1000MW发电机组电气设备培训教材第五章

第五章电厂主接线及运行
发电厂电气主接线是指在电力系统中的发电厂中，为满足预定的功率传送方式和运行等要求设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。

其中的高压设备指：发电机、变压器、母线、开关电器、保护电器、输电线路等设备。

发电厂电气主接线的确定与机组容量、电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式等的拟定有着密切的关系。

主接线设计是否合理、不仅关系到电厂的安全经济运行，也关系到整个电力系统的安全、灵活和经济运行。

电厂容量愈大，在系统中的地位愈重要，则影响也愈大。

因此，发电厂电气主接线的设计应综合考虑电厂所在电力系统的特点；电厂的性质、规模和在系统中的地位；电厂所供负荷的范围、性质和出线回路数等因素，并满足安全可靠、运行灵活、检修方便、运行经济和远景发展等要求。

大型发电厂典型的电气主接线，一般分为有母线和无母线两类，有母线类接线包括单母线、双母线及带旁路母线的接线等；无母线类主接线包括桥形、多角形和单元接线。

第一节大型发电厂主接线的基本要求
电气主接线的选择正确与否对电力系统的安全、经济运行，对电气系统的稳定和调度的灵活性，以及对发电厂的电气设备的选择，配电装置的布置，继电保护及控制方式的拟定等都有重大的影响。

在选择电气主接线时，应满足下列基本要求。

1.运行的可靠性
发、供电的安全可靠性，是电力生产和分配的第一要求，主接线必须首先给予满足。

因为电能的发、送、用必须在同一时刻进行，所以电力系统中任何一个环节故障，都将影响到整体，事故停电不仅是电力部门的损失，更严重的是会造成国民经济各部门的损失。

主接线若不能保证安全可靠的工作，发电厂就很难完成生产和输送数量和质量均符合要求的电能。

而主接线的可靠性并不是绝对的。

同样形成的接线对某些发电厂来说是可靠的，但对另一些发电厂就不能满足可靠性要求。

所以在分析主接线的可靠性时，不能脱离发电厂在系统中的地位、作用以及用户的负荷性质等。

衡量主接线的可靠性可以从以下几个方面去分析：
（1）断路器检修时是否影响供电；
（2）设备或线路故障或检修时，停电线路数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

（3）有没有使发电厂全部停止工作的可能性等。

目前，对主线可靠性的衡量不仅可以定性分析，而且可以进行定量的可靠性计算。

2.具有一定的灵活性
主接线不但在正常运行的情况下，能根据调度的要求，灵活地改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备、切除故障，使停电时间最短、影响范围最小，并且在检修时能保证检修人员的安全。

3.操作应尽可能简单、方便
主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。

复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成人员误操作而发生事故。

但接线过于简单，不但不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便，或造成不必要的停电。

4.经济上合理
主接线在保证安全可靠，操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用最小，占地面积最少，使发电厂尽快发挥经济效益。

5.应具有扩建的可能性
由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。

因此，在选择主接线时，还要考虑到扩建的可能性。

第二节大型发电厂主接线的主要特点
一、1000MW大型发电厂电气主接线的基本接线形式
1000MW大型发电厂电气主接线的基本接线形式为一台半断路器接线方式。

玉环电厂装设两台1000MW汽轮发电机组，汽轮发电机与主变压器接成发电机-变压器组单元接线方式。

发电机出口电压为27KV，经三台单相双绕组、总容量为3×340MVA的主变压器升高电压至500KV。

500KV升压站采用一个半断路器接线方式。

发电机至主变压器采用分相封闭母线，厂用工作总变压器分支引出线和电压互感器分支引出线也采用分相封闭母线。

图4-2-1 一台半断路接线
图4-2-1所示为一台半断路接线，每一回路经一台断路器1QF或3QF接至一组母线，两回路之间设一联断路器2QF，形成了一个“串”，两个回路共用三台断路器，故又称二分之三接线。

正常运行时，所有断路器都是接通的，I、II两组母线同时工作，当任何一组母线检修，或任何一台断路器检修时，各回路仍接原接线方式运行，不需要切换任何回路，避免了利用隔离开关进行大量倒闸操作，十分方便。

任一组母线故障时，只是与故障母线相连的断路器自动分闸，任何回路不会停电，甚至在一组母线检修时，另一组母线故障的情况下，仍能继续运行，并且可以保证在对用户不停电的前提下，同时检修多台断路器，所以，这种接线操作简单，运行灵活，有较高的供电可靠性。

在一台半断路器的接线中，一般采用交叉配置的原则，电源线宜与出线配合成串。

为了进一步提高供电可靠性，同名回路应配制在不同串内，避免当联络断路器故障时，同时切除两个电源线，此外，同名回路还宜接在不同侧的母线上。

3/2接线具有供电可靠性高、操作检修方便和运行灵活等优点：
1、在任两个断路器检修时不影响连接元件的连续供电，也不需要进行一系列的倒闸操作，减少
了一次回路发生误操作的机会。

2、当进行母线的检修或清扫时，不需要进行复杂的操作。

3、当一组母线发生短路时，母线保护动作后只跳开与该组母线相连的所有断路器，不会使任何
连接元件停电。

4、在3/2接线中，各隔离开关只作为检修断路器时隔离用，不需要象双母线方式中进行的倒闸
操作，因此减少了隔离开关误操作的机会。

5、由于不装设旁路母线，一次回路的布置清晰，配电装置占地面积小，耗用材料少。

6、当一组母线或任一连接元件发生短路并伴随断路器失灵时，失灵保护动作后需要跳开断路器
的数量最少，不会引起全厂停电。

但这种接线投资较大，继电保护复杂。

二、发电机一变压器组单元接线
大型发电机出口是否装设断路器，国内外都有着不同的观点。

事实上，大型发电机出口装设断路器确实有优点也有缺点，应对其客观分析。

大型发电机出口装设断路器有如下缺点：
（1）大容量发电机出口断路器价格昂贵，国内不能生产，需要进口；
（2）发电机与主变压器之间串接发电机出口断路器后，发电机出口断路器故障或检修将影响整个机组的运行，发电机变压器回路的可靠性要比无发电机出口断路器时下降；
（3）由于主变压器作为降压变压器倒送厂用电，为了保证厂用电动机启动时高压厂用母线的电压水平，主变压器或高压厂用变压器需采用有载调压型，也会导致可靠性下降。

同时此调压开关价格昂贵，投资增加。

实际上，大型发电机出口装设断路器，主要还是投资增加，每台机组约需增加投资一千万元左右。

装设发电机出口断路器的优越性也很明显：
（1）机组正常起动或停机时，厂用电源均由系统通过主变压器供给。

机组并网或停机只需操作出口断路器就可完成，缩短了机组起动时间，减少了误操作的几率。

由于避免了高压厂用电源的切换，简化了厂用电源的控制和保护接线，从而提高了厂用电系统的可靠性。

（2）机组在汽机、锅炉或发电机故障引起跳闸时，仅需跳开发电机出口断路器，而不必连同主变压器一同切除，提高了机组保护的选择性。

此时停机厂用电源仍可由系统通过主变压器倒送，避免了高压厂用电源系统的事故切换，避免了对厂用负荷的冲击，提高了厂用电系统的可靠性。

（3）当500kV采用一个半接线时，机组故障只需跳开发电机出口断路器，不需跳500kV断路器，不影响500kV接线的完整性，不会导致系统开环，提高了系统的稳定性。

（4）保护发电机。

在发电机承受不平衡负荷，或发电机出口发生不对称短路时，发电机出口断路器可以迅速切除故障，使发电机免遭损坏。

发电机带不平衡负荷运行、外部和内部发生不对称短路时，会在转子本体表面感应出两倍工频涡流，在转子中引起附加发热。

同时，两倍工频的交变电磁转矩使机组产生倍频振动，引起金属疲劳和机械损伤。

附加发热和倍频振动都会严重威胁发电机的安全运行。

（5）保护主变压器和高压厂用变压器。

变压器内部因绝缘闪络形成的电弧使油分解后产生的
大量气体引起变压器内部压力的升高，将导致变压器油箱破裂或爆炸。

变
压器内部故障电弧电流由系统和发电机共同提供。

系统提供的电弧电流由
装在主变压器高压侧的断路器切断，切断时间大约40ms。

高压系统断开后，
发电机在灭磁前仍连续不断的提供电弧电流，使油箱内部压力继续上升，
发电机转子灭磁及定子电流衰减时间通常长达数秒（与励磁系统有关），
以致保护不了变压器。

而在发电机出口装设断路器可在3周波（60ms）内
切断故障电流，将发电机和故障变压器迅速隔离，从而避免变压器遭受严
重损坏。

图4-2-2所示为玉环电厂采用的发电机一双绕组变压器单元接线。

发
电机和变压器的容量匹配，必须同时工作，在发电机与变压器之间装设了
断路器。

1000MW发电机，因采用分相封闭线线，不宜装隔离开关，但应有
可拆连接点。

图4-2-2 发电机-双绕组变压器单元接线
此外发电厂还有发电机一三绕组变压器单元接线。

它在发电机停止工作时，变压器高压和中压
侧仍能保持联系，在发电机与变压器之间需要装设断路器。

但对大容量机组，断路器的选择困难，而且采有分相封闭母线后安装也较复杂，故目前国内极少采用这种接线方式。

因此，玉环电厂采用发电机与主变压器接成发电机-双绕组变压器单元接线方式。

第三节电气设备的倒闸操作
当电气设备由一种状态转换到另一种状态或改变系统的运行方式时，需要一系列的倒闸操作才能完成。

所谓倒闸操作主要是指拉开或合上某些断路和隔离开关，拉开或合上某些直流操作回路，切除或投入某些继电保护和自动装置或改变其整定值，拆除或装设临时接地线及检查设备的绝缘等。

倒闸操作是一项既重要又复杂的工作，若发生误操作事故，可能会导致设备的损坏，危及人身的安全及造成大面积停电，给国民经济带来巨大的损失。

所以必须采取有效措施加以防止，这些措施包括组织措施和技术措施两个方面。

组织措施是指运行人员必须树立高度的工作责任感和牢固的安全思想，认真执行操作票制度和监护制度等。

技术措施是指在断路器和隔离开关之间装设机械或电气闭锁装置。

1kV以上的电气设备，在正常情况下进行任何操作时，均应填写操作票。

一、操作票填写的内容
在操作票上除填写断路器和隔离开关的操作步骤外，还应填写以下内容：
（1）安装或拆除控制回路的熔断器，切断或合上电压互感器的隔离开关以及取下或装上它的熔断器。

（2）在拉开或合上断路器及隔离开关后，应检查断路器和隔离开关实际的分、合位置。

（3）使用验电器检验需接地部分是否确已无电。

（4）切换保护回路及自动装置或改变其整定值。

（5）拆、装接地线并检查有无接地。

（6）进行两侧具有电源的设备的同期操作。

二、倒闸操作的步骤
(1)发布命令和接受任务。

值班员接受电厂值长发布操作任务或命令，监护人、操作人同时接受，并由监护人按照填写好的操作票向发令人员复诵，经双方核对无误后，在操作票上填写发令的时间，并由操作人和监护人签名。

(2)填写操作票。

操作人员应根据操作任务，查对模拟图逐项填写操作项目，并由操作人和监护人在操作票上共同签名。

(3)审票。

操作人填写好操作票后，先由自己核对，再交监护人审票。

(4)发布操作命令。

当做好执行任务的准备后，由电厂值长发布操作任务或命令，监护人、操作人同时接受，并由监护人按照填写好的操作票向发令人员复诵，经双方核对无误后，在操作票上填写发令的时间，并由操作人和监护人签名。

（5）核对模拟系统图板。

以核对其操作票的正确性。

（6）核对设备。

到达操作现场后，操作人员先立准位置核对设备名称和编号，监护人核对操作人所站立的位置及操作设备的名称，编号应正确无误，应该用的安全用具已经用上。

（7）唱票操作。

监护人按操作顺序及内容高声唱读，由操作人员复诵一遍，监护人认为复诵无误后应答“对、执行”，然后操作人方可操作，并记录操作开始时间。

（8）检查每一步操作完毕后，应由监护人在操作票上打一个“√”。

同时操作人在监护人的监护下检查结果，包括表针的指示，联锁装置及各项信号指示是否正常。

然后进行下一步操作内容。

（9）操作汇报。

操作结束后，应检查所有操作步骤是否全部执行，然后由监护人在操作票上填写操作结束时间，并向当值电厂值长汇报。

（10）总结经验。

三、倒闸操作的技术原则
为了减少和避免因断路器未断开或未合好而引起带负荷拉、合隔离开关，所以倒闸操作的中心环节和基本原则是围绕着不能带负荷拉、合隔离开关。

因此，在倒闸操作时，应遵循下列具体原则：
（1）在拉合闸时，必须用断路器接通或断开负荷电流及短路电流，绝对禁止用隔离开关切断负荷电流。

（2）在合闸时，应先从电源侧进行，在检查断路器确在断开位置后，先合上电源侧隔离开关，后合上负荷侧隔离开关，再合上断路器。

（3）在回路中未设置断路器时，允许用隔离开关进行下列操作：
1）拉开或合上无故障的电压互感器和避雷器。

2）拉开或合上无故障的空载母线。

3）拉开或合上无接地故障时变压器的中性点接地开关。

4）拉开或合上励磁电流不超过2A的空载变压器。

5）拉开或合上电容电流不超过5A的空载变压器（10.5kV以下）。

6）拉开或合上10kV、70A以下的环路均衡电流。

例如，两台变压器T1和T2并列运行，电源侧同接在6kV母线上，负荷侧同接在380V母线上，6kV和380V母线利用分段隔离开关QS5和QS6分段。

此时，若停用或变压器T1或T2时，可以拉合380V侧隔离开关QS3或QS4。

7）拉开或合上无阻抗等电位的并联支路。

用隔离开关拉开或合上无阻抗的并联支路时，其断路器一定要在合闸位置，并将其直流操作熔断器取下，才可进行操作。

四、对倒闸操作的基本要求
1.操作隔离开关的基本要求
（1）在手动合隔离开关时，必须迅速果断，但在合到底时不能用力过猛，以防合过头及损坏支持缘子。

在合闸开始时如发生弧光，则应将隔离开关迅速合上，不得再行拉开，以免事故扩大，这时只能用断路器切断该回路后，才允许将误合的隔离开关拉开。

（2）在手动拉开隔离开关时，应缓慢而谨慎，特别是刀片刚离刀嘴时，若发生电弧，应迅速合上停止操作。

但在切断小容量变压器励磁电流、空载线路电容电流、环路均衡电流和并联支路负荷电流时，均有电弧产生，此时应迅速将隔离开关断开，以便顺利消弧。

（3）在操作隔离开关后，必须检查隔离开关的开合位置，因为有时可能由于操作机构有故障或调整得不好，经操作后，实际上未合好或未拉开。

2.操作断路器的基本要求
（1）在一般情况下，断路器不允许带电手动合闸。

这是因为手动合闸慢，易产生电弧，但特殊需要时例外。

（2）遥控操作断路器时，不得用力过猛，以防止损坏控制开关，也不得返回太快，以防止断路器合闸后又跳闸。

（3）在断路器操作后，应检查有关信号及测量仪表的指示，以判断路器动作的正确性。

但不能从信号灯及测量仪表的指示来判断路器的实际开、合位置，应到现场检查断路器的机械位置指示，来判断路器的实际开、合位置，以防止在操作隔离开关时，发生带负荷拉位、合隔离开关事故。

五、倒闸操作注意事项
（1）在倒闸操作前，必须了解系统的运行方式、继电保护及自动装置的性能等情况，并应考虑电源负荷的合理分布以及系统运行方式的调整情况。

（2）在电气设备送电前，必须收回并检查有关工作票，拆除安全措施，发拉开接地开关、拆除临时短路接地线及警告牌，然后测量绝缘电阻。

在测量绝缘电阻时，必须隔离电源，进行放电。

此外，还应检查隔离开关和断路器在断开位置。

（3）在倒闸操作前应考虑继电保护及自动装置整定值的调整，以适应新的运行方式的需要，防止因继电保护及自动装置误动作或拒绝动作而造成事故。

（4）备用电源自动投入装置、自动重合闸装置、自动调节励磁装置必须在所属主设备停运前退出运行，在所属主设备送电后投入运行。

（5）在进行电源切换或电源设备倒母线时，必须先将备用源自动投入装置切除，待操作结束后再进行调整。

（6）在同期并列操作时，应注意非同期并列，若同步表指针在零位晃动、停止或旋转太快，均不得进行并列操作。

（7）在倒闸操作中，应注意分析表计的指示，如在倒母线时，应注意电源功率分布的平衡，并尽量减少母联断路器的电流，以防止母联断路器因过负荷而跳闸。

（8）在下列情况下，应将断路器的直流操作熔断器取下：
1）断路器在停运不用和检查时；
2）在与断路器相关的二次回路及保护回路有人工作时；
3）在拉合母线隔离开关、旁路隔离开关及母线分段隔离开关时，必须取下母联断路器、旁路断路器及母线分段断路器的直流操作熔断器，以防止带负荷拉合隔离开头；
4）操作隔离开关时，应检查该回路断路器确在断开位置，并取下该断路器的直流操作熔断器（线路操作除外），以防止在操作隔离开关过程中，因断路误动造成带负荷拉、合隔离开关事故。

5）在继电保护装置故障情况下，应取下断路器的直流操作熔断器，以防止因断路器误跳闸而造成停电事故。

6）油断路器缺油或无油时，应取下断路器直流操作熔断器，以防止系统发生故障时，因该断路器灭弧能力减弱而引起爆炸。

此时若有旁路母线时，可由母联断路器代替其工作。

9）操作中应有合格的安全工具，如验电器等。

以防止因安全工具耐压不合格而在工作时造成人身和设备事故。