1、電力生產概論第3講 發電廠和變電所的一次系統基本概念主接線的基本形式廠（所）自用電直流系統配電裝置電氣安全主要內容電力系統是由發電廠、變電站、輸電線路和用戶組成的統一整體。引言簡單電力系統的單線接線示意圖簡單電力系統示意引言發電廠和變電所電氣部分：由各類電氣設備，經某種方式連接為一個整體。 配電設備：戶外配電設備：戶內發電機組（多臺）：戶內一次系統：發電廠或變電所中由發電機、變壓器、開關設備、母線、輸電線路等用于產生電能、輸送電能、分配電能的設備組成的系統。包括：一次設備、電氣主接線一、基本概念 變 電 站 變壓器（2-4臺主變）開關設備（多臺）導體（母線、電纜）110kV2回進線10kV4回

2、出線 發 電 廠 變壓器（多臺）開關設備（多臺）導體（母線、電纜）發電機多臺110kV多回出線35kV多回出線10kVGG一次設備：直接生產、轉換和輸配電能的電氣設備，如：（1）發電機：生產（2）變壓器：轉換（3）開關設備：斷路器、隔離 開關、熔斷器、接觸器（4）導體：母線、電纜（5）避雷器（6）互感器一、基本概念電氣主接線： 是發電廠、變電所中傳遞電能的通路，也稱為一次接線，表示電氣一次設備的連接關系。一般用主接線圖進行符號化表示，它是由各種一次電氣設備的圖形符號聯接成線所組成的電路圖。一、基本概念反映整個配電系統的構成，包括電氣設備及其連接是運行操作和切換電路的依據。變電站/發電廠一次接線

3、模擬屏變電站/發電廠監控系統一次接線。378變電站：戶內配電裝置379變電站：戶外配電裝置變電站：一次接線模擬屏（控制室）1.反映整個系統的電氣設備構成(符號)2.反映各電氣設備的連接方式3.反映系統運行和操作方式4.反映當前電氣設備運行狀態和系統運行方式三峽電站：電氣設備發電廠戶內配電裝置發電機組廠房3712三峽電站：一次接線模擬屏（控制室）某電廠：計算機監控系統的一次接線圖（控制室）母線：又稱匯流排，是主接線中連接各個基本環節的中間環節，以便于電能（進出線）的匯集和分配。斷路器：開斷電流的設備，用來改變運行方式、切除故障。隔離開關：用于隔離電壓，在空氣中形成明顯斷口，保障設備和人身安全；也

4、可用于開合小電流。基本符號發電機饋線：進、出二、電氣主接線的基本形式（一）單母線接線1、簡單單母線接線（單母不分段）優點：接線簡單清晰，操作簡便，設備用量少，經濟實用；缺點：母線范圍內發生故障或母線及母線QS檢修時，需停止供電；各單元QF檢修時，該單元中斷工作。接線特點：只有一條母線，且每一支路均有斷路器；基本操作一：線路投停線路投運（以L1為例）投運前：L1退出運行，QF2，QS2，QS3打開；接地隔離開關QS4打開。步驟： 1）合母線側隔離開關QS2； 2）合線路側隔離開關QS3； 3）合斷路器QF2。 2、單母分段接線1）用QF1分段單母線縮小了母線故障和母線檢修時的停電范圍；有利于電源

5、間的相互備用和負荷的合理分配。兩種運行形式（如圖）：并列運行正常運行時QF1合閘分列運行方式正常運行時QF1分閘 3、加裝旁路的單母分段接線3.1 專用旁路斷路器旁路的作用：不停電檢修斷路器。正常運行時旁路斷路器1QFp、2QFp和旁路隔離開關是打開的。 適用： 35kV而出線8回以上；110kV出線6回以上；220kV出線4回及以上。若采用SF6斷路器或手車式開關柜或較易取得備用電源，則不須加設旁路系統。操作之前：1QFp及兩側隔離開關打開，旁路隔離開關1QSp打開，旁路母線WBp不帶電；1QF及兩側隔離開關1QS1和1QS2合上。操作步驟：1）將1QFp繼電保護設為瞬動，先合上1QFp兩側

6、的隔離開關，然后合上1QFp，向WBp充電；2）若WBp完好，則斷開1QFp；3）合上1QSp；4）將1QFp繼電保護整定同1QF，合上1QFp；5）斷開1QF及兩側隔離開關。 基本操作二：不停電檢修出線斷路器（以1QF為例）3.2 分段斷路器兼作旁路斷路器以分段為主，正常時作分段斷路器用 QS1，QS2，QF1合上，QS3，QS4，QS5斷開，旁路母線不帶電QF1作旁路斷路器用時（以A段母線帶旁路為例） QS1，QF1，QS4合上， QS2，QS3，QS5斷開，A段B段母線分別按單母線運行（二）雙母線接線接線特點：有兩條母線，且每一支路通過兩組母線隔離開關分別與兩組母線相連。1、雙母線接線兩

7、種運行方式： 1) 一些電源和出線固定連接在一組母線上，另一些電源和出線固定連接在另一組母線上，母聯斷路器QF合上，相當于單母線分段運行； 2) 一組母線工作，一組母線備用，全部電源和出線接于工作母線上，母聯斷路器斷開，相當于單母線運行。 雙母線正常運行時一般都按單母線分段的方式運行固定連接方式。后一種運行方式一般在檢修母線或某些設備時應用。特點1）供電可靠可不停電輪流檢修母線（倒閘操作）一組母線故障，可迅速恢復供電檢修母線隔離開關僅停該線路 2）調度靈活固定連接方式運行備用方式 3）擴建方便 基本操作三：倒母線操作操作步驟（先通后斷）：1、合上母聯斷路器兩側的隔離開關；2、合上母聯斷路器，向

8、備用母線充電；3、接通備用母線上的隔離開關；4、斷開工作母線上的隔離開關。（三）一臺半斷路器接線（3/2接線）有兩組母線，每一回路經一臺斷路器接至一組母線，兩個回路間有一臺斷路器聯絡，組成一個“串”電路，每回進出線都與兩臺斷路器相連，而同一“串”支路的兩條進出線共用三臺斷路器；正常運行時，兩組母線同時工作，所有斷路器均閉合。 1、接線特點（1）運行靈活可靠：正常運行時成環形供電，任意一組母線發生故障或檢修，均不影響各回路供電；任一斷路器檢修不引起停電；兩組母線同時故障，功率仍能輸送。（2）操作方便：隔離開關只起隔離電壓作用，避免用隔離開關進行倒閘操作；任意一臺斷路器或母線檢修，只需拉開對應的斷

9、路器及隔離開關，各回路仍可繼續運行。（3）二次接線和繼電保護比較復雜，投資較大。 接線原則：為提高運行可靠性，防止同名回路（指兩個變壓器或兩回供電線路）同時停電，一般采用交替布置的原則：同名回路應接到不同串上；重要的同名回路還宜交替接入不同側母線；一般把電源與引出線接到同一串上 此類接線的擴展： 臺斷路器接線變壓器母線組接線（四） 橋形接線內橋 橋靠近變壓器側，變壓器投切復雜；線路投切方便。 適用于：變壓器投切較少，線路較長，無穿越功率。外橋 橋靠近線路側，變壓器投切方便，線路切投不便。 適用于：變壓器需頻繁操作，線路較短，有穿越功率。接線特點：兩臺主變+兩回出線（五）角形接線常用的角形接線有

10、三角形接線和四角形接線。 特點：角形接線中斷路器數目與回路數相同，比單母線分段和雙母線接線均少用一個斷路器，故較經濟。 任一斷路器檢修，支路不中斷供電，任一回路故障僅該回路斷開，其余回路不受影響，其可靠性較高。但是故障后閉環變成開環，開、閉環兩種工況，流過設備電流不同，給設備選擇帶來困難。此接線僅適合于容量不大的水電站。 接線特點：母線閉合成環形，并按回路數利用斷路器分段。（六）單元接線1、發電機變壓器單元接線圖(a)為發電機與雙繞組變壓器組成的單元接線，一般裝一組隔離開關，但20萬千瓦以上機組若采用分相封閉母線，為簡化結構隔離開關可省去。圖(b)、圖（c）分別為自耦變壓器、發電機與三繞組變壓

11、器組成的單元接線，因一側支路停運時另兩側支路還可以繼續保持運行，因此在變壓器三側設置斷路器。 接線特點：發電機與變壓器直接連接成一個單元。2、擴大單元接線 變壓器的故障幾率遠小于發電機的故障幾率，則在系統備用能力足夠的情況下，小容量的發電機組，可采用兩共用一臺變壓器的擴大單元接線形式，每臺發電機出口均裝設一組斷路器以便各機組獨立開、停。 擴大單元接線可以減少變壓器臺數和斷路器數目，可以節省投資、減少占地。（七）發電廠和變電站電氣主接線實例1)火電廠主接線 地方性電廠 ： 一般位于負荷中心，容量較小，生產的電能大部分都用635kV電壓饋送給近區負荷，所剩電能升壓后送入110kV系統。 1)火電廠

12、主接線實例 區域性電廠總容量和單機容量都較大，生產的電能主要送入系統區域變電站或樞紐變電站。此類電廠在系統中的地位重要，對它們的供電可靠性要求高，設備利用小時數高和升高電壓等級較高，常采用發電機變壓器組單元接線，高壓側大都采用雙母線、2/3斷路器等可靠性較高的接線。 水力發電廠大都建在水力資源豐富的江河上，離負荷中心較遠，機端負荷很少，發電機發出的電能大部分都送入系統。水輪發電機起、停快，常起調峰作用，故要求其接線簡單以利自動化和減少誤操作。2）水力發電廠主接線實例3）變電站主接線實例樞紐變電站 樞紐變電站為該系統的最高電壓變電站，一般電力系統中的大型電廠均與之相連，樞紐變電站實施電力系統主要

13、發電功率的分配，并作為與其它遠方電力系統的聯絡站。 區域變電站 區域變電站承擔大面積的區域供電，其電壓等級僅次于樞紐變電站。 3）變電站主接線實例地區變電站主接線 在區域下承擔一個區域的供電，它多為終端和分支變電站， 降壓供給附近用戶或企業。一般低壓側采用單母線或分段的單母線接線。 3）變電站主接線實例發電廠在生產電能的過程中，一方面向電力系統輸送電能，一方面發電廠本身也在消耗電能；變電站在轉換和分配電能過程中，自身也要消耗電能；以上發電廠和變電站自身消耗的電能，稱為廠（所）用電。它是保證發電廠（變電站）正常電能生產（轉換、分配）的用電負荷，屬于重要負荷。三、發電廠、變電所自用電（一）基本概念

14、廠用電：為保證電廠主體設備（如鍋爐、汽輪機、水輪機、發電機等）和輔助服務設備正常工作，需要許多機械拖動的電動機設備。這些電動機和全廠的運行操作、修配、試驗、照明等用電設備構成廠用電。廠用電率：廠用電量占同一時期發電廠全部發電量的百分數，稱為廠用電率。 廠用負荷分類 按作用和突然供電中斷時造成的危害程度，分為四類：類廠用負荷：是指短時停電會造成設備損壞、危及人身安全，使機組停運及大量影響出力的自用機械；類廠用負荷：是指允許短時停電（幾秒到幾分鐘）的自用機械；類廠用負荷：是指允許較長時間停電的自用機械；事故保安負荷：停機及停機后的一段時間內仍應保證供電，否則可能引起自動失靈、損壞設備、危及人身安全

15、。 （二）發電廠的廠用電接線（1）廠用電供電電壓等級 火電廠兩級電壓供電的原因廠用電動機容量相差很大，一級電壓不能滿足要求從電動機看，高壓電動機效率低；從供電網絡看，電壓高導線截面小，節省投資；電動機電壓（V）2203803000600010000生產容量范圍（kW）小于140小于300大于75大于200大于200（1）廠用電供電電壓等級一般選擇原則：低壓為0.4kV；高壓為3kV、6kV、10kV等。熱電廠：發電機容量在60MW及以下、發電機電壓為10.5kV時可采用3kV廠用高壓；容量在100300MW時，宜選用6kV作為廠用高壓；容量300MW以上，可采用3kV和10kV兩段電壓；低壓0

16、.4kV。 水電廠：通常只設0.4KV 一種廠用電壓等級；大型水利發電廠，另設專用壩區變壓器以6KV或10KV供電。 小容量發電廠（單機12MW以下）和變電所： 0.4KV 一級電壓供電（2）廠用電源及其引接1）工作電源工作電源是保證正常運行的基本電源，一般應不少于兩個；常用接線：圖(a)和(b)有發電機機端母線：從母線引接；圖(c)和(d)發變單元接線，從主變的低壓側引接；備用電源主要用于事故情況失去工作電源時，起后備作用，又稱事故備用電源；備用電源引接應保證其獨立性。常見引接方式如下：從發電機電壓母線的不同分段引接；從與電力系統系統相連的最低一級電壓母線引接；從聯絡變壓器的低壓繞組引接；當

17、技術經濟合理時，可有外部電網引接專用線路。2）備用電源廠用備用電源示例說明：明備用特點：專門設一臺備用變，正常時，圖中1T、2T回路斷路器合上，備用變壓器3T所在回路的斷路器1Q、2Q和3Q打開，1T運行供段母線，2T運行供段母線，3T備處于熱備用。當其中一臺工作變故障退出，如1T、1Q和2Q自投，由3T備供段母線。暗備用特點：正常時，圖中1Q、2Q合上，3Q打開，1T、2T運行分別供、段母線，當其中一臺變壓器故障退出時，3Q投上，由另一臺變壓器供、段母線工作。 啟動電源是指廠用工作電源完全消失情況下，為保證使機組快速啟動，向必要的輔助設備供電的電源。我國，200MW以上大型機組設置啟動電源，

18、且以啟動電源兼作事故備用電源，統稱啟動（備用）電源；3）啟動電源對200MW及以上的大容量機組，當廠用工作電源和備用電源長時間停電時，為確保在事故狀態下能安全停機，事故消除后又能及時恢復供電，應設置事故保安電源。要求是獨立且十分可靠的電源，常見類型有：蓄電池組，在事故情況下能承擔的直流保安負荷約占裝置額定容量的30%-50%；柴油發電機組：在發電廠中，普遍采用專用柴油發電機組作為交流事故保安電源，并與發電機組成對影響配置；引接可取的外部獨立電源。 4）事故保安電源（3）廠用電接線的基本形式高壓廠用母線通常采用單母分段形式，采用成套配電裝置；火電廠一般采用“按爐分段”接線原則；全廠公用負荷應適當

19、集中，可設立公用廠用母線；低壓廠用母線大型火電廠，單母分段接線按爐分段；大型水電廠，單母分段接線按水輪發電機組分段；中小型發電廠和變電所全廠分為二至三段。廠用電接線實例：中小型熱電廠廠用電接線實例：大容量機組火電廠廠用電接線實例：水電廠大容量水電廠中小型水電廠（三）變電所所用電及其接線所用電負荷：主要是變壓器冷卻裝置、蓄電池充電設備、整流操作電源、取暖通風、斷路器油的加熱設備、照明、檢修用電及供水泵等。特點：中小型變電所，所用電負荷較小，通常采用一臺所用變壓器；對于大、中型變電所，特別是裝有調相機的變電所，所用電負荷較大，且對可靠性要求高，一般映射兩臺所用變壓器，并要求由兩個獨立電源供電。 發

20、電廠和變電所電氣系統中，除了發電機、變壓器、電動機、斷路器、隔離開關等一次設備以外，還需要對一次設備進行測量、監控和保護用的設備稱為二次設備。二次設備互相連接而成的回路稱為二次回路。向二次回路中的控制、信號和繼電保護和自動裝置供電的電源，稱作操作電源。操作電源一般采用直流電，包括：整流裝置：將所用交流電轉換為直流電；蓄電池組：是一種獨立可靠地直流電源，在發電廠和變電所內發生任何事故時，即使在交流電源全部停電情況，也能保證直流系統的用電設備可靠而連續的工作。四、直流系統變電所直流屏它是由開關電器、保護和測量電器、母線及必要的輔助設備組成的電工建筑物，用于接受和分配電能。它是具體實現電氣主接線和輔

21、助功能的重要裝置。按安裝地點：屋內式、屋外式；按組裝方式：裝配式、成套式五、配電裝置五、配電裝置按安裝地點：屋內式、屋外式；按組裝方式：裝配式、成套式戶外、裝配式配電裝置：某變電所戶內、成套式配電裝置：某變電所各類配電裝置特點 分類優點缺點屋內配電裝置占地面積小；操作、維護、巡視不受氣候影響；外界污穢空氣對電器影響較小，減少維護工作量；房屋投資大屋外配電裝置土建工作量和費用較小，建設周期短；便于帶電作業；占地面積大；受外界環境影響；設備需較強絕緣；不良氣候影響對設備的維修和操作有影響。成套配電裝置結構緊湊，占地面積小；有利于縮短建設周期，便于擴建和搬遷；運行可靠性高，維護方便耗用鋼材較多，造價較高。 最小安全凈距：對于敞露在空氣中的配電裝置，最基本的是帶電部分對接地部分之間和不同相的帶電部分之間的空間最小安全凈距，。在這一距離下，無論在正常最高工作電壓或出現內、外過電壓時，都不致使空氣隙擊穿。配電裝置的最小安全凈距 成套配電裝置的結構（1）低壓配電屏成套配電裝置的結構示例圖剖面（2）高壓開關柜成套配電裝置的結構（3）SF6全封閉組合電器屋內配電裝置設備的布置