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(shè)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(shè)備文字和圖形符號(hào)將發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、開關(guān)電器、測(cè)量電器、保護(hù)電器、輸電線路等有關(guān)電氣設(shè)備，按照工作順序排列，詳細(xì)表示電氣設(shè)備的組成和連接關(guān)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(hào)v 主要顯示系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)、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(jī)、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(duì)電氣主接線的基本要求 對(duì)主接線的基本要求就是：安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、方便。對(duì)主接線的基本要求就是：安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、方便。1安全性安全性 對(duì)電氣主接線的安全性，主要體現(xiàn)在：隔離開關(guān)的正確配置和隔離開關(guān)接線的正確繪制。 隔離開關(guān)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(yīng)該安裝隔離開關(guān)的地方都必須配置隔離開關(guān)，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(guān)時(shí)，電源應(yīng)接在通過瓷瓶與隔離開關(guān)的刀片聯(lián)結(jié)，因?yàn)檫@樣安裝在打開和合上隔離開關(guān)時(shí)，刀片

3、端的帶電時(shí)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(duì)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(duì)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(shí)，要考慮發(fā)電廠或變電所在整個(gè)系統(tǒng)中的地位和作用，也要考慮用戶的負(fù)荷性質(zhì)和類別。 在分析電氣主接線可靠性時(shí)，根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)，可按以下幾個(gè)方面進(jìn)行： （1）各斷路器檢修時(shí)，停電的范圍和時(shí)間； （2）母線故障或檢修時(shí)，停電范圍和時(shí)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(jì)損失的大小，可靠性越高停電時(shí)的經(jīng)濟(jì)損失越少，反之，則越多。按重要性的不同，將負(fù)

4、荷分為三類： 類負(fù)荷停電后將造成人員傷亡和重大設(shè)備損壞的最重要負(fù)荷。如機(jī)場(chǎng)和軍事設(shè)施等電力負(fù)荷，以及電弧煉鋼爐和大型鋁電解槽等短時(shí)間停電就要損壞重大設(shè)備的用電。對(duì)類負(fù)荷的供電要求是任何時(shí)間都不能停電。 類負(fù)荷停電后將造成減產(chǎn)，使用戶蒙受較大的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)類負(fù)荷的供電要求是必要時(shí)可以短時(shí)期停電，不允許長(zhǎng)時(shí)間停電。 類負(fù)荷 、類負(fù)荷以外的其他負(fù)荷，停電后不會(huì)造成太大的影響，屬非重要負(fù)荷。對(duì)類負(fù)荷的供電要求是必要時(shí)可以長(zhǎng)期停電。三、經(jīng)濟(jì)性三、經(jīng)濟(jì)性 電氣主接線的經(jīng)濟(jì)性是相對(duì)而論的，在資金充足時(shí)，對(duì)經(jīng)濟(jì)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(jì)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(yīng)該接線簡(jiǎn)單，操作方便盡可能的使操作步驟少，以便于運(yùn)行人員掌握，不至于在操作過程中出錯(cuò)。 2.調(diào)度的方便性 電氣主接線在正常運(yùn)行時(shí)，要能根據(jù)調(diào)度要求，方便地改變運(yùn)行方式。并在發(fā)生事故時(shí)，要能盡快的切除故障。 3.擴(kuò)建的方便性 這不僅與資金、土地相關(guān)，還與電氣主接線的接線方式有關(guān)，但對(duì)于將來的發(fā)電廠和變電所，其主接線應(yīng)具有擴(kuò)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(tái)斷路器接線

6、、4/3臺(tái)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(shè)備：1）、QF：斷路器；作用：接通和切斷電路；特點(diǎn)：有專門的滅弧裝置，可用于切斷或閉合負(fù)荷電流以及切斷故障電流；2）、 QS1：母線側(cè)隔離開關(guān) QS2：線路側(cè)隔離開關(guān) 作用：隔離電壓特點(diǎn)：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(shè)備由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)或系統(tǒng)改變運(yùn)行方式時(shí)，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(guān)、拉開或合上某些直流操作回路、切除或投入某些繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置、改變某些

7、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的整定值、拆除或裝設(shè)臨時(shí)接線、檢查設(shè)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(guān)“先通后斷”或在等電位狀態(tài)下運(yùn)行。4、 QS1和QS2的操作順序：通電時(shí)先通母線側(cè)隔離開關(guān)，后通線路側(cè)隔離開關(guān)；斷電時(shí)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(jī)械閉鎖或電腦鑰匙。優(yōu)點(diǎn)：a、接線簡(jiǎn)單、清晰、設(shè)備少、投資小、操作方便；b、便于擴(kuò)建和使用成套配電裝置；缺點(diǎn)：a、不夠靈活可靠，任一元件（母線及母線側(cè)

8、隔離開關(guān)）檢修時(shí)，所有回路必須全部停電；b、任一出線斷路器檢修時(shí)，該回路要停電；c、母線、母線側(cè)隔離開關(guān)故障或斷路器靠母線側(cè)絕緣套管損壞時(shí)，所有回路必須全部停電；因而可靠性低。二、單母線分段運(yùn)行1.分段斷路器閉合運(yùn)行：分段斷路器閉合運(yùn)行：兩個(gè)電源分別接在兩段母線上；兩段母線上的負(fù)荷應(yīng)均勻分配；兩段母線電壓相等。當(dāng)一段母線發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)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(yùn)行。2.分段斷路器斷開運(yùn)行：分段斷路器斷開運(yùn)行：兩個(gè)電源分接在兩端段母線上；兩段母線電壓可能不相等。當(dāng)任一電源故障時(shí)，其出口斷路器自動(dòng)斷開，然后由備用電源自動(dòng)投入裝置自動(dòng)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(yùn)行（1）優(yōu)點(diǎn)：a、母線發(fā)生故障時(shí)，分段斷路器自動(dòng)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(duì)重要用戶由兩側(cè)共同供電，提高供電可靠性；（2）缺點(diǎn)：a、當(dāng)一段母線故障或檢修時(shí)，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(kuò)建時(shí)需向兩個(gè)方面均衡擴(kuò)建。三、雙母線接線1、雙母線接線的運(yùn)行方式：1）一組工作、一組備用方式；2）雙母線同時(shí)運(yùn)行2、雙母線接線的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1）兩條母線互為備用，一條母線檢修時(shí)，另一條母線可以繼續(xù)工作，不會(huì)中斷對(duì)用戶的供電；2）任一母線側(cè)隔離開關(guān)檢修時(shí)，只影響本支路供電；3）

10、工作母線故障時(shí)，所有回路能迅速切換至備用母線而恢復(fù)供電；3）可將個(gè)別回路單獨(dú)接在備用母線上進(jìn)行特殊工作或試驗(yàn)；因而可靠性高，運(yùn)行方式靈活，便于擴(kuò)建缺點(diǎn)：1）工作母線故障會(huì)造成所有回路短時(shí)停電；2）出線斷路器檢修時(shí)，該回路要停電；3）開關(guān)設(shè)備多，投資及占地面積大；4）倒閘操作出現(xiàn)短時(shí)停電，倒閘操作過程復(fù)雜，易誤操作；5）一條母線檢修，另一條單母線運(yùn)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(dāng)雙母線接線采用一組母線工作、一組母線備用的方式運(yùn)行時(shí)，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(jìn)行母線停電檢修工作，這個(gè)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(guān)2）合母聯(lián)斷路器向備用母線充電，檢驗(yàn)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(guān)（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(guān)（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(guān)四、單元接線結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：發(fā)電機(jī)與變壓器直接連接成一個(gè)單元，組成發(fā)電機(jī)-變 壓器組。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單，開關(guān)設(shè)備少，操作簡(jiǎn)單。不設(shè)發(fā)電機(jī)電壓級(jí)母線，發(fā)電機(jī)和變壓器低壓側(cè)短路的幾率和短路電流相對(duì)于具有發(fā)電機(jī)電壓級(jí)母線時(shí)，有所減小。QS1TQF1GQF1TQF2QF3G對(duì)于大型機(jī)組應(yīng)采用分相封閉母線；對(duì)于小型機(jī)

12、組可采用擴(kuò)大單元接線；對(duì)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(jī) - 變壓器 - 線路組單元接線。單元接線帶發(fā)電機(jī)出口斷路器（GCB）的接線方式與不帶發(fā)電機(jī)出口斷路器（GCB）的接線方式的比較帶發(fā)電機(jī)出口斷路器（GCB）接線方式的優(yōu)點(diǎn)：機(jī)組正常起、停不需切換廠用電，只需操作發(fā)電機(jī)出口開關(guān)，廠用電可靠性高。機(jī)組在發(fā)電機(jī)開關(guān)以內(nèi)發(fā)生故障時(shí)（如發(fā)電機(jī)、汽機(jī)、鍋爐故障），只需跳開發(fā)電機(jī)開關(guān)，減少機(jī)組事故時(shí)的操作量。 對(duì)保護(hù)主變壓器、高壓廠用變壓器有利。 a、對(duì)于主變壓器、高壓廠用工作變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，由于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流衰減需要一定時(shí)間，在發(fā)電機(jī)-變壓器組保護(hù)動(dòng)作切除主變壓器高壓側(cè)開關(guān)后，

13、發(fā)電機(jī)在勵(lì)磁電流衰減階段仍向故障點(diǎn)供電，而裝設(shè)發(fā)電機(jī)開關(guān)后由于能快速切開發(fā)電機(jī)開關(guān)，而使主變壓器受到更好的保護(hù)，這一點(diǎn)對(duì)于大型機(jī)組非常有利。 b、避免或減少了由于高壓開關(guān)的非全相操作而造成的對(duì)發(fā)電機(jī)的危害。對(duì)于發(fā)電機(jī)變壓器組接線，其高壓開關(guān)由于額定電壓較高（500KV），敞開式開關(guān)相間距離較大，不能做成三相機(jī)械連動(dòng)，高壓開關(guān)的非全相工況即使在正常操作時(shí)也時(shí)有發(fā)生，高壓開關(guān)的非全相運(yùn)行會(huì)在發(fā)電機(jī)定子上產(chǎn)生負(fù)序電流，而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子承受負(fù)序磁場(chǎng)的能力是非常有限的，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子損壞。而目前的發(fā)電機(jī)出口開關(guān)在設(shè)計(jì)和制造中都考慮了三相機(jī)械連動(dòng)，有效防止了非全相操作的發(fā)生。 發(fā)電機(jī)開關(guān)以內(nèi)故障只需跳開發(fā)電

14、機(jī)開關(guān)，不需跳主變壓器高壓側(cè)500KV開關(guān)，對(duì)系統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)影響較小，對(duì)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(fù)時(shí)間，提高了機(jī)組可用率，同時(shí)每年可節(jié)約大量的運(yùn)行費(fèi)用。 我國(guó)在600-1000MW核電機(jī)組及部分水、火電機(jī)組裝設(shè)了發(fā)電機(jī)出口斷路器或負(fù)荷開關(guān)。國(guó)外發(fā)電機(jī)出口斷路器制造水平已達(dá)到：額定電流40-50kA，額定開斷電流200kA以上，價(jià)格很貴，高達(dá)200萬美元。國(guó)內(nèi)制造水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(tái)數(shù)的確定一、主變壓器容量和臺(tái)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(luò)變壓器：用于兩種電壓等級(jí)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(jī)額定容量扣除本按發(fā)電機(jī)額定容量扣除本機(jī)組的廠用負(fù)荷后，留機(jī)組的廠用負(fù)荷后，留10%的裕度確定。的裕度確定。擴(kuò)大單元接線的變壓器容擴(kuò)大單元接線的變壓器容量，按上述算出的兩臺(tái)機(jī)量，按上述算出的兩臺(tái)機(jī)容量之和確定。容量之和確定。 2）具有發(fā)電機(jī)電壓母線接線的主變壓器容量的確定原則（1）當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓母線上負(fù)荷最小時(shí)，扣除廠用負(fù)荷后，主變壓器應(yīng)能將剩余有功和無功送往系統(tǒng)。(2)發(fā)電機(jī)電壓母線上最大一臺(tái)發(fā)電機(jī)檢修或故障時(shí)，主變能從系統(tǒng)倒送功率保證母

16、線上最大負(fù)荷的需要。此時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮母線上負(fù)荷可能的增加和變壓器的允許過負(fù)荷能力。（3）發(fā)電機(jī)電壓母線上有兩臺(tái)或以上主變時(shí)，當(dāng)其中容量最大的一臺(tái)因故退出運(yùn)行時(shí)，其余主變?cè)谠试S的正常過負(fù)荷范圍內(nèi)，應(yīng)能輸送母線剩余功率的70%以上。（4）因系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求需限制本廠出力時(shí)，應(yīng)具有從系統(tǒng)倒送功率的能力，滿足電壓母線上最大負(fù)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(yùn)輸條件和可靠性主要考慮變壓器的制造條件、運(yùn)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(yīng)選三相變壓器。一般都應(yīng)選三相變壓器。600MW6

17、00MW及以上及以上: : 除制造、運(yùn)輸條件外，更重要的是除制造、運(yùn)輸條件外，更重要的是考慮負(fù)荷和系統(tǒng)情況，保證供電可靠，進(jìn)行綜合考慮負(fù)荷和系統(tǒng)情況，保證供電可靠，進(jìn)行綜合分析，在滿足技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的條件下，來確定選用分析，在滿足技術(shù)、經(jīng)濟(jì)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(jí)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(jí)向用戶供電或與系統(tǒng)連接時(shí)，可采用：二臺(tái)雙繞組時(shí)，可采用：二臺(tái)雙繞組 或或 一臺(tái)三繞組一臺(tái)三繞組 或或

18、 自耦變。自耦變。 a. a. 最大機(jī)組容量為最大機(jī)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(gè)繞組的通過容量應(yīng)達(dá)到該變壓器額定容但三繞組變的每個(gè)繞組的通過容量應(yīng)達(dá)到該變壓器額定容量的量的15%15%及以上，否則選兩臺(tái)雙繞組變）及以上，否則選兩臺(tái)雙繞組變）b. b. 最大機(jī)組為最大機(jī)組為200200MWMW以上，雙繞組變壓器聯(lián)絡(luò)變壓器。以上，雙繞組變壓器聯(lián)絡(luò)變壓器。 在在110110KVKV及以上中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，凡需選用三繞組及以上中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，凡需選用三繞組變的場(chǎng)所，均可優(yōu)先選用自耦變。它損耗小，體積小，效變的場(chǎng)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(guó)我國(guó)110110KVKV及以上電壓等級(jí)中，變壓器都采用及以上電壓等級(jí)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(diǎn)多通過消弧線圈接地連接，其中性點(diǎn)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(jī)組常規(guī)接線。（一般考慮系統(tǒng)或機(jī)組的同步并列要求以及限制三次諧波對(duì)電源的影響的同步并列要求以及限制三次諧波對(duì)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(fù)荷切換，調(diào)壓范圍在有載調(diào)壓：帶負(fù)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(shí)而為送端，時(shí)而為受端，具有可逆工作接于時(shí)而為送端，時(shí)而為受端，具有可逆工作特點(diǎn)的聯(lián)絡(luò)變壓器。為保證供電質(zhì)量，要求母線特點(diǎn)的聯(lián)絡(luò)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(dāng)?shù)闹鹘泳€形式和運(yùn)行方式如：1）對(duì)大容量發(fā)電機(jī)可采用單元接線，盡可能在發(fā)電機(jī)電壓級(jí)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(yùn)行方式，即“母線硬分段”接線方式；3）對(duì)于雙回路的電路，在負(fù)荷允許的條件下可采用單回路運(yùn)行；4）對(duì)環(huán)形供電網(wǎng)絡(luò)，可在環(huán)網(wǎng)中穿越功率最小處開環(huán)運(yùn)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(jī)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(jí)。裝設(shè)的地方：電流流動(dòng)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(jī)額定電流的5