1、第3讲 发电厂和变电所的一次系统基本概念主接线的基本形式厂（所）自用电直流系统配电装置电气安全电力系统是由发电厂、变电站、输电线路和用户组成的统一整体。简单电力系统的单线接线示意图简单电力系统示意发电厂和变电所电气部分：由各类电气设备电气设备，经某种方式连接连接为一个整体。配电设备：户外配电设备：户内发电机组（多台）：户内一次系统：发电厂或变电所中由发电机、变压器、开关设备、母线、输电线路等用于产生电能、输送电能、分配电能的设备组成的系统。包括：一次设备、电气主接线 变 电 站 变压器（2-4台主变）开关设备（多台）导体（母线、电缆）110kV2回进线10kV4回出线 发 电 厂 变压器（多台
2、）开关设备（多台）导体（母线、电缆）发电机多台110kV多回出线35kV多回出线10kVGG一次设备：直接生产、转换和输配电能的电气设备，如：（1）发电机：生产（2）变压器：转换（3）开关设备：断路器、隔离 开关、熔断器、接触器（4）导体：母线、电缆（5）避雷器（6）互感器电气主接线：是发电厂、变电所中传递电能的通路，也称为一次接线，表示电气一次设备的连接关系。一般用主接线图进行符号化表示，它是由各种一次电气设备的图形符号联接成线所组成的电路图。反映整个配电系统的构成，包括电气设备及其连接 是运行操作和切换电路的依据。变电站/发电厂一次接线模拟屏 变电站/发电厂监控系统一次接线。3783791
3、.反映整个系统的电气设备构成(符号)2.反映各电气设备的连接方式3.反映系统运行和操作方式4.反映当前电气设备运行状态和系统运行方式发电厂户内配电装置发电厂户内配电装置发电机组厂房发电机组厂房3712母线：又称汇流排，是主接线中连接各个基本环节的中间环节，以便于电能（进出线）的汇集和分配。断路器：开断电流的设备，用来改变运行方式、切除故障。隔离开关：用于隔离电压，在空气中形成明显断口，保障设备和人身安全；也可用于开合小电流。发电机馈线：进、出单 母 线双 母 线有 母 线一 台 半 断 路 器 接 线母 线 变 压 器 组桥 形 接 线无 母 线角 形 接 线单 元 接 线1 1、简单单母线接
4、线（单母不分、简单单母线接线（单母不分段）段）优点优点：接线简单清晰，操作简便，设备用量少，经济实用；缺点缺点：母线范围内发生故障或母线及母线QS检修时，需停止供电；各单元QF检修时，该单元中断工作。接线特点：只有一条母线，且每一支路均有断路器接线特点：只有一条母线，且每一支路均有断路器；线路投运（以线路投运（以L1L1为例）为例）投运前：投运前：L1退出运行，QF2，QS2，QS3打开；接地隔离开关QS4打开。步骤：步骤：1）合母线侧隔离开关QS2；2）合线路侧隔离开关QS3；3）合断路器QF2。2 2、单母分段接线、单母分段接线1）用用QF1QF1分段单母线分段单母线缩小了母线故障和母线检
5、修时的停电范围；有利于电源间的相互备用和负荷的合理分配。两种运行形式（如图）：并列运行并列运行正常运行时QF1合闸分列运行方式分列运行方式正常运行时QF1分闸 3 3、加装旁路的单母分段接线、加装旁路的单母分段接线3.1 专用旁路断路器专用旁路断路器旁路的作用旁路的作用：不停电检修断路器。正常运行时旁路断路器1QFp、2QFp和旁路隔离开关是打开的。适用适用：35kV而出线8回以上；110kV出线6回以上；220kV出线4回及以上。若采用SF6断路器或手车式开关柜或较易取得备用电源，则不须加设旁路系统。操作之前操作之前：1QFp及两侧隔离开关打开，旁路隔离开关1QSp打开，旁路母线WBp不带电
6、；1QF及两侧隔离开关1QS1和1QS2合上。操作步骤：操作步骤：1）将1QFp继电保护设为瞬动，先合上1QFp两侧的隔离开关，然后合上1QFp，向WBp充电；2）若WBp完好，则断开1QFp；3）合上1QSp；4）将1QFp继电保护整定同1QF，合上1QFp；5）断开1QF及两侧隔离开关。3.2 3.2 分段断路器兼作旁路断路器分段断路器兼作旁路断路器以分段为主，正常时作分段断路器用 QS1，QS2，QF1合上，QS3，QS4，QS5断开，旁路母线不带电QF1作旁路断路器用时（以A段母线带旁路为例）QS1，QF1，QS4合上，QS2，QS3，QS5断开，A段B段母线分别按单母线运行接线特点：
7、有两条母线，且每一支路通过两组母线隔离开关分别与两组母接线特点：有两条母线，且每一支路通过两组母线隔离开关分别与两组母线相连。线相连。1 1、双母线接线、双母线接线p两种运行方式：1)一些电源和出线固定连接在一组母线上，另一些电源和出线固定连接在另一组母线上，母联断路器QF合上，相当于单母线分段运行；2)一组母线工作，一组母线备用，全部电源和出线接于工作母线上，母联断路器断开，相当于单母线运行。p双母线正常运行时一般都按单母线分段的方式运行固定连接方式固定连接方式。后一种运行方式一般在检修母线或某些设备时应用。1）供电可靠供电可靠 可不停电轮流检修母线（倒闸操作）一组母线故障，可迅速恢复供电
8、检修母线隔离开关仅停该线路 2）调度灵活调度灵活 固定连接方式 运行备用方式 3）扩建方便扩建方便 操作步骤操作步骤（先通后断先通后断）：1、合上母联断路器两侧的隔离开关；2、合上母联断路器，向备用母线充电；3、接通备用母线上的隔离开关；4、断开工作母线上的隔离开关。有两组母线，每一回路经一台断路器接至一组母线，两个回路间有一台断路器联有两组母线，每一回路经一台断路器接至一组母线，两个回路间有一台断路器联络，组成一个络，组成一个“串串”电路，每回进出线都与两台断路器相连，而同一电路，每回进出线都与两台断路器相连，而同一“串串”支路支路的两条进出线共用三台断路器；正常运行时，两组母线同时工作，所
9、有断路器均的两条进出线共用三台断路器；正常运行时，两组母线同时工作，所有断路器均闭合。闭合。1、接线特点、接线特点（1）运行灵活可靠：运行灵活可靠：正常运行时成环形供电，任意一组母线发生故障或检修，均不影响各回路供电；任一断路器检修不引起停电；两组母线同时故障，功率仍能输送。（2）操作方便：操作方便：隔离开关只起隔离电压作用，避免用隔离开关进行倒闸操作；任意一台断路器或母线检修，只需拉开对应的断路器及隔离开关，各回路仍可继续运行。（3）二次接线和继电保护比较复杂，投资较大。二次接线和继电保护比较复杂，投资较大。接线原则接线原则：为提高运行可靠性，防止同名回路（指两个变压器或两回供电线路）同时停
10、电，一般采用交替布置交替布置的原则：同名回路应接到不同串上；重要的同名回路还宜交替接入不同侧母线；一般把电源与引出线接到同一串上 此类接线的扩展：此类接线的扩展：台断路器接线变压器母线组接线311内桥内桥 桥靠近变压器侧，变压器投切复杂；线路投切方便。适用于：变压器投切较少，线路较长，无穿越功率。外桥外桥 桥靠近线路侧，变压器投切方便，线路切投不便。适用于：变压器需频繁操作，线路较短，有穿越功率。接线特点：两台主变接线特点：两台主变+两回出线两回出线常用的角形接线有三角形接线和四角形接线。特点：角形接线中断路器数目与回路数相同，比单母线分段和双母线接线均少用一个断路器，故较经济。任一断路器检修
11、，支路不中断供电，任一回路故障仅该回路断开，其余回路不受影响，其可靠性较高。但是故障后闭环变成开环，开、闭环两种工况，流过设备电流不同，给设备选择带来困难。此接线仅适合于容量不大的水电站。接线特点：母线闭合成环形，并按回路数利用断路器分段。接线特点：母线闭合成环形，并按回路数利用断路器分段。1 1、发电机、发电机变压器单元接线变压器单元接线图(a)为发电机与双绕组变压器组成的单元接线，一般装一组隔离开关，但20万千瓦以上机组若采用分相封闭母线，为简化结构隔离开关可省去。图(b)、图（c）分别为自耦变压器、发电机与三绕组变压器组成的单元接线，因一侧支路停运时另两侧支路还可以继续保持运行，因此在变
12、压器三侧设置断路器。接线特点：发电机与变压器直接连接成一个单元。接线特点：发电机与变压器直接连接成一个单元。2 2、扩大单元接线、扩大单元接线 变压器的故障几率远小于发电机的故障几率，则在系统备用能力足够的情况下，小容量的发电机组，可采用两共用一台变压器的扩大单元接线形式，每台发电机出口均装设一组断路器以便各机组独立开、停。扩大单元接线可以减少变压器台数和断路器数目，可以节省投资、减少占地。1)1)火电厂主接线火电厂主接线 地方性电厂地方性电厂 ：一般位于负荷中心，容量较小，生产的电能大部分都用635kV电压馈送给近区负荷，所剩电能升压后送入110kV系统。区域性电厂区域性电厂总容量和单机容量
13、都较大，生产的电能主要送入系统区域变电站或枢纽变电站。此类电厂在系统中的地位重要，对它们的供电可靠性要求高，设备利用小时数高和升高电压等级较高，常采用发电机变压器组单元接线，高压侧大都采用双母线、2/3断路器等可靠性较高的接线。水力发电厂大都建在水力资源丰富的江河上，离负荷中心较远，机端负荷很少，发电机发出的电能大部分都送入系统。水轮发电机起、停快，常起调峰作用，故要求其接线简单以利自动化和减少误操作。枢纽变电站枢纽变电站 p枢纽变电站为该系统的最高电压变电站，一般电力系统中的大型电厂均与之相连，枢纽变电站实施电力系统主要发电功率的分配，并作为与其它远方电力系统的联络站。区域变电站区域变电站
14、区域变电站承担大面积的区域供电，其电压等级仅次于枢纽变电站。地区变电站主接线地区变电站主接线 在区域下承担一个区域的供电，它多为终端和分支变电站，降压供给附近用户或企业。一般低压侧采用单母线或分段的单母线接线。发电厂在生产电能的过程中，一方面向电力系统输送电能，一方面发电厂本身也在消耗电能；变电站在转换和分配电能过程中，自身也要消耗电能；以上发电厂和变电站自身消耗的电能，称为厂（所）用电。它是保证发电厂（变电站）正常电能生产（转换、分配）的用电负荷，属于重要负荷。厂用电：为保证电厂主体设备（如锅炉、汽轮机、水轮机、发电机等）和辅助服务设备正常工作，需要许多机械拖动的电动机设备。这些电动机和全厂
15、的运行操作、修配、试验、照明等用电设备构成厂用电。厂用电率：厂用电量占同一时期发电厂全部发电量的百分数，称为厂用电率。%100cosNavcpPSk按作用和突然供电中断时造成的危害程度，分为四类：类厂用负荷类厂用负荷：是指短时停电短时停电会造成设备损坏、危及人身安全，使机组停运及大量影响出力的自用机械；类厂用负荷类厂用负荷：是指允许短时停电（几秒到几分钟）短时停电（几秒到几分钟）的自用机械；类厂用负荷类厂用负荷：是指允许较长时间停电较长时间停电的自用机械；事故保安负荷事故保安负荷：停机及停机后的一段时间内仍应保证供电，否则可能引起自动失灵、损坏设备、危及人身安全。（1）厂用电供电电压等级 火电
16、厂两级电压供电的原因 厂用电动机容量相差很大，一级电压不能满足要求 从电动机看，高压电动机效率低；从供电网络看，电压高导线截面小，节省投资；电动机电压（V）2203803000600010000生产容量范围（kW）小于140小于300大于75大于200大于200一般选择原则：低压为0.4kV；高压为3kV、6kV、10kV等。热电厂热电厂：发电机容量在60MW及以下、发电机电压为10.5kV时可采用3kV厂用高压；容量在100300MW时，宜选用6kV作为厂用高压；容量300MW以上，可采用3kV和10kV两段电压；低压0.4kV。水电厂水电厂：通常只设0.4KV 一种厂用电压等级；大型水利发
17、电厂，另设专用坝区变压器以6KV或10KV供电。小容量发电厂（单机小容量发电厂（单机12MW12MW以下）和变电所：以下）和变电所：0.4KV 一级电压供电1）工作电源 工作电源是保证正常运行的基本电源，一般应不少于两个；常用接线：图(a)和(b)有发电机机端母线：从母线引接；图(c)和(d)发变单元接线，从主变的低压侧引接；备用电源主要用于事故情况失去工作电源时，起后备作用，又称事故备用电源；备用电源引接应保证其独立性。独立性。常见引接方式如下：从发电机电压母线的不同分段引接；从与电力系统系统相连的最低一级电压母线引接；从联络变压器的低压绕组引接；当技术经济合理时，可有外部电网引接专用线路。
18、说明：明备用特点：专门设一台备用变，正常时，图中1T、2T回路断路器合上，备用变压器3T所在回路的断路器1Q、2Q和3Q打开，1T运行供段母线，2T运行供段母线，3T备处于热备用。当其中一台工作变故障退出，如1T、1Q和2Q自投，由3T备供段母线。暗备用特点：正常时，图中1Q、2Q合上，3Q打开，1T、2T运行分别供、段母线，当其中一台变压器故障退出时，3Q投上，由另一台变压器供、段母线工作。启动电源启动电源是指厂用工作电源完全消失情况下，为保证使机组快速启动，向必要的辅助设备供电的电源。我国，200MW以上大型机组设置启动电源，且以启动电源兼作事故备用电源，统称启动（备用）电源；启动（备用）
19、电源；对200MW及以上的大容量机组，当厂用工作电源和备用电源长时间停电时，为确保在事故状态下能安全停机，事故消除后又能及时恢复供电，应设置事故保安电源事故保安电源。要求是独立且十分可靠的电源，常见类型有：蓄电池组，在事故情况下能承担的直流保安负荷约占装置额定容量的30%-50%；柴油发电机组：在发电厂中，普遍采用专用柴油发电机组作为交流事故保安电源，并与发电机组成对影响配置；引接可取的外部独立电源。高压厂用母线 通常采用单母分段形式，采用成套配电装置；火电厂一般采用“按炉分段按炉分段”接线原则；全厂公用负荷应适当集中，可设立公用厂用母线；低压厂用母线 大型火电厂，单母分段接线按炉分段；大型水
20、电厂，单母分段接线按水轮发电机组分段；中小型发电厂和变电所全厂分为二至三段。大容量水电厂中小型水电厂p所用电负荷：主要是变压器冷却装置、蓄电池充电设备、整流操作电源、取暖通风、断路器油的加热设备、照明、检修用电及供水泵等。p特点：中小型变电所，所用电负荷较小，通常采用一台所用变压器；对于大、中型变电所，特别是装有调相机的变电所，所用电负荷较大，且对可靠性要求高，一般映射两台所用变压器，并要求由两个独立电源供电。发电厂和变电所电气系统中，除了发电机、变压器、电动机、断路器、隔离开关等一次设备以外，还需要对一次设备进行测量、监控和保护用的设备称为二次设备。二次设备互相连接而成的回路称为二次回路。向
21、二次回路中的控制、信号和继电保护和自动装置供电的电源，称作操作电源。操作电源一般采用直流电，包括：整流装置：将所用交流电转换为直流电；蓄电池组：是一种独立可靠地直流电源，在发电厂和变电所内发生任何事故时，即使在交流电源全部停电情况，也能保证直流系统的用电设备可靠而连续的工作。变电所直流屏它是由开关电器、保护和测量电器、母线及必要的辅助设备组成的电工建筑物，用于接受和分配电能。它是具体实现电气主接线和辅助功能的重要装置。按安装地点：屋内式、屋外式；按组装方式：装配式、成套式按安装地点：屋内式、屋外式；按组装方式：装配式、成套式户外、装配式配电装置：某变电所户外、装配式配电装置：某变电所户内、成套
22、式配电装置：某变电所分类分类优点优点缺点缺点屋内配电装置屋内配电装置1.占地面积小；2.操作、维护、巡视不受气候影响；3.外界污秽空气对电器影响较小，减少维护工作量；房屋投资大屋外配电装置屋外配电装置1.土建工作量和费用较小，建设周期短；2.便于带电作业；1.占地面积大；2.受外界环境影响；设备需较强绝缘；3.不良气候影响对设备的维修和操作有影响。成套配电装置成套配电装置1.结构紧凑，占地面积小；2.有利于缩短建设周期，便于扩建和搬迁；3.运行可靠性高，维护方便耗用钢材较多，造价较高。最小安全净距最小安全净距：对于敞露在空气中的配电装置，最基本的是带电部分对接地部分之间和不同相的带电部分之间的
23、空间最小安全净距，。在这一距离下，无论在正常最高工作电压或出现内、外过电压时，都不致使空气隙击穿。（1）低压配电屏示例图剖面（2）高压开关柜（3）SF6全封闭组合电器1布置原则 同一回路电器、导体布置在一个间隔内；电源尽量布置在中间；较重设备布置在下层；对称布置；利于扩建。2组成 1）母线和隔离开关 2）断路器及操作机构 3）互感器和避雷器 4）电抗器 5）通道和出口 6）电缆隧道 7）采光和通风 1 布置分类 2组成 1）母线和构架 2）电力变压器 3）电设基础 4）电缆沟和通路（一）过电压保护 电力系统过电压：正常运行中的电力系统，由于雷击、倒闸操作、故障或电力系统参数配合不当等原因，会使
24、电力系统中某些部分的电压突然升高，成倍超过其额定电压，这种现象称为电力系统过电压。按其成因分为：大气过电压：由直击雷或雷电感应引起的；内部过电压：由电力系统内部操作或故障引起的，可达3-4倍的相电压。大气过电压的防护措施（雷击）：避雷针与避雷线，一般用于保护户外电气设备、输电线路、变电所和某些建筑物。保护间隙和避雷器，通常用来保护室内或柜内电气设备免遭入侵雷电波损坏。（二）接地保护 在电力系统中，为了工作和安全需要，常常需将电力系统及其电气设备的某些部分与大地相连接，称为接地。按其目的分为：保护接地：为确保人身安全，将一切正常时不带电而绝缘损坏时可能带电的金属部分（电气设备金属外壳、配电装置的金属构架等）接地，降低人体接触电压。（二）接地保护 工作接地：为了保证电力系统正常运行或事故情况下能可靠告你工作，有利于快速切除故障而采用的接地。如发电机和变压器中性点接地等；防雷接地：为了导泄雷电流，避免雷电危害的接地，如避雷针、避雷线和避雷器等防雷设备的接地装置；中性点经消弧线圈接地
