优先选用，但运输不易。三单相变压器组：投资多，占地大，运输易，用于超高压大容量。2．绕组数选择三绕组：机组容量在125MW及以下且有两种升高电压时。双绕组：机组容量超越200MW以上时，采用双绕组变压器单元接线方式。假设有两个升高电压，加装联络变压器，宜选择三绕组变〔或自耦变〕，低压绕组作为厂用启动备用电源。自耦变：220kV及以上电压等级的变压器可以选择自耦变。低压分裂绕组：扩展单元接线的变压器或厂用变压器。假设为三绕组变压器还应思索中、低压侧间的负荷同时系数。中、低压侧的最大综合计算负荷分别按式〔3-6〕计算，总的最大综合计算负荷为它们之和再乘以中、低压侧间负荷的同时系数。3．绕组结合方式高压绕组为星形结合时，用符号Y表示，假设将中性点引出那么用YN表示，对于中、低压绕组那么用y及yn表示；高压绕组为三角形结合时，用符号D表示，低压绕组用d表示。例如常用YNyn0d11接线组别，表示高中压侧均为星形结合且中性点都引出，高中压间为0点接线，高低压间为11点接线。4．调压方式的选择变压器绕组的结合方式选择应思索必需与多电压级闭环电网的电压相位一致；并列运转的变压器结合组别必需一样，否那么不能并列运转。还应思索消除三次谐波的对电压波形的影响(三角形结合的绕组可以消除三次谐波的影响)。调压方式分：1)带负荷切换的有载〔有励磁〕调压方式；2)不带负荷切换的无载〔无励磁〕调压方式。5．变压器阻抗的选择无载调压变压器的分接头挡位较少，电压调整范围普通只需10%以内，而有载调压变压器的电压调整范围大，能到达电压的30%，但其构造比无载调压变压器复杂，造价高。1)在能满足电压正常动摇情况下普通采用无载调压方式。2)发电厂可以经过发电机的励磁调理来调压，其主变压器普通选择无载调压方式。3)普通变电所的变压器选择有载调压方式。三绕组变压器的各绕组之间的阻抗，由变压器的三个绕组在铁心上的相对位置决议。故变压器阻抗的选择实践上是构造方式的选择。三绕组变压器分升压构造和降压构造两种类型，如图3-18a、b所示。1)升压构造变压器高、中压绕组阻抗大而降压构造变压器高、低压绕组阻抗大。从电力系统稳定和供电电压质量及减小传输功率时的损耗思索，变压器的阻抗越小越好，但阻抗偏小又会使短路电流增大，低压侧电器设备选择遇到困难；另外，变压器的选择内容还有：变压器的容量比、冷却方式、绝缘和绕组资料等的选择。2)接发电机的三绕组变压器，为低压侧向高中压侧保送功率，应选升压型；3)变电所的三绕组变压器，假设以高压侧向中压侧保送功率为主，那么选用降压型；假设以高压侧向低压侧保送功率为主，那么可选用升压型，但假设需求限制6~10kV系统的短路电流，可以思索优先采用降压构造变压器。第四节限制短路电流的方法问题的提出：在发电机或变电所的6～10kV母线上发生短路时，短路电流的数值能够很大，致使电气设备的选择发生困难，或使所选择的设备容量晋级，投资添加。限制短路电流可使得：1)发电机电压和变电所的6～10kV出线回路中能采用容量不晋级的电器(选择轻型断路器)及截面较小的电力电缆，节约投资。2)维持母线电压于较高程度，提高供电可靠性。一、采用适宜的主接线方式及运转方式选择计算阻抗比较大的接线方式或运转方式，增大电源至短路点的等效电抗。例如，限制接入发电机电压母线的发电机台数和容量；大容量的发电机采用单元接线方式；降压变电所采用变压器在低压侧分列运转的方式；合理地断开环网〔在环网中穿越功率最小处开环运转〕等。二、装设限流电抗器｛普通电抗器分裂电抗器｛母线电抗器线路电抗器限流电抗器分1．装设母线分段电抗器如图3-19所示。母线分段电抗器装设地点：在发电机电压的6~10kV母线分段处。作用：限制来自另一母线的发电机所提供的短路电流〔限制发电厂内部的短路电流〕，对系统提供的短路电流也能起到一定的限制造用。由于母线电抗器的额定电流较大，由上式可以看出：在一样额定电抗百分值下的电抗有名值较线路电抗器小，故其对出线回路的限流作用较小。母线电抗器的参数选择：IN=(0.5~0.8)IGmaxxL%=8%~12%电抗有名值：加装母线电抗器后：可使所选择的发电机、主变、分段、母联回路的断路器容量不晋级，减少投资。2．装设线路电抗器母线电抗器对出线回路的限流作用较小：如图3-19所示。线路电抗器装设地点：在线路隔分开关与线路断路器之间。作用：限制电缆线路的短路电流〔架空线路的电抗大，不需装电抗器〕。加装线路电抗器后：a)可使电缆线路的断路器容量不晋级；b)电缆截面减小；c)维持母线残压在较高数值，这对其他回路正常运转有利。xL%=3%~6%线路电抗器的参数选择：IN多为300~600A3．装设分裂电抗器分裂电抗器的图形符号、一相接线及等效电路如图3-20所示。(1)构造参数分裂电抗器是一个中间有抽头的电感线图，中间抽头将电抗器分成了两个分支〔也称为两个臂〕。两个分支线圈的缠绕方向与构造参数都一样，其间存在互感。分裂电抗器的每臂自感为L，两臂间的互感为M，互感系数f=M/L，它与电抗器的构造有关，普通取f=0.5。每臂自感抗xL=ωL，两臂间的互感抗xM=ωM=ωfL=fxL。(2)作用分析假设分裂电抗器的任务方式是公共端3接电源，两个臂1、2接平衡负荷。1)正常运转时，所接的负荷电流大致相等但方向相反，在两个臂中产生的磁通的方向也是相反的，那么每臂的电压降为由此可见，正常运转时，由于互感的作用，每臂的电抗值只需其自感电抗的一半，故正常任务时的电压损失较小。2)当1端发生短路时，假设忽略臂2上的负荷电流，此时臂1上的电压降为由于1端发生短路时互感作用很小，每臂的等值电抗为每臂的自感电抗xL，大于正常运转时的电抗，故限流作用强。缺陷：一臂负荷变动过大时，另一臂将产生较大的电压动摇；一臂短路、另一臂接有负荷时，由于互感电势的作用，将在另一臂产生感应过电压。4．采用低压分裂绕组变压器(1)构造低压分裂绕组变压器是一种将低压绕组分裂成为一样容量的两个绕组的变压器，其电路图形符号及等效电路见图3-21，(2)常见运用1)常用于发电机—变压器扩展单元接线〔如图3-21a所示〕，限制发电机出口短路时的短路电流；2)作为大容量机组的高压厂用变压器〔如图3-21b所示〕，以限制厂用电系统的短路电流。图3-21c是它们的等效电路，图3-21d是正常运转时的等效电路图。图3-21c中x1为高压绕组电抗，数值很小。x2’、x2’’分别为两个分裂低压绕组的电抗，它们的数值相等而且比较大。(3)作用分析〔请同窗们本人分析〕第五节发电厂和变电所的典型电气主接线1．大型区域发电厂的电气主接线大型区域发电厂普通是指单机容量为200MW及以上的大型机组、总装机容量为1000MW及以上的发电厂，其中包括大容量凝汽式电厂、大容量水电厂和核电厂等。1)大型区域性电厂建立在燃料产地，普通距负荷中心较远，担负着系统的根本负荷，在系统中位置重要。2)电厂附近没有负荷，不设置发电机电压母线，发电机与变压器间采用简单可靠的单元接线直接接入220～500kV配电安装，经过高压或超高压远间隔输电线路将电能送入电力系统.3)升高电压1~2级，最多不超越3级。图3-22所示为某大型区域性火电厂主接线简图，该厂有两台300MW和两台600MW大型凝汽式汽轮发电机组，均采用发电机一双绕组变压器单元接线方式，其中两台300MW机组单元接入带公用旁路断路器的220kV双母线带旁路母线接线。大型区域性火电厂的特点：两台600MW机组单元接入500kV的一个半断路器接线。500kV与220kV配电安装之间，经一台自耦联络变压器联络，联络变压器的第三绕组上接有厂用高压启动/备用变压器。220kV母线接有厂用备用变压器。图3-23所示为某大型水电厂主接线图，该厂有六台发电机，其中G1~G4与分裂变压器T1、T2接成扩展单元接线，将电能送到500kV的3/2接线，另外两台大容量机组与变压器组成单元接线，将电能送到220kV的双母线带旁路母线。500kV与220kV之间由一台自耦变联络，自耦变的低压侧作为厂用备用电源。由图3-23可见，大型水电厂的电气主接线具有区域性火电厂的某些特点。但根据水电厂的特点，为减少占地面积、减少土石方的开挖和回填量，应尽量采用简单明晰、运转操作灵活、可靠性较高的接线方式，并力求减少电气设备数量，简化水电厂的特点:1)通常建立在水力资源丰富的江河湖泊狭谷处，厂址较为狭窄，建立规模比较明确。2)普通远离负荷中心，不设发电机电压母线。采用单元接线和扩展单元接线。3)普通水电站还承当调峰义务，大型水电厂担负着系统的根本负荷，在系统中位置重要。配电安装布置。这是采用扩展单元接线的缘由。中小型地域性电厂的特点：1)建立在工业企业或接近城市的负荷中心，通常还兼供部分热能，所以它需求设置发电机电压母线，使部分电能经过6～10kV的发电机电压向附近用户供电。2)机组多为中、小型机组，总装机容量也较小。3)以1～2种升高电压将剩余电能送往电力系统。图3-24所示为某中型热电厂的主接线，它有四台发电机，两台100MW机组与双绕组变压器组成单元接线，将电能送入110kV电网；两台25MW机组直接接入10kV发电机电压母线，机压母线采用叉接电抗器分段的双母线分段接线方式，以10kV电缆馈线向附近用户供电。由于短路容量比较大，为保证出线能选择轻型断路器，在10kV馈线上还装设出线电抗器。110kV出线回较多，所以采用带公用旁路断路器的双母线带旁路母线接线方式。2．中小型地域性电厂的电气主接线3．变电所的电气主接线变电所电气主接线的设计也应该按照其在系统中的位置、作用、负荷性质、电压等级、出线回路数等特点，选择合理的主接线方式。枢纽变电所的电压等级高，变压器容量大，线路回数多，通常聚集着多个大电源和大功率联络线，联络着几部分高压和中压电网，在电力系统中居于重要的枢纽位置。枢纽变电所的电压等级不宜多于三级，最好不要出现两个中压等级，以免接线过分复杂。图3-25所示的是一个大型枢纽变电所，为方便500kV与220kV侧的功率交换，安装两台大容量自耦主变压器。220kV侧有多回向大型工业企业及城市负荷供电的出线，供电可靠性要求高，由于采用了六氟化硫断路器，故不设置旁路母线，为提高可靠性，采用双母线分段接线方式。500kV配电安装采用一个半断路器接线方式，主变压器采用交叉换位布置方式，主变压器的第三绕组上引接无功补偿设备以及所用变压器。第六节电气主接线设计一、综述(在以后课程设计中学习)二、电气主接线的技术经济比较1)拟定出2～3个技术上能满足要求的较好方案进展详细技术经济比较，最后确定最正确方案。2)电气主接线方案的技术比较，主要是对各方案的可靠性、灵敏性进展定性的对比分析，兼顾设计、施工、运转、维修等各方面的要求。3)对保管的几个技术上相当的较好方案，难于直观断定优劣时，可经过经济比较计算确定最正确方案。经济比较中，普通只比较各个方案的不同部分，因此不用计算出各方案的全部费用。1．投资和年运转费的计算⑴综合投资⑵年运转费式中O0——主接线方案中主体设备的投资〔万元〕，包括主变压器、开关设备、母线、配电安装投资及明显的增修桥梁、公路