【正文】 常運(yùn)行，發(fā)出來的電能順利輸送到電網(wǎng)的非常重要的環(huán)節(jié)。因此，電廠設(shè)備和元器件選擇和保護(hù)設(shè)計(jì)方案的確定，對于電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行有重要的意義。當(dāng)前國際上全球范圍的電力體制逐步打破壟斷、非管制化，引入競爭機(jī)制，形成有限電力市場己成為必然趨勢。在這種情勢下，電力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)以及火電廠電氣部分設(shè)計(jì)己成為許多國家的一項(xiàng)主要研究課題。發(fā)電部分屬于理論兼實(shí)踐研究領(lǐng)域。對于火電機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化，從國外的發(fā)展趨勢看，其優(yōu)化計(jì)算機(jī)模塊程序的應(yīng)用起到了真正指導(dǎo)運(yùn)行，降低能耗的目的。例如，德國斯蒂亞克電力公司的機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化管理系統(tǒng)，通過系統(tǒng)優(yōu)化及控制，可對各個(gè)薄弱環(huán)節(jié)及整個(gè)過程經(jīng)濟(jì)性的影響做出評價(jià)。發(fā)電的電力市場的主體是各獨(dú)立發(fā)電企業(yè)與電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)，電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)負(fù)責(zé)組織各發(fā)電公司的競爭，政府負(fù)責(zé)對電力市場進(jìn)行監(jiān)督管理。同時(shí)，根據(jù)“省為實(shí)體”的方針，我國的電力市場以省級電力市場為主，各省電力公司是其省內(nèi)電力市場競爭的組織者。但是，技術(shù)方面并為達(dá)到差強(qiáng)人意的要求[3]。某南方山區(qū)建設(shè)一座裝機(jī)容量為550 MW的水電站，附近30 km處某國防廠及鄰近小鎮(zhèn)用電負(fù)荷為25 MW，其余功率經(jīng)200 km的220 kV線路送入系統(tǒng)。，60%Ⅰ類負(fù)荷，20%Ⅱ類負(fù)荷,T max=4500h。主接線部分包括互感器的配置，保護(hù)通訊設(shè)備配置和防雷設(shè)備的配置；廠用電接線設(shè)計(jì)至380/220V母線；繪制電氣主接線圖。電氣設(shè)備選擇：正常工作電流與短路電流計(jì)算；發(fā)電機(jī)、變壓器、開關(guān)電器、互感器、限流電器、導(dǎo)體的定型定量計(jì)算選擇、防雷設(shè)備的配置選擇；列出電氣設(shè)備選擇總表。（3）編寫說明書宇計(jì)算書。它表明了變壓器、線路和斷路器等電氣設(shè)備的數(shù)量和連接方式及可能的運(yùn)行方式，從而完成變電、輸配電的任務(wù)。由于電能生產(chǎn)的特點(diǎn)是發(fā)電、變電、輸電和用電是在同一時(shí)刻完成的，所以主接線設(shè)計(jì)的好壞，也影響到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活。必須在滿足國家有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策前提下，正確處理好各方面的關(guān)系，全面分析有關(guān)影響因素，力爭使其技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠。主接線的設(shè)計(jì)方案與電力系統(tǒng)整體及發(fā)電廠本身運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，并且對電氣設(shè)備的選擇，配電裝置布置，繼電保護(hù)和控制方式的擬定有較大的影響。電氣主接線設(shè)計(jì)的基本原則是結(jié)合工程實(shí)際情況，在保證供電可靠、調(diào)度靈活、滿足各項(xiàng)技術(shù)要求的前提下，兼顧運(yùn)行、維護(hù)方便、盡可能的接省投資，堅(jiān)持可靠、先進(jìn)、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀的原則。因此其主接線應(yīng)該以供電調(diào)度靈活為主選擇接線形式。（2）除徑流電站外，其余電站大都擔(dān)負(fù)系統(tǒng)調(diào)峰，調(diào)頻和事故備用，利用小時(shí)數(shù)一般較低，因此開停機(jī)比較頻繁。（4）電站規(guī)模確定后，一般不考慮擴(kuò)建，但對規(guī)劃設(shè)計(jì)中明確分期建設(shè)的電站則在主接線設(shè)計(jì)中應(yīng)予考慮。（6）水電站多處山區(qū)，地形復(fù)雜，電氣設(shè)備布置及進(jìn)出線走廊均受到一定限制，應(yīng)盡可能簡化接線，避免在水電站設(shè)備復(fù)雜的變電樞紐（梯級電站除外）并盡量減少電壓等級和進(jìn)出線回路數(shù)。主接線設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)妥善解決近區(qū)負(fù)荷的供電問題。具體要求如下:（1）斷路器檢修時(shí)，不應(yīng)影響對系統(tǒng)供電。（3）盡量避免發(fā)電廠全部停運(yùn)的可能性。主接線應(yīng)滿足在調(diào)度，檢修及擴(kuò)建時(shí)的靈活性。（2）調(diào)度時(shí)，應(yīng)可以靈活地投入和切除發(fā)電機(jī)，變壓器和線路，調(diào)配電源和負(fù)荷，滿足系統(tǒng)在事故運(yùn)行方式，檢修運(yùn)行方式以及特殊運(yùn)行方式下地系統(tǒng)調(diào)度要求。（1）投資省。②要能使繼電保護(hù)和二次回路不過于復(fù)雜，以節(jié)省二次設(shè)備和控纜。④如能滿足系統(tǒng)安全運(yùn)行及繼電保護(hù)要求，110kV及以下終端或分支變電所可采用簡易電器。主接線的選型和布置方式直接影響到整個(gè)配電裝置的占地面積，主接線設(shè)計(jì)要為配電的布置創(chuàng)造條件，應(yīng)盡量減少占地面積。經(jīng)濟(jì)合理地選擇主變壓器的類型、容量、臺數(shù)和電壓等級。（2）缺點(diǎn)：不夠靈活可靠，任一元件（母線及隔離開關(guān)等）故障或檢修，均需使整個(gè)配電裝置停電。但當(dāng)一段母線故障時(shí)，全部回路仍需短時(shí)停電，在用隔離開關(guān)將故障的母線段分開后，方能恢復(fù)非故障段的供電。3563 kV 配電裝置出線回路數(shù)不超過3回；110220 kV 配電裝置的出現(xiàn)回路數(shù)不超過兩回。（2）缺點(diǎn)：當(dāng)一段母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修時(shí)，該段母線的回路都要在檢修期間停電；當(dāng)出線為雙回路時(shí)，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越；擴(kuò)建時(shí)需要兩個(gè)方向均衡擴(kuò)建。（1）優(yōu)點(diǎn)：供電可靠。調(diào)度靈活。擴(kuò)建方便。便于實(shí)驗(yàn)。（2）缺點(diǎn)：增加一組母線和使每回路就需要增加一組母線隔離開關(guān)。為了避免隔離開關(guān)誤操作，須在隔離開關(guān)和斷路器之間裝設(shè)連鎖裝置。610 kV 配電裝置，當(dāng)短路電流過大，出線需要帶電抗器時(shí)；3563 kV配電裝置，當(dāng)出線回路數(shù)超過8回時(shí)，或連接的電源較多時(shí)；110220 kV 配電裝置，出線回路數(shù)為5回及其以上時(shí)。（1）分段原則：當(dāng)進(jìn)出線回路數(shù)為1014回時(shí)，在一組母線上用斷路器分段；當(dāng)進(jìn)出線回路數(shù)為15回及以上時(shí)，兩組母線均用斷路器分段；在雙母線分段接線中，均裝設(shè)兩臺母聯(lián)兼旁路斷路器；為了限制220 kV母線短路電流或系統(tǒng)解裂運(yùn)行的需要，可根據(jù)需要將母線分段；變壓器線路單元接線（2）優(yōu)點(diǎn)： 接線最簡單，設(shè)備最少，不需要高壓配電裝置（3）缺點(diǎn)： 線路故障或檢修時(shí)，便于變壓器停運(yùn)；變壓器故障或檢修時(shí)線路停運(yùn)（4）適用范圍：只有一臺變壓器和一回線路時(shí)，當(dāng)發(fā)電廠內(nèi)不設(shè)高壓配電裝置，直接將電能輸送至樞紐變電所。由于一臺機(jī)組的容量就夠國防廠和鄰近小鎮(zhèn)的用電量，理論上用一臺機(jī)組就能供應(yīng)周邊的負(fù)荷，但考慮到國防廠在國家安全上的重要性和居民用電的可靠性，因此至少應(yīng)有兩臺機(jī)組來向周邊輸送電能。方案一 （1）220 kV電壓等級的方案選擇 采用雙母線接線，其有兩組母線，每一電源和出線的回路，都裝有一臺斷路器，有兩組母線隔離開關(guān)，可分別與兩組母線連接。采用這種接線方式的優(yōu)點(diǎn)是：用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個(gè)回路，有兩個(gè)電源供電；當(dāng)一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障段切除，保證正常段母線不間，供電和不致使重要用戶停電。（2）110 kV電壓等級的方案選擇 采用單母線分段，可以提高供電可靠性和靈活性，對重要用戶可以從不同引出兩回線路，由兩個(gè)電源供電。 （3） kV電壓等級的方案選擇 本方案中的可選擇的接線形式是單母線分段接線。 方案二 （1）220 kV電壓等級的方案選擇帶有專用旁路母聯(lián)斷路器的接線，多裝了價(jià)高的斷路器和隔離開關(guān)，增加了投資，然而這對于會先較多，負(fù)荷對供電可靠高的特殊場合，是十分必要的，由于220KV負(fù)荷有Ⅰ類負(fù)荷，所以采用雙母線帶專用旁路母聯(lián)斷路器的接線方式。由于雙母線接線的可靠性和靈活性高，它可以輪流檢修母線，而不中斷對用戶的供電；當(dāng)檢修任意回路的母線隔離開關(guān)時(shí)，只需斷開該回路；工作母線故障時(shí)，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；可用母聯(lián)斷路器代替任意回路需要檢修的斷路器，在種情況下，只需短時(shí)停電；在個(gè)別回路需要單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，可將該回路分離出來，并單獨(dú)接至備用母線上。（3）10．5 kV電壓等級的方案選擇方案二中的10 kV電壓等級的接線形式選擇雙母線分段接線形式。綜合上述原因，采用雙母線分段接線。此方案中進(jìn)線有5回，每一回都連有獨(dú)立的電源。內(nèi)橋接線在線路故障或切除、投入時(shí)，不影響其余回路工作，并且操作簡單。當(dāng)有多個(gè)方案在技術(shù)上相當(dāng)時(shí)，則需進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。單母線分段在投資上是比雙母線接線的投入要小的，而雙母線接線的可靠性又比單母線分段接線的可靠性高。 方案二雖然比其它兩種方案的可靠性都高，但其接線太過復(fù)雜，不易靈活性要求，并且還增加了很多不必要的投資。方案一在10 kV母線上有采用四臺變壓器，其中兩臺與110 kV母線相連，另兩臺與220 kV母線相連；而方案一采用兩臺三繞組變壓器和兩臺機(jī)組在10 kV母線端設(shè)計(jì)成單母線分段，兩臺三繞組變壓器其兩端分別接入110 kV和220 kV系統(tǒng)，把110 kV多余的電能送入系統(tǒng)；另外三臺普通變壓器和三臺機(jī)組構(gòu)成單元接線，這樣開關(guān)設(shè)備少，操作簡便，以及因不設(shè)發(fā)電機(jī)電壓母線，而在發(fā)電機(jī)和變壓器之間采用封閉母線，使得在發(fā)電機(jī)和變壓器低壓側(cè)短路幾率和短路電流相對于具有發(fā)電機(jī)電壓母線時(shí)，有所減少。 電力變壓器（文字符號為T或TM），根據(jù)國際電工委員會的界定，凡是三相變壓器的額定容量在5KVA及以上，單相的在1KVA及以上的輸變電用變壓器，均成為電力變壓器?？梢?，電力變壓器的運(yùn)行是電力生產(chǎn)中非常重要的環(huán)節(jié)。因此，主變壓器的選擇對發(fā)電廠、變電所的技術(shù)性影響很大。反之。 單元接線時(shí)主變壓器容量應(yīng)按發(fā)電機(jī)的額定容量扣除本機(jī)組的廠用負(fù)荷后，留有10%的裕度來確定。 接在發(fā)電機(jī)電壓母線與系統(tǒng)之間的主變壓器的容量，應(yīng)考慮一下因素：（1）當(dāng)發(fā)電機(jī)全部投入運(yùn)行時(shí)，在滿足發(fā)電機(jī)電壓供電的日最小負(fù)荷，并扣除廠用負(fù)荷后，主變壓器應(yīng)能將發(fā)電機(jī)電壓母線上的剩余有功和無功容量送人系統(tǒng)。 （3）若發(fā)電機(jī)電壓母線上接有2臺及以上的主變壓器時(shí)，當(dāng)其中容量最大的一臺因故退出運(yùn)行時(shí)，其他主變壓器應(yīng)能輸送母線剩余功率的70%以上。具有發(fā)電機(jī)電壓母線的發(fā)電廠，在發(fā)電機(jī)電壓母線上通常接入60MW及以下的中、小型熱電機(jī)組，按照“以熱定電”的方式運(yùn)行，堅(jiān)持自發(fā)自用原則，嚴(yán)格限制上網(wǎng)電量。 擇主變壓器型式時(shí)，應(yīng)考慮一下問題：變壓器的相數(shù)有單相和三相，主變壓器是采用三相還是單相，主要考慮變壓器的制造條件、可靠性要求及運(yùn)輸條件等因素。同時(shí)，因?yàn)閱蜗嘧儔浩鹘M相對來講投資大、占地多、運(yùn)行損耗也較大，而不作考慮。繞組的形式主要有雙繞組和三繞組。因?yàn)橐慌_三繞組變壓器的價(jià)格及所用的控制電器和輔助設(shè)備，比兩臺雙繞組變壓器都較少。同時(shí)三繞組變壓器比同容量的雙變壓器價(jià)格要貴40%~50%，對深入引進(jìn)負(fù)荷中心，具有直接從高壓變?yōu)榈蛪汗╇姉l件的變電站，為簡化電壓等級或減少重復(fù)降壓容量，可采用雙繞組變壓器。否則繞組未能充分利用，反而不如選擇兩臺雙繞組變壓器顯得經(jīng)濟(jì)合理。按結(jié)構(gòu)可把變壓器分為兩大類，即普通型和自耦型。自耦變壓器較電壓比和容量相同的普通三繞組變壓器便宜，價(jià)格只有后者的65%~75%左右。4．繞組接線組變壓器三繞組的接線組別必須與系統(tǒng)秒年電壓相位一直，否則，不能并列運(yùn)行。因此，變壓器三繞組的連接方式應(yīng)根據(jù)具體工程來決定。因此選用連接組別為YN，d0，d11的三繞組自耦變壓器。切換方式有兩種：一種是不帶電切換，稱為五激磁調(diào)壓，調(diào)壓范圍通常在177。另一種是帶負(fù)荷切換，稱為有載調(diào)壓，調(diào)整范圍可達(dá)30%。（2）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，要求母線電壓恒定時(shí)。1．單元接線的主變壓器的選擇 發(fā)電機(jī)額定有功功率PN=50MW,cosФ=，年平均廠用電率1%廠用電計(jì)算負(fù)荷S由e= （21）e——廠用電率%；S——廠用電計(jì)算負(fù)荷；電動機(jī)在運(yùn)行功率時(shí)的平均功率因數(shù)，；PN——發(fā)電機(jī)的額定功率，kW。 具體計(jì)算的過程如下：S =（SGSG1%）= (2502501%) =根據(jù)上面的計(jì)算可知道低壓側(cè)的容量為最大，所以，另一臺變壓器應(yīng)承擔(dān)70%的容量，因才采用95 MVA的兩臺變壓器。4廠用電接線的設(shè)計(jì)（1）水電站的廠用負(fù)荷較小，~%。（3）水電站樞紐布置范圍一般都比較大，需要供電的范圍也較大。（5）水電站在電力系統(tǒng)中大多擔(dān)負(fù)調(diào)峰或調(diào)頻任務(wù)，機(jī)組起停頻繁，特別是在枯水期，夜間還可能經(jīng)常全廠停機(jī)，在洪水期又都擔(dān)任基荷，運(yùn)行方式多變。（7）水電站大多位于山區(qū)農(nóng)村，地區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)不夠發(fā)達(dá)，為支援農(nóng)業(yè)，必須考慮對附近用戶的供電，其供電方式宜與高壓廠用電一并考慮。廠用電接線設(shè)計(jì)應(yīng)按照運(yùn)行、檢修和施工的要求下考慮全廠發(fā)展妥善解決分期建設(shè)引起的問題，積極慎重地采用經(jīng)過鑒定的新技術(shù)和新設(shè)備，使設(shè)計(jì)達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)，保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)和滿發(fā)地運(yùn)行。一臺機(jī)組的故障停運(yùn)或輔機(jī)的電氣設(shè)備，不應(yīng)影響到另一臺機(jī)組的正常運(yùn)行，并能在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)本機(jī)組的運(yùn)行。(3)充分考慮電廠分期建設(shè)和連續(xù)施工過程中廠用電系統(tǒng)的運(yùn)行方式。（1）廠用電接線應(yīng)保證對廠用負(fù)荷可靠和連續(xù)供電，使發(fā)電廠主機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)。（3）廠用電源的對應(yīng)供電性，本機(jī)的廠用負(fù)荷由本機(jī)供電。水電廠廠用電接線采用單母線分段接線形式。為了供給廠外設(shè)施用電，可設(shè)專用壩區(qū)變壓器，按其距主廠房遠(yuǎn)近、負(fù)荷大小以及發(fā)電機(jī)電壓等條件，可采用6 kV或10 kV電壓供電，其余廠用電負(fù)荷均以380/220供電。（1）水電站廠用負(fù)荷較小，一般無大容量的廠用電動機(jī)，通常只需380/220V電壓供電。高壓廠用電壓一般采用6~10 kV三相系統(tǒng)。(1)高壓廠用工作電源（變壓器或電抗器）應(yīng)從發(fā)電機(jī)電壓回路引出，并盡量滿足機(jī)、電的對應(yīng)性要求。(2)發(fā)電機(jī)與主變壓器成單元連接時(shí)，高壓廠用工作電源一般從主變壓器的低壓側(cè)引接，供本機(jī)組的廠用電；當(dāng)發(fā)電機(jī)所連接在發(fā)電機(jī)電壓主母線上時(shí)，高壓廠用工作電源一般由該發(fā)電機(jī)所連接的主母線段上引接。(4)高壓廠用電源利用電抗器供電時(shí)，一般電抗器裝設(shè)于斷路器之后，但為避免電抗器前或電抗器內(nèi)部短路引起斷路器的損壞，在布置上可能時(shí)，也可把電抗器裝設(shè)于斷路器之前。(1)發(fā)電廠一般均設(shè)置備用電源的引接應(yīng)盡量保證其獨(dú)立性，引接地點(diǎn)應(yīng)具有足夠的供電容量。高壓備用電源的容量按最大工作電源選擇，并以下列條件校驗(yàn)：①當(dāng)帶了最大一段廠用工作電源的公用負(fù)荷后，尚能作為任一廠用工作電源的事故備用，事故投入后應(yīng)能長期運(yùn)行。當(dāng)不能滿足以上要求時(shí)，備用廠用變壓器的容量最多可增大一級。②在下列任一情況下，第二個(gè)備用電源可提前與第6個(gè)工作電源同時(shí)裝設(shè)：。，而備用電源不可避免要與供給幾臺較大容量鍋爐的工作電源接于同一主母線時(shí)，第二備用電源可提前與第五或第四個(gè)工作電源同時(shí)裝設(shè)，實(shí)行交叉?zhèn)溆?。②廠內(nèi)35kV及以上的母線均無廠外系統(tǒng)電源，但在3