發(fā)電廠電氣一次系統(tǒng)

1、發(fā)電廠電氣一次系統(tǒng) 第一節(jié) 電氣主接線的基本要求 第二節(jié) 電氣主接線的基本形式 第三節(jié) 主變壓器的選擇 第四節(jié) 限制短路電流的方法能 源 管 控 中 心第一節(jié) 電氣主接線的基本要求一、電氣主接線定義發(fā)電廠電氣主接線 發(fā)電廠電氣主接線是由多種電氣設備通過連接線，按其功能要求組成的匯集和分配電能的電路，又稱一次接線或電氣主系統(tǒng)。電氣主接線圖 用規(guī)定的設備文字和圖形符號將發(fā)電機、變壓器、母線、開關電器、測量電器、保護電器、輸電線路等有關電氣設備，按照工作順序排列，詳細表示電氣設備的組成和連接關系的單線接線圖，稱電氣主接線圖。二、電氣主接線圖中的代表符號v 主要顯示系統(tǒng)中發(fā)電機、變壓器、電力線路、母線

2、及斷路器等主要主要顯示系統(tǒng)中發(fā)電機、變壓器、電力線路、母線及斷路器等主要元件間的電氣接線。元件間的電氣接線。三、對電氣主接線的基本要求 對主接線的基本要求就是：安全、可靠、經(jīng)濟、方便。對主接線的基本要求就是：安全、可靠、經(jīng)濟、方便。1安全性安全性 對電氣主接線的安全性，主要體現(xiàn)在：隔離開關的正確配置和隔離開關接線的正確繪制。 隔離開關的主要用途是將檢修部分與電源隔離，以保證檢修人員的安全。在電氣主接線圖中，凡是應該安裝隔離開關的地方都必須配置隔離開關，不能有遺漏之處，也不可以為了節(jié)省投資而不裝。 在繪制隔離開關時，電源應接在通過瓷瓶與隔離開關的刀片聯(lián)結(jié)，因為這樣安裝在打開和合上隔離開關時，刀片

3、端的帶電時間較短，這樣可以保證操作人員的安全。二、可靠性二、可靠性 電氣主接線的可靠性不是絕對的。同樣的形式在一些發(fā)電廠或變電所來說是可靠的，但對另一些發(fā)電廠或變電所則不一定能滿足可靠性要求。所以在分析主接線圖時，要考慮發(fā)電廠或變電所在整個系統(tǒng)中的地位和作用，也要考慮用戶的負荷性質(zhì)和類別。 在分析電氣主接線可靠性時，根據(jù)負荷性質(zhì)，可按以下幾個方面進行： （1）各斷路器檢修時，停電的范圍和時間； （2）母線故障或檢修時，停電范圍和時間； （3）有沒有使發(fā)電廠或變電所全部停電的可能。 電氣主接線可靠性的高低直接決定著經(jīng)濟損失的大小，可靠性越高停電時的經(jīng)濟損失越少，反之，則越多。按重要性的不同，將負

4、荷分為三類： 類負荷停電后將造成人員傷亡和重大設備損壞的最重要負荷。如機場和軍事設施等電力負荷，以及電弧煉鋼爐和大型鋁電解槽等短時間停電就要損壞重大設備的用電。對類負荷的供電要求是任何時間都不能停電。 類負荷停電后將造成減產(chǎn)，使用戶蒙受較大的經(jīng)濟損失。對類負荷的供電要求是必要時可以短時期停電，不允許長時間停電。 類負荷 、類負荷以外的其他負荷，停電后不會造成太大的影響，屬非重要負荷。對類負荷的供電要求是必要時可以長期停電。三、經(jīng)濟性三、經(jīng)濟性 電氣主接線的經(jīng)濟性是相對而論的，在資金充足時，對經(jīng)濟性的要求可以放低，如果兩種主接線的可靠性和方便性差不多，則選擇經(jīng)濟性較好的一種。四、方便性四、方便性

5、 1.操作的方便性 電氣主接線的應該接線簡單，操作方便盡可能的使操作步驟少，以便于運行人員掌握，不至于在操作過程中出錯。 2.調(diào)度的方便性 電氣主接線在正常運行時，要能根據(jù)調(diào)度要求，方便地改變運行方式。并在發(fā)生事故時，要能盡快的切除故障。 3.擴建的方便性 這不僅與資金、土地相關，還與電氣主接線的接線方式有關，但對于將來的發(fā)電廠和變電所，其主接線應具有擴建的方便性。第二節(jié) 電氣主接線的基本形式一、電氣主接線分類 電氣主接線的基本形式包括：有母線接線和無母線接線兩大類。 有母線接線有： 單母線接線、單母線分段接線、單母線帶旁路接線、雙母線接線、雙母線分段接線、雙母線帶旁路接線、3/2臺斷路器接線

6、、4/3臺斷路器接線和變壓器母線組接線等形式； 無母線接線有： 單元接線、橋形接線和角形接線等。一、單母線接線（1）電氣設備：1）、QF：斷路器；作用：接通和切斷電路；特點：有專門的滅弧裝置，可用于切斷或閉合負荷電流以及切斷故障電流；2）、 QS1：母線側(cè)隔離開關 QS2：線路側(cè)隔離開關 作用：隔離電壓特點：無專用滅弧裝置，開合電流能力極低； 3）、WB：母線，用于電能的 匯集和分配 倒閘操作：電氣設備由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)或系統(tǒng)改變運行方式時，需要一系列倒閘操作才能完成。倒閘操作主要是指拉開或合上某些斷路器和隔離開關、拉開或合上某些直流操作回路、切除或投入某些繼電保護和自動裝置、改變某些

7、繼電保護和自動裝置的整定值、拆除或裝設臨時接線、檢查設備的絕緣等。例：給出線WL1送電倒閘操作：1、給出線WL1送電操作：先合QS1，后合QS2，再合QF2、給出線WL1斷電操作：先斷QF ，后斷QS2，再斷QS13、 QF和QS的操作順序：保證隔離開關“先通后斷”或在等電位狀態(tài)下運行。4、 QS1和QS2的操作順序：通電時先通母線側(cè)隔離開關，后通線路側(cè)隔離開關；斷電時相反；5、防止誤操作的措施：a、操作票制度；b、 QF和QS之間加裝電磁閉鎖、機械閉鎖或電腦鑰匙。優(yōu)點：a、接線簡單、清晰、設備少、投資小、操作方便；b、便于擴建和使用成套配電裝置；缺點：a、不夠靈活可靠，任一元件（母線及母線側(cè)

8、隔離開關）檢修時，所有回路必須全部停電；b、任一出線斷路器檢修時，該回路要停電；c、母線、母線側(cè)隔離開關故障或斷路器靠母線側(cè)絕緣套管損壞時，所有回路必須全部停電；因而可靠性低。二、單母線分段運行1.分段斷路器閉合運行：分段斷路器閉合運行：兩個電源分別接在兩段母線上；兩段母線上的負荷應均勻分配；兩段母線電壓相等。當一段母線發(fā)生故障時，繼電保護將跳開分段斷路器和故障側(cè)電源斷路器。另一側(cè)可以繼續(xù)運行。2.分段斷路器斷開運行：分段斷路器斷開運行：兩個電源分接在兩端段母線上；兩段母線電壓可能不相等。當任一電源故障時，其出口斷路器自動斷開，然后由備用電源自動投入裝置自動接通分段斷路器，保證全部引出線繼續(xù)供

9、電。二、單母線分段運行（1）優(yōu)點：a、母線發(fā)生故障時，分段斷路器自動將故障段切除，僅故障母線段停電，保證正常段母線段不間斷供電，縮小停電范圍；b、對重要用戶由兩側(cè)共同供電，提高供電可靠性；（2）缺點：a、當一段母線故障或檢修時，與該段所連的所有電源和出線均需斷開單回供電用戶要停電；b、任一出線斷路器檢修，該回路要停電。c、擴建時需向兩個方面均衡擴建。三、雙母線接線1、雙母線接線的運行方式：1）一組工作、一組備用方式；2）雙母線同時運行2、雙母線接線的特點優(yōu)點：1）兩條母線互為備用，一條母線檢修時，另一條母線可以繼續(xù)工作，不會中斷對用戶的供電；2）任一母線側(cè)隔離開關檢修時，只影響本支路供電；3）

10、工作母線故障時，所有回路能迅速切換至備用母線而恢復供電；3）可將個別回路單獨接在備用母線上進行特殊工作或試驗；因而可靠性高，運行方式靈活，便于擴建缺點：1）工作母線故障會造成所有回路短時停電；2）出線斷路器檢修時，該回路要停電；3）開關設備多，投資及占地面積大；4）倒閘操作出現(xiàn)短時停電，倒閘操作過程復雜，易誤操作；5）一條母線檢修，另一條單母線運行，可靠性降低。3、雙母線接線的倒閘操作1（倒母線）倒母線：當雙母線接線采用一組母線工作、一組母線備用的方式運行時，需檢修工作母線，可將工作母線經(jīng)倒閘操作轉(zhuǎn)換為備用狀態(tài)之后，進行母線停電檢修工作，這個操作稱為倒母線。 將工作母線I轉(zhuǎn)換為備用狀態(tài)的基本操

11、作：1）合母聯(lián)斷路器兩側(cè)隔離開關2）合母聯(lián)斷路器向備用母線充電，檢驗備用母線是否完好；3）切斷母聯(lián)斷路器控制回路電源4）依次合入與II組母線連接的母線隔離開關（除母聯(lián)斷路器外）5）依次斷開與I組母線連接的母線隔離開關（除母聯(lián)斷路器外）6）投入母聯(lián)斷路器控制回路電源，拉開母聯(lián)斷路器及兩側(cè)隔離開關四、單元接線結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：發(fā)電機與變壓器直接連接成一個單元，組成發(fā)電機-變 壓器組。 優(yōu)點優(yōu)點：接線簡單，開關設備少，操作簡單。不設發(fā)電機電壓級母線，發(fā)電機和變壓器低壓側(cè)短路的幾率和短路電流相對于具有發(fā)電機電壓級母線時，有所減小。QS1TQF1GQF1TQF2QF3G對于大型機組應采用分相封閉母線；對于小型機

12、組可采用擴大單元接線；對于附近有高電壓、大容量變電站的發(fā)電廠，可采用發(fā)電機 - 變壓器 - 線路組單元接線。單元接線帶發(fā)電機出口斷路器（GCB）的接線方式與不帶發(fā)電機出口斷路器（GCB）的接線方式的比較帶發(fā)電機出口斷路器（GCB）接線方式的優(yōu)點：機組正常起、停不需切換廠用電，只需操作發(fā)電機出口開關，廠用電可靠性高。機組在發(fā)電機開關以內(nèi)發(fā)生故障時（如發(fā)電機、汽機、鍋爐故障），只需跳開發(fā)電機開關，減少機組事故時的操作量。 對保護主變壓器、高壓廠用變壓器有利。 a、對于主變壓器、高壓廠用工作變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時，由于發(fā)電機勵磁電流衰減需要一定時間，在發(fā)電機-變壓器組保護動作切除主變壓器高壓側(cè)開關后，

13、發(fā)電機在勵磁電流衰減階段仍向故障點供電，而裝設發(fā)電機開關后由于能快速切開發(fā)電機開關，而使主變壓器受到更好的保護，這一點對于大型機組非常有利。 b、避免或減少了由于高壓開關的非全相操作而造成的對發(fā)電機的危害。對于發(fā)電機變壓器組接線，其高壓開關由于額定電壓較高（500KV），敞開式開關相間距離較大，不能做成三相機械連動，高壓開關的非全相工況即使在正常操作時也時有發(fā)生，高壓開關的非全相運行會在發(fā)電機定子上產(chǎn)生負序電流，而發(fā)電機轉(zhuǎn)子承受負序磁場的能力是非常有限的，嚴重時會導致轉(zhuǎn)子損壞。而目前的發(fā)電機出口開關在設計和制造中都考慮了三相機械連動，有效防止了非全相操作的發(fā)生。 發(fā)電機開關以內(nèi)故障只需跳開發(fā)電

14、機開關，不需跳主變壓器高壓側(cè)500KV開關，對系統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)影響較小，對電網(wǎng)有利。 雖然初期投資大，但便于檢修、調(diào)試，縮短故障恢復時間，提高了機組可用率，同時每年可節(jié)約大量的運行費用。 我國在600-1000MW核電機組及部分水、火電機組裝設了發(fā)電機出口斷路器或負荷開關。國外發(fā)電機出口斷路器制造水平已達到：額定電流40-50kA，額定開斷電流200kA以上，價格很貴，高達200萬美元。國內(nèi)制造水平遠遠落后，基本不能滿足要求。第三節(jié) 主變壓器的選擇一、主變壓器容量和臺數(shù)的確定一、主變壓器容量和臺數(shù)的確定 主變壓器：用來向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器 聯(lián)絡變壓器：用于兩種電壓等級之間交換功率的變

15、壓器 廠用變壓器：只供本廠用電的變壓器 1、發(fā)電廠主變壓器：、發(fā)電廠主變壓器： 1）單元接線的主變壓器）單元接線的主變壓器容量的確定原則容量的確定原則 按發(fā)電機額定容量扣除本按發(fā)電機額定容量扣除本機組的廠用負荷后，留機組的廠用負荷后，留10%的裕度確定。的裕度確定。擴大單元接線的變壓器容擴大單元接線的變壓器容量，按上述算出的兩臺機量，按上述算出的兩臺機容量之和確定。容量之和確定。 2）具有發(fā)電機電壓母線接線的主變壓器容量的確定原則（1）當發(fā)電機電壓母線上負荷最小時，扣除廠用負荷后，主變壓器應能將剩余有功和無功送往系統(tǒng)。(2)發(fā)電機電壓母線上最大一臺發(fā)電機檢修或故障時，主變能從系統(tǒng)倒送功率保證母

16、線上最大負荷的需要。此時應適當考慮母線上負荷可能的增加和變壓器的允許過負荷能力。（3）發(fā)電機電壓母線上有兩臺或以上主變時，當其中容量最大的一臺因故退出運行時，其余主變在允許的正常過負荷范圍內(nèi)，應能輸送母線剩余功率的70%以上。（4）因系統(tǒng)經(jīng)濟運行要求需限制本廠出力時，應具有從系統(tǒng)倒送功率的能力，滿足電壓母線上最大負荷的要求。二、主變壓器型式的選擇主變壓器型式的選擇1 1）相數(shù)的確定）相數(shù)的確定主要考慮變壓器的制造條件、運輸條件和可靠性主要考慮變壓器的制造條件、運輸條件和可靠性要求等因素。要求等因素。300MW300MW及以下及以下: : 一般都應選三相變壓器。一般都應選三相變壓器。600MW6

17、00MW及以上及以上: : 除制造、運輸條件外，更重要的是除制造、運輸條件外，更重要的是考慮負荷和系統(tǒng)情況，保證供電可靠，進行綜合考慮負荷和系統(tǒng)情況，保證供電可靠，進行綜合分析，在滿足技術、經(jīng)濟的條件下，來確定選用分析，在滿足技術、經(jīng)濟的條件下，來確定選用單相變還是三相變。單相變還是三相變。 2 2）繞組數(shù)的確定）繞組數(shù)的確定按繞組分類：雙繞組、三繞組、自耦和低壓繞組分裂等按繞組分類：雙繞組、三繞組、自耦和低壓繞組分裂等 發(fā)電廠如以兩種升高電壓等級向用戶供電或與系統(tǒng)連接發(fā)電廠如以兩種升高電壓等級向用戶供電或與系統(tǒng)連接時，可采用：二臺雙繞組時，可采用：二臺雙繞組 或或 一臺三繞組一臺三繞組 或或

18、 自耦變。自耦變。 a. a. 最大機組容量為最大機組容量為125125MWMW及以下，多采用三繞組變壓器。（及以下，多采用三繞組變壓器。（但三繞組變的每個繞組的通過容量應達到該變壓器額定容但三繞組變的每個繞組的通過容量應達到該變壓器額定容量的量的15%15%及以上，否則選兩臺雙繞組變）及以上，否則選兩臺雙繞組變）b. b. 最大機組為最大機組為200200MWMW以上，雙繞組變壓器聯(lián)絡變壓器。以上，雙繞組變壓器聯(lián)絡變壓器。 在在110110KVKV及以上中性點直接接地系統(tǒng)中，凡需選用三繞組及以上中性點直接接地系統(tǒng)中，凡需選用三繞組變的場所，均可優(yōu)先選用自耦變。它損耗小，體積小，效變的場所，均

19、可優(yōu)先選用自耦變。它損耗小，體積小，效率高，但限流效果差，且變比不宜過大。率高，但限流效果差，且變比不宜過大。 按潮流方向選擇升壓（發(fā)電廠）或降壓（變電站）變壓器按潮流方向選擇升壓（發(fā)電廠）或降壓（變電站）變壓器3)3)繞組接線組別的確定繞組接線組別的確定我國我國110110KVKV及以上電壓等級中，變壓器都采用及以上電壓等級中，變壓器都采用“Y YN N”連接；連接；3535KVKV采用采用“Y Y”連接，其中性點多通過消弧線圈接地連接，其中性點多通過消弧線圈接地。3535KVKV以下，采用以下，采用“d d”連接。連接。 在發(fā)電廠和變電所中，主變壓器的接線組別一般在發(fā)電廠和變電所中，主變壓

20、器的接線組別一般都選用都選用YN,d11YN,d11常規(guī)接線。（一般考慮系統(tǒng)或機組常規(guī)接線。（一般考慮系統(tǒng)或機組的同步并列要求以及限制三次諧波對電源的影響的同步并列要求以及限制三次諧波對電源的影響等因素）等因素）無激磁調(diào)壓：不帶電切換，調(diào)壓范圍在無激磁調(diào)壓：不帶電切換，調(diào)壓范圍在2 22.5%2.5%以內(nèi)。以內(nèi)。有載調(diào)壓：帶負荷切換，調(diào)壓范圍在有載調(diào)壓：帶負荷切換，調(diào)壓范圍在30%30%。 a. a. 接于出力變化大的發(fā)電廠的主變，特別是潮流接于出力變化大的發(fā)電廠的主變，特別是潮流方向不固定，且要求變壓器副邊電壓維持在一定方向不固定，且要求變壓器副邊電壓維持在一定水平。水平。 b. b. 接于

21、時而為送端，時而為受端，具有可逆工作接于時而為送端，時而為受端，具有可逆工作特點的聯(lián)絡變壓器。為保證供電質(zhì)量，要求母線特點的聯(lián)絡變壓器。為保證供電質(zhì)量，要求母線電壓恒定。電壓恒定。4)調(diào)壓方式的確定調(diào)壓方式的確定 第五節(jié) 限制短路電流的方法一、選擇適當?shù)闹鹘泳€形式和運行方式如：1）對大容量發(fā)電機可采用單元接線，盡可能在發(fā)電機電壓級不采用母線；2）在降壓變電所中可采用變壓器低壓側(cè)分裂運行方式，即“母線硬分段”接線方式；3）對于雙回路的電路，在負荷允許的條件下可采用單回路運行；4）對環(huán)形供電網(wǎng)絡，可在環(huán)網(wǎng)中穿越功率最小處開環(huán)運行。目的：增大系統(tǒng)阻抗，減小短路電流二、加裝限流電抗器1）母線電抗器目的：讓發(fā)電機出口斷路器、變壓器低壓斷路器、母聯(lián)斷路器和分段斷路器都能按各回路額定電流來選擇，不因短路電流過大而使容量升級。裝設的地方：電流流動最小的地方，即母線分段處。選擇：其額定電流一般取發(fā)電機額定電流的5