1、1電氣系統(tǒng)概述1.1主要電氣布線1.1.1發(fā)電廠電氣主接線的基本要求發(fā)電廠電氣主接線是電力系統(tǒng)接線的主要部分。它表示發(fā)電機(jī)、變壓器、線路和斷路器等電氣設(shè)備的數(shù)量，并指出發(fā)電機(jī)、變壓器和線路的連接方式，以完成發(fā)電、變電站、輸電和配電的任務(wù)。主接線的質(zhì)量與電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及電氣設(shè)備的選擇、配電設(shè)備的布置、繼電保護(hù)和控制方式密切相關(guān)。由于發(fā)電、變電站、輸電、配電和用電是同時(shí)完成的，主接線的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行質(zhì)量不僅影響電力系統(tǒng)本身，還影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活。電廠的主接線應(yīng)根據(jù)電廠在電力系統(tǒng)中的位置、線路數(shù)量、設(shè)備特性和負(fù)荷特性確定，并應(yīng)滿足可靠運(yùn)行、簡單靈活、操作方便和節(jié)約投資

2、的要求。a)可靠性根據(jù)系統(tǒng)和用戶的要求，保證必要的供電可靠性是主要電氣接線的最基本要求。停電不僅給發(fā)電廠造成損失，也給國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門造成損失，這種損失往往比因停電而減少的發(fā)電量的價(jià)值大許多倍?？煽啃缘目陀^衡量標(biāo)準(zhǔn)是運(yùn)行實(shí)踐，可靠性是主接線各部件的綜合可靠性，包括運(yùn)行中的一次和二次部件。不僅要考慮母線、斷路器、隔離開關(guān)、變壓器等一次設(shè)備的故障率及其對(duì)供電的影響，還要考慮繼電保護(hù)等二次設(shè)備的故障率及其對(duì)供電的影響。衡量主接線可靠性的標(biāo)志是斷路器檢修時(shí)電源不受影響；當(dāng)線路、斷路器或母線故障，母線檢修時(shí)，停電回路數(shù)少，停電時(shí)間短，能保證重要用戶的供電；不太可能所有的發(fā)電廠都會(huì)關(guān)閉。靈活性電氣主接線

3、的布局應(yīng)能適應(yīng)各種運(yùn)行模式。在正常情況下，不僅可以方便地投入運(yùn)行或切換一些設(shè)備，而且在檢修一些電路時(shí)，可以盡量保證未檢修設(shè)備的供電和檢修工作的安全。同時(shí)，在各種開關(guān)操作期間，主布線的布局需要最少數(shù)量的操作步驟。c)經(jīng)濟(jì)主接線應(yīng)簡單明了，以節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)、電流電壓互感器、避雷器等一次設(shè)備的投資；有必要使控制和保護(hù)不太復(fù)雜，以節(jié)省二次設(shè)備和控制電纜的投資；有必要限制短路電流，以便選擇價(jià)格合理的電氣設(shè)備或照明器具。1.1.2 3/2接線3/2連接意味著三個(gè)斷路器安裝在兩組母線之間，但可以連接兩個(gè)電路。3/2接線是國內(nèi)外大型發(fā)電廠和變電站中330 750千伏超高壓配電設(shè)備使用最廣泛的典型接線。3

4、/2接線一次回路的突出優(yōu)點(diǎn)是操作和調(diào)度靈活，操作和維護(hù)方便，可靠性高。正常運(yùn)行時(shí)，兩組母線和所有斷路器投入運(yùn)行，形成多環(huán)供電，運(yùn)行調(diào)度靈活。當(dāng)一組總線因維護(hù)而斷電時(shí)，電路不需要切換。當(dāng)檢修任何斷路器時(shí)，每個(gè)電路仍按原來的接線方式運(yùn)行，不切換。隔離開關(guān)僅在維護(hù)期間用作隔離設(shè)備。當(dāng)一組總線發(fā)生故障時(shí)，只有與該總線連接的所有斷路器斷開，所有線路仍然可以通過另一組總線繼續(xù)供電。在極端條件下，當(dāng)兩組總線同時(shí)發(fā)生故障或一組總線檢修另一組總線時(shí)，一些線路可以繼續(xù)傳輸電能。3/2接線在一次接線中有突出的優(yōu)勢(shì)，但由于每個(gè)電路連接兩個(gè)斷路器，一個(gè)中間斷路器連接兩個(gè)電路，這就帶來了由于制造困難、技術(shù)不成熟和成本高，

5、大容量發(fā)電機(jī)的出口斷路器一般不安裝。大型機(jī)組出口斷路器制造中需要解決的主要問題是大電流發(fā)熱問題和開斷短路時(shí)的過渡現(xiàn)象。對(duì)于較小容量的發(fā)電機(jī)，電感與電阻之比很小，時(shí)間常數(shù)很小，DC分量衰減很快。短路通常在幾十毫秒后通過零點(diǎn)，滅弧更容易。對(duì)于大型機(jī)組來說，由于電感電阻比大、時(shí)間常數(shù)大、DC分量衰減慢，有時(shí)短路電流在數(shù)百毫秒后仍不通過零點(diǎn)，當(dāng)斷路器動(dòng)作切斷短路故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)異常過電壓，使滅弧困難。20世紀(jì)90年代，我國300 MW機(jī)組是電力系統(tǒng)的主力軍，承擔(dān)著基本負(fù)荷，啟停次數(shù)不多。大多數(shù)采用發(fā)電機(jī)-變壓器單元連接，一般不考慮安裝發(fā)電機(jī)出口斷路器或負(fù)載開關(guān)。發(fā)電機(jī)、主變壓器和輔助變壓器通過完全連接的分

6、相封閉母線連接，中間沒有任何操作裝置。一方面，主變壓器采用雙繞組型，無需斷開；另一方面，大電流電路被盡可能簡化以保持可靠的連接。發(fā)電機(jī)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)與主變壓器的低壓繞組和輔助變壓器的高壓繞組一起進(jìn)行。對(duì)于輔助電源電路，由于其電流小，連接和拆卸方便，有些電廠采用可拆卸連接，只需簡單操作即可斷開和安裝。發(fā)電機(jī)出口雙繞組變壓器之間采用分相封閉母線。采用分相封閉母線的原因如下：目前，世界上最大的單機(jī)容量已達(dá)到1500兆瓦，中國已相繼投產(chǎn)600兆瓦機(jī)組。隨著單機(jī)容量的增加，連接發(fā)電機(jī)和變壓器的母線電流增加，相間故障的短路電流也增加。首先，母線額定電流的增加不僅增加了母線本身的損耗和發(fā)熱，而且使母線通

7、過電流時(shí)，母線周圍鋼結(jié)構(gòu)的感應(yīng)損耗和發(fā)熱非常嚴(yán)重，影響了母線的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。其次，大型發(fā)電機(jī)出口之間的短路電流很大，相應(yīng)的短路電動(dòng)勢(shì)也很大，這使得發(fā)電機(jī)出口電路設(shè)備的制造和選擇非常困難。一旦發(fā)生故障，將導(dǎo)致大規(guī)模停電，甚至造成電力系統(tǒng)崩潰和重大設(shè)備損壞。采用分相封閉母線可以提高發(fā)電和供電的可靠性。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：a)減少接地故障，避免相間短路。只有當(dāng)不同相的兩個(gè)點(diǎn)同時(shí)發(fā)生接地故障時(shí)，它們才能成為相間短路，這是非常罕見的。封閉母線由于其封閉保護(hù)，可以基本消除由外部濕氣、灰塵和異物引起的接地故障。b)封閉母線采用外殼屏蔽可以從根本上解決鋼結(jié)構(gòu)的感應(yīng)加熱問題。當(dāng)大的短路電流流過母線時(shí)，由于外殼的屏蔽

8、作用，相導(dǎo)線上的短路電動(dòng)勢(shì)大大降低。c)母線關(guān)閉后，采用微正壓運(yùn)行方式，防止絕緣子結(jié)露，為母線采用通風(fēng)降溫方式創(chuàng)造條件。d)封閉式母線由工廠成套生產(chǎn)，質(zhì)量保證較好，運(yùn)行維護(hù)工作量小，施工安裝方便，無需設(shè)置圍欄，簡化了結(jié)構(gòu)，滿足了土建要求。分相封閉母線主要由母線導(dǎo)體、支撐絕緣子和保護(hù)屏蔽殼組成。導(dǎo)體和外殼為鋁管結(jié)構(gòu)。根據(jù)殼體電氣連接方式，分相封閉母線可分為分段絕緣型和全連接型。分段絕緣封閉母線的特征在于，沿母線長度方向的外殼的所有部分彼此絕緣，并且也彼此絕緣全封閉母線的特點(diǎn)是外殼沿母線長度方向自始至終同相連接。在封閉總線的每個(gè)終端，每相的外殼通過一個(gè)短路板連接成一個(gè)完整的電路。全連接分相封閉母線

9、以母線導(dǎo)體為一次側(cè)，母線外殼為二次側(cè)，就像一個(gè)變比為1:1的空芯變壓器。導(dǎo)體通電時(shí)，在殼體上產(chǎn)生與流經(jīng)母線導(dǎo)體的電流方向相反且?guī)缀跸嗟鹊母袘?yīng)電流，大大減小了殼體外的剩余磁場(chǎng)，周圍的鋼結(jié)構(gòu)或混凝土鋼筋幾乎沒有熱損失或溫升。由于母線短路電動(dòng)勢(shì)小，可以采用較輕的支撐結(jié)構(gòu)。外殼基本處于等電位，大大簡化了接地方式。通常，完全連接的分相封閉母線的導(dǎo)體由三個(gè)絕緣體組成，它們支撐在外殼上并安裝在空間中彼此不同的位置120。1.1.4主要電氣接線操作方式和切換操作1.1.4.1運(yùn)營模式的編制原則電氣主接線的運(yùn)行方式是電氣操作人員在電氣主接線正常運(yùn)行、運(yùn)行和事故狀態(tài)下分析和處理各種事故的基本依據(jù)。電氣操作人員必須

10、熟悉并掌握電氣主接線的各種操作模式。由于電力系統(tǒng)負(fù)荷和潮流分布的變化，系統(tǒng)的頻率和電壓需要調(diào)整，電廠主輔設(shè)備需要大修并重新投入運(yùn)行，電氣事故時(shí)有發(fā)生，都需要改變運(yùn)行方式。改變運(yùn)行方式時(shí)，應(yīng)最大限度地滿足安全性和可靠性的要求，并遵循以下原則：1.1.4.1.1保證廠用電的可靠性和經(jīng)濟(jì)性廠用電是電廠最重要的負(fù)荷。為了保證供電的可靠性和連續(xù)性，使電廠能夠充分安全地發(fā)電，應(yīng)考慮廠用電在正常、事故和檢修工況下的運(yùn)行方式，以及汽輪機(jī)和鍋爐啟停過程中的供電要求。此外，還應(yīng)考慮開關(guān)操作的簡單性。輔助工作電源每段都有一個(gè)備用電源，當(dāng)工作電源出現(xiàn)故障時(shí)，備用電源應(yīng)自動(dòng)投入運(yùn)行。在電廠初始啟動(dòng)或整個(gè)電廠停電期間，可

11、從系統(tǒng)獲得輔助電力。最重要的輔機(jī)應(yīng)與輔助柴油發(fā)電機(jī)一起正確布置在系統(tǒng)上。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障或頻率電壓突然變化時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)可以脫離電網(wǎng)，以保證主設(shè)備的安全。1.1.4.1.2確保向用戶供電的可靠性。大型發(fā)電廠應(yīng)為樞紐變電站采用雙回路供電。1.1.4.1.3潮流分布應(yīng)均勻，以免設(shè)備過載，限制出力。1.1.4.1.4便于事故處理，盡量縮小故障范圍，保證廠用電安全。1.1.4.1.5滿足防雷和繼電保護(hù)的要求。避免各種運(yùn)行模式下繼電保護(hù)誤動(dòng)，避免繼電保護(hù)失靈。1.1.4.1.6在滿足安全運(yùn)行要求的同時(shí)，應(yīng)考慮運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，以降低線損。1.1.4.1.7滿足系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的要求。正常運(yùn)行方式下，

12、聯(lián)絡(luò)線最大傳輸功率不得超過允許值，發(fā)電機(jī)強(qiáng)制勵(lì)磁、自動(dòng)調(diào)壓器等自動(dòng)裝置應(yīng)投入運(yùn)行。這樣，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化，發(fā)電機(jī)受到輕微干擾后，可以恢復(fù)到原來的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，滿足靜態(tài)穩(wěn)定的要求。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路等故障時(shí)，斷路器切除故障的時(shí)間應(yīng)短，線路自動(dòng)重合閘裝置應(yīng)動(dòng)作正確，使系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)保持同步運(yùn)行，達(dá)到動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。1.1.4.1.8電氣設(shè)備的分?jǐn)嗄芰?yīng)大于在最大運(yùn)行模式下的短路能力，否則，在短路狀態(tài)下，電氣設(shè)備可能會(huì)發(fā)生短路開關(guān)操作主要是指打開或關(guān)閉一些斷路器和隔離開關(guān)；打開或關(guān)閉一些DC操作電路；切斷或投入一些自動(dòng)裝置如繼電保護(hù)或改變它們的定值；拆除或安裝臨時(shí)接地線，檢查設(shè)備絕緣。開關(guān)操作是一項(xiàng)重要而復(fù)雜的

13、工作。如果發(fā)生誤操作事故，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞，危及人身安全，造成大規(guī)模停電，給國民經(jīng)濟(jì)帶來巨大損失。因此，必須采取有效措施防止這種情況，包括組織和技術(shù)方面。開關(guān)操作的原則斷路器應(yīng)該用來拉和接通，隔離開關(guān)不應(yīng)該用來切斷或接通負(fù)載電流。(特殊情況下電路不設(shè)斷路器，按有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。如果輸電線路停電，必須首先打開斷路器，然后打開線路側(cè)的隔離開關(guān)，最后打開母線側(cè)的隔離開關(guān)。動(dòng)力傳輸期間的操作順序相反。雙繞組升壓變壓器停電時(shí)，應(yīng)先打開變壓器高壓側(cè)斷路器，再打開變壓器低壓側(cè)斷路器，最后打開變壓器兩側(cè)的隔離開關(guān)。動(dòng)力傳輸操作順序與此相反。雙繞組降壓變壓器停電時(shí)，應(yīng)先拉開變壓器低壓側(cè)的斷路器，再拉開變壓器高壓側(cè)的

14、斷路器，最后拉開變壓器兩側(cè)的隔離開關(guān)。動(dòng)力傳輸操作順序與此相反。三繞組升壓變壓器停電時(shí)，應(yīng)依次打開變壓器高、中、低側(cè)的斷路器，然后打開變壓器三側(cè)的隔離開關(guān)。動(dòng)力傳輸期間的操作順序相反。當(dāng)三繞組降壓變壓器停止送電時(shí)，操作順序與三繞組升壓變壓器相反。一般來說，當(dāng)變壓器停電時(shí)，應(yīng)先打開負(fù)荷側(cè)的斷路器，然后再打開電源側(cè)的斷路器。輸電過程中的操作順序是相反的，這是為了確保繼電保護(hù)裝置能夠正確運(yùn)行。切換總線時(shí)，先給備用總線充電，并檢查兩組總線的電壓是否相等。當(dāng)環(huán)網(wǎng)閉合時(shí)，第一個(gè)條件是相序一致，初始閉合應(yīng)分階段進(jìn)行。其次，電氣設(shè)備不應(yīng)過載，系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置應(yīng)適應(yīng)環(huán)網(wǎng)模式。開環(huán)時(shí)，電氣設(shè)備在開環(huán)后不應(yīng)過載，繼

15、電保護(hù)也不會(huì)失靈。對(duì)于只有熔斷器和隔離開關(guān)的電路，送電時(shí)應(yīng)先裝上熔斷器，然后合上隔離開關(guān)；斷電操作順序相反。當(dāng)電路中沒有設(shè)置斷路器時(shí)，允許用隔離開關(guān)進(jìn)行下列操作：(1)拉進(jìn)無故障電壓互感器和避雷器；引入總線和直接連接到總線的設(shè)備的電容電流；合上變壓器中性點(diǎn)的接地隔離開關(guān)，但當(dāng)消弧線圈接至中性點(diǎn)時(shí)，只能在系統(tǒng)無接地故障時(shí)進(jìn)行；當(dāng)斷路器處于合閘位置時(shí)，合上與斷路器并聯(lián)的旁路隔離開關(guān)；關(guān)閉10.5千伏以下電容電流小于5A的空載線路和勵(lì)磁電流小于2A的空載變壓器。引入電壓低于10kV、電流低于70A的回路均衡電流。1.1.4.2.2切換操作的基本要求和注意事項(xiàng)正常情況下，斷路器不允許手動(dòng)合閘，因?yàn)槭謩?dòng)

16、合閘速度慢，容易產(chǎn)生電弧。遠(yuǎn)程操作斷路器時(shí)，不要用力過大，以免損壞控制開關(guān)；不要返回太快，以免斷路器在閉合后跳閘。操作斷路器后，應(yīng)檢查信號(hào)燈和測(cè)量儀器上的指示，以判斷斷路器動(dòng)作的正確性。如果斷路器的實(shí)際打開和閉合位置不能從以下指示來判斷切換操作前應(yīng)考慮調(diào)整繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的整定值，以適應(yīng)新的運(yùn)行方式的需要，防止因繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤操作或拒動(dòng)而造成事故。備用電源的自動(dòng)合閘裝置、重合閘裝置和自動(dòng)勵(lì)磁裝置必須在主設(shè)備停運(yùn)前退出運(yùn)行，并在主設(shè)備投運(yùn)后投入運(yùn)行。當(dāng)切換電源或切換總線時(shí)，必須先移除備用電源自動(dòng)輸入裝置，然后在操作后進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)進(jìn)行并行操作時(shí)，應(yīng)避免非同時(shí)并行操作。母線倒閘操作時(shí)，應(yīng)注意配電的平衡，并分析表計(jì)的指示，使斷路器的電流盡量不超過極限，以防止設(shè)備因過載而跳閘。在下列情況下，應(yīng)取下DC操作保險(xiǎn)絲，切斷斷路器的操作電源：檢修斷路器時(shí)；當(dāng)有人在二次回路和保護(hù)裝置上工作時(shí)；母線切換過程中拉開隔離開關(guān)時(shí)；繼電保護(hù)故障時(shí)；當(dāng)油斷路器缺油或無油時(shí)。合格的安全工具，如測(cè)試筆、絕緣手