發(fā)電廠及其電氣部分第七講

第5講電氣主接線及設(shè)計(jì)（2）內(nèi)容提要：1電氣主接線的基本要求和設(shè)計(jì)程序2主接線的基本接線形式3主變壓器的選擇4限制短路電流的方法5電氣主接線設(shè)計(jì)舉例7.1主變壓器的選擇7.2限制短路電流的方法7.3電氣主接線設(shè)計(jì)舉例（自學(xué)）內(nèi)容提要：主變：用來(lái)向電力系統(tǒng)或用戶(hù)輸送功率的變壓器聯(lián)絡(luò)變：用于兩個(gè)電壓等級(jí)間交換功率的變壓器廠用變：供本廠自用功率的變壓器正確合理的選擇主變壓器的臺(tái)數(shù)、容量和類(lèi)型，是電力系統(tǒng)規(guī)劃和主接線設(shè)計(jì)中的一個(gè)主要問(wèn)題。臺(tái)數(shù)選多，容量選大了：投資大，占地面積大，運(yùn)行損耗大。臺(tái)數(shù)選少，容量選小了：滿(mǎn)足不了可靠性要求及負(fù)荷（發(fā)展）的需要。7.1主變壓器的選擇(1)單元接線，即沒(méi)有發(fā)電機(jī)電壓負(fù)荷此時(shí)，主變?nèi)萘颗c發(fā)電機(jī)容量應(yīng)相匹配。1、確定發(fā)電廠主變?nèi)萘康幕驹瓌t廠用TG例如：發(fā)電機(jī)容量PG

MW，發(fā)電機(jī)額定功率因數(shù)cosφG，廠用電率kP，則變壓器容量為：留有10%的裕度！7.1主變壓器的選擇-變壓器容量和臺(tái)數(shù)的確定（7-1）此時(shí)，主變連接在發(fā)電機(jī)電壓母線和升高電壓母線之間。G1WBG2T1T210.51107.1主變壓器的選擇-變壓器容量和臺(tái)數(shù)的確定1、確定發(fā)電廠主變?nèi)萘康幕驹瓌t(2)有發(fā)電機(jī)電壓母線，即有發(fā)電機(jī)電壓負(fù)荷和剩余功率(2)有發(fā)電機(jī)電壓母線，即有發(fā)電機(jī)電壓負(fù)荷和剩余功率G1WBG2T1T210.51101、確定發(fā)電廠主變?nèi)萘康幕驹瓌t7.1主變壓器的選擇-變壓器容量和臺(tái)數(shù)的確定①所有機(jī)組滿(mǎn)發(fā)，地方負(fù)荷最小，扣除廠用后，保證送出全部剩余功率?！芇G：發(fā)電機(jī)母線上的發(fā)電機(jī)容量之和；Pmin：發(fā)電機(jī)母線上的最小負(fù)荷；cosφ：負(fù)荷功率因素；n：發(fā)電機(jī)母線上的主變壓器臺(tái)數(shù)。（7-2）2×0.8ST1=ST22×50×(1－10％)－15=46.875MVA=例如：PG=50MW，地方負(fù)荷最小15MW，廠用電率10％，功率因數(shù)均為0.8，則主變T1、T2容量應(yīng)為：(2)有發(fā)電機(jī)電壓母線，即有發(fā)電機(jī)電壓負(fù)荷和剩余功率G1WBG2T1T210.51101、確定發(fā)電廠主變?nèi)萘康幕驹瓌t7.1主變壓器的選擇-變壓器容量和臺(tái)數(shù)的確定②電廠最大一臺(tái)機(jī)組因故障或檢修停電，主變應(yīng)能保證從系統(tǒng)倒送功率，滿(mǎn)足地方最大負(fù)荷的需要。(2)有發(fā)電機(jī)電壓母線，即有發(fā)電機(jī)電壓負(fù)荷和剩余功率G1WBG2T1T210.51101、確定發(fā)電廠主變?nèi)萘康幕驹瓌t7.1主變壓器的選擇-變壓器容量和臺(tái)數(shù)的確定∑PG’：發(fā)電機(jī)母線上除最大一臺(tái)機(jī)組外，其他發(fā)電機(jī)容量之和（7-3）③若發(fā)電機(jī)電壓母線上接有2臺(tái)及以上的主變時(shí)，其中最大一臺(tái)退出運(yùn)行時(shí)，應(yīng)能輸送母線最大剩余功率70％及以上。(2)有發(fā)電機(jī)電壓母線，即有發(fā)電機(jī)電壓負(fù)荷和剩余功率G1WBG2T1T210.51101、確定發(fā)電廠主變?nèi)萘康幕驹瓌t7.1主變壓器的選擇-變壓器容量和臺(tái)數(shù)的確定為了保證可靠性，接在發(fā)電機(jī)電壓母線上的主變臺(tái)數(shù)一般不少于2臺(tái)。（7-4）④對(duì)水電比重較大的系統(tǒng)，由于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，在豐水期應(yīng)充分利用水能，此時(shí)有可能停用火電廠的部分或全部機(jī)組，以節(jié)約燃料，故火電廠的主變應(yīng)能從系統(tǒng)倒送功率，滿(mǎn)足地方最大負(fù)荷的需要。（具體計(jì)算公式與式（7-3）類(lèi)似）(2)有發(fā)電機(jī)電壓母線，即有發(fā)電機(jī)電壓負(fù)荷和剩余功率1、確定發(fā)電廠主變?nèi)萘康幕驹瓌t7.1主變壓器的選擇-變壓器容量和臺(tái)數(shù)的確定最終容量確定：對(duì)式(7-2)~(7-4)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，取其中最大者為發(fā)電廠主變的容量。①應(yīng)能滿(mǎn)足兩種電壓等級(jí)在不同運(yùn)行方式下，有功和無(wú)功的交換。②容量一般不應(yīng)小于接在兩種電壓母線上的最大一臺(tái)機(jī)組的容量，保證當(dāng)該機(jī)組停電時(shí)，通過(guò)聯(lián)絡(luò)變送電。③聯(lián)絡(luò)變一般只選一臺(tái)，這是考慮到布置和引線的方便。在中性點(diǎn)接地方式允許條件下，以選自耦變壓器為宜。2、確定發(fā)電廠聯(lián)絡(luò)變?nèi)萘康幕驹瓌t7.1主變壓器的選擇-變壓器容量和臺(tái)數(shù)的確定一般應(yīng)按5～10年規(guī)劃負(fù)荷來(lái)選擇。根據(jù)城市規(guī)劃、負(fù)荷性質(zhì)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等綜合考慮確定其容量。(1)主變?nèi)萘浚褐匾冸娝簯?yīng)考慮當(dāng)一臺(tái)主變停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量在計(jì)及過(guò)負(fù)荷能力允許時(shí)間內(nèi)，應(yīng)滿(mǎn)足Ⅰ類(lèi)及Ⅱ類(lèi)負(fù)荷的供電。L0—初期負(fù)荷；m—年負(fù)荷增長(zhǎng)率；t—年數(shù)3、確定發(fā)變電所主變?nèi)萘康幕驹瓌t7.1主變壓器的選擇-變壓器容量和臺(tái)數(shù)的確定（7-5）一般變電所：當(dāng)一臺(tái)主變停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量應(yīng)能滿(mǎn)足全部負(fù)荷的70％～80％。為保證供電可靠性，避免一臺(tái)主變壓器故障或檢修時(shí)影響供電，變電所中一般裝設(shè)2臺(tái)主變壓器。3、確定發(fā)變電所主變?nèi)萘康幕驹瓌t7.1主變壓器的選擇-變壓器容量和臺(tái)數(shù)的確定(2)主變臺(tái)數(shù)：對(duì)110kV及以下終端或分支變電所，如只有一個(gè)電源或變電所的重要負(fù)荷可由低壓側(cè)取得備用電源時(shí)，可只裝設(shè)1臺(tái)主變壓器。對(duì)于地區(qū)性孤立的一次變電站或大型工業(yè)專(zhuān)用變電站可設(shè)3臺(tái)主變，以提高供電可靠性。在容量為300MW及以下機(jī)組單元接線、330kV及以下系統(tǒng)中，一般應(yīng)選用三相變壓器。因?yàn)閱蜗嘧儔浩鹘M相對(duì)投資較大，占地多，運(yùn)行損耗大，配電裝置復(fù)雜。考慮到制造能力和運(yùn)輸條件時(shí)，可以用兩臺(tái)小容量三相變壓器或單相變壓器組。容量為600MW及以下機(jī)組單元接線、500kV以上系統(tǒng)，可靠性要求特別高，應(yīng)綜合考慮，進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較來(lái)確定，可采用單相組成三相變壓器。1、三相變壓器與單相變壓器7.1主變壓器的選擇-變壓器型式的選擇只有一種升高電壓向用戶(hù)或與系統(tǒng)連接的發(fā)電廠，以及只有2種電壓的變電所，采用雙繞組變壓器。2、雙繞組變壓器和三繞組變壓器7.1主變壓器的選擇-變壓器型式的選擇有兩種升高電壓等級(jí)向用戶(hù)或與系統(tǒng)連接的發(fā)電廠，以及有3種電壓的變電所，可以采用雙繞組或三繞組變壓器（包括自耦變壓器）。最大機(jī)組容量為125MW及以下、且各繞組的實(shí)際通過(guò)容量均達(dá)到變壓器額定容量的15％及以上時(shí)（否則繞組利用率太低），應(yīng)優(yōu)先采用三繞組變壓器；（在一個(gè)發(fā)電廠或變電所中采用三繞組變壓器的臺(tái)數(shù)一般不多于3臺(tái)，且選用時(shí)應(yīng)注意變壓器中的功率流向。）2、雙繞組變壓器和三繞組變壓器7.1主變壓器的選擇-變壓器型式的選擇有兩種升高電壓等級(jí)向用戶(hù)或與系統(tǒng)連接的發(fā)電廠，以及有3種電壓的變電所，可以采用雙繞組或三繞組變壓器（包括自耦變壓器）。最大機(jī)組容量為125MW及以下、但各繞組的實(shí)際通過(guò)容量未達(dá)到變壓器額定容量的15％及以上時(shí)，可采用發(fā)電機(jī)—雙繞組變壓器單元加雙繞組聯(lián)絡(luò)變壓器；容量為200MW及以上的機(jī)組，發(fā)電機(jī)出口回路和廠用分支回路大多采用分相封閉母線，此時(shí)宜采用雙繞組變壓器作主變，然后通過(guò)聯(lián)絡(luò)變和其它電壓等級(jí)聯(lián)系；（聯(lián)絡(luò)變宜采用三繞組（包括自耦變壓器），低壓繞組可作為場(chǎng)用備用電源或啟動(dòng)電源，也可用來(lái)連接無(wú)功補(bǔ)償裝置。）2、雙繞組變壓器和三繞組變壓器7.1主變壓器的選擇-變壓器型式的選擇有兩種升高電壓等級(jí)向用戶(hù)或與系統(tǒng)連接的發(fā)電廠，以及有3種電壓的變電所，可以采用雙繞組或三繞組變壓器（包括自耦變壓器）。采用擴(kuò)大單元接線時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用低壓分裂繞組變壓器，可以大大限制短路電流；在110kV及以上中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，凡需要選用三繞組變壓器的場(chǎng)所，均可優(yōu)先選用自耦變壓器；多繞組如四繞組變壓器，一般用于600MW級(jí)大型機(jī)組啟動(dòng)兼?zhèn)溆米儔浩?。與同容量的普通變壓器相比，自耦變壓器消耗材料少、體積小、重量輕、造價(jià)低，同時(shí)功率損耗也低，輸電效率較高，便于運(yùn)輸和安裝。在220kV及以下降壓變電所中應(yīng)用很廣泛。3、普通型變壓器和自耦變壓器7.1主變壓器的選擇-變壓器型式的選擇無(wú)載調(diào)壓變壓器必須在停電的情況下才能調(diào)節(jié)其高壓繞組的分接頭，從而改變變壓器的變比以達(dá)到調(diào)節(jié)低壓側(cè)電壓的目的。其調(diào)壓范圍較小，一般在±5%以?xún)?nèi)。一年中只能調(diào)節(jié)1~2次，電力系統(tǒng)廣泛使用的變壓器大多數(shù)是無(wú)載調(diào)壓變壓器。4、無(wú)載調(diào)壓變壓器與有載調(diào)壓變壓器7.1主變壓器的選擇-變壓器型式的選擇有載調(diào)壓變壓器具有專(zhuān)用的分接頭切換開(kāi)關(guān)，能夠在不停電（帶著負(fù)載）的情況下改變分接頭位置進(jìn)行調(diào)壓。其調(diào)壓范圍較大，一般為15%以上甚至可達(dá)30%，并且可根據(jù)負(fù)荷大小的變化在一天中調(diào)節(jié)好幾次，并且可進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。有載調(diào)壓變壓器價(jià)格要貴一些，當(dāng)負(fù)載變化較大，采用無(wú)載調(diào)壓變壓器電壓質(zhì)量無(wú)法保證時(shí)，可以選用有載調(diào)壓變壓器。4、無(wú)載調(diào)壓變壓器與有載調(diào)壓變壓器7.1主變壓器的選擇-變壓器型式的選擇在發(fā)電廠中，一般情況下升壓變壓器不必采用有載調(diào)壓變壓器。但接于出力變化大的發(fā)電機(jī)母線的主變壓器，或功率方向經(jīng)常變化的聯(lián)絡(luò)變壓器以及一些廠用高壓變壓器，則常選用有載調(diào)壓變壓器。7.1主變壓器的選擇7.2限制短路電流的方法7.3電氣主接線設(shè)計(jì)舉例（自學(xué)）內(nèi)容提要：

在大容量發(fā)電廠和電力網(wǎng)中，短路電流可能達(dá)到很大的數(shù)值，以致在選擇發(fā)電廠和變電所的電氣設(shè)備及線路的電纜截面時(shí)，由于要滿(mǎn)足短路電流熱穩(wěn)定和電動(dòng)力穩(wěn)定的要求，使得必須選擇重型的電氣設(shè)備，從而發(fā)電廠和變電所以及供電網(wǎng)的投資增大。因此在大容量發(fā)電廠和變電所中，必須采取限制短路電流的措施使短路電流水平降低，以便采用價(jià)格較便宜的輕型電器以及截面較小的電纜。7.2限制短路電流的方法限制短路電流的原因限制短路電流的方法從根本上講，是增大電源至短路點(diǎn)的等效阻抗，就是說(shuō)，要減少并列，增加串聯(lián)。具體的方法有：加裝串聯(lián)的限流電抗器使用低壓分裂繞組變壓器選擇適當(dāng)?shù)闹鹘泳€形式和運(yùn)行方式7.2限制短路電流的方法電抗器是由銅或鋁導(dǎo)線繞制而成的空心線圈，在專(zhuān)設(shè)的支架上澆注成水泥支柱，故又稱(chēng)“水泥電抗器”。由于電抗器沒(méi)有鐵芯，所以其電抗Xk

恒定不變。電抗器主要用在6～10kV配電裝置中，目的在于限制發(fā)電機(jī)回路和發(fā)電機(jī)電壓負(fù)荷用戶(hù)側(cè)短路時(shí)的短路電流水平，以便在這些回路中選用輕型電氣設(shè)備，從而減少投資。按結(jié)構(gòu)不同，電抗器分為“普通電抗器”和“分裂電抗器”兩種。普通電抗器按安裝地點(diǎn)不同又分為“出線電抗器”和“母線電抗器”。7.2限制短路電流的方法-加裝限流電抗器1、出線電抗器出線電抗器安裝在發(fā)電機(jī)電壓母線的電纜引出線回路中出線斷路器的后面。如圖所示，主要用來(lái)限制電纜饋線回路的短路電流。由于電纜電抗值小，且有分布電容，即使是末端短路，也如同母線短路。而架空線路電抗值較大，一般不裝設(shè)電抗器。7.2限制短路電流的方法-加裝限流電抗器G1G2T1T2d1出線電抗器只有當(dāng)在電抗器后（d1點(diǎn)）短路時(shí)才能起限流作用。d1點(diǎn)短路，電壓降主要落在電抗器上，不僅限制了短路電流，也維持了較高的母線殘壓，有利于發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行和提高廠用電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性。1、出線電抗器7.2限制短路電流的方法-加裝限流電抗器G1G2T1T2d1只有在應(yīng)用其它方法不能限制短路電流到必要的數(shù)值時(shí)，才采用出線電抗器。因?yàn)檎９ぷ鲿r(shí)，電抗器上通過(guò)負(fù)荷電流，將產(chǎn)生電壓損失和電能損耗；同時(shí)，由于電纜饋線回?cái)?shù)較多，相應(yīng)電抗器數(shù)量增多，總投資加大，耗費(fèi)有色金屬，并配電裝置也復(fù)雜化。1、出線電抗器7.2限制短路電流的方法-加裝限流電抗器G1G2T1T2d1出線電抗器的額定電流應(yīng)與所在回路負(fù)荷電流相匹配，一般為300～600A。出線電抗器的百分電抗Xk％一般取3％～6％。1、出線電抗器7.2限制短路電流的方法-加裝限流電抗器G1G2T1T2d1Xk=ωL，為電抗器一相的感抗母線電抗器安裝在發(fā)電機(jī)電壓母線的分段處，分段斷路器旁，如圖所示，主要用來(lái)限制發(fā)電廠內(nèi)部短路電流（發(fā)電機(jī)電壓母線、發(fā)電機(jī)出口、變壓器低壓側(cè)、母聯(lián)）。無(wú)論d1、d2、d3短路，母線電抗器均可限制一臺(tái)發(fā)電機(jī)所供的短路電流。2、母線（分段）電抗器7.2限制短路電流的方法-加裝限流電抗器G1G2T1T2d1d2d3各母線段上的負(fù)荷應(yīng)盡量均勻分配，使通過(guò)母線電抗器的電流最小，以減少正常運(yùn)行時(shí)的電能損耗，并可使兩段母線的電壓大致相等。2、母線（分段）電抗器7.2限制短路電流的方法-加裝限流電抗器G1G2T1T2d1d2d3母線電抗器的額定電流，應(yīng)根據(jù)母線上因事故切除最大一臺(tái)發(fā)電機(jī)時(shí)可能通過(guò)電抗器的電流來(lái)選擇。一般取該發(fā)電機(jī)額定電流的50％～80％。母線電抗器的百分電抗一般為8％～12％。2、母線（分段）電抗器7.2限制短路電流的方法-加裝限流電抗器G1G2T1T2d1d2d3普通電抗器最大的問(wèn)題在于其限流效果和正常運(yùn)行時(shí)電壓降之間的矛盾。若想其限流效果好，必然電抗有名值大，則正常運(yùn)行時(shí)電壓降也大；反之，要想降低其正常運(yùn)行時(shí)電壓降，必須減小電抗有名值，則限流效果又降低了。要解決這個(gè)矛盾，可以采用分裂電抗器。分裂電抗器在正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷電流所經(jīng)過(guò)的電抗小，所造成的壓降小；而在分裂電抗器某個(gè)臂所帶電路發(fā)生故障時(shí)，短路電流所經(jīng)過(guò)的電抗會(huì)增大好幾倍，則短路電流受到很大的限制。3、分裂電抗器7.2限制短路電流的方法-加裝限流電抗器分裂電抗器在結(jié)構(gòu)上與普通電抗器相似，只是繞組中心有一個(gè)抽頭。又稱(chēng)“雙臂限流電抗器”。等值電路如圖：

中間抽頭一般用來(lái)連接電源3、分裂電抗器7.2限制短路電流的方法-加裝限流電抗器兩個(gè)分支1和2連接大致相等的兩組負(fù)荷。分裂電抗器兩臂間有磁的聯(lián)系：兩臂自感L相同，自感抗為XL＝ωL；兩臂間互感為M＝fL（f為互感系數(shù)，一般為0.4－0.6），互感電抗XM＝ωM＝ωfL＝fXL。正常運(yùn)行時(shí)：兩分支電流大小相等，每臂的運(yùn)行電抗為：3、分裂電抗器7.2限制短路電流的方法-加裝限流電抗器△U=IX=I(1+f)XL-2I·fXL=I(1-f)XL3、分裂電抗器7.2限制短路電流的方法-加裝限流電抗器當(dāng)分支1出線短路時(shí)：忽略分支2的負(fù)荷電流時(shí)，短路電流遇到的電抗為：X=(1+f)XL-fXL=XL

（稱(chēng)為單臂型電抗）；考慮電動(dòng)機(jī)短路瞬間反饋電流時(shí)，兩比的總電抗（稱(chēng)為分裂型電抗）為：將一臺(tái)大容量的變壓器更換成電抗標(biāo)么值與其相同的兩臺(tái)小容量變壓器，然后在低壓側(cè)解列運(yùn)行，就可以有效地減小低壓側(cè)的短路電流。但是這樣做將使變壓器臺(tái)數(shù)增多，占地面積和投資都會(huì)增大。要解決這個(gè)矛盾，可以采用低壓分裂繞組變壓器。低壓分裂繞組變壓器在設(shè)計(jì)時(shí)，其高壓繞組和兩個(gè)低壓繞組之間磁耦合較為緊密，而兩個(gè)低壓繞組相互之間的磁耦合則較弱。因而分裂繞組變壓器高壓繞組的等值電抗X1≈0，這是它和一般的普通三繞組變壓器的主要區(qū)別。7.2限制短路電流的方法-低壓分裂繞組變壓器圖(a)分裂變壓器用于兩臺(tái)發(fā)電機(jī)構(gòu)成擴(kuò)大單元接線圖(b)分裂變壓器用作大型機(jī)組廠用變壓器7.2限制短路電流的方法-低壓分裂繞組變壓器圖(c)是分裂變壓器的等值電路。正常運(yùn)行時(shí)，兩支路負(fù)荷基本相等，2′與2″等電位點(diǎn)，此時(shí)的等值電路如圖(d)所示。故此時(shí)的阻抗為：X12

＝X1

＋X2/2≈X2/2(因?yàn)閄1≈0)7.2限制短路電流的方法-低壓分裂繞組變壓器兩低壓分裂繞組的電