电力系统主接线

第1章前言1.1电气主接线系统设计的意义电气主接线主要指发电厂、变电所及电力系统中传送电能的通路, 这些通路中有发电机、变压器、母线、断路器、隔离开关、电抗器、线路等设备。

它们的连接方式, 对供电可靠、运行灵活、检修方便以及经济合理等起着决定性的作用,它反映出电厂的整个供电系统全貌和其所选用的电气设备、元件型号规格和数量以及它们之间的相互关系。

它不仅是初步设计审查的重要内容之一, 同时也是将来电气值班运行人员进行各种操作的重要依据。

电气主接线的设计是否合理, 将直接影响到电厂基本建设投资效益和今后的安全及可靠运行，同时也是做好发电厂电气设计的关键。

同时，电气主接线的设计也是变电所电气设计的主体。

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

因此，主接线的设计显得尤为重要。

针对发电厂而言，电气主接线已经成为电气设计最为关键的环节，关系着电能的安全输送，关系着居民用电的可靠保障和自身运行的安全性、稳定性。

合理的设计能够有效节省基建投资，方便以后的操作和检修，减少机组因电气原因造成停机等。

本文依托某2×30MW公用热电厂进行设计主接线，通过技术经济比较，达到技术先进、经济合理、安全适用的目的。

1.2厂用电系统设计的意义厂用电系统是火力发电厂的重要组成部分,厂用电系统的任何故障都会影响正常生产，严重的会直接造成停产。

火力发电厂有大量的辅机设备，大部分辅机均由电动机拖动，厂用电量巨大，一般热电厂的厂用电率为8%～10%甚至更高，且对电源的可靠性要求高，一般情况不允许突然中断。

厂用电供电的可靠性和经济性不仅与发电厂的运行操作、维护检修和设备质量等有着密切的关系，其很大程度上取决于厂用电接线设计是否正确、合理，厂用电的电压等级和厂用电源的引接方式是否合适，备用电源与工作电源切换是否灵活可靠等。

由此可见，厂用电系统的设计直接关系到整个电厂以后运行的安全、可靠性，它的确定就代表着电厂基本轮廓的确定，基本组成设备的确定，投资成本的确定，因此合理的厂用电接线,适当的电压等级,对于保证机组的安全连续满发、降低厂用电率、方便操作和维护、节约投资、缩短建设工期、控制造价等有着重要的意义。

1.3 本文的主要工作1.3.1 学习关于电气主接线和厂用电接线的设计方法和流程。

1.3.2 根据各设计规范选择各主要设备、导体的型式，并了解校核方法。

1.3.3 通过设计和探讨，加深对所学知识的掌握，为以后运用于实践中打好基础。

第2章电气主接线设计要求及方案确定2.1电气主接线设计的要求发电厂的主接线设计要求非常严格，在设计时不仅要按照国家相关的法律法规严格执行外，其经济性、合理性、可靠性等都直接关系到以后的运行安全和经济效益。

所以，对发电厂电气主接线设计一般应满足以下几点：2.1.1保证必要的供电可靠性供电可靠性是电力生产和电能分配的首要任务，电气主接线应首先满足这一要求。

电力系统的发电、送电和用电是同时完成的，并且在任何时刻都保持着平衡关系，无论那部分故障，都将影响整个电力系统的正常运行。

事故停电不仅会造成损失，若在系统中担负基本负荷的电厂解列，可能会造成电网崩溃等恶性事故。

因此，保证供电可靠性是电力生产头等重要的任务。

电气主接线的可靠性是其各组成元件（包括一次部分和二次部分）的综合。

因此，在设计时除了尽可能选用工作可靠的一次设备和二次设备外，还应设计这些设备元件的合理连接方式。

特别要注意择优选用那些经过长期运行被认为可靠性比较高的接线方式。

电气主接线的可靠性并不是绝对的，而是相对比较而言。

同样的主接线对某些发电厂或变电所来说是可靠地，而对另一些重要的发电厂或变电所来说可能还不够可靠。

因此，分析和评价主接线的可靠性，不能脱离发电厂和变电所在电力系统中的地位和作用。

2.1.2保证电能质量电压、频率和波形是表征电能质量的基本指标。

电气主接线的设计是否合理对电压和频率有着重要影响。

例如有些接线方案坑内在某一单元故障时，迫使其他元件一同退出运行，或使回路阻抗增大，或造成发电厂一部分容量受阻，从而造成电力系统频率或某一部分电压下降，甚至出现电压和频率的崩溃。

因此，在拟定主接线方案时必须注意研究如何保证电能质量。

2.1.3具有一定的灵活性和方便性电力系统是一个紧密联系的整体。

发电厂和变电所由中心调度所和地区调度所统一调度指挥。

发电厂和变电所电气主接线的运行方式随整个电力系统的运行要求而改变。

因此，所设计的电气主接线应能灵活地投入和切除某些机组、变压器或线路，从而达到调配电源盒负荷的目的；并能满足电力系统在事故运行方式、检修运行方式和特殊运行方式下的调度要求。

当需要检修时，应能很方便的使断路器、母线及继电保护设备退出运行进行检修，而不致影响电力网的运行或停止对用户供电。

此外，电气主接线方案还必须能够容易地从初期接线过渡到最终接线，以满足扩建的要求。

该工程受外部条件影响，前期只能单回出线，待外部条件满足时要过渡到双回出线，因此能够在不全厂停电条件下完成线路过渡显得尤为重要，在设计时必须优先考虑。

2.1.4具有一定的经济性电气主接线的经济性是指投资省、占地面积小、电能损耗少三个方面。

因此，在满足可靠性、灵活性要求的前提下，电气主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器及避雷器等一次设备的投资；要尽可能的简化继电保护和二次回路，以节省二次设备和控制电缆；应采取限制短路电流的措施，以便选择轻型的电器和小截面的载流导体；同时，设计电气主接线要为配电装置的布置创造条件，以节约用地和材料。

此外，还应经济合理地选择主变压器的型式、容量和台数，要避免出现两次变压，以减少变压器的电能损耗。

2.2电气主接线方案的确定电气主接线的接线形式种类繁多，但常用的基本形式只有几种，包括单母线接线，双母线接线、带旁路母线的接线、桥形接线、多角形接线盒单元接线等。

鉴于该工程为小容量机组，为节省投资，简化系统，本文仅讨论单母线的接线型式。

本期2台发电机均以“发电机-变压器组”型式接入110kV 系统。

对单母线的几种接线型式分析如下：2.2.1不分段单母线接线型式不分段单母线接线型式是有母线接线中最简单的型式，这种接线方式投资最省，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置，缺点是接线不够灵活，一旦设备故障极易造成全厂供、用电中断。

这种接线方式一般用于用户重要性等级较低的配电装置中，现代电厂中一般较少采用这种接线方式。

见图2.1。

2.2.2单母线分段接线单母线分段接线较不分段母线接线具有更高的可靠性，在检修其中一条母线时也不会中断另一段的运行。

缺点是处于检修期间的母线上所有回路均要停电，扩建时需向两个方向均衡扩建，这种接线方式较多应用于中小容量发电厂的主接线。

见图2.2。

图2.1 不分段单母线接线图2.2 单母线分段接线 2.2.3 单母线分段带旁路接线为进一步克服单母线接线在检修时造成回路停电的缺点，确保供电可靠，可以再增设一条旁路母线，如图2.3。

利用旁路断路器切换各母线的运行和检修方式，可以大大提高供、用电的可靠性。

但缺点也是显而易见的，设备多，投资和占地面积增大。

2.3电气主接线方案的论证三种接线方式各有优劣，针对本工程的实际情况应充分考虑自身厂用电的可靠性，且当前只能有单回出线，远期再增加一回出线，并再扩建3台发电机。

单母线分段带旁路接线方式是三种方案里最可靠和运行最灵活的，但设备多，初投资大，分段单母线接线方式介于其他两种接线方式之间，且能够满足将来扩建的需求，其供、用电可靠性也能够保证，故本次选择分段单母线接线方式作为该厂的主接线方式。

单母线分段的数目取决于电源的数目、电网的接线及主接线的运行方式，一般以2-3段为宜；其连接的回路数一般比不分段的单母线接线增加一倍，但仍不宜过多。

主接线图见附录1，图2.4电气主接线图。

第3章厂用电系统的方案选择及论证3.1 厂用电源方案设计3.1.1厂用电压等级的选择在DL5000-2000《火力发电厂设计技术规程》中，当有发电机电压直配线时，应根据地区网络的需要，采用6.3kV 或10.5kV。

火力发电厂中，厂用电一般采用高压和低压两种电压等级供电，高压厂用电电压常采用3、6、10kV，低压厂用电电压一般采用380/220V。

为减少变压器数量，简化系统及减少投资，高压厂用电电压直接采用发电机出口电压等级10kV，低压厂用电通过低压厂用变压器变为380/220V。

3.1.2 高压厂用电接线方案本工程高压厂用电电压选用10kV等级，根据《火力发电厂厂用电设计规定》（DL/T5153-2002)采用按炉分段原则，每台炉设一段高压厂用段，每台机组对应的高压电动机分别接在对应10KV母线上。

对于公用系统高压电动机平衡分布在不同机组的高压段上。

高压厂用电源通过发电机出口分支电抗器引接，以限制短路电流。

启动、备用电源设置一台高备变，其高压侧取自110kV母线，低压侧接入1 0kV备用段，10kV备用段至三段工作段均设置联络线，可在工作段失电后自动切换至备用段工作。

3.1.3低压厂用电接线设计本工程低压厂用电电压为380/220V，采用与高压段一致的分段原则。

共设三台低压厂用工作变，厂用工作变压器电源取自对应的10KV厂用工作段。

全厂设一台低压厂用备用变做为明备用，其电源取自10KV备用段，通过低压侧联络线分别接至三段工作段。

3.1.4全厂辅助系统厂用电接线根据《火力发电厂厂用电设计规定》（DL/T5153-2002)要求，距离主厂房较远的附属车间均设置低压动力中心，全厂输煤、化水、灰库均设置就地动力中心，电源分别取自厂用主厂房10kVⅠ段、Ⅱ段及备用段。

距离主厂房或就地动力中心较近的附属车间设置就地MCC柜，为保证可靠供电，就地MCC柜均为双电源进线，在工作电源失电后备用电源自动投入运行。

3.2 厂用电接线方案的论证该接线方案较简单，选择的电压与工业用电一致，节省了设备投资及占地面积。

对于多台的公用设备分别接在不同的工作段上，能有效保障机组正常运行，减少因某段失电造成停机的概率。

距离主厂房较远的附属车间设置动力中心，能有效减少电压降，保证电能质量。

厂用电接线图见附录2，厂用电接线图。

第4章主要设备选型4.1 发电机的选择发电机型号：QF-30-2额定容量 37.5MVA 额定功率 30MW 功率因数 0.8（滞后）额定电压 10.5 kV 额定电流： 2062A 额定转速 3000r/min 短路比（保证值）≥0.5 瞬变电抗（饱和）X’d 0.218 超瞬变电抗（饱和）X’’d 0.1274其中1号容量为1250KVA，2号、3号容量为1000KVA 1250KVA4.2 主变压器的选择 4.2.1主变压器容量的选择DL5000-2000《火力发电厂设计技术规程》规定：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电负荷后，留有10%的裕度选择，即：SN≈1.1PNG（1－KP）/cosφG （MVA）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； co sφG——发电机额定功率因数；KP——厂用电率。