【文章內(nèi)容簡介】 功 —— 電壓調(diào)節(jié)、有載調(diào)壓變壓器分接頭的自動調(diào)節(jié)以及無功補償、諧波補償?shù)妊a償設(shè)備的自動調(diào)節(jié)。 在一次接線中，將通過同一電流的電路部分稱為一條支路，每條支路以其主要元件命名，例如：發(fā)電機支路、變壓器支路、出線支路等。 西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 11 電力系統(tǒng)的額定電壓分為下列等級： ； 3kV； 6kV； 10kV； 35kV； 110kV；220kV； 330kV； 500kV； 750kV； 1150kV。發(fā)電廠、變電站的主接線電壓一般有三個電壓等級，相對地稱為高、中、低壓。廠用電電壓一般為兩級，低壓為 380/220V，高壓為 3kV、 6kV或 10kV。 發(fā)電廠電氣部分設(shè)計的主要任務(wù)是完成發(fā)電、變電、配電系統(tǒng)的設(shè)計，保證電能安全可靠地送入電力系統(tǒng)，并力爭節(jié)約投資，降低能耗。本文主要針對較為普遍的中小型火力發(fā)電廠的電氣部分設(shè)計作了闡述，重點是對其一次接線部分的設(shè)計。 西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院論文 12 1 電氣主接線設(shè)計 概述 發(fā)電廠電氣主接線是電力系統(tǒng)接線的主要組成部分，由各種電氣元件如發(fā)電機、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、互感器、母線、電纜、線路等按照一定的要求和順序連接起來，并用國家統(tǒng)一規(guī)定的圖形和文字符號表示的發(fā)、變、供電的電路圖。因為三相交流電氣設(shè)備的每相結(jié)構(gòu)一般是相同的，所以電氣主接線圖以單線圖形式表示。 電氣主接線表明了發(fā)電機、變壓器、線路和斷路器等電氣設(shè)備的數(shù)量和連接方式以及可能的運行方式，對供電可靠性、運行靈活、檢修方便以及經(jīng)濟合理等起著決定性的作用， 從而完成發(fā)電、變電、輸配電的任務(wù)。它的設(shè)計直接關(guān)系著全廠電氣設(shè)備的選擇，配電裝置的布置，繼電保護和自動裝置的確定，關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟運行。 對電氣主接線的基本要求 根據(jù)系統(tǒng)和用戶的基本要求，保證必要的供電可靠性和電能質(zhì)量 供電可靠性是電力生產(chǎn)和分配的首要要求，主接線首先應(yīng)滿足這個要求。停電不僅是發(fā)電廠的損失，對國民經(jīng)濟各部門帶來的損失將更嚴(yán)重，甚至于導(dǎo)致人身傷亡、設(shè)備損壞、產(chǎn)品報廢、城市生活混亂等經(jīng)濟損失，也會造成不良的政治影響。在考慮主接線可靠性時，應(yīng)全面地 看待以下幾個問題： （ 1）主接線可靠性的客觀衡量標(biāo)準(zhǔn)是運行實踐，應(yīng)重視國內(nèi)外長期運行的實踐積累經(jīng)驗及其可靠性的定性分析。 （ 2）主接線的可靠性要包括一次部分和相應(yīng)組成的二次部分在運行中的可靠性的綜合。 （ 3）可靠性并不是絕對的，同樣的主接線對某些系統(tǒng)和用戶來說是可靠的，而對另外一些系統(tǒng)和用戶來說可能就不夠可靠，因此，分析和估價主接線時，不能脫離系統(tǒng)和用戶的具體條件，要根據(jù)系統(tǒng)和用戶的具體要求，進行具體分析，以滿足必要的供電可靠性。 （ 4）主接線的可靠性是發(fā)展的。隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，新型設(shè)備的投運，自西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 13 動裝 置和先進技術(shù)的使用，主接線的可靠性會發(fā)生改變，過去被認(rèn)為不可靠的主接線，現(xiàn)在不一定就不可靠。 （ 5）衡量主接線運行可靠性的評判標(biāo)準(zhǔn)是： a. 母線故障時或母線檢修時，停電范圍的大小和停電時間的長短，能否保證供電。 b. 斷路器檢修時，停運出線回路數(shù)的多少和停電時間的長短，能否保證供電。 c. 發(fā)電廠、變電所全部停運的可能性。 具有運行、維護的靈活性和方便性 電氣主接線的靈活性要求有以下幾個方面： （ 1）調(diào)度靈活、操作簡便，應(yīng)能靈活地投入（或切除）某些機組、變壓器或線路，調(diào)配電源和負(fù)荷，能滿足系 統(tǒng)在事故、檢修及特殊運行方式下的調(diào)度要求。 （ 2）檢修安全：應(yīng)能方便地停運斷路器、母線及其繼電保護設(shè)備，進行安全檢修而不影響電力網(wǎng)的正常運行及對用戶的供電。 （ 3）擴建方便：應(yīng)能容易地從初期過渡到最終接線，使在擴建過渡時，一次和二次設(shè)備等所需改造最少。 經(jīng)濟性 電氣主接線應(yīng)在滿足供電可靠性、靈活性等技術(shù)要求的前提下，做到經(jīng)濟合理。 （ 1）投資?。褐鹘泳€應(yīng)簡單清晰，以節(jié)約斷路器、隔離開關(guān)等一次設(shè)備的投資，要使控制、保護不過于復(fù)雜，以節(jié)省二次設(shè)備和控制電纜。要能限制短路電流，以便于選擇價廉電氣設(shè)備 或輕型電器，做到投資省。 （ 2）電能損失?。汉侠淼剡x擇主變壓器的種類、容量、臺數(shù)，避免兩次變壓而增加電能的損失。 （ 3）占地面積?。弘姎庵鹘泳€選擇時要為配電裝置的布置創(chuàng)造條件，盡量使占地面積減少。在可能和允許的條件下，應(yīng)采取一次設(shè)計分期投資、投產(chǎn)，盡快發(fā)揮經(jīng)濟效益。 電氣主接線具有發(fā)展和擴建的可能性 隨著我國建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，已投產(chǎn)的發(fā)電廠和變電所，經(jīng)過一段時間之后，往往需要擴建。實踐經(jīng)驗表明，火電廠的裝機容量和出線回數(shù)都有發(fā)展可能。所以在設(shè)計主接線時應(yīng)適當(dāng)留有發(fā)展余地，為將來的發(fā)展創(chuàng)造條件 。 西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院論文 14 電氣主接線的設(shè)計原則 主接線除滿足上述基本要求外，還應(yīng)考慮下列情況： 發(fā)電機容量和臺數(shù) 發(fā)電廠裝機容量標(biāo)志著電廠的規(guī)模和在電力系統(tǒng)中的地位和作用。發(fā)電廠容量的確定是與國民經(jīng)濟發(fā)展計劃、電力負(fù)荷增長速度、系統(tǒng)規(guī)模和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及備用容量大小等因素有關(guān)。 為使生產(chǎn)管理以及運行檢修方便，一個發(fā)電廠內(nèi)機組容量等級以不超過兩種為宜，臺數(shù)最好不要超過六臺，同容量機組盡量選用同一型式。 電壓等級及接入系統(tǒng)方式 大中型發(fā)電廠的電壓等級不宜多于三級，一般設(shè)置升高電壓一級到兩級 ，發(fā)電機電壓一級。如果與系統(tǒng)的連接只是輸送本廠剩余功率，容量不大，可采用單線弱聯(lián)系，在可靠性要求較高，且輸送容量又大時，則采用雙回路或環(huán)網(wǎng)等強聯(lián)系方式，分別接于兩段母線上。 主變壓器選擇 （ 1）對于 200MW 及以上發(fā)電機組，一般與雙繞組變壓器組成單元接線，主變壓器的容量和臺數(shù)與發(fā)電機容量配套選用。當(dāng)有兩種升高電壓時，宜在兩種升高電壓之間裝聯(lián)絡(luò)變壓器，其容量按兩種電壓網(wǎng)絡(luò)的交換功率選擇。 （ 2）對于中、小型發(fā)電廠應(yīng)按下列原則選擇： a. 為節(jié)約投資及簡化布置，主變壓器應(yīng)選用三相式。 b. 為保證 發(fā)電機電壓，出線供電可靠，接在發(fā)電機電壓母線上的主變壓器，一般不少于兩臺。在計算通過主變壓器總?cè)萘繒r，至少應(yīng)考慮五年內(nèi)負(fù)荷的發(fā)展需要，并要求：在發(fā)電機電壓母線上的負(fù)荷為最小時，影響剩余功率送入電力系統(tǒng)；發(fā)電機電壓母線上的最大一臺發(fā)電機停運時，能滿足發(fā)電機電壓的最大負(fù)荷用電需要；因系統(tǒng)經(jīng)濟運行而須限制本廠出力時，也應(yīng)滿足發(fā)電機電壓的最大負(fù)荷用電。 c. 在發(fā)電廠有兩種升高電壓的情況下，當(dāng)機組容量為 125MW 及以下時，從經(jīng)濟上考慮，一般采用三繞組變壓器，但每個繞組的通過功率應(yīng)達到該變壓器容量的 15%以上。三繞組 變壓器一般不超過兩臺。 d. 在高、中壓系統(tǒng)均為中性點直接接地系統(tǒng)的情況下，可考慮采用自耦變壓器。 e. 對潮流方向不固定的變壓器經(jīng)計算采用普遍變壓器不能滿足調(diào)壓要求時，可西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 15 采用有載調(diào)壓變壓器。 斷路器的設(shè)置 根據(jù)電氣接線方式，每回線路均應(yīng)設(shè)有相應(yīng)數(shù)量的斷路器，用以完成切合電路的任務(wù)。但在有些情況下，斷路器的設(shè)置也應(yīng)適當(dāng)簡化，如：對于大容量發(fā)電機的出口斷路器，由于制造困難，造價高，一般可不裝設(shè)；在出線上裝有電抗器的 6 ~ 10kV配電裝置中，向不同用戶供電的兩回線可共用一臺斷路器和一組電抗器，但 每回線上應(yīng)各裝一組隔離開關(guān)；在滿足安全運行和繼電保護要求的情況下，110kV及以下的終端變電所和分支變電所的高壓側(cè)，可采用熔斷器或接地開關(guān)。 電氣主接線形式的分類 發(fā)電廠的電氣主接線形式指的是發(fā)電廠采用的電壓等級，各級電壓的進、出線情況及其橫向聯(lián)絡(luò)關(guān)系。在進、出線確定之后，按其橫向聯(lián)絡(luò)的形式分為兩大類：有橫向聯(lián)絡(luò)形式和無橫向聯(lián)絡(luò)形式。 有橫向聯(lián)絡(luò)的接線形式 按聯(lián)絡(luò)形式的不同，此種接線分為有母線接線和無母線的簡易接線形式兩種。 （ 1）有母線形式 此種接線設(shè)有一組或兩組匯流母線，其作 用是實現(xiàn)進、出線支路的并聯(lián)，分別稱為單母線接線和雙母線接線。發(fā)電廠和變電所的主接線的基本環(huán)節(jié)是電源（發(fā)電機或變壓器）和引出線。母線（又稱匯流母線）是中間環(huán)節(jié)，它起著匯總和分配電能的作用。由于多數(shù)情況下引出線數(shù)目要比電源數(shù)目多好幾倍，故在二者之間采用母線連接既有利于電能交換，還可使接線簡單明了和運行方便，也便于擴建。有母線的接線形式布置清晰，是電力系統(tǒng)特別是大型發(fā)電廠、變電站，高、中電壓等級普遍采用的接線方式。 a. 單母線接線 只有一組母線的接線稱為單母線接線，這種接線的特點是電源和供電線路都連在同一母線上 。為了便于投入和切除任何一條進出引線，在每條引線上都裝有可以切除負(fù)荷電流和故障電流的斷路器。當(dāng)需要檢修斷路器而又要保證其它線路正常供電時，則應(yīng)使被檢修的斷路器和電源隔離。為此，又在每個斷路器的兩側(cè)裝有隔離開關(guān)，它的作用只是保證檢修斷路器時，使其和電源隔離，而不能用來斷開電路。 單母線接線的主要優(yōu)點是：接線簡單清晰，采用設(shè)備少，投資省，操作方便，便西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院論文 16 于擴建和采用成套配電裝置。單母線接線一般只適用于一臺發(fā)電機或一臺變壓器的以下三種情況： ① 6 ~ 10kV配電裝置的出線回路數(shù)不超過 5 回； ② 35 ~ 63kV配電裝置 的出線回路數(shù)不超過 3 回； ③ 110 ~ 220kV配電裝置的出線回路數(shù)不超過 2 回。 其主要缺點是：不夠靈活可靠，當(dāng)母線和母線隔離開關(guān)發(fā)生故障和檢修時，均需斷開電源，造成整個發(fā)電廠、變電站停電。 b. 單母線分段接線 單母線接線的缺點可以通過將母線分段的方法來克服。由于單母線分段接線既保留了單母線接線本身的簡單、經(jīng)濟、方便等基本優(yōu)點，又在一定程度上克服了它的缺點。故這種接線目前仍被廣泛應(yīng)用。單母線分段接線適用范圍： ① 6 ~ 10kV配電裝置的出線回路數(shù)為 6 回及以上時； ② 35 ~ 63kV配電裝置的出線回路數(shù)為 4 ~ 8 回時； ③ 110 ~ 220kV配電裝置的出線回路數(shù)為 3 ~ 4 回時； 但是單母線分段接線也有較顯著的缺點，這就是當(dāng)一段母線或母線隔離開關(guān)發(fā)生故障或檢修時，各段母線上所連接的全部引線都要在檢修期間停電，顯然對于大容量發(fā)電廠和樞紐變電所來說，這都是不能容許的。 c. 雙母線接線 雙母線接線是針對單母線接線分段接線的缺點而提出來的。這種接線有兩組母線，兩組母線之間用母線聯(lián)絡(luò)斷路器連接起來，每一個回路都通過一只斷路器和兩只隔離開關(guān)接到兩組母線上，當(dāng)母聯(lián)斷路器斷開時，一組母線帶電，另一組母線不帶電。帶電的稱為 工作母線，不帶電的稱為備用母線，正常運行時，接至母線上的隔離開關(guān)接通，接到備用母線上的隔離開關(guān)斷開。 采用雙母線接線具有以下特點： ① 正常計劃檢修時，不會中斷對用戶的供電。 ② 當(dāng)修理任一回路的母線隔離開關(guān)時，只需斷開該回路。 ③ 工作母線故障時，可將全部回路轉(zhuǎn)移到備用母線上，從而使用戶迅速恢復(fù)供電。 ④ 可用母聯(lián)斷路器代替任意回路需要檢修的斷路器，在這種情況下，只需短時停電。 ⑤ 在個別回路中需要單獨進行試驗時，可將該回路分出來，并單獨接至備用母線西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 17 上。 雙母線接線的最重要操作是切換母線，在切換母線時，為了避免發(fā)生事故，必須 遵循一定的操作程序。接通電路時，先合隔離開關(guān)，后合斷路器。斷開電路時，先斷開斷路器，后斷開隔離開關(guān)。在任何情況下，都不允許帶負(fù)荷拉開隔離開關(guān)。 雙母線接線的主要優(yōu)點是可以在不影響供電的情況下，對母線系統(tǒng)進行檢修。但是雙母線接線仍存在下列缺點： ① 接線較復(fù)雜。在檢修母線隔離開關(guān)和線路斷路器時，需要用隔離開關(guān)進行復(fù)雜的操作； ② 當(dāng)工作母線故障時，在切換母線的過程中仍要短時停電。檢修線路斷路器時，盡管可以用母聯(lián)來代替，但在裝接跨線期間，仍需短時停電。這種停電對重要用戶仍是不允許的。 為了消除上述的缺點，可以采取下列措 施： ① 為了避免工作母線故障時，造成全部停電，可以采用雙母線同時運行的方式，這是可以把電源和負(fù)荷合理分配在兩組母線上，通過母聯(lián)，使兩組母線并聯(lián)運行。這樣既提高了供電可靠性，在必要時又可以空出一組母線進行檢修。 ② 采用雙母線分段接線。當(dāng)任一段母線故障或檢修時，仍可保持雙母線并聯(lián)運行。 ③ 為了避免在檢修線路斷路器時造成短時停電，可采用雙母線帶旁路母線的接線。 ④ 采用雙母線三分段（或四分段）帶旁路母線接線。 ⑤ 采用一臺半斷路器接線。 （ 2）簡易接線形式 此種接線不用匯流母線，它包括多角形接線和橋形接線。 a. 橋形接線：兩 個變壓器 — 線路單元接線相連，便構(gòu)成橋形接線。橋形接線分為內(nèi)橋接線和外橋接線兩種。橋形接線的優(yōu)點是高壓斷路器數(shù)量少，四個回路只需要三臺斷路器。 橋形接線的可靠性不是很高，有時也需要用隔離開關(guān)作為操作電器，但由于使用電器少，布置簡單，造價低，目前在 35 ~ 220kV的發(fā)電廠和變電所中也被廣泛應(yīng)用。此外，只要在配電裝置的布置上采用適當(dāng)措施，這種接線有可能發(fā)展成單母線或雙母線，因此，可利用作電力裝置初期的一種過渡接線。 西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院論文 18