电气工程基础电气主接线的设计
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第四章-电气主接线及设计
发电厂母线
变电所母线
S
单回弱联
S
双回强联
环网强联
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第四章 电气主接线及设计
(2)负荷的性质 主接线的可靠性应考虑发电厂和变电所的运行方
式（指带基荷或腰荷或峰荷）及负荷的性质（负荷的 类别） (3)设备制造水平
1)构成主接线的一次设备及其控制、保护他的二 次设备的制造水平可靠性决定主接线的可靠性。
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第四章 电气主接线及设计
方式 3）扩建方便性。具有初期—终期—扩建的灵活方 便性。 3.经济性 1）投资省 设备少且廉价（接线简单且选用轻型断 路器）。 2）占地面积少 一次设计，分期投资,尽快发展经济 效益。 3）电能损耗少 合理选择变压器的容量和台数，避免 两次变压。 正确处理可靠性和经济性的矛盾 一般在满足可靠
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第四章 电气主接线及设计
三、电气主接线的设计程序
1.对原始资料分析
发电厂类型、设计容量、单机容量
1）工程情况 及台数、最大负荷利用小时数、可
能的运行方式
2）电力系统情况
Байду номын сангаас
电力系统近远期规划、发电厂或变电 站在电力系统中的位置和作用、本期 工程与电力系统的连接方式及各级电 压中性点接地方式等
或变电站 主接线的基本知识 1. 主接线一般采用单线图:
隔离开关 隔离开关（带接地刀闸） 断路器 线路
电缆
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第四章 电气主接线及设计
2. 主接线图中常用的元件
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第四章 电气主接线及设计
本节主要讨论：典型的基本接线形式、特点以及断路器和 隔离开关的操作。
电气主接线基础知识及操作
IA
-2
IA
-2
012
012
8202
8203
021-0
#1主变
#3启备变 022-0
#2主变
023-0
#3主变
1FC-0
#1机
1FN-0
#1厂高变
2FC-0
#2机 #2厂高变
2FN-0
#3机
3FN-0
#3厂高变
制制 制制制 制制
制制
制制
220KV主接线图 01
1.2我厂220KV电气主接线采用双母三分段代旁路母 线的接线方式。正常运行方式：IA、IB、II母均运 220KV旁母正常备用，8240-3及所有出线-4刀闸均断 开，当任一无件的开关故障或检修时，可用旁路 8240开关代替运行，但旁路开关不能代替#1、#2、 #3机（8201、8202、8203开关）运行。双母线三分 段代旁母接线方式的优点是提高了供电的可靠性、
断路器检修时，能否不影响供电； 线路、断路器或母线故障时以及母线或母线隔离
开关检修时，尽量减少停运出线回路数和停电时 间，并能保证对全部Ⅰ类及全部或大部分Ⅱ类用 户的供电； 尽量避免发电厂或变电站全部停电的可能性； 大型机组突然停运时，不危及电力系统稳定运行。
3、电气主接线设计的重要性
1、电气主接线图是电气运行人员进行各种操作和事 故处理的重要依据。
优点：
（4）操作方便、安全。
隔离开关不做操作电器，减少了误操作。
（5）正常运行时两组母线与
WL1
全部断路器都投入使用，
每串断路器互相连接形成
多环状供电，运行调度较灵活。
缺点：
使用设备较多，配电装置复杂，
投资较多。
S1
WL4
电气主接线及设计-2
五. 变压器母线组接线
1.接线形式 2.正常运行时，两组母线和断路器均投 入。 3.变压器故障时，连接于对应母线上的 断路器跳开，但不影响其他回路供电。 4.特点：
调度灵活，电源和负荷可自由调配， 安全可靠，有利于扩建； 一组母线故障或检修时，只减少输 送功率，不会停电。 可靠性较双母线带旁路高，但主变 压器故障即相当于母线故障。
•发电机-三绕组变压器（或自耦变压器）单元接线
1.在发电机出口处需装 设断路器； 2.断路器两侧均应装设 隔离开关； 3.大容量机组一般不宜 采用。
3)发电机—变压器—线路组成单元接线
a) 这种接线方式下，在电厂不设升压配电装置，把电能直接送 到附近的枢纽变电站或开关站，使电厂的布置更为紧凑，节省 占地面积; b) 由于不设高压配电装置，所以不存在火电厂的烟尘及冷却水 塔的水汽对配电装置的污染问题。
（2）发电机定子绕组本身故障时，若变压器高压侧断路器 失灵拒跳，则只能通过失灵保护出口启动母差保护或发 远方跳闸信号使线路对侧断路器跳闸；若因通道原因远 方跳闸信号失效，则只能由对侧后备保护来切除故障， 这样故障切除时间大大延长，会造成发电机、主变压器 严重损坏。
（3）发电机故障跳闸时，将失去厂用工作电源，而这种情 况下备用电源的快速切换极有可能不成功，因而机组面 临厂用电中断的威胁。
四. 一台半断路器接线及三分之四台断路器接线
运行时，两组母线和同一串的3
个断路器都投入工作，称为完
W2
整串运行，形成多环路状供电，
QF1
具有很高的可靠性。
一串中任何一台断路器退出或
检修时，这种运行方式称为不
QF2
完整串运行，此时仍不影响任
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
何一个元件的运行。
电气主接线的基本要求和设计原则
电气主接线的基本要求和设计原则电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。
标签：主接线；要求；原则1 对电气主接线的基本要求1.1 可靠性供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，停电会对国民经济各部门带来巨大的损失，往往比少发电能的损失大几十倍，导致产品报废、设备损坏、人身伤亡等。
因此，主接线的接线形式必须保证供电可靠。
因事故被迫中断供电的机会越小，影响范围越小，停电时间越短，主接线的可靠程度就越高。
研究主接线可靠性应注意的问题如下：（1）考虑变电所在电力系统中的地位和作用。
变电所是电力系统的重要组成部分，其可靠性应与系统要求相适应。
（2）变电所接入电力系统的方式。
现代化的变电所都接入电力系统运行。
其接入方式的选择与容量大小、电压等级、负荷性质以及地理位置和输送电能距离等因素有关。
（3）变电所的运行方式及负荷性质。
电能生产的特点是发电、变电、输电、用电同一时刻完成。
而负荷类、类、的性质按其重要性又有类之分。
当变电所设备利用率较高，年利用小时数在以上，主要供应类、类负荷用电时，必须采用供电较为可靠的接線形式。
（4）设备的可靠程度直接影响着主接线的可靠性。
电气主接线是由电气设备相互连接而组成的，电气设备本身的质量及可靠程度直接影响着主接线的可靠性。
因此，主接线设计必须同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。
随着电力工业的不断发展，大容量机组及新型设备投运、自动装置和先进技术的使用，都有利于提高主接线的可靠性，但不等于设备及其自动化元件使用得越多、越新、接线越复杂就越可靠。
相反，不必要的接线设备，使接线复杂、运行不便，将会导致主接线可靠性降低。
因此，电气主接线的可靠性是一次设备和二次设备在运行中可靠性的综合。
1.2 灵活性电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。
不仅正常运行时能安全可靠地供电，而且在系统故障或电气设备检修及故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。
电气工程基础电力系统接线方式讲解
短路电流的限制
电气工程基础
发电厂、变电所主变压器选择
2004/6
主变容量确定
主要内容
电气主接线 的基本要求
1．具有发电机电压母线接线的主变容量 确定
2．变电所主变容量确定
发电厂、变电所 主变压器选择
3．联络变压器容量确定
主接线的 4．单元接线的主变容量确定
基本形式
厂用电接线
短路电流的限制
电气工程基础
主要内容
发电厂、变电站的电气主接线基本形 式； 厂用电接线形式； 输电网、配电网的接线方式
2004/6
主要内容 电气主接线 的基本要求
发电厂、变电所 主变压器选择
主接线的 基本形式 厂用电接线
短路电流的限制
电气工程基础
电气主接线的基本要求
电气主接线的概念 ：
发电厂和变电所的电气主接线图是由各 种电气设备的图形符号和联接线组成的 表示电能生产流程的电路图。
短路电流的限制
电气工程基础
发电厂、变电所主变压器选择
主变形式选择
相数：单相和三相
绕组数：双绕组普通式、三绕组式、 自耦式以及低压分裂绕组等型式
绕组接线组别：星形“Y”和三角形 “Δ ”
调压方式：调节发电机出口电压、投 切调相机、补偿电容和改变变压器变比
冷却方式 ：自然风冷却 、强迫空气 冷却 、强迫油循环水冷却 、强迫油循环 风冷却 、强迫油循环向冷却 、水内冷变 压器
（3）待设计的发电厂、变电所的出线回路数、用途及
发电厂、变电所 运行方式、传输容量；
主变压器选择 （4）发电厂、变电所母线的电压等级，自耦变压器各
主接线的
侧的额定电压及调压范围；
基本形式 （5）装设各种无功补偿装置的必要性、型式、数量和
电气工程基础
发电厂、变电所主变压器选择
2004/6
主变容量确定
主要内容
电气主接线 的基本要求
1．具有发电机电压母线接线的主变容量 确定
2．变电所主变容量确定
发电厂、变电所 主变压器选择
3．联络变压器容量确定
主接线的 4．单元接线的主变容量确定
基本形式
厂用电接线
短路电流的限制
电气工程基础
主要内容
发电厂、变电站的电气主接线基本形 式； 厂用电接线形式； 输电网、配电网的接线方式
2004/6
主要内容 电气主接线 的基本要求
发电厂、变电所 主变压器选择
主接线的 基本形式 厂用电接线
短路电流的限制
电气工程基础
电气主接线的基本要求
电气主接线的概念 ：
发电厂和变电所的电气主接线图是由各 种电气设备的图形符号和联接线组成的 表示电能生产流程的电路图。
短路电流的限制
电气工程基础
发电厂、变电所主变压器选择
主变形式选择
相数：单相和三相
绕组数：双绕组普通式、三绕组式、 自耦式以及低压分裂绕组等型式
绕组接线组别：星形“Y”和三角形 “Δ ”
调压方式：调节发电机出口电压、投 切调相机、补偿电容和改变变压器变比
冷却方式 ：自然风冷却 、强迫空气 冷却 、强迫油循环水冷却 、强迫油循环 风冷却 、强迫油循环向冷却 、水内冷变 压器
（3）待设计的发电厂、变电所的出线回路数、用途及
发电厂、变电所 运行方式、传输容量；
主变压器选择 （4）发电厂、变电所母线的电压等级，自耦变压器各
主接线的
侧的额定电压及调压范围；
基本形式 （5）装设各种无功补偿装置的必要性、型式、数量和
11第四章电气主接线及设计
第三节 无母线的主接线基本形式
无汇流母线的接线取消了做为能量交换枢纽的 母线。主要有三大类：
(一) 单元接线
1. 发电机－变压器单元 2. 扩大单元 3. 发电机－变压器－线路单元
(二) 桥型接线
1. 内桥 2. 外桥
(三) 角形接线 三角形、四角形、五角形
一、单元接线
发、变、输电设备串联，各串之间没有任何横 向联系的接线方式。
适用于：35～220kV，线路较长（故障几率 大），雷击率较高和变压器不需要经常切换的发电 厂和变电所。
出线故障，仅故障线路跳闸，
其余回路可继续供电。出线停送
WL1
WL2 电，操作方便。
QF1 QF2 QFq
QS1 QS2 T1 T2
变压器故障、停送电操作复杂：
如：
T1故障，QF1、QFq自动跳 闸，WL1停电。拉开QS1后，再 合上QF1、QFq，可恢复WL1供 电。
接时， G和T之间则需设断路器。由 厂用
于大容量发电机出口断路器制造困难， G
所以大容量（200MW以上）机组很少 (B)
采用这种接线。
▪优点： （1）接线简单，电器数目少，因而节约了投资和占 地面积，也减少了故障可能性，提高了供电可靠性。 发电机与变压器之间采用封闭母线相连进一步提高 了可靠性。
1. 发电机－变压器单元接线
发电机电压级不设母线，各台发电机直接与各 自主变压器连接，所有电能经变压器全部送入升高 电压等级（35kV及以上）进入系统。
发电机可以与双绕组变压器组成单元接线，也 可与三绕组或自耦变压器组成单元接线。
为发电机－双绕组变压器组成的单元接线。
双绕组变压器的作用是升高发 电机产生电能的电压，发电机工作 时，变压器必定也必须工作；发电 机停运时，变压器也不别投入。所 以发电机与变压器之间可不装断路 器，发电机的启停由变压器高压测 断路器控制。
第四章 电气主接线及设计
24
2、操作顺序
遵循的原则： 防止隔离开关带负荷合闸或拉闸； 在断路器处于合闸状态下，误操作隔离开关的事故不发生 在母线侧隔离开关上，以避免误操作的电弧引起母线短路 事故。
3、优点：
接线简单、操作方便、设备少、经济性好； 母线便于向两端延伸，扩建方便。
4、缺点：
可靠性差。 调度不方便。 1）任一回路的断路器检修，该回路停电； 2）母线或任一母线隔离开关检修，全部停电； 3）母线故障，全部停电。
27
3、缺点： （1）分段的单母线接线增加了分段设备的 投资和占地面积； （2）某段母线故障或检修仍有停电问题； （3）某回路断路器检修，该回路停电； （4）扩建时，需向两端均衡扩建。 4、分段数目：以2~3段为宜。
28
5、适用范围：中、小容量发电厂和变电站 6~10kV的接线中。 （1）6~10kV配电装置，出线回路数为6回 及以上时；发电机电压配电装置，每段 母线上的发电机容量为12MW及以下时。 （2）35~63kV配电装置，出线回路数为 4~8回时。 （3）110~220kV配电装置，出线回路数为 3~4回时。
37
二、双母线三分段接线
1、接线形式 2、两种运行方式 （1）工作母线分段的双母线接线：上面一组 母线作为备用母线，下面两段分别经一台 母联断路器与备用母线相连。 （2）上面一组母线也作为一个工作段，电源 和负荷均分在三个分段上运行，母联断路 器和分段断路器均合上，这种方式在一段 母线故障时，停电范围约为1/3。
35
3、缺点
（1）在母线检修或故障时，隔离开关作为倒 换操作电器，操作复杂，容易发生误操作； （2）当一组母线故障时仍短时停电，影响范 围较大； （3）所用设备多（特别是隔离开关），配电 装置复杂。
2、操作顺序
遵循的原则： 防止隔离开关带负荷合闸或拉闸； 在断路器处于合闸状态下，误操作隔离开关的事故不发生 在母线侧隔离开关上，以避免误操作的电弧引起母线短路 事故。
3、优点：
接线简单、操作方便、设备少、经济性好； 母线便于向两端延伸，扩建方便。
4、缺点：
可靠性差。 调度不方便。 1）任一回路的断路器检修，该回路停电； 2）母线或任一母线隔离开关检修，全部停电； 3）母线故障，全部停电。
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3、缺点： （1）分段的单母线接线增加了分段设备的 投资和占地面积； （2）某段母线故障或检修仍有停电问题； （3）某回路断路器检修，该回路停电； （4）扩建时，需向两端均衡扩建。 4、分段数目：以2~3段为宜。
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5、适用范围：中、小容量发电厂和变电站 6~10kV的接线中。 （1）6~10kV配电装置，出线回路数为6回 及以上时；发电机电压配电装置，每段 母线上的发电机容量为12MW及以下时。 （2）35~63kV配电装置，出线回路数为 4~8回时。 （3）110~220kV配电装置，出线回路数为 3~4回时。
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二、双母线三分段接线
1、接线形式 2、两种运行方式 （1）工作母线分段的双母线接线：上面一组 母线作为备用母线，下面两段分别经一台 母联断路器与备用母线相连。 （2）上面一组母线也作为一个工作段，电源 和负荷均分在三个分段上运行，母联断路 器和分段断路器均合上，这种方式在一段 母线故障时，停电范围约为1/3。
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3、缺点
（1）在母线检修或故障时，隔离开关作为倒 换操作电器，操作复杂，容易发生误操作； （2）当一组母线故障时仍短时停电，影响范 围较大； （3）所用设备多（特别是隔离开关），配电 装置复杂。
第四章 电气主接线及设计
1.2 灵活性
1) 调度的灵活性 电气主接线能按照调度的要求，灵活地改变运行方式 （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、检修等运行方式下的切换操作要求。 2) 操作的方便性 电气主接线在满足可靠性的基本要求的条件下，接线简 单，可以方便地停运断路器、母线及其二次设备进行检修， 而不致影响电网的运行和对其它用户的供电。应尽可能地使 操作步骤少，便于运行人员掌握，不易发生误操作。 3) 扩建的方便性 电气主接线能根据扩建的要求，方便地从初期接线过渡 到最终接线，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下， 投入新机组、变压器或线路而不互相干扰，对一次设备和二 次设备的改造为最少。
线路有母线的接线形式分为单母线接线和双母线接线。 无母线的接线形式分为桥形接线、角形接线和单元接线。
当同一电压等级配电装置中的进出线数目较多时（一 般超过4回），采用母线作为中间环节，对于进出线数目少 、不再扩建和发展的电气主接线，不设置母线而采用简化 的中间环节。
第二节 单母线接线
不分段的单母线接线 单母线的基本接线形式
3）设备的制造水平 可靠性高和性能先进的电力设备是保证主接线可靠性的基础。
4）长期的实践运行经验
选用经过长期实践考验的主接线形式。
1.1.2主接线可靠性的定性评判标准 定性分析 检修时 减少停运出线回路数和停电的时间, 保证对Ⅰ类负荷和大部分Ⅱ类负荷的供电, 避免发电厂变电站全部停运的可能性。 考虑瞬时故障、永久故障及检修停电的影响。 大机组和超高压的电气主接线能满足对可靠性的特 殊要求。 定量计算 断路器可靠性，其主要指标有故障率、可用系数和平均 修理小时数。 评估供电可靠性的主要指标有： 停电频率、每次停电的持续时间、用户在停电时的生产 损失以及电力企业在电力市场环境下通过辅助服务市场获得 备用容量所付出的代价。
发电厂电气课程设计二电气主接线
优点：调度灵活，电源和负荷可自由 调配，安全可靠，有利于扩建。当变 压器故障时，和它连接于同一母线上 的断路器跳闸，由隔离开关隔离故障， 使变压器退出运行后，该母线即可恢 复运行。
适用：超高压远距离大容量输电系统 中，对系统稳定性和供电可靠性要求 较高的变电所主接线。
5、单元接线
结构特点：发电机和变压器直接连接， 中间不设置母线。
优点：结构简、便操作、不易误操作，投资省、占地小， 易扩建。
缺点：可靠性和灵活性都较差
➢ 母线和母线隔离开关检修时，全部回路均需停运； ➢ 母线故障时，继电保护会切除所有电源，全部回路均需停运。 ➢ 任一断路器检修时，其所在回路也将停运 ➢ 只有一种运行方式，电源只能并列运行，不能分列运行。
适用：出线回路少（6~10kV出线一般不超过5回，35~60kV出线不
（3）单母线带旁路母线接线
➢
➢
结构特点： 增加了旁路母线、专用旁路断路器 及旁路回路隔离开关。 各出线回路除通过断路器与汇流母 线连接外，还通过旁路隔离开关与 旁路母线相连接。 优点： 检修任一进出线断路器
时，不中断对该回路的供电， 供电可靠，运行灵活，适用于 向重要用户供电，出线回路较 多的变电所尤为适用。 缺点： 旁路断路器在同一时间 只能代替一个线路断路器的工 作。但母线出现故障或检修时， 仍会造成整个主母线停止工作。
缺点： ➢ 当母线故障或检修时，需使用隔离开关进行倒闸操作，容
易造成误操作； ➢ 工作母线故障时，将造成短时（切换母线时间）全部进出
线停电； ➢ 在任一线路断路器检修时，该回路仍需停电或短时停电； ➢ 使用的母线隔离开关数量较大，同时也增加了母线的长度，
使得配电装置结构复杂，投资和占地面积增大。 适用： 这种接线方式适用于供电要求比较高，出线回路较多的 变电站中，一般6～10kV 出线回路为12回及以上，35kV 出线回路超过8回， 110 ～220kV出线为5回及以上。
适用：超高压远距离大容量输电系统 中，对系统稳定性和供电可靠性要求 较高的变电所主接线。
5、单元接线
结构特点：发电机和变压器直接连接， 中间不设置母线。
优点：结构简、便操作、不易误操作，投资省、占地小， 易扩建。
缺点：可靠性和灵活性都较差
➢ 母线和母线隔离开关检修时，全部回路均需停运； ➢ 母线故障时，继电保护会切除所有电源，全部回路均需停运。 ➢ 任一断路器检修时，其所在回路也将停运 ➢ 只有一种运行方式，电源只能并列运行，不能分列运行。
适用：出线回路少（6~10kV出线一般不超过5回，35~60kV出线不
（3）单母线带旁路母线接线
➢
➢
结构特点： 增加了旁路母线、专用旁路断路器 及旁路回路隔离开关。 各出线回路除通过断路器与汇流母 线连接外，还通过旁路隔离开关与 旁路母线相连接。 优点： 检修任一进出线断路器
时，不中断对该回路的供电， 供电可靠，运行灵活，适用于 向重要用户供电，出线回路较 多的变电所尤为适用。 缺点： 旁路断路器在同一时间 只能代替一个线路断路器的工 作。但母线出现故障或检修时， 仍会造成整个主母线停止工作。
缺点： ➢ 当母线故障或检修时，需使用隔离开关进行倒闸操作，容
易造成误操作； ➢ 工作母线故障时，将造成短时（切换母线时间）全部进出
线停电； ➢ 在任一线路断路器检修时，该回路仍需停电或短时停电； ➢ 使用的母线隔离开关数量较大，同时也增加了母线的长度，
使得配电装置结构复杂，投资和占地面积增大。 适用： 这种接线方式适用于供电要求比较高，出线回路较多的 变电站中，一般6～10kV 出线回路为12回及以上，35kV 出线回路超过8回， 110 ～220kV出线为5回及以上。
电气主接线设计
第一章电气主接线设计1.1主接线设计的原则、要求一．主接线设计的原则：1.合理地确定发电机的运行方式确定运行方式总的原则是安全、经济发电、供电。
核电的200MW汽轮发电机热效率高，供热式发电机按热负荷曲线工作，径流式水电厂都优先担负基本负荷。
热效率较低的中、小型凝汽式汽轮发电机承担腰荷或峰荷。
水电应多承担调峰、调相任务。
丰水期应首先利用水电厂的发电量，承担基荷，枯水期要充分利用水电厂的装机容量，承担日，周调峰负荷。
抽水蓄能式水电厂则影承担尖峰负荷。
2.接线方式中小型发电厂一般靠近负荷中心，常带有6~10KV电压等级的近区负荷，同事升压送往较远用户或与系统连接。
全厂电压等级不宜超过三级。
旁路母线的设置原则：（1）采用双母线的110~220KV配电装置，当断路器不允许停电检修时，一般需设置旁路母线。
因为110~220KV线路输电距离较长、功率大，一旦停电影响范围大，且断路器检修时间长，故设置旁路母线为宜。
对于屋内配电装置或使用SF6断路器的，可不设旁路母线。
3.对于中小型发电厂，主变压器的选择的原则有：（1）为节约投资及简化布置，主变压器应选用三相式。
（2）为保证发电机电压出线供电可靠，接在发电机电压母线上的主变压器一般不少于两台。
（3）在发电厂有两种升高电压的情况下，当机组容量为125MW以下时，从经济上考虑，一般采用三绕组变压器，但每个绕组的通过功率应达到该变压器容量的15%以上，三绕组变压器一般不超过两台。
4.断路器的设置根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。
二．主接线设计的要求：1.可靠性：由各组成元件（包括一次和二次设备）的可靠性的综合，因此主接线的设计要同时考虑一次设备何二次设备的故障率及其对供电的影响。
2.灵活性：包括调度灵活，操作方便；检修安全；扩建方便。
3.经济性：包括投资省；占地面积小；电能损耗少。
1.2原始资料分析发电机机端电压为10.5KV电压，供电回路数为10回，向附近的重工业及轻纺工业供电，负荷由初期的45MW以每年负荷大约增加3MW，最终最大负荷为70MW，最大负荷利用小时数为4600小时。
第四章 电气主接线及其设计
电源1
电源2
1） 6~10kV配电装置，不设旁路母线； 2） 35~63kV配电装置，一般不设； 3）110~220kV配电装置，需装备，满足如下条件可不 安装：①采用SF6和手车式断路器；②系统允许停电检 修。
WL2 WL2 WL4 WL1 二、双母线接线 有两组工作母线 QS13 的接线。 QF1 接线方式:每回线 QS12 QS11 W1 路都有一台QF和两台 W2 QS分别与两组母线连 接，其中一台QS闭合、 QFc 一台QS断开；两组母 线通过母联断路器 电源1 电源2 双母线接线 QFc连接。 1、一般双母线接线（如上图） 正常运行时QFc及两侧隔离开关合上，W1、 W2并列运行。
对超高压变电所
①任何断路器的维修不影响对系统的连续供电； ②除母线分段或母联断路器外，任一台断路器维修和 另一台断路器故障或1）调度灵活、操作方便；2）维修安全；3）扩建方 便。
（3）经济性
1）投资省；2）年运行费小；3）占地面积小；4）可 能时一次设计，分期投资、投产，发挥经济效益。
正常运行方式为分段 单母线，QS1\2和QFd 闭合， QS3/4和QSd 断开，QFd 起 分段断路器作用； W5可通过QS1\4和QFd Ⅰ 接到Ⅰ段，也可以通过QS2\3 和QFd接到Ⅱ段， W5 得电， QFd 起旁路断路器作用。
QS13 QS3 QS4
QF1
QS11
QFd
QS1 QS2
Ⅱ
QSd
3、负荷分类及要求
（1）Ⅰ类负荷：停电会造成人员伤亡和重大设备损 坏。要求：任何时间不能停电。 （2）Ⅱ类负荷：停电会造成减产和较大的经济损失。 要求：必要时可短时停电（几分钟到几十分钟）。 （3）Ⅲ类负荷：停电不会造成大的影响。要求：必 要时可长时间停电。
电气工程基础电气主接线的设计
第八章 电气主接线的设计 §8-3 载流导体的发热和电动力
二、均匀导体的长期发热
1．均匀导体的发热过程
导体温度稳定前 I2Rdt＝mCd＋aF(－0)dt 温度达到稳定后 I2R＝aF(－0) 式中，m：质量(kg)；C：比热容(J/kg· C)；a：总换热系数(w/m2· C)； F：散热面积（m2）；0：周围环境温度（C）。
5. 变压器冷却方式
主变压器的冷却方式有：自然风冷；强迫风冷；强迫油循 环风冷；强迫油循环水冷；强迫导向油循环冷却等。
三、主接线设计简述 四、技术经济比较
第八章 电气主接线的设计 §8-3 载流导体的发热和电动力
一、概述
长期发热： 表8 短时发热：
- 1 导体长期工作发热和短路时发热的允许温度（部分） 长期工作发热 允许温度 70C
表 8-2 短路点 非周期分量等值时间 T T（S） tk0.1S 0.15S 0.08 tk>0.1S 0.2 0.1
发电机出口及母线 发电机升高电压母线及出线 发电机电压电抗器后
变电所各级电压母线及出线 0.05 如果短路电流持续时间 tk>1s，导体的短时发热 主要由周期分量决定，在此情况下可不计非周期分 量的影响。
③
导体种类和材料 铜（裸）母线 铝（裸）母线
短路时发热
允许温升① 允许温度 允许温升② 45C 45C 300C 200C 230C 130C
70C③
指导体温度对周围环境温度的升高，我国所采用计算环境温度如下：电 力变压器和电器（周围空气温度）40C；发电机（利用空气冷却时进入 的空气温度）35~40C；装在空气中的导线、母线和电力电缆25C；埋 入地下的电力电缆15C。 指导体温度较短路前的升高，通常取导体短路前的温度等于它长期工作 时的最高允许温度。 裸导体的长期允许工作温度一般不超过70C，当其接触面处具有锡的可 靠覆盖层时（如超声波糖锡等），允许提高到85C；当有银的覆盖层时， 允许提高到95C。
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t Ta
同一地点两相短路的最 大电动力： L ( ( 2) Fmax 2 107 [i sh2 ) ] 2 a L 3 ( 2 107 [ i sh3) ] 2 a 2 L ( 1.5 107 [i sh3) ] 2 a 同一地点短路的最大电动 力，是作用于三相短路时的 中间一相导体上，数值为：
第八章 电气主接线的设计 §8-4 电气设备的选择
二、高压断路器和隔离开关的选择 1．高压断路器的选择
除表8-3相关选项外，特殊项目的选择方式如下： 开断电流 高压断路器的额定开断电流INbr，不应小于实际触头开断瞬间 的短路电流的有效值Ikt，即：INbr IKt 短路关合电流 在额定电压下，能可靠关合—开断的最大短路电流称为额定关 合电流。校验公式：iNCi ish 合分闸时间选择 对于110kV以上的电网，断路器固有分闸时间不宜大于0.04S。 用于电气制动回路的断路器，其合闸时间不宜大于0.04~0.06S。
3．变电所主变压器容量
a. 按变电所建成后5~10年的规划负荷选择，并适当考虑远期 10~20年的负荷发展。 b. 对重要变电所，应考虑一台主变停运，其余变压器在计及过负 荷能力及允许时间内，满足I、II类负荷的供电； c. 对一般性变电所，一台主变停运，其余变压器应能满足全部供 电负荷的70%~80%。
第八章 电气主接线的设计 §8-3 载流导体的发热和电动力
二、均匀导体的长期发热
1．均匀导体的发热过程
导体温度稳定前 I2Rdt＝mCd＋aF(－0)dt 温度达到稳定后 I2R＝aF(－0) 式中，m：质量(kg)；C：比热容(J/kg· C)；a：总换热系数(w/m2· C)； F：散热面积（m2）；0：周围环境温度（C）。
2．隔离开关的选择
隔离开关无开断短路电流的要求，故不必校验开断电流。其它 选择项目与断路器相同。
第八章 电气主接线的设计 §8-4 电气设备的选择
三、高压熔断器的选择 高压熔断器分类：
快速熔断器：有限流作用 普通熔断器：不具限流作用 额定电压选择 普通熔断器：UN UNS 快速熔断器：UN = UNS
4．发电厂和变电所主变台数
a. 大中型发电厂和枢纽变电所，主变不应少于2台； b. 对小型的发电厂和终端变电所可只设一台。
5. 确定绕组额定电压和调压的方式
第八章 电气主接线的设计 §8-2 主变压器和主接线的选择
二、主变压器型式的选择原则 1. 相数：一般选用三相变压器。 2. 绕组数：
变电所或单机容量在125MW及以下的发电厂内有三个电压等级 时，可考虑采用三相三绕组变压器，但每侧绕组的通过容量应 达到额定容量的15%及以上，或第三绕组需接入无功补偿设备。 否则一侧绕组未充分利用，不如选二台双绕组变更合理。 单机容量200MW及以上的发电厂，额定电流和短路电流均大， 发电机出口断路器制造困难，加上大型三绕组变压器的中压侧 （110kV及以上时）不希望留分接头，为此以采用双绕组变压 器加联络变压器的方案更为合理。 凡选用三绕组普通变压器的场合，若两侧绕组为中性点直接接 地系统，可考虑选用自耦变压器，但要防止自耦变的公共绕组 或串联绕组的过负荷。
③
导体种类和材料 铜（裸）母线 铝（裸）母线
短路时发热
允许温升① 允许温度 允许温升② 45C 45C 300C 200C 230C 130C
70C③
指导体温度对周围环境温度的升高，我国所采用计算环境温度如下：电 力变压器和电器（周围空气温度）40C；发电机（利用空气冷却时进入 的空气温度）35~40C；装在空气中的导线、母线和电力电缆25C；埋 入地下的电力电缆15C。 指导体温度较短路前的升高，通常取导体短路前的温度等于它长期工作 时的最高允许温度。 裸导体的长期允许工作温度一般不超过70C，当其接触面处具有锡的可 靠覆盖层时（如超声波糖锡等），允许提高到85C；当有银的覆盖层时， 允许提高到95C。
表 8-2 短路点 非周期分量等值时间 T T（S） tk0.1S 0.15S 0.08 tk>0.1S 0.2 0.1
发电机出口及母线 发电机升高电压母线及出线 发电机电压电抗器后
变电所各级电压母线及出线 0.05 如果短路电流持续时间 tk>1s，导体的短时发热 主要由周期分量决定，在此情况下可不计非周期分 量的影响。
Fmax 1.73 10 7
L 2 i sh a
N
第八章 电气主接线的设计 §8-3 载流导体的发热和电动力
3．导体的振动应力
强迫振动系统一般采用修正 静态计算法：最大电动力 Fmax乘上动态应力系数。 动态应力系数与母线固有频 率的关系如右图。 在单自由度振动系统中， 35kV及以下，布置在同一平 面三相母线的固有振动频率f0
c. 短路计算时间
热稳定计算时间tk （短路 持续时间）： 开断计算时间tbr ：
第八章 电气主接线的设计 §8-4 电气设备的选择
3．主接线设计中主要电气设备的选择项目
表 8-3 设备名称 断路器 隔离开关 电抗器 电流互感器 电压互感器 母线及导体 电缆 熔断器 支柱绝缘子 套管绝缘子 成套配电装置 电力电容器 额定电压 各种电气设备的选择项目 额定电流 额定开断电流 动稳定 热稳定
第八章 电气主接线的设计 §8-2 主变压器和主接线的选择
c. 若发电机电压母线上接有2台或以上主变压器，当其中容量最 大的一台因故退出运行时，其它主变压器在允许正常过负荷范 围内应能输送剩余功率70%以上。 d. 对水电比重较大的系统，若丰水期需要限制该火电厂出力时， 主变应能从系统倒送功率，满足发电机电压母线上的负荷需要。
第八章 电气主接线的设计 §8-1 概述
原则：
以设计任务书为依据， 以经济建设方针、政策 和有关的技术规程、标 准为准则，准确地掌握 原始资料，结合工程特 点，确定设计标准，参 考已有设计成果，采用 先进的设计工具。
步骤：
1. 对原始资料进行综合分析； 2. 草拟主接线方案，对不同方案进 行技术经济比较、筛选和确定； 3. 厂、所和附近用户供电方案设计； 4. 限制短路电流的措施和短路电流 的计算； 5. 电气设备的选择； 6. 屋内外配电装置的设计； 7. 绘制电气主接线图及其它图（如 配电装置视图）； 8. 推荐最佳方案，写出设计技术说 明书，编制一次设备概算表。
其中， kf为导体的形状系数。 圆形导体的形状系数kf=1。 矩形导体的形状系数如右图所示。
第八章 电气主接线的设计 §8-3 载流导体的发热和电动力
2．三相导体短路时的电动力 L FB FBA FBC 2 10 7 (i B i A i B iC ) a L 1 FA FAB FAC 2 10 7 (i A i B i A iC ) a 2
第八章 电气主接线的设计 §8-3 载流导体的发热和电动力
四、短路时载流导体的电动力
1．平行导体间的电动力 ii F 2 107 1 2 L N a
电动力的方向决定于电流的方向， i1, i2同方向时，作用力相吸，电流反向 时相斥。
工程中考虑截面积因素后的修 正公式
F 2 10 7 k f L i1i2 a N
第八章 电气主接线的设计 §8-2 主变压器和主接线的选择
3. 绕组接线组别的确定
变压器三相绕组的接线组别必须和 系统电压相位一致。
4. 短路阻抗的选择
从系统稳定和提高供电质量看阻抗 小些为好，但阻抗太小会使短路电 流过大，使设备选择变得困难。 三绕组变压器的结构形式： 升压型 与 降压型
将下列公式代入： i A I m [sin(t A ) e sin A ] t 2 2 i B I m [sin(t A ) e Ta sin( A )] 3 3 t 2 2 iC I m [sin(t A ) e Ta sin( A )] 3 3 化简并求出最大电动力 ： L 2 L 2 FB max 1.729 107 ish 1.73 107 ish N a a L 2 FA max 1.616 10 7 i sh N a
Fmax 1.73 10 7
L 2 i sh a
N
第八章 电气主接线的设计 §8-4 电气设备的选择 一、电器设备选择的一般条件 1．按正常工作条件选择电器
额定电压：UN UNS 额定电流：IN Imax 环境条件对电器和导体额定值的 修正： al i I al IN al 0
要求：
使设计的主接线满足可 靠性、灵活性、经济性， 并留有扩建和发展的余 地。
第八章 电气主接线的设计 §8-2 主变压器和主接线的选择
主变压器：向电力系统或用 扩大单元接线应尽可能采用 户输送功率的变压器。 分裂绕组变压器。 联络变压器：用于两种电压 2．连接在发电机电压母线 等级之间交换功率的变压器。 与升高电压之间的主变压器 自用电变压器：只供厂、所 a. 发电机全部投入运行时，在 用电的变压器。 满足由发电机电压供电的日 一、变压器容量、台数、 最小负荷，及扣除厂用电后， 电压的确定原则 主变压器应能将剩余的有功 依据输送容量等原始数据。 率送入系统。 考虑电力系统5~10年的发展 b. 若接于发电机电压母线上的 规划。 最大一台机组停运时，应能 1．单元接线主变压器容量 满足由系统经主变压器倒供 按发电机额定容量扣除本机 给发电机电压母线上最大负 组的厂用负荷后，留有10% 荷的需要。 的裕度；
2．热效应Ｑk的计算 采用等值时间法： 过时 辛卜生法 ： 复杂 1-10-1法（简化辛卜生法）
短路全电流：
I kt 2 I pt cost inpo e 可以推出： Qk Q p Qnp
t Ta
a. 周期分量的热效应 t Q p k ( I ' ' 2 10I t2 / 2 I t2 ) k k 12 b. 非周期分量的热效应 2t k Ta 2 Qnp (1 e Ta )inpo TI ' ' 2 2
同一地点两相短路的最 大电动力： L ( ( 2) Fmax 2 107 [i sh2 ) ] 2 a L 3 ( 2 107 [ i sh3) ] 2 a 2 L ( 1.5 107 [i sh3) ] 2 a 同一地点短路的最大电动 力，是作用于三相短路时的 中间一相导体上，数值为：
第八章 电气主接线的设计 §8-4 电气设备的选择
二、高压断路器和隔离开关的选择 1．高压断路器的选择
除表8-3相关选项外，特殊项目的选择方式如下： 开断电流 高压断路器的额定开断电流INbr，不应小于实际触头开断瞬间 的短路电流的有效值Ikt，即：INbr IKt 短路关合电流 在额定电压下，能可靠关合—开断的最大短路电流称为额定关 合电流。校验公式：iNCi ish 合分闸时间选择 对于110kV以上的电网，断路器固有分闸时间不宜大于0.04S。 用于电气制动回路的断路器，其合闸时间不宜大于0.04~0.06S。
3．变电所主变压器容量
a. 按变电所建成后5~10年的规划负荷选择，并适当考虑远期 10~20年的负荷发展。 b. 对重要变电所，应考虑一台主变停运，其余变压器在计及过负 荷能力及允许时间内，满足I、II类负荷的供电； c. 对一般性变电所，一台主变停运，其余变压器应能满足全部供 电负荷的70%~80%。
第八章 电气主接线的设计 §8-3 载流导体的发热和电动力
二、均匀导体的长期发热
1．均匀导体的发热过程
导体温度稳定前 I2Rdt＝mCd＋aF(－0)dt 温度达到稳定后 I2R＝aF(－0) 式中，m：质量(kg)；C：比热容(J/kg· C)；a：总换热系数(w/m2· C)； F：散热面积（m2）；0：周围环境温度（C）。
2．隔离开关的选择
隔离开关无开断短路电流的要求，故不必校验开断电流。其它 选择项目与断路器相同。
第八章 电气主接线的设计 §8-4 电气设备的选择
三、高压熔断器的选择 高压熔断器分类：
快速熔断器：有限流作用 普通熔断器：不具限流作用 额定电压选择 普通熔断器：UN UNS 快速熔断器：UN = UNS
4．发电厂和变电所主变台数
a. 大中型发电厂和枢纽变电所，主变不应少于2台； b. 对小型的发电厂和终端变电所可只设一台。
5. 确定绕组额定电压和调压的方式
第八章 电气主接线的设计 §8-2 主变压器和主接线的选择
二、主变压器型式的选择原则 1. 相数：一般选用三相变压器。 2. 绕组数：
变电所或单机容量在125MW及以下的发电厂内有三个电压等级 时，可考虑采用三相三绕组变压器，但每侧绕组的通过容量应 达到额定容量的15%及以上，或第三绕组需接入无功补偿设备。 否则一侧绕组未充分利用，不如选二台双绕组变更合理。 单机容量200MW及以上的发电厂，额定电流和短路电流均大， 发电机出口断路器制造困难，加上大型三绕组变压器的中压侧 （110kV及以上时）不希望留分接头，为此以采用双绕组变压 器加联络变压器的方案更为合理。 凡选用三绕组普通变压器的场合，若两侧绕组为中性点直接接 地系统，可考虑选用自耦变压器，但要防止自耦变的公共绕组 或串联绕组的过负荷。
③
导体种类和材料 铜（裸）母线 铝（裸）母线
短路时发热
允许温升① 允许温度 允许温升② 45C 45C 300C 200C 230C 130C
70C③
指导体温度对周围环境温度的升高，我国所采用计算环境温度如下：电 力变压器和电器（周围空气温度）40C；发电机（利用空气冷却时进入 的空气温度）35~40C；装在空气中的导线、母线和电力电缆25C；埋 入地下的电力电缆15C。 指导体温度较短路前的升高，通常取导体短路前的温度等于它长期工作 时的最高允许温度。 裸导体的长期允许工作温度一般不超过70C，当其接触面处具有锡的可 靠覆盖层时（如超声波糖锡等），允许提高到85C；当有银的覆盖层时， 允许提高到95C。
表 8-2 短路点 非周期分量等值时间 T T（S） tk0.1S 0.15S 0.08 tk>0.1S 0.2 0.1
发电机出口及母线 发电机升高电压母线及出线 发电机电压电抗器后
变电所各级电压母线及出线 0.05 如果短路电流持续时间 tk>1s，导体的短时发热 主要由周期分量决定，在此情况下可不计非周期分 量的影响。
Fmax 1.73 10 7
L 2 i sh a
N
第八章 电气主接线的设计 §8-3 载流导体的发热和电动力
3．导体的振动应力
强迫振动系统一般采用修正 静态计算法：最大电动力 Fmax乘上动态应力系数。 动态应力系数与母线固有频 率的关系如右图。 在单自由度振动系统中， 35kV及以下，布置在同一平 面三相母线的固有振动频率f0
c. 短路计算时间
热稳定计算时间tk （短路 持续时间）： 开断计算时间tbr ：
第八章 电气主接线的设计 §8-4 电气设备的选择
3．主接线设计中主要电气设备的选择项目
表 8-3 设备名称 断路器 隔离开关 电抗器 电流互感器 电压互感器 母线及导体 电缆 熔断器 支柱绝缘子 套管绝缘子 成套配电装置 电力电容器 额定电压 各种电气设备的选择项目 额定电流 额定开断电流 动稳定 热稳定
第八章 电气主接线的设计 §8-2 主变压器和主接线的选择
c. 若发电机电压母线上接有2台或以上主变压器，当其中容量最 大的一台因故退出运行时，其它主变压器在允许正常过负荷范 围内应能输送剩余功率70%以上。 d. 对水电比重较大的系统，若丰水期需要限制该火电厂出力时， 主变应能从系统倒送功率，满足发电机电压母线上的负荷需要。
第八章 电气主接线的设计 §8-1 概述
原则：
以设计任务书为依据， 以经济建设方针、政策 和有关的技术规程、标 准为准则，准确地掌握 原始资料，结合工程特 点，确定设计标准，参 考已有设计成果，采用 先进的设计工具。
步骤：
1. 对原始资料进行综合分析； 2. 草拟主接线方案，对不同方案进 行技术经济比较、筛选和确定； 3. 厂、所和附近用户供电方案设计； 4. 限制短路电流的措施和短路电流 的计算； 5. 电气设备的选择； 6. 屋内外配电装置的设计； 7. 绘制电气主接线图及其它图（如 配电装置视图）； 8. 推荐最佳方案，写出设计技术说 明书，编制一次设备概算表。
其中， kf为导体的形状系数。 圆形导体的形状系数kf=1。 矩形导体的形状系数如右图所示。
第八章 电气主接线的设计 §8-3 载流导体的发热和电动力
2．三相导体短路时的电动力 L FB FBA FBC 2 10 7 (i B i A i B iC ) a L 1 FA FAB FAC 2 10 7 (i A i B i A iC ) a 2
第八章 电气主接线的设计 §8-3 载流导体的发热和电动力
四、短路时载流导体的电动力
1．平行导体间的电动力 ii F 2 107 1 2 L N a
电动力的方向决定于电流的方向， i1, i2同方向时，作用力相吸，电流反向 时相斥。
工程中考虑截面积因素后的修 正公式
F 2 10 7 k f L i1i2 a N
第八章 电气主接线的设计 §8-2 主变压器和主接线的选择
3. 绕组接线组别的确定
变压器三相绕组的接线组别必须和 系统电压相位一致。
4. 短路阻抗的选择
从系统稳定和提高供电质量看阻抗 小些为好，但阻抗太小会使短路电 流过大，使设备选择变得困难。 三绕组变压器的结构形式： 升压型 与 降压型
将下列公式代入： i A I m [sin(t A ) e sin A ] t 2 2 i B I m [sin(t A ) e Ta sin( A )] 3 3 t 2 2 iC I m [sin(t A ) e Ta sin( A )] 3 3 化简并求出最大电动力 ： L 2 L 2 FB max 1.729 107 ish 1.73 107 ish N a a L 2 FA max 1.616 10 7 i sh N a
Fmax 1.73 10 7
L 2 i sh a
N
第八章 电气主接线的设计 §8-4 电气设备的选择 一、电器设备选择的一般条件 1．按正常工作条件选择电器
额定电压：UN UNS 额定电流：IN Imax 环境条件对电器和导体额定值的 修正： al i I al IN al 0
要求：
使设计的主接线满足可 靠性、灵活性、经济性， 并留有扩建和发展的余 地。
第八章 电气主接线的设计 §8-2 主变压器和主接线的选择
主变压器：向电力系统或用 扩大单元接线应尽可能采用 户输送功率的变压器。 分裂绕组变压器。 联络变压器：用于两种电压 2．连接在发电机电压母线 等级之间交换功率的变压器。 与升高电压之间的主变压器 自用电变压器：只供厂、所 a. 发电机全部投入运行时，在 用电的变压器。 满足由发电机电压供电的日 一、变压器容量、台数、 最小负荷，及扣除厂用电后， 电压的确定原则 主变压器应能将剩余的有功 依据输送容量等原始数据。 率送入系统。 考虑电力系统5~10年的发展 b. 若接于发电机电压母线上的 规划。 最大一台机组停运时，应能 1．单元接线主变压器容量 满足由系统经主变压器倒供 按发电机额定容量扣除本机 给发电机电压母线上最大负 组的厂用负荷后，留有10% 荷的需要。 的裕度；
2．热效应Ｑk的计算 采用等值时间法： 过时 辛卜生法 ： 复杂 1-10-1法（简化辛卜生法）
短路全电流：
I kt 2 I pt cost inpo e 可以推出： Qk Q p Qnp
t Ta
a. 周期分量的热效应 t Q p k ( I ' ' 2 10I t2 / 2 I t2 ) k k 12 b. 非周期分量的热效应 2t k Ta 2 Qnp (1 e Ta )inpo TI ' ' 2 2