600MW机组电气主接线系统培训教材.doc

600MW机组电气主接线系统培训教材第一节 电力系统基本概述一、电力系统与电网发电厂将一次能源转变成电能，这些电能需要通过一定方式输送给电力用户，在由发电厂向用户供电过程中，为了提高其可靠性和经济性，广泛通过升、降压变电站，输电线路将多个发电厂用电力网连接起来并联工作，向用户供电。这种由发电厂、升压和降压变电站、送电线路以及用电设备有机连接起来的整体，称为电力系统。发电机的原动机、原动机的力能部分、供热和用热设备，则称为动力系统。在电力系统中，由升压和降压变电站和各种不同电压等级的送电线路连接在一起的部分称为电网。二、电力生产的特点 电能的生产与其它工业生产有着显然不同的特点。 1电能不能大量储藏 电力系统中发电厂负荷的多少，决定于用户的需要，电能的生产和消费时时刻刻都是保 持平衡的。电能的生产、分配和消费过程的同时性，使电力系统的各个环节形成了一个紧密 的有机联系的整体，其中任一台发、供、用电设备发生故障，都将影响电能的生产和供应。 2电力系统的电磁变化过程非常迅速 电力系统中，电磁波的变化过程只有千分之几秒，甚至百万分之几秒；而短路过程、发 电机运行稳定性的丧失则在十分之几秒或几秒内即可形成。为了防止某些短暂的过渡过程对 系统运行和电气设备造成危害，要求能进行非常迅速和灵敏的调整及切换操作，这些调整和 切换，靠手动操作不能获得满意的效果，甚至是不可能的，因此必须采用各种自动装置。 3电力工业和国民经济各部门之间有着极其密切的关系 电能供应不足或中断，将直接影响国民经济各个部门的生产，也将影响人们的正常生活， 因此要求电力工业必须保证安全生产和成为国民经济中的先行工业，必须有足够的负荷后备 容量，以满足日益增长的负荷需要。三、电力系统的运行要求 为了保证为用户提供电能，电力系统的运行必须满足下列基本要求。 1保证对用户供电的可靠性 在任何情况下都应该尽可能的保证电力系统运行的可靠性。系统运行可靠性的破坏，将 引起系统设备损坏或供电中断，以致造成国民经济各部门生产停顿和人民生活秩序的破坏,甚至发生设备和人身事故。 电力用户，对供电可靠性的要求并不一样，即使一个企业中各个部门或车间，对供电持 续性的要求也有所差别。根据对供电持续性的要求，可把用户分为三级。 一级负荷：如停止供电，将会危害生命、损坏设备、产生废品和使生产过程混乱，给国 民经济带来重大损失等。 二级负荷：如停止供电，将造成大量减产，城市大量居民的正常活动受到影响。 三级负荷：指所有不属于一级及二级的负荷，如非连续生产的车间及辅助车间和小城镇 用电等。 对于一级负荷，至少要由两个独立电源供电，其中每一电源的容量，都应在另一电源发 生故障时仍能完全保证一级负荷的用电；对于三级负荷，不需要备用电源；对于二级负荷是 否需要备用电源，要进行技术经济比较后才能确定。 2保证电能的良好质量 即要求供电电压(或电流)的波形为较严格的正弦波，保证系统中的频率和电压在一定的 允许变动范围以内，1035kV及以上电压供电的用户和对电压质量有特殊要求的低压用户电压允许偏移为5，频率允许偏移为0.5Hz。 3保证运行的最大经济性 电力系统运行有三个主要经济指标，即生产每kWh电的能源消耗(煤耗率、油耗率、水 耗率等)，生产每度电的厂用电(厂用电率)，以及供配每kWh电在电力网中的电能损耗(线损率)。提高运行经济性，就是在生产和供配某一定数量的电能时，使上述三个指标达到最小。为了实现电力系统的经济运行，必须对整个系统实施最佳经济调度。 四、电力系统的效益 电力系统在技术和经济上都可以收到很大的效益，主要有： 1减少系统中的总装机容量 由于电力系统供电的各用户的最大负荷并不是同时出现的，因此，系统中综合最大负荷总是小于各用户最大负荷的总和。由于系统综合最大负荷的降低，也就可以相应地减少系统的总装机容量。2可以装设大容量机组 组成电力系统后，由于总负荷的增大，因此可以装设大容量机组。大容量机组效率高， 每千瓦投资以及维护费用都比多台小机组经济得多。但是，电力系统中所采用的最大机组容 量，以不超过总装机容量的1520为宜。 3能够充分利用动力资源 建成电力系统后，就可以将发电厂建造在动力资源产地，如在煤矿附近建立大型坑口电厂，在水能资源集中的地方建立大型水力发电站等。同时，有些形式的电厂，如热电厂、水电厂、风力电厂、原子能电厂等，如果不与系统并列，就很难保证持续正常供电以及发挥其最佳经济效益。 4提高供电可靠性 在电力系统中，由于是多电源联合供电，机组的台数较多，即使个别机组或电源发生故障，其它机组或电源仍可以在出力允许的情况下多带负荷，因此可以提高供电可靠性。 5提高电能质量 电能质量用频率和电压来衡量，其数值应根据规程要求保持在一定的允许变动范围内。由于电力系统容量大，负荷波动时所引起的频率和电压波动就会减小，电能质量可以提高。 6提高运行的经济性 建立电力系统后，除了充分利用动力资源可以提高运行的经济性外，在系统中还可以经济合理的分配各发电厂或各机组的负荷，使运行经济、效率高的机组多带负荷，效率低、发供电成本高的机组少带负荷，从而降低生产电能的成本。 第二节 电气主接线的概念与基本要求发电厂电气主接线是由多种电气设备通过连接线，按其功能要求组成的接受和分配电能的电路，也称一次接线或电气主接线系统。用规定的设备文字和图形符号将发电机、变压器、母线、开关电器、测量电器、保护电器、输电线路等有关电气设备，按工作顺序排列，详细表示电气设备的组成和连接关系的单线接线图，称为电气主接线图。表1-1为电气设备在电气主接线图中的代表符号。 电气主接线的选择正确与否对电力系统的安全、经济运行，对电力系统的稳定和调度的灵活性，以及对发电厂的电气设备选择，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，应注意发电厂在电力系统中的地位、进出线回路数、电压等级、设备特点及负荷性质等条件，并应满足下列基本要求。 一、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；此外，一些部门的停电还会造成人员伤亡；重要发电厂发生事故时，在严重情况下可能会导致全系统性事故。所以，主接线若不能保证安全可靠地工作，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。 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一定能满足可靠性要求。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； 4. 运行人员对系统主接线熟悉性。 下表1-1是电气设备在电气主接线图中的代表符号： 表1-1 二、具有一定的灵活性 主接线不但在正常运行情况下，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，并且在检修设备时能保证检修人员的安全。 三、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。 四、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，使发电厂尽快地发挥经济效益。 第三节 3/2接线电厂有关的基本接线形式有：一台半断路器接线（32接线）、桥型接线、双母线接线等。这里主要讲述一台半断路器接线。 一、一台半断路器接线 图l-2 32接线如图1-2所示，每两个元件（出线或电源）用三台断路器构成一串接至两组母线，称为一台半断路器接线，又称32接线。在一串中两个元件（进线或出线）各自经一台断路器接至不同母线，两回路之间的断路器称为联络断路器。运行时，两组母线和同一串的三个断路器都投入工作，称为完整串运行，形成多环路状供电，具有很高的可靠性。其主要特点是：任一母线故障或检修，均不致停电；任一断路器检修也不引起停电；甚至于两组母线同时故障（或一组母线检修另一组母线故障）的极端情况下，功率仍能继续输送。一串中任何一台断路器退出或检修时，这种运行方式称为不完整串运行，此时仍不影响任何一个元件的运行。这种接线运行方便、操作简单，隔离开关只在检修时作为隔离电器。 在装设600MW机组的大容量电厂中，广泛采用32接线，电源（进线）和出线的接入点可采用两种方式：一种是交叉接线，将两个同名元件（电源或出线）分别布置在不同串上，并且分别靠近不同母线接入，即电源（变压器）和出线相互交叉配置；另一种是非交叉接线（或称常规接线），将同名元件分别布置在不同串上，但所有同名元件都靠近某一母线一侧（进线都靠近一组母线，出线都靠近另一组母线）。 3/2接线优点可以归纳如下： 1.单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.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.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。二、发电机变压器组单元接线发电机出口，直接经变压器接入高电压系统的接线，称为发电机变压器组单元接线。实际上，这种单元接线往往只是电厂主接线中的一部分或一条回路。关于发电机出口是否装设断路器的问题，目前我国及许多国家的大容量机组的单元接线中，发电机出口一般不装设断路器，其理由是：大电流大容量断路器投资较大，而且在发电机出口至主变压器之间采用封闭母线后，此段线路范围的故障可能性亦已降低。甚至在发电机出口也不装隔离开关，只设有可拆的连接片，以供发电机测试时用。第四节 河曲二期2600MW(级)机组电气主接线系统二期装设的两台600MW机组，其发电功率直接输送至500KV系统。发电机和主变组成单元接线，发电机出口不设断路器，将额定电压为22KV的发电机经三台单相双绕组、总容量及形式为3240MVA，55022.5%20KV的主变升至500KV系统。发电机至主变之间的引线采用分相封闭母线，励磁系统采用全静态可控硅整流的自并励方式，其励磁变压器电源从发电机出口母线上引接。发电机中性点经变压器电阻接地，目的是限制发电机系统发生弧光接地时所产生过电压不超过额定电压的2.6倍，以保证发电机及其他设备的绝缘不被击穿；其二次侧负荷电阻作用是消除谐振，目前，大多数600MW机组采用经中性点接地变压器接地形式。每台机组设置一台高压厂用变压器，每台额定容量为63MVA，变比2222.5% 10.510.5KV，接线形式为D，yn1，yn1。两台机组设置一台启备变，启备变电源来自500KV系统，启备变是三相三绕组变压器，每台额定容量为63MVA，变比为500812.5% 10.510.5KV，接线形式为YN，yn0，yn0。启备变的容量能满足预期的最大负荷。启备变作为厂用备用变压器，当汽轮机、发电机、主变和高厂变等发生故障时，厂用电系统自动从厂用变压器切换到备用变压器供电。发电机有功功率经主变接入500KV系统，汇入一期原500KV系统3/2接线中（后附页）。第五节 离相封闭母线对于600MW机组而言，其发电机出口电流达20000A左右，那么母线附近就存在强大的交变磁场，这样位于其中的钢构件由于涡流和磁滞损耗而发热。如果钢构件形成较大尺寸的闭合回路，还会感应产生环流，引起很大的功率损耗和发热，这个发热决不能忽视。钢构件温度升高，可能使材料产生热应力而引起变形或使接触连接损坏。由于钢构件中的集肤效应十分显著，使钢构中的涡流都集中在钢构表面的薄层内，在薄层中呈现很大的电阻，使涡流损耗发热成为钢构发热的主要原因，而磁滞损耗只占发热的很小部分。钢构中的损耗和发热与钢构表面的磁场强度有关。在实际母线装置中，钢构的形状、大小和布置方式是多种多样的，而且互有影响，因此，磁场分布、损耗和发热情况有很大差别。在发电厂中，为了减少钢构损耗和发热，常采用一些措施，例如：加大钢构和载流导体之间的距离、断开载流导体附近的闭合钢构回路并加上绝缘垫、采用铜或铝作短路环进行屏蔽，还有，采用分相封闭母线，即每相母线分别用铝质外壳包住，外壳上的涡流和环流能起双重屏蔽作用，使壳内和壳外磁场均大大降低，从而使附近钢构发热显著减低。随着单机容量的增大，对其出口母线运行的可靠性提出了更高的要求，采用离相封闭母线是一种较好的解决方法。发电机的封闭母线：发电机出口回路（22KV）、中性点、高厂变22KV侧及电压互感器分支和励磁变压器分支引线均采用全连式封闭母线，自冷方式，封闭母线设有耐振装置、伸缩装置、排水装置和检修孔。从结构上看，分相封闭母线能经受三相短路电流及负荷同时作用，外壳为连接搭接型。分相封闭母线磁屏蔽能限制周围的钢构支柱等的温升。为防止感应电动势产生的环流流到变压器外壳和发电机底座，并保证分相封闭母线外壳无局部过热，发电机分相封闭母线采取了以下措施：封闭母线外壳与设备（发电机、主变压器、励磁变压器、厂用变压器、电压互感器）连接处均绝缘，并在所连接设备附近用短路铝条将三相封闭母线外壳短接；封闭母线外壳与钢支柱的所有接触面均绝缘，整个封闭母线外壳有接地点，接地点位于主变压器侧。为方便试验，发电机主回路均设有可拆连接片。发电机封闭母线内充有微正压干燥空气，以防潮气侵入影响绝缘状况，发电机封闭母线自带一套微正压装置，压缩机包括空气干燥器、过滤器、储气筒、冷却器、控制器和管道。加压装置的进气额定压力为700Pa，发电机封闭母线内维持的微正压为300-2500Pa ，额定充气量54m3/h。封闭母线应防止所连接设备通过封闭母线形成振动传递，封闭母线与各设备之间连接均采用韧性连接。为防止母线的热胀冷缩引起的应力，封闭母线设置了一定数量的伸缩连接，连接处均设有专门的手孔，以便维修，母线管之间的连接均为焊接。