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變電站電氣主接線講義

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電氣主接線和自用電
第一節(jié)  電氣主接線概述
第二節(jié)  主接線的基本接線形式
第三節(jié)  發(fā)電廠和變電站主變壓器的選擇
第四節(jié)  電氣主接線設(shè)計
第五節(jié)  自用電和接線
思考題與習(xí)題

第一節(jié) 電氣主接線選擇的原則和要求
一、電氣主接線概述
           ▉ 電氣主系統(tǒng)與電氣主接線圖
        ▉ 電氣主接線中的電氣設(shè)備和主接線方式
二、電氣主接線的基本要求
三、對變電所電氣主接線的具體要求
四、電氣主系統(tǒng)中開關(guān)電器的配置原則
           ▉ 斷路器與隔離開關(guān)的配置原則
        ▉ 斷路器與隔離開關(guān)的操作順序
 ▉ 電氣主系統(tǒng)與電氣主接線圖
 
       1. 電氣主系統(tǒng)
       電氣主接線是由多種電氣設(shè)備通過連接線，按其功能
要求組成的接受和分配電能的電路，也稱電氣一次接線或
電氣主系統(tǒng)。
        2. 電氣主接線圖
        用規(guī)定的設(shè)備文字和圖形符號將各電氣設(shè)備，按連接
順序排列，詳細(xì)表示電氣設(shè)備的組成和連接關(guān)系的接線
圖，稱為電氣主接線圖。
       電氣主接線圖一般畫成單線圖 。
  ▉ 電氣主接線中的電氣設(shè)備和主接線方式
       1. 電氣主接線中的電氣設(shè)備
       電氣主接線中的主要電氣設(shè)備包括：電力變壓器、斷
路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母
線、接地裝置以及各種無功補(bǔ)償裝置等。
        2. 主接線方式
       常用的主接線方式有：單母線接線、單母線分段接
線、單母線分段帶旁路母線接線、雙母線接線、雙母線帶
旁路母線接線、雙母線分段接線、雙母線分段帶旁路母線
接線、內(nèi)橋接線、外橋接線、一臺半斷路器接線、單元接
線、和角形接線等。
▉ 電氣主接線的基本要求
       電氣主接線的選擇正確與否對電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運
行，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和調(diào)度的靈活性，以及對電氣設(shè)備的
選擇，配電裝置的布置，繼電保護(hù)及控制方式的擬定等都有
重大的影響。在選擇電氣主接線時，應(yīng)滿足下列基本要求。
       1. 保證必要的供電可靠性和電能的質(zhì)量；
       2. 具有一定的運行靈活性；
       3. 操作應(yīng)盡可能簡單、方便；
       4. 應(yīng)具有擴(kuò)建的可能性；
       5. 技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理。 
▉ 電氣主系統(tǒng)中開關(guān)電器的配置原則
       當(dāng)線路或高壓配電裝置檢修時，需要有明顯可見的斷
口，以保證檢修人員及設(shè)備的安全。故在電氣回路中，在斷
路器可能出現(xiàn)電源的一側(cè)或兩側(cè)均應(yīng)配置隔離開關(guān)。若饋線
的用戶側(cè)沒有電源時，斷路器通往用戶的那一側(cè)，可以不裝
設(shè)隔離開關(guān)。若電源是發(fā)電機(jī)，則發(fā)電機(jī)與出口斷路器之間
可以不裝隔離開關(guān)。但有時為了便于對發(fā)電機(jī)單獨進(jìn)行調(diào)整
和試驗，也可以裝設(shè)隔離開關(guān)或設(shè)置可拆卸點。
      當(dāng)電壓在110kV及以上時，斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)和線
路隔離開關(guān)的線路側(cè)均應(yīng)配置接地開關(guān)。對35kV及以上的母
線，在每段母線上亦應(yīng)設(shè)置1～2組接地開關(guān)，以保證電器和
母線檢修時的安全。
 ▉ 斷路器與隔離開關(guān)的操作順序
       斷路器和隔離開關(guān)的操作順序為：接通電路時，先合
上斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)，再合斷路器；切斷電路時，先
斷開斷路器，再拉開兩側(cè)的隔離開關(guān)。
       嚴(yán)禁在未斷開斷路器的情況下，拉合隔離開關(guān)。
      為了防止誤操作，除嚴(yán)格按照操作規(guī)程實行操作票制
度外，還應(yīng)在隔離開關(guān)和相應(yīng)的斷路器之間，加裝電磁閉
鎖、機(jī)械閉鎖或電腦鑰匙等閉鎖裝置。
第二節(jié) 電氣主接線的基本接線形式
一、單母線接線（接線圖和特點）
        ▉ 單母線分段接線（接線圖和特點）
        ▉ 單母線帶旁路和單母線分段帶旁路母線接線
二、雙母線接線
        ▉ 雙母線接線（概述、優(yōu)點、缺點、適用范圍和接線圖）
        ▉ 雙母線分段和帶旁路母線的接線方式
        ▉ 用母聯(lián)斷路器兼作旁路斷路器幾種形式
三、二分之三斷路器接線      
四、變壓器母線組接線
五、單元接線
六、橋形接線（概述、內(nèi)橋接線、外橋接線和雙斷路器橋形接線）
七、角形接線
有匯流母線的基本接線形式
(一) 單母線
(二) 雙母線
1. 單母線
2. 單母線分段
3. 單母線（分段）帶旁路
1. 雙母線
2. 雙母線分段
3. 雙母線（分段）帶旁路
4. 3/2斷路器接線
5. 變壓器－母線組接線
 ▉ 單母線接線—接線圖
       各電源和出線都接在同一條公共母線上，其電源在發(fā)電
廠是發(fā)電機(jī)或變壓器，在變電所是變壓器或高壓進(jìn)線回路。 
▉ 單母線接線—特點
       1. 單母線接線的優(yōu)點
       簡單、清晰、設(shè)備少、投資小、運行操作方便，有利于擴(kuò)建和采用成套配電裝置。
       2. 單母線接線的主要缺點
      母線或母線隔離開關(guān)檢修時，連接在母線上的所有回路都
將停止工作；當(dāng)母線或母線隔離開關(guān)上發(fā)生短路故障或斷路器
靠母線側(cè)絕緣套管損壞時，所有斷路器都將自動斷開，造成全
部停電；檢修任一電源或出線斷路器時，該回路必須停電。
       3. 單母線接線對出線的要求
      單母線接線方式，10kV出線一般不超過5回，35出線不超
過5回，110～220出線不超過2回。
▉ 單母線分段接線—接線圖
       出線回路數(shù)增多時，可用斷路器或隔離開關(guān)將母線分段，
成為單母線分段接線，如圖8-3所示。根據(jù)電源的數(shù)目和功
率，母線可分為2～3段。
 ▉ 單母線分段接線—特點
       1. 單母線分段接線的優(yōu)點
       該接線方式由雙電源供電，故供電可靠性高，同時具有
接線簡單、操作方便、投資少等優(yōu)點。當(dāng)一段母線發(fā)生故障
時，分段斷路器或隔離開關(guān)將故障切除，保證正常母線不間
斷供電，不致使重要的用戶停電，提高了供電的可靠性。
       2. 單母線分段接線的缺點
       當(dāng)一段母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修時，必須斷開接
在該分段上的全部電源和出線，這樣就減少了系統(tǒng)的發(fā)電
量，并使該段單回路供電的用戶停電；任一出線斷路器檢修
時，該回路必須停止工作。
這個缺點對單母線
(分段或不分段)都存在

適用于：多用于變電所的6~110KV配電裝置、中小容量發(fā)電廠。
6~10KV配電裝置，出線回路6回以上時，每段容量不超過25MW；
35~63KV配電，出線回路不超過8回；
110~220KV配電，出線回路不超過4回。
單母線帶旁路：    專設(shè)旁路斷路器QFp和旁路母線WBp
接線特點：
旁路斷路器QFp連接旁路母線WBp和工作母線WB。
每一出線回路在線路隔離開關(guān)的線路側(cè)再用一臺旁路隔離開關(guān)QSp接至旁路母線WBp上。
QS3
QS4
QFp
WBp
QSp
電源1
QF1
WB
電源2
QS2
QS1
正常運行時：
旁路斷路器QFp和每條出線的QSp均是斷開的，為單母線運行。這樣，平時旁路母線不帶電，減少故障可能。
檢修出線斷路器QF1時：
先合上QFp兩側(cè)隔離開關(guān)，再合上QFp，旁母帶電；
合上QSp，斷開QF1、QS2、QS1，這樣QF1退出工作，該線路經(jīng)WB、QFp、WBp、QSp得到供電。

單母線（分段）帶旁路接線
為了解決在檢修斷路器期間該回路必須停電的問題，可采用加裝“旁路母線”的方法。即：
增加一條稱為“旁路母線”的母線，該母線由“旁路斷路器”供電。其作用是：檢修任一出線斷路器時，由旁路斷路器代替該出線斷路器工作而使該回路不停電。
1) 單母線帶旁路：“專用旁路斷路器”；
2) 單母線分段帶旁路：又包括“專用旁路斷路器”和“分段斷路器兼作旁路斷路器”兩種接線。

單母線帶旁路：    專設(shè)旁路斷路器QFp和旁路母線WBp
優(yōu)點：
供電可靠性提高，保證了對重要用戶的不間斷供電，倒閘操作相對簡單。
缺點：
增加了設(shè)備，從而增大了投資和占地面積。
QS3
QS4
QFp
WBp
QSp
電源1
QF1
WB
電源2
QS2
QS1
單母線帶旁路：
如果旁路母線同時與引出線和電源回路連接（虛線部分），則電源回路的斷路器可以和本回路的其它設(shè)備同時檢修。
但此時接線比較復(fù)雜，將使配電裝置布置困難和增加建造費用，所以旁路母線一般只與出線回路連接，即不包括圖中虛線部分。
QS3
QS4
QFp
WBp
QSp
電源1
QF1
WB
電源2
QS2
QS1
單母線分段帶旁路：   ① 專設(shè)旁路斷路器 QFp和旁路母線 WBp 
正常運行時：    旁路斷路器QFp和每條出線的QSp均是斷開的，為單母線分段運行。
檢修出線斷路器時：倒閘操作與前類似。
可靠性有所提高，因為檢修期間仍以單母線分段運行。
QFd
電源1
WB
電源2
WBp
QSp
QFp
(2) 單母線分段帶旁路：    ②分段斷路器 QFd 兼作旁路斷路器
正常運行時：
QS3
QS4
QFd
QS1
QS2
QS5
電源1
電源2
QS7
QS6
QF1
QSp
QFd、QS1、QS2閉合，
QS3、QS4斷開，QS5（母線分段隔離開關(guān)）斷開，QS5斷開，兩段母線處于并列運行狀態(tài)。
    旁路母線WBp平時不帶電。
檢修QF1時可用旁路斷路器代替其工作。
注意：
旁路斷路器一般只能代替一臺出線斷路器工作，旁路母線一般不能同時連接兩條及兩條以上回路，否則當(dāng)其中任一回路故障時，會使旁路斷路器跳閘，斷開多條回路。
   
單母線分段帶旁路：    ②分段斷路器 QFd 兼作旁路斷路器
WBp
QS3
QS4
QFd
QS1
QS2
QS5
電源1
電源2
QS7
QS6
QF1
QSp
檢修QF1倒閘操作步驟：
虛線提示
單母線分段帶旁路：    ②分段斷路器 QFd 兼作旁路斷路器
WBp
QS3
QS4
QFd
QS1
QS2
QS5
電源1
電源2
QS7
QS6
QF1
QSp
分段斷路器兼作旁路斷路器的其它接線形式：
WBp
WBp
WBp
不設(shè)母線分段
隔離開關(guān)
正常運行時，WBp均帶電，故障
幾率大，但倒閘操作相對簡單
(2) 單母線分段帶旁路：    ②分段斷路器 QFd 兼作旁路斷路器
 單母線（分段）帶旁路接線
適用情況：
6～10kV一般不設(shè)旁路母線，因為供電負(fù)荷小，供電距離短，而且一般可在網(wǎng)絡(luò)中取得備用電源，同時大多為電纜出線，事故跳閘次數(shù)很少。
35～60kV可不設(shè)旁路母線，因為重要用戶多系雙回線供電，有可能停電檢修斷路器。其次，斷路器年平均檢修時間短，通常為2－3天。
110～220kV一般要設(shè)置旁路母線，因為110-220kV線路的輸送距離遠(yuǎn)，輸送功率大，停電影響長，斷路器平均每年檢修時間約需5－7天。
 ▉ 雙母線不分段接線（簡述和優(yōu)點）
       1. 雙母線接線簡述
       下圖所示為雙母線接線，它有兩組母線，一組為工作母
線，一組為備用母線。每一電源和每一出線都經(jīng)一臺斷路器
和兩組隔離開關(guān)分別與兩組母線相連，任一組母線都可以作
為工作母線或備用母線。兩組母線之間通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器
（簡稱母聯(lián)斷路器）連接。
        2. 雙母線接線優(yōu)點
      運行方式靈活，便于擴(kuò)建；檢修母線時，電源和出線都
可以繼續(xù)工作 ；檢修任一回路母線隔離開關(guān)時，只需斷開該
回路；工作母線故障時，所有回路能迅速恢復(fù)工作；檢修任
一線路斷路器時，可用母聯(lián)斷路器代替其工作。 
▉ 雙母線不分段接線（缺點和適用范圍）
       3. 雙母線接線缺點
       當(dāng)母線故障或檢修時，需使用隔離開關(guān)進(jìn)行倒閘操作，
容易造成誤操作；工作母線故障時，將造成短時（切換母線
時間）全部進(jìn)出線停電；在任一線路斷路器檢修時，該回路
仍需停電或短時停電（用母聯(lián)斷路器代替線路斷路器之
前）；使用的母線隔離開關(guān)數(shù)量較大，同時也增加了母線的
長度，使得配電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資和占地面積增大。
        4. 雙母線接線適用范圍
       這種接線方式適用于供電要求比較高，出線回路較多的
變電站中，一般35kV出線回路為8回， 110 ～220kV出線為
4回及以上的220kV母線。
 ▉ 雙母線不分段接線（接線圖）
       為了彌補(bǔ)上述缺點，提高雙母線接線的可靠性，可進(jìn)行
雙母線分段和雙母線帶旁路兩種方式的改進(jìn)。
 ▉ 雙母線分段和帶旁路母線的接線方式
        1. 雙母線分段接線方式
        圖8-8所示為工作母線分段的雙母線接線。用分段斷路
器將工作母線Ⅰ分段，每段用母聯(lián)斷路器與備用母線Ⅱ相
連。這種接線具有單母線分段和雙母線接線的特點，有較高
的供電可靠性與運行靈活性，但所使用的電氣設(shè)備較多，使
投資增大。另外，當(dāng)檢修某回路出線斷路器時，則該回路停
電，或短時停電后再用“跨條”恢復(fù)供電。雙母線分段接線常
用于大中型發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)電壓配電裝置中。
       2. 帶旁路母線的雙母線接線
      采用帶旁路母線的雙母線接線，目的是為了不停電檢修
任一回路斷路。 
▉  雙母線分段和帶旁路接線方式（接線圖）
 ▉ 用母聯(lián)斷路器兼作旁路斷路器幾種形式
       當(dāng)出線回路數(shù)較少時，為了減少斷路器的數(shù)目，可不設(shè)專用的旁路斷路器，而用母聯(lián)斷路器兼作旁路斷路器，其接線如圖8-10所示。
母線Ⅰ
母線Ⅱ
母線Ⅲ
隔離開關(guān)
隔離開關(guān)
斷路器
 ▉ 二分之三斷路器接線方式
       兩組母線之間接有若干串?dāng)嗦?
器，每一串有3臺斷路器，中間一
臺稱作聯(lián)絡(luò)斷路器，每兩臺之間接
入一條回路，共有兩條回路。主要
優(yōu)點：可靠性高；運行靈活性好；
操作檢修方便。主要缺點是投資
大、繼電保護(hù)裝置復(fù)雜。
       在一臺半斷路器接線中，一般
應(yīng)采用交叉配置的原則，即同名回
路應(yīng)接在不同串內(nèi)，電源回路宜與
出線回路配合成串。此外，同名回
路還宜接在不同側(cè)的母線上。
▉ 變壓器母線組接線方式
       如圖8-12所示，各出線回路由
兩臺斷路器分別接在兩組母線上，
而在工作可靠、故障率很低的主變
壓器的出口不裝設(shè)斷路器，直接通
過隔離開關(guān)接到母線上，組成變壓
器母線組接線。這種接線調(diào)度靈
活，電源和負(fù)荷可自由調(diào)配，安全
可靠，有利于擴(kuò)建。當(dāng)變壓器故障
時，和它連接于同一母線上的斷路
器跳閘，由隔離開關(guān)隔離故障，使
變壓器退出運行后，該母線即可恢
復(fù)運行。
 ▉ 單元接線方式
       發(fā)電機(jī)與變壓器直接連接成一個單元，組成發(fā)電機(jī)—變
壓器組，稱為單元接線。其中，圖8-13（a）和（b）是發(fā)電
機(jī)—變壓器單元接線。除圖8-13所示的單元接線外，還可以
接成發(fā)電機(jī)—自耦變壓器單元接線、發(fā)電機(jī)—變壓器—線路
組單元等形式。
       為了減少變壓器及其高壓側(cè)斷路器的臺數(shù)，節(jié)約投資與
占地面積，可采用圖8-14所示的擴(kuò)大單元接線。擴(kuò)大單元接
線的缺點是運行靈活性較差。
       單元接線的優(yōu)點是接線簡單清晰，投資小，占地少，操
作方便，經(jīng)濟(jì)性好，由于不設(shè)發(fā)電機(jī)電壓母線，減少了發(fā)電
機(jī)電壓側(cè)發(fā)生短路故障的幾率。
  ▉ 單元接線方式的接線圖
 ▉ 橋形接線（概述）
       當(dāng)只有兩臺主變壓器和兩條電源進(jìn)線線路時，可以采用
如圖8-15所示的接線方式。這種接線稱為橋式接線，可看作
是單母線分段接線的變形，即去掉線路側(cè)斷路器或主變壓器
側(cè)斷路器后的接線，也可看作是變壓器—線路單元接線的變
形，即在兩組變壓器—線路單元接線的升壓側(cè)增加一橫向聯(lián)
接橋臂后的接線。
       橋式接線的橋臂由斷路器及其兩側(cè)隔離開關(guān)組成，正常
運行時處于接通狀態(tài)。根據(jù)橋臂的位置又可分為內(nèi)橋接線、
外橋接線和雙斷路器橋形接線三種形式。
  ▉ 橋形接線—接線圖  （a）、（b）和（c）
  ▉ 橋形接線（內(nèi)橋接線）
        內(nèi)橋接線如圖8-15（a）所示，橋臂置于線路斷路器的內(nèi)側(cè)。其特點如下：
      （1）線路發(fā)生故障時，僅故障線路的斷路器跳閘，其余三條支路可繼續(xù)工作，并保持相互間的聯(lián)系。
      （2）變壓器故障時，聯(lián)絡(luò)斷路器及與故障變壓器同側(cè)的線路斷路器均自動跳閘，使未故障線路的供電受到影響，需經(jīng)倒閘操作后，方可恢復(fù)對該線路的供電。
      （3）線路運行時變壓器操作復(fù)雜。
      內(nèi)橋接線適用于輸電線路較長、線路故障率較高、穿越
功率少和變壓器不需要經(jīng)常改變運行方式的場合。
 ▉ 橋形接線（外橋接線）
        外橋接線如圖8-15（b）所示，橋臂置于線路斷路器的外側(cè)。其特點如下：
     （1）變壓器發(fā)生故障時，僅跳故障變壓器支路的斷路器,其余支路可繼續(xù)工作，并保持相互間的聯(lián)系。
     （2）線路發(fā)生故障時，聯(lián)絡(luò)斷路器及與故障線路同側(cè)的變壓器支路的斷路器均自動跳閘，需經(jīng)倒閘操作后，方可恢復(fù)被切除變壓器的工作。
     （3）線路投入與切除時，操作復(fù)雜，影響變壓器的運行。
       這種接線適用于線路較短、故障率較低、主變壓器需按經(jīng)濟(jì)運行要求經(jīng)常投切以及電力系統(tǒng)有較大的穿越功率通過橋臂回路的場合。
 ▉ 橋形接線（雙斷路器橋形接線）
       橋式接線屬于無母線的接線形式，簡單清晰，設(shè)備少，
造價低，也易于發(fā)展過渡為單母線分段或雙母線接線。但因
內(nèi)橋接線中變壓器的投入與切除要影響到線路的正常運行，
外橋接線中線路的投入與切除要影響到變壓器的運行，而且
更改運行方式時需利用隔離開關(guān)作為操作電器，故橋式接線
的工作可靠性和靈活性較差。
       為了提高供電可靠性，克服內(nèi)外橋形接線的不足，使運
行方式的調(diào)度操作更為方便，確保安全可靠供電，可在高壓
母線與主變壓器進(jìn)線之間增設(shè)斷路器，其原理接線如圖8-15
（c），這種接線方式在35/10kV的變電站中大量采用。
 ▉ 角形接線（概述）
       角形接線又稱環(huán)形接線，斷路器數(shù)等于回路數(shù)，各回路
都與兩臺斷路器相連，即接在“角”上，如圖8-16 。
       優(yōu)點：經(jīng)濟(jì)性較好；工作可靠性與靈活性較高，易于實現(xiàn)自動遠(yuǎn)程操作。
       缺點：檢修任一斷路器時，角形接線變成開環(huán)運行，降
低可靠性；角形接線在開環(huán)和閉環(huán)兩種運行狀態(tài)時，各支路
所通過的電流差別很大，可能使電器設(shè)備的選擇出現(xiàn)困難，
并使繼電保護(hù)復(fù)雜化；角形接線閉合成環(huán)，其配電裝置難于
擴(kuò)建發(fā)展。
       我國經(jīng)驗表明，在110kV及以上配電裝置中，當(dāng)出線回數(shù)
不多，且發(fā)展比較明確時，可以采用角形接線，一般以采用
三角或四角形為宜最多不要超過六角形。
第三節(jié) 發(fā)電廠變電所主變壓器的選擇
一、確定主變壓器容量、臺數(shù)的原則
           ▉ 發(fā)電廠主變壓器容量、臺數(shù)的原則
        ▉ 變電所主變壓器容量、臺數(shù)的原則
二、變壓器型式的選擇原則
           ▉ 相數(shù)的確定
        ▉ 繞組數(shù)的確定
        ▉ 調(diào)壓方式的確定
        ▉ 繞組接線組別的確定
        ▉ 冷卻方式的確定
 ▉ 發(fā)電廠主變壓器容量、臺數(shù)的原則
       主變壓器容量、臺數(shù)直接影響主接線的的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。它的確定應(yīng)綜合各種因素進(jìn)行分析，做出合理的選擇。
       1．具有發(fā)電機(jī)電壓母線接線的主變壓器容量、臺數(shù)的確定
      （1）當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓母線上負(fù)荷最小時，能將發(fā)電機(jī)電壓母線上的剩余有功和無功容量送入系統(tǒng)。
      （2）當(dāng)接在發(fā)電機(jī)電壓母線上最大一臺發(fā)電機(jī)組停用時，主變壓器應(yīng)能從系統(tǒng)中倒送功率。
      （3）根據(jù)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行的要求（如水電站充分利用豐水季節(jié)的水能）而限制本廠輸出功率時，能供給發(fā)電機(jī)電壓的最大負(fù)荷。
 ▉ 發(fā)電廠主變壓器容量、臺數(shù)的原則
      （4）發(fā)電機(jī)電壓母線與系統(tǒng)連接的變壓器一般為兩臺。對小型發(fā)電廠，接在發(fā)電機(jī)電壓母線上的主變壓器宜設(shè)置一臺。對裝設(shè)兩臺或以上主變壓器的發(fā)電廠，當(dāng)其中容量最大的一臺因故退出運行時，其它主變壓器在允許正常過負(fù)荷范圍內(nèi)，應(yīng)能輸送母線剩余功率的70%以上。
        2．單元接線的主變壓器容量的確定
單元接線時變壓器容量應(yīng)按發(fā)電機(jī)的額定容量扣除本機(jī)組的廠用負(fù)荷后，留有10%的裕度來確定。采用擴(kuò)大單元時，應(yīng)盡可能采用分裂繞組變壓器，其容量亦應(yīng)等于按上述（1）或（2）算出的兩臺發(fā)電機(jī)容量之和。
 ▉ 變電所主變壓器容量、臺數(shù)的原則
       1. 主變壓器容量的確定
      （1）主變壓器容量一般按變電所建成后5～10年的規(guī)劃負(fù)荷選擇，并適當(dāng)考慮到遠(yuǎn)期10～20年的負(fù)荷發(fā)展。對于城郊變電所，主變壓器容量應(yīng)與城市規(guī)劃相結(jié)合。
      （2）根據(jù)負(fù)荷的性質(zhì)和電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)來確定主變壓器的容量。對重要變電所，應(yīng)考慮當(dāng)一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量在計及過負(fù)荷能力允許時間內(nèi)，應(yīng)滿足Ⅰ類及Ⅱ負(fù)荷的供電；對一般性變電所，當(dāng)一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量應(yīng)能保證全部負(fù)荷的70～80%。
 ▉ 變電所主變壓器容量、臺數(shù)的原則
        2．主變壓器臺數(shù)的確定
       （1）對城市郊區(qū)的一次變電所，在中、低壓側(cè)已構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的情況下，變電所以裝設(shè)兩臺主變壓器為宜。
       （2）對地區(qū)性孤立的一次變電所或大型工業(yè)專用變電所，可考慮裝設(shè)3臺主變壓器。
       （3）對不重要的較低電壓等級的變電所，可以只裝設(shè)一臺主變壓器。
 ▉ 變壓器相數(shù)的確定
       電力變壓器按相數(shù)可分為單相變壓器和三相變壓器兩類，三相變壓器與同容量的單相變壓器組相比較，價格低、占地面積小，而且運行損耗減少12～15％。因此，在330kV及以下電力系統(tǒng)中，一般都選用三相變壓器。但是，隨著電壓的提高，容量的增大，變壓器的外形尺寸及重量均會增大，可能會出現(xiàn)由制造廠到發(fā)電廠（或變電所）的運輸困難：如隧洞的高度、橋梁的承載能力不足等。若受到限制時，則宜選用兩臺小容量的三相變壓器取代一臺大容量的三相變壓器，或者選用單相變壓器組。
 ▉ 變壓器繞組數(shù)的確定
       變壓器按其繞組數(shù)可分為雙繞組普通式、三繞組式、自耦式以及低壓繞組分裂式等型式。當(dāng)發(fā)電廠只升高一級電壓時或35kV及以下電壓的變電所，可選用雙繞組普通式變壓器。當(dāng)發(fā)電廠有兩級升高電壓時，常使用三繞組變壓器作為聯(lián)絡(luò)變壓器，其主要作用是實現(xiàn)高、中壓的聯(lián)絡(luò)。其低壓繞組接成三角形抵消三次諧波分量。110kV及以上電壓等級的變電所中，也經(jīng)常使用三繞組變壓器作聯(lián)絡(luò)變壓器。當(dāng)中壓為中性點不直接接地電網(wǎng)時，只能選用普通三繞組變壓器。自耦變壓器特點是其中兩個繞組除有電磁聯(lián)系外，在電路上也有聯(lián)系。
 ▉ 變壓器調(diào)壓方式的確定
       通過切換變壓器的分接頭開關(guān)，改變變壓器高壓繞組的匝數(shù)，從而改變其變比，實現(xiàn)電壓調(diào)整。切換方式有兩種：一種是不帶電壓切換，稱為無激磁調(diào)壓，調(diào)整范圍通常在±2×2.5％以內(nèi)；另一種是帶負(fù)荷切換，稱為有載調(diào)壓，調(diào)整范圍可達(dá)30％，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴。
       發(fā)電廠在以下情況時，宜選用有載調(diào)壓變壓器：
       （1）當(dāng)潮流方向不固定，且要求變壓器副邊電壓維持在一定水平時；
       （2）具有可逆工作特點的聯(lián)絡(luò)變壓器，要求母線電壓恒定時；
       （3）發(fā)電機(jī)經(jīng)常在低功率因數(shù)下運行時。
 ▉ 變壓器調(diào)壓方式的確定
       變電所在以下情況時，宜選用有載調(diào)壓變壓器：
       （1）地方變電所、工廠、企業(yè)的自用變電所經(jīng)常出現(xiàn)日負(fù)荷變化幅度很大的情況時，又要求滿足電能質(zhì)量往往需要裝設(shè)有載調(diào)壓變壓器；
       （2）330kV及以上變電站，為了維持中、低壓電壓水平需要裝設(shè)有載調(diào)壓變壓器；
        （3）110kV及以下的無人值班變電站，為了滿足遙調(diào)的需要應(yīng)裝設(shè)有載調(diào)壓變壓器。
 ▉ 變壓器繞組接線組別的確定
       我國110kV及以上電壓，變壓器三相繞組都采用“YN”聯(lián)接；35kV采用“Y”聯(lián)接，其中性點多通過消弧線圈接地；35kV以下高壓電壓，變壓器三相繞組都采用“D”聯(lián)接。因此，普通雙繞組一般選用YN，d11接線；三繞組變壓器一般接成YN，y，d11或YN，yn，d11等形式。近年來，也有采用全星形接線組別的變壓器，即變壓器高、中、低三側(cè)均接成星形。這種接線零序組抗大，有利于限制短路電流，也便于在中性點處連接消弧線圈。缺點是正弦波電壓波形發(fā)生畸變，并對通信設(shè)備產(chǎn)生干擾，同時對繼電保護(hù)整定的準(zhǔn)確度和靈敏度均有影響。
 ▉ 變壓器冷卻方式的選擇
       變壓器的冷卻方式主要有自然風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫空氣冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻、水內(nèi)冷變壓器、SF6充氣式變壓器等。
第四節(jié) 電氣主接線設(shè)計
一、電氣主接線的設(shè)計概述
二、電氣主接線的設(shè)計原則
三、電氣主接線設(shè)計程序
四、電氣主接線設(shè)計依據(jù)
五、電氣主接線與技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較
           ▉ 電氣主接線方案的初步擬定
        ▉ 經(jīng)濟(jì)比較計算
 ▉ 電氣主接線的設(shè)計概述
       電氣主接線是發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)計的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的確定對電力系統(tǒng)及發(fā)電廠、變電所本身運行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，并對電氣設(shè)備選擇和布置、繼電保護(hù)和控制方式等都有較大的影響。因此，必須處理好各方面的關(guān)系，綜合分析有關(guān)影響因素，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，合理確定主接線方案。
 ▉ 電氣主接線的設(shè)計原則
       電氣主接線設(shè)計的基本原則是以設(shè)計任務(wù)書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的方針、政策、技術(shù)規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩，結(jié)合工程實際情況，在保證供電可靠、運行靈活、維護(hù)方便等基本要求下，力爭節(jié)約投資，降低造價，并盡可能采用先進(jìn)技術(shù)，堅持供電可靠、技術(shù)先進(jìn)、安全使用、經(jīng)濟(jì)美觀的原則。
 ▉ 電氣主接線的設(shè)計程序
       主接線的設(shè)計伴隨著發(fā)電廠或變電所的整體設(shè)計，即按照工程基本建設(shè)程序，歷經(jīng)可行性研究階段、初步設(shè)計階段、施工圖設(shè)計階段等三個階段。可行性研究階段屬于設(shè)計前期工作階段，主要包括初步可行性研究、項目建議書編制、可行性研究、設(shè)計任務(wù)書編制等內(nèi)容，初步設(shè)計和施工圖設(shè)計屬于設(shè)計工作階段，在設(shè)計工作階段后面還有一個施工運行階段。
 ▉ 電氣主接線的設(shè)計依據(jù)
       電氣主接線的設(shè)計依據(jù)是設(shè)計任務(wù)書，主要包括以下內(nèi)容：
       （1）發(fā)電廠、變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用。
       （2）發(fā)電廠、變電所的分期和最終建設(shè)容量。
       （3）負(fù)荷的性質(zhì)
       （4）電力系統(tǒng)備用容量的大小以及系統(tǒng)對電氣主接線提供的具體資料。
       （5）環(huán)境條件，如當(dāng)?shù)氐臍鉁亍穸?、覆冰、污穢、風(fēng)向、水文、地質(zhì)、海拔高度等，這些因素對主接線中電氣設(shè)備的選擇和配電裝置的實施均有影響。
 ▉ 電氣主接線與技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較
       1. 電氣主接線方案的初步擬定
       根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，在原始資料分析的基礎(chǔ)上，可擬定出若干個主接線方案，以不遺漏最優(yōu)方案為原則。按照主接線的基本要求，從技術(shù)上對擬出的方案進(jìn)行分析比較，淘汰明顯不合理的方案，最終保留2～3個技術(shù)上相當(dāng)，又能滿足任務(wù)書要求的方案，再進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。對于重要發(fā)電廠或變電所的電氣主接線還應(yīng)進(jìn)行可靠性的定量計算。
 ▉ 電氣主接線與技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較
        2. 經(jīng)濟(jì)比較計算
       （1）綜合總投資計算
       方案的綜合總投資為
                                                                  （7-1）
式中  Z0——主體設(shè)備投資，包括變壓器、配電裝置以及明
                    顯的大額費用，如拆遷、征地等費用。
           a——不明顯的附加費用比例系數(shù)，如現(xiàn)場安裝費
                     用、基礎(chǔ)加工、輔助設(shè)備的費用等。對110kV
                     可取90，對35kV取100。
 ▉ 電氣主接線與技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較
       （2）年運行費用計算      
       年運行費用主要包括變壓器的電能損耗費及設(shè)備的檢修、維護(hù)和折舊等費用，按投資百分率計算，即
          F=a△A+ Fj + Fz       (7-2)
式中  Fj——檢修維護(hù)費，一般取0.022～0.042Z；
        Fz——折舊費，取0.058Z；
        α——電能電價，可參考各地區(qū)實際電價；
      △A——變壓器電能損失。
 ▉ 電氣主接線與技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較
       （3）經(jīng)濟(jì)比較的方法
       在幾個主接線方案中，綜合總投資Z和年運行費用F均為最小的方案，應(yīng)優(yōu)先選用，若某方案的Z大而F小，或反之，則應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，比較的方法有靜態(tài)比較法和動態(tài)比較法兩種。在中小工程中常使用靜態(tài)比較法（此方法不計資金的利息）。這里介紹常用的抵償年限法。
       設(shè)第一方案的綜合總投資大，年運行費小；第二方案的綜合總投資小，年運行費大，則
                                                 （7-3）
如果T小于5年，則采用投資大的第一方案。若T大于5年，則應(yīng)選擇投資小的第二方案為宜。
第五節(jié) 自用電及接線
一、自用電的作用
二、廠用電率
三、廠用電負(fù)荷分類
四、廠用電的供電電源
五、廠用電接線
六、變電所的自用電接線
 ▉ 自用電的作用
        所謂自用電是指發(fā)電廠或變電所在生產(chǎn)過程中，自身所使用的電能。尤其是發(fā)電廠，為了保證電廠的正常生產(chǎn)，需要許多由電動機(jī)拖動的機(jī)械為發(fā)電廠的主要設(shè)備和輔助設(shè)備服務(wù)，這些機(jī)械被稱為廠用機(jī)械。此外，還要為運行、檢修和試驗提供用電負(fù)荷。發(fā)電廠的自用電也稱為廠用電。
自用電也是發(fā)電廠或變電所的最重要的負(fù)荷，其供電電源、接線和設(shè)備必須可靠，以保證發(fā)電廠或變電所的安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理地運行 。
 ▉ 廠用電率
       發(fā)電廠在一定時間內(nèi)，廠用電所消耗的電量占發(fā)電廠總發(fā)電量的百分?jǐn)?shù)，稱為廠用電率。計算公式為
                                      
式中  KCY——廠用電率（%）；
         ACY——廠用電量，kW·h；
          AG——總發(fā)電量，kW·h。
       發(fā)電廠的廠用電率與電廠類型、容量、自動化水平、運行水平等多種因素有關(guān)。一般凝汽式火電廠的廠用電率為5%～8%，熱電廠為8%～10%，水電廠為0.3%～2.0%。降低廠用電率，減少廠用電的耗電量，不僅能降低發(fā)電成本，提高發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益，而且還可以增加對系統(tǒng)的供電量。
 ▉ 廠用電負(fù)荷的分類
       廠用電負(fù)荷，按其在電廠生產(chǎn)過程中的重要性可分為以下幾類。
       1．Ⅰ類負(fù)荷
       2．Ⅱ類負(fù)荷
       3．Ⅲ類負(fù)荷
       4. 事故保安負(fù)荷
       指在發(fā)電機(jī)停機(jī)過程及停機(jī)后的一段時間內(nèi)仍應(yīng)保證供電的負(fù)荷，否則將引起主要設(shè)備損壞、自動控制失靈或者推遲恢復(fù)供電，甚至危及人身安全。按事故保安負(fù)荷對供電電源的不同要求，可分為兩類：
      （1）直流保安負(fù)荷。
      （2）交流保安負(fù)荷。
 ▉ 廠用電的供電電源
         1. 廠用電供電電壓等級的確定
       廠用負(fù)荷的供電電壓，主要取決于發(fā)電機(jī)的額定容量、額定電壓、廠用電動機(jī)的電壓、容量和數(shù)量等因素。發(fā)電廠和變電所中一般供電網(wǎng)絡(luò)的電壓:低壓供電網(wǎng)絡(luò)為0.4kV（380V/220V）；高壓供電網(wǎng)絡(luò)有3kV、6kV、10Kv等。
        2. 工作電源
        工作電源是指保證發(fā)電廠或變電所正常運行的電源。工作電源應(yīng)不僅要供電可靠，而且要滿足廠用負(fù)荷容量的要求。廠用低壓工作電源，一般采用0.4kV電壓等級，由廠用低壓變壓器獲得。
 ▉ 廠用電的供電電源
       3. 備用電源
       為了提高可靠性，每一段廠用母線至少要由兩個電源供電，其中一個為工作電源，另一個為備用電源。當(dāng)工作電源故障或檢修時，仍能不間斷地由備用電源供電。廠用備用電源有明備用和暗備用兩種方式。
       明備用就是專門設(shè)置一臺變壓器（或線路），它經(jīng)常處于備用狀態(tài)（停運）。暗備用就是不設(shè)專用的備用變壓器。而將每臺工作變壓器的容量加大，正常運行時，每臺變壓器都在半載下運行，互為備用狀態(tài)。
       廠用備用電源應(yīng)盡量保證其獨立性，即失去工作電源時，不應(yīng)影響備用電源的供電。此外，還應(yīng)裝設(shè)備用電源自動投入裝置。
 ▉ 廠用電的供電電源
       4. 事故保安電源
       事故保安電源是為保證事故保安負(fù)荷的用電而設(shè)置的，并能自動投入。事故保安電源必須是一種獨立而又十分可靠的電源。它分直流事故保安電源和交流事故保安電源。前者由蓄電池組供電；后者宜采用快速起動的柴油發(fā)電機(jī)組，或由外部引來的可靠交流電源，此外，還應(yīng)設(shè)置交流不停電電源。交流不停電電源，宜采用接在直流母線上的逆變機(jī)組或靜態(tài)逆變裝置。目前，多用靜態(tài)逆變裝置。 
 ▉ 廠用電接線
       1. 廠用電接線的基本要求
       （1）供電可靠、運行靈活。
       （2）接線簡單清晰、投資少、運行費用低。
       （3）盡量縮小廠用電系統(tǒng)的故障停電范圍，并應(yīng)盡量避免引起全廠停電事故。
       （4）接線的整體性。廠用電接線應(yīng)與發(fā)電廠電氣主接線緊密配合，體現(xiàn)其整體性。
       （5）電廠分期建設(shè)時廠用電接線的合理性。應(yīng)便于分期擴(kuò)建或連續(xù)施工，不致中斷廠用電的供應(yīng)。尤其是對備用電源的接入和公共負(fù)荷的安排要全面規(guī)劃、便于過渡。
 ▉ 廠用電接線
      2. 廠用電接線的基本形式
       發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)接線通常都采用單母線分段接線形式，并多以成套配電裝置接受和分配電能。
       在火電廠中，高壓母線均采取按爐分段的接線原則，即將廠用電母線按照鍋爐的臺數(shù)分成若干獨立段，凡屬同一臺鍋爐及同組的汽輪機(jī)的廠用負(fù)荷均接于同一段母線上，這樣既便于運行、檢修，又能使事故影響范圍局限在一機(jī)一爐，不致過多干擾正常運行的完好機(jī)爐。低壓廠用母線一般也按爐分段，高壓廠用電源則由相應(yīng)的高壓廠用母線提供。
 ▉ 變電所自用電接線
       1．變電所的自用電負(fù)荷
       在中小型降壓變電所中，自用電的負(fù)荷主要是照明、蓄電池的充電設(shè)備、硅整流設(shè)備、變壓器的冷卻風(fēng)扇、采暖、通風(fēng)、油處理設(shè)備、檢修器具以及供水水泵等。其中，重要負(fù)荷有主變壓器的冷卻風(fēng)扇或強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻裝置的油泵、水泵、風(fēng)扇以及整流操作電源等。
 ▉ 變電所自用電接線
        2.變電所的自用電接線
       變電所的自用電接線簡單，中小型降壓變電所采用一臺所用變壓器即可，從變電所中最低一級電壓母線引接電源，其副邊采用380/220V中性點直接接地的三相四相制供電，動力和照明合用一個電源。
       樞紐變電站、總?cè)萘繛?0MVA及以上的變電所、裝有水冷卻或強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻的主變壓器以及裝有同步調(diào)相機(jī)的變電所，均裝設(shè)兩臺所用變壓器，分別接在最低一級母線的不同分段上。
       對裝有兩臺所用變壓器的變電所，應(yīng)裝設(shè)備用電源自動投入裝置。變電所的所用電一般采用單母線接線形式。 
 ▉ 電氣主接線與自用電—思考題
1. 什么是電氣主接線？對它有哪些基本要求？
2. 隔離開關(guān)與斷路器的主要區(qū)別是什么？
    它們的操作程序應(yīng)如何正確配合？
3. 主接線和旁路母線各起什么作用？
4. 一臺半斷路器接線與雙母線帶旁路接線相比較，兩
   種接線各有何利弊？
5. 在發(fā)電機(jī)—變壓器單元接線中，如何確定是否裝設(shè)
    發(fā)電機(jī)出口斷路器？
6. 橋形接線中，內(nèi)、外橋接線各適用什么場合？
 ▉ 電氣主接線與自用電—思考題
7. 角形接線有何特點？
8. 選擇主變壓器時應(yīng)考慮哪些因素？
   其容量、臺數(shù)、型式等應(yīng)根據(jù)哪些原則來選擇？
9. 自用電的作用和意義是什么？
10. 自用電負(fù)荷哪幾大類？為什么要進(jìn)行分類？
11. 什么是備用電源？明、暗備用的區(qū)別是什么？
12. 對自用電接線有哪些基本要求？
13. 發(fā)電廠和變電站的自用電在接線上有何區(qū)別？

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