电气主接线设计原则和设计程序讲课稿

电气主接线设计原则和设计程序4.5.1电气主接线的设计原则电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。

它与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。

因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂或变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理地选择主接线方案。

电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。

在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的。

它将根据国家经济发展及电力负荷增长率的规划，给出所设计电厂(变电站)的容量、机组台数、电压等级、出线回路数、主要负荷要求、电力系统参数和对电厂(变电站)的具体要求，以及设计的内容和范围。

这些原始资料是设计的依据，必须进行详细的分析和研究，从而可以初步拟定一些主接线方案。

国家方针政策、技术规范和标准是根据国家实际状况，结合电力工业的技术特点而制定的准则，设计时必须严格遵循。

设计的主接线应满足供电可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。

设计时，在进行论证分析阶段，更应合理地统一供电可靠性与经济性的关系，以便于使设计的主接线具有先进性和可行性。

4.5.2 电气主接线的设计程序电气主接线的设计伴随着发电厂或变电站的整体设计进行，即按照工程基本建设程序，历经可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计阶段等四个阶段。

在各阶段中随要求、任务的不同，其深度、广度也有所差异，但总的设计思路、方法和步骤基本相同。

电气主接线的设计步骤和内容如下：1．对原始资料分析(1)工程情况，包括发电厂类型(凝汽式火电厂，热电厂，或者堤坝式、引水式、混合式水电厂等)，设计规划容量(近期、远景)，单机容量及台数，最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。

发电厂容量的确定与国家经济发展规划、电力负荷增长速度、系统规模和电网结构以及备用容量等因素有关。

发电厂装机容量标志着发电厂的规模和在电力系统中的地位和作用。

在设计时，对发展中的电力系统，可优先选用较为大型的机组。

但是，最大单机容量不宜大于系统总容量的10％，以保证在该机检修或事故情况下系统的供电可靠性。

当前，单机300、600MW容量的机组已成为电网的主力机组，1000MW级的火电机组正在酝酿中。

发电厂运行方式及利用小时数直接影响着主接线设计。

承担基荷为主的发电厂，设备利用率高，一般年利用小时数在5000h以上；承担腰荷的发电厂，设备利用小时数应在3000～5000h；承担峰荷的发电厂，设备利用小时数在3000h以下。

对不同的发电厂其工作特性有所不同。

对于核电厂或单机容量300MW及以上的火电厂以及径流式水电厂等应优先担任基荷，相应主接线应以供电可靠为主选择主接线形式。

水电厂是电力系统中最灵活的机动能源，启、停方便，多承担系统调峰、调相任务，根据水能利用及库容的状态可酌情担负基荷、腰荷和峰荷。

因此，其主接线应以供电调度灵活为主选择主接线形式。

(2)电力系统情况，包括电力系统近期及远景发展规划(5～10年)，发电厂或变电站在电力系统中的位置(地理位置和容量位置)和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。

发电厂的总容量与电力系统容量之比，若大于15％时，则就可认为该厂是在系统中处于比较重要地位的电厂，应选择可靠性较高的主接线形式。

因为它的装机容量已超过了电力系统的事故备用和检修备用容量，一旦全厂停电，会影响系统供电的可靠性。

主变压器和发电机中性点接地方式是一个综合性问题。

它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰等。

我国一般对35kV及以下电压电力系统采用中性点非直接接地系统(中性点不接地或经消弧线圈接地)，又称小电流接地系统；对llOkV及以上高压电力系统，皆采用中性点直接接地系统，又称大电流接地系统。

发电机中性点都采用非直接接地方式，目前，广泛采用的是经消弧线圈接地方式或经中性点接地变压器接地。

(3)负荷情况，包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。

电力负荷的原始资料是设计主接线的基础数据，电力负荷预测工作是电力规划工作的重要组成部分，也是电力规划的基础。

对电力负荷的预测不仅应有短期负荷预测，还应有中长期负荷预测，对电力负荷预测的准确性，直接关系着发电厂和变电站电气主接线设计成果的质量，一个优良的设计，应能经受当前及较长远时间(5—10年)的检验。

发电厂承担的负荷应尽可能地使全部机组安全满发，并按系统提出的运行方式，在机组间经济合理地分配负荷，减少母线上电流流动，使发电机运转稳定和满足电能质量要求。

(4)环境条件，包括当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度及地震等因素，对主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均有影响。

对此，应予以重视。

对重型设备的运输条件亦应充分考虑。

(5)设备供货情况。

这往往是设计能否成立的重要前提，为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电气设备的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较。

2．主接线方案的拟定与选择根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等不同的考虑，可拟定出若干个主接线方案(本期和远期)。

依据对主接线的基本要求，从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案，最终保留2～3个技术上相当，又都能满足任务书要求的方案，再进行经济比较。

对于在系统中占有重要地位的大容量发电厂或变电站主接线，还应进行可靠性定量分析计算比较，最终确定出在技术上合理、经济上可行的最终方案。

3．短路电流计算和主要电器选择对选定的电气主接线进行短路电流计算，并选择合理的电气设备。

4．绘制电气主接线图对最终确定的主接线，按工程要求，绘制工程图。

5．编制工程概算．对于工程设计，无论哪个设计阶段(可行性研究、初步设计、技术设计、施工设计)，概算都是必不可少的组成部分。

它不仅反映工程设计的经济性与可靠性的关系，而且为合理地确定和有效控制工程造价创造条件，为工程付诸实施，为投资包干、招标承包、正确处理有关各方的经济利益关系提供基础。

’概算的编制以设计图纸为基础，以国家颁布的《工程建设预算费用的构成及计算标准》、《全国统一安装工程预算定额》、《电力工程概算指标》以及其他有关文件和具体规定为依据，并按国家定价与市场调整或浮动价格相结合的原则进行。

概算的构成主要有以下内容：(1)主要设备器材费，包括设备原价、主要材料(钢材、木材、水泥等)费、设备运杂费(含成套服务费)、备品备件购置费、生产器具购置费等。

除设备及材料费外，其他费用均按规定在器材费上乘一系数而定。

其系数由国家和地区随市场经济的变化在某一时期内下达指标定额。

(2)安装工程费，包括直接费、间接费及税金等。

直接费指在安装设备过程中直接消耗在该设备上的有关费用，如人工费、材料费和施工机械使用费等；间接费指安装设备过程中为全工程项目服务，而不直接耗用在特定设备上的有关费用，如施工管理费、临时设施费、劳动保险基金和施工队伍调遣费用等；税金是指国家对施工企业承包安装工程的营业收入所征收的营业税、教育附加和城市维护建设税。

以上各种费用都根据国家某时期规定的不同的费率乘以基本直接费来计算。

(3)其他费用，系指以上未包括的安装建设费用，如建设场地占用及清理费、研究试验费、联合试运转费、工程设计费及预备费等。

所谓预备费是指在各设计阶段用以解决设计变更(含施工过程中工程量增减、设备改型、材料代用等)而增加的费用、一般自然灾害所造成的损失和预防自然灾害所采取的措施费用以及预计设备费用上涨价差补偿费用等。

根据国家现阶段下达的定额、价格、费率，结合市场经济现状，对上述费用逐项计算，列表汇总相加，即为该工程的概算。

4．6 发电厂和变电所主变压器的选择发电厂和变电所中，用于向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器；只用于两种升高电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器。

4.6.1 主变压器容量、台数的选择主变压器的容量和台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。

它的选择除依据基础资料外，主要取决于输送功率的大小、与系统联系的紧密程度、运行方式及负荷的增长速度等因素，并至少要考虑5年内负荷的发展需要。

如果容量选得过大、台数过多，则会增加投资、占地面积和损耗，不能充分发挥设备的效益，并增加运行和检修的工作量；如果容量选得过小、台数过少，则可能封锁发电厂剩余功率的输送，或限制变电所负荷的需要，影响系统不同电压等级之间的功率交换及运行的可靠性等。

1．发电厂主变压器容量、台数的选择《发电厂设计技术规程》规定：(1)单元接线中的主变压器容量SN应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10％的裕度选择SN ≈1.1PNG(1﹣KP)／cosφG(MVA) (4.6.1)式中PNG——发电机容量，在扩大单元接线中为两台发电机容量之和，MW；cosφG——发电机额定功率因数；KP——厂用电率。

每个单元的主变压器选择一台。

(2)接于发电机电压母线与升高电压母线之间的主变压器容量SN按下列条件选择。

1)当发电机电压母线上的负荷最小时(特别是发电厂投入运行初期，发电机电压负荷不大)，应能将接于发电机电压母线上发电机发出的功率减去发电机电压母线上的最小负荷而得到的最大剩余功率送至系统(计算中不考虑稀有的最小负荷情况)。

即SN ≈[∑PNG(1﹣KP)／COSφG﹣Pmin／cosφ]／n (MVA) (4.6.2)式中∑PNG——发电机电压母线上的发电机容量之和，MW；Pmin——发电机电压母线上的最小负荷，MW；cosφ——负荷功率因数；n——接于发电机电压母线上的主变压器台数。

2)若发电机电压母线上接有2台及以上主变压器，当负荷最小且其中容量最大的一台主变压器退出运行时，其他主变压器应能将发电厂最大剩余功率的70％以上送至系统。

即SN ≈[∑PNG(1﹣KP)／COSφG﹣Pmin／cosφ]×70％／(n—1) (MVA)(4.6.3)3)当发电机电压母线上的负荷最大且其中容量最大的一台机组退出运行时，主变压器应能从系统倒送功率，满足发电机电压母线上最大负荷的需要。

即SN ≈Pmax／cosφ一∑P＇NG(1﹣KP)／COSφG(MVA) (4.6.4)式中∑P＇NG——发电机电压母线上除最大一台机组外，其他发电机容量之和，MW；Pmax——发电机电压母线上的最大负荷，MW。