电气主接线的设计与设备选择概述
电气主接线及设计
1)系统中的大型发电厂或变电所其供电容量大，范围广地位重要 作用强，应采用可靠性高的主接线形式，反之，应采用可靠性低 的主接线形式。
2)发电厂和变电所接入电力系统方式 接入系统方式指其与电力 系统连接方式
三、电气主接线的设计程序
1. 对原始资料分析 （1）工程情况
发电厂类型、设计容量、 单机容量及台数、最大负 荷利用小时数、可能的运 行方式
（2）电力系统情况
电力系统近远期规划、发电厂 或变电站在电力系统中的位置 和作用、本期工程与电力系统 的连接方式及各级电压中性点 接地方式等
（3）负荷情况
负荷的性质、地理位置、输电电压 等级、出线回路数、输送容量
定性分析和衡量主接线可靠性的基本标准： 1）断路器检修时，能否不影响供电. 2）断路器、线路或母线故障及母线隔离开关检修时，停运的出线
回路数和停电时间的长短，以及能否保证对一类用户供电。 3）发电厂或变电所全部停电的可能性。 4）大型机组突然停运时，对电力系统稳定性的影响与后果。 2.灵活性 1）操作的方便性。 2）调度方便性。主接线能适应系统或本厂所的各种运行方式 3）扩建方便性。具有初期—终期—扩建的灵活方便性。 3.经济性 1）投资省 设备少且廉价（接线简单且选用轻型断路器）。 2）占地面积少 一次设计，分期投资,尽快发展经济效益。 3）电能损耗少 合理选择变压器的容量和台数，避免两次变压。 正确处理可靠性和经济性的矛盾 一般在满足可靠性的前提条件下，
电气主接线是发电厂或变电站电气部分的主体，直接影响运行 的可靠性、对配电装置布置、继电保护配置、自动装置及控制方 式的拟定都有决定性的关系。对电气主接线的基本要求是：可靠 性、灵活性和经济性灵活性。
水电站电气主接线的设计
目录➢概述➢电气主接线设计➢主接线方案的拟定与选择➢主变压器选择➢短路电流的计算➢电气设备选择与校验➢参考文献一概述1.1 课程设计的目的：1、复习巩固本课程及其他课程的有关内容，增强工程概念，培养电力工程规划设计的能力。
2、复习《水电站电气设备》相关知识，进一步巩固电气主接线及短路计算，电气设备选择等内容。
3、利用所给资料进行电厂接入系统设计，主接线和自用电方案选择，掌握短路电流计算，会进行电气设备的配置和选型设计。
1.2 课程设计内容：1发电厂主接线的设计2 短路电流的计算3 电气设备的选择1.3 电气主接线的基本要求1．可靠性：电气接线必须保证用户供电的可靠性，应分别按各类负荷的重要性程度安排相应可靠程度的接线方式。
保证电气接线可靠性可以用多种措施来实现。
2．灵活性：电气系统接线应能适应各式各样可能运行方式的要求。
并可以保证能将符合质量要求的电能送给用户。
3．安全性：电力网接线必须保证在任何可能的运行方式下及检修方式下运行人员的安全性与设备的安全性。
4．经济性：其中包括最少的投资与最低的年运行费。
5．应具有发展与扩建的方便性：在设计接线方时要考虑到5～10年的发展远景，要求在设备容量、安装空间以及接线形式上，为5～10年的最终容量留有余地。
二电气主接线设计2.1原始资料：1、待设计发电厂类型：水力发电厂；2、发电厂一次设计并建成，计划安装2×15 MW 的水力发电机组，利用小时数 4000 小时/年；3、待设计发电厂接入系统电压等级为110kV，距系统110kV发电厂45km；出线回路数为4回；4、电力系统的总装机容量为 600 MVA、归算后的电抗标幺值为 0.3，基准容量Sj=100MVA；5、发电厂在电力系统中所处的地理位置、供电范围示意图如下所示。
6、低压负荷：厂用负荷（厂用电率） 1.1 %；7、高压负荷： 110 kV 电压级，出线 4 回，为 I 级负荷，最大输送容量60 MW， cosφ = 0.8 ；8、环境条件：海拔 < 1000m；本地区污秽等级2 级；地震裂度< 7 级；最高气温 36°C；最低温度−2.1°C；年平均温度28°C；最热月平均地下温度20°C；年平均雷电日T=56 日/年；其他条件不限。
电气主接线
2.电气主接线2.1电气主接线概述电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。
它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。
一般在研究主接线方案和运行方式时，为了清晰和方便，通常将三相电路图描绘成单线图。
在绘制主接线全图时，将互感器、避雷器、电容器、中性点设备以及载波通信用的通道加工元件（也称高频阻波器）等也表示出来。
对一个电厂而言，电气主接线在电厂设计时就根据机组容量、电厂规模及电厂在电力系统中的地位等，从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性等方面，经综合比较后确定。
它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况。
电气主接线又称电气一次接线图。
电气主接线应满足以下几点要求：（1）可靠性：主接线系统应保证对用户供电的可靠性，特别是保证对重要负荷的供电。
（2）灵活性：主接线系统应能灵活地适应各种工作情况，特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时，能够通过倒换开关的运行方式，做到调度灵活，不中断向用户供电。
在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。
2.2主接线方案设计所需资料（1）出线的电压登记、回路数、每回路输送容量和导线截面。
（2）主变压器台数，容量和型号；变压器各侧的额定电压，阻抗等。
（3）系统的短路容量或归算电抗值。
（4）变压器中性点的接线方式及接地点的选择。
（5）初期和最终变电所与系统连接方式，变电所地理位置等。
2.3常见的小型水电站升高电压侧接线方式介绍一、小型水电站电气主接线设计的原则：水电站在电力系统中地位十分重要，一旦发生事故可能造成巨大损失。
在设计水电站电气主接线时应根据当地实际现状情况，并结合有关规程、规范遵循以下原则进行：首先应满足电力系统对水电站供电稳定性、可靠性要求，即能够不间断地向系统送出合格电能；应综合考虑水电站的水文气象、动能特性、建设规模、接入系统设计、枢纽总体布置、地形和运输条件、环境保护、设备特点等因素；电气主接线应简单、清晰，便于操作维护运行；电气主接线应具有一定的灵活性，适应性；电气主接线设计应便于实现自动化，工程造价经济、合理；继电保护简单、可靠，易实现电站的综合自动控制；满足电站初期发电及最终规模的运行要求，还应考虑便于分期过渡；技术先进、经济合理、投资省，年运行费用低；在可行性研究、初步设计时根据电力系统连接的要求和水电站的装机台数，进行电气主接线方案比较和技术经济分析论证。
电厂电气设备概述
3、交流事故保安电源
本工程对顶轴油泵、盘车电机及交流润滑油泵均应设置保安电源，以保证汽 轮发电机组事故时安全停机。按全厂设置一套低压柴油发电机组作为事故停 机电源。对应机组设置保安 MCC 段；柴油发电机组方案如下： 柴油发电机 容量按全厂机组顶轴油泵、盘车电机及事故油泵所需的保安负荷确定；根据 负荷情况，全厂设置 1 台380/220V,容量为 500kW 的箱式柴油发电机组作为全 厂的应急保安电源，设置段低压保安 PC 段，对应机组分别设置#1（2、3）机 保安 MCC；低压保安 MCC 段由两回电源引接，一回电源引自柴油发电机组保 安 PC 段，一回电源引自各机组低压厂用工作段。两回电源实现自动投切。
6、本工程电气接线方式
1）110kV升压站电气一次主接线 （1）本工程#1 机及#2 机 110kV GIS 采用单母线分段接线方式。设置 M1、M2 两段 110kV 母线，两段母 线间设分段开关。#1 机、#2 机经升压变升压后分别接入 110kV M1、M2 母线；两回 110kV 电缆线路分别 经 110kV M1母线、 （2）M2 母线接至 220kV 赤钢站。#3 机采用发电机-变压器-线路组接线形式，#3 机经升压变升压后送 至 220kV 赤钢站。 （3）二期工程建设时#4、#5 机均采用发电机-变压器-线路组接线形式送至220kV 赤钢站，本期在一期 110kV GIS 室内预留二期 2 台机间隔位置。
5.6一台半（3/2）断路器接线
示意图
1）接线特点分析 3个断路器构成1串，接在 两母线间，引出2条出线 可靠性：高 断路器检修： 母线检修： 灵活性：高 操作：避免用隔离开关进行大量倒闸操作 调度和扩建 经济性：大 一次投资：每串增加联络断路器。 2）进出线布置原则 电源和负荷配对成串 只有两串时，交叉布置 3）适用范围： 330~500KV配电装置
电气主接线的概述
电气主接线的概述牵引变电所的电气主接线指的是由隔离开关、互感器、避雷器、断路器、主变压器、母线、电力电缆、移相电容器等高压一次电气设备，按工作要求顺序连接构成的接受和分配电能的牵引变电所内部的电气主电路。
他反应了牵引变电所的基本结构和性能，在运行中表明电能的输送和分配关系、一次设备的运行方式，是实际运行操作的依据。
第一节对主接线的基本要求可靠性、灵活性、安全性、经济性1.可靠性：根据用电负荷的等级，保证在各种运行方式下提高供电的连续性，力求可靠供电。
2.灵活性：主接线应力求简单、明显、没有多余的电气设备；投入或切除某些设备或线路的操作方便。
3.安全性：确保在展开一切操作方式的转换时工作人员和设备的安全，以及能够在安全条件下展开保护检修工作。
4.经济性：应使主接线的初投资与运行费运达到经济合理。
第二节主接线中对电气设备的简介1.高压断路器qf：既能切除正常负载，又能排除短路故障。
主要任务：a.在正常情况下开断和关合负载电流，分、合电路；b.当电力系统发生故障时，切除故障；c.配合自动重合闸多次关合或开断电路。
2.负荷控制器ql：只具备直观的灭弧装置，其灭弧能力非常有限，仅能够点燃断裂负荷电流即为过负荷电流产生时的电弧，而无法点燃短路时产生的电流。
特点：在断开后有可见的断开点。
3.隔绝控制器qs：一把耐高压的刀开关，没特定的灭弧装置，通常只用以隔绝电压，无法用以阻断或拨打负荷电流。
特点：在分闸状态时有明显可见的断口，使运行人员能明确区分电气是否与电网断开。
用途：a.隔离高压电压，将需要检修的部分与带电部分可靠地隔离，形成明显的断点，确保操作人员和电气设备的安全。
b.在断口两端电位吻合成正比的情况下，滤除母线，发生改变接线方式。
c.拨打或断裂大电流电路。
4.高压熔断器fu：熔断器在短路或过负荷时能利用熔丝的熔断来断开电路，但在正常工作时不能用它来切断和接通电路。
5.电压互感器tv：在采用中二次两端不容许短路。
电气主接线
5
§ 5.1 电气主接线概述 5.1.3 对电气主接线的基本要求
电气主接线代表了发电厂和变电站电气部分的主 体结构，起着汇集电能和分配电能的作用，是电 力系统网络结构的重要组成部分。 电气主接线应满足以下基本要求： （1）保证必要的供电可靠性 （2）具有一定的灵活性 （3）保证维护及检修时安全、方便 （4）尽量减少一次投资和降低年运行费用 （5）必要时要能满足今后扩建的需求
26
§ 5.2 电气主接线的基本形式
图5.4 单母线分段断路器兼作旁路断路器接线
27
§ 5.2 电气主接线的基本形式 ②旁路断路器兼作分段断路器接线 如 图 5.5 所 示 ， 正 常 运 行 时 ， 两 分 段 隔 离 开 关 01QS、02QS一个投入、一个断开，两段母线通 过 901QS 、 90QF 、 905QS 、旁路母线、 03QS 相连接，90QF起分段断路器的作用。
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§ 5.2 电气主接线的基本形式
图5.3 单母线分段带旁路接线
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§ 5.2 电气主接线的基本形式 若出线回路数不多，旁路断路器利用率不高，可 将其与分段断路器合用，并有以下两种接线形式： ①分段断路器兼作旁路断路器接线。 如图 5.4 所示，从分段断路器 0QF 的隔离开关内 侧引接联络隔离开关05QS和06QS至旁路母线， 在分段工作母线之间再加两组串联的分段隔离开 关01QS和02QS。 正常运行时，分段断路器0QF及其两侧隔离开关 03QS 和 04QS 处 于 接 通 位 置 ， 联 络 隔 离 开 关 05QS和06QS处于断开位置，旁路母线不带电。 分段隔离开关01QS和02QS可用于检修分段断路 器0QF，以连通Ⅰ、Ⅱ段母线供电。
外桥接线 内桥接线
单元及扩大单元接线
电气主接线及设计课件
出线回路少，并且没有重要
负荷的中小型发电厂和变电所
2. 单母线分段接线
优点：
（1）电源可以并列运行也 可以分列运行
WL1 WL2
WL3 WL4
QS32
（2）重要用户可以从不同
QF3
段引出两回馈线
（3）任一母线或母线隔离 开关检修，只停该段，其 他段继续供电
（4）任一母线段故障，则只 有该母线段停电
电气“五防”是指： 防止误分、合断路器； 防止带负荷分、合隔离开关； 防止带电挂接地线或合接地刀闸； 防止带接地线（接地刀闸）合断路器（隔离开关）； 防止误入带电间隔。
防止误操作的措施：除严格按照操作规程实行操作 票制度外，还应加装电磁闭锁、机械闭锁或电脑钥 匙
倒闸操作程序示意图：
接受调令
通告全值
应用范围： 广泛应用于超高压电网中，500kV变电站一般都采用这种接 线方式
五. 变压器母线组接线
优点： 可靠性较高 调度灵活 扩建方便
缺点：使用断路器和隔 离开关多，投资大 适用范围：
远距离、大容量输电系 统中，对系统稳定和供 电可靠性要较高的变电 站中采用
W2 QF1
QF2 W1
无汇流母线的电气主接线 六. 单元接线
适用范围： 200MW及以上大机组一般采用与双绕组变压器组成单元 接线，当电厂具有两种升高电压等级时，则装设联络变 压器。
七. 桥形接线
只有两台变压器和两 条线路时，宜采用桥 形接线，使用断路器 最少。
内桥：桥连断路器设 置在变压器侧
外桥：桥连断路器设 置在线路侧
QS1 QS2 QF1 QF2
QF3
单母线接线
双母线接线
一台半断路器接线
1
1 3
电气主接线的设计与设备选择
电气主接线的设计与设备选择概述电气主接线是电力系统中最关键的一部分，它连接各种电气设备，起到传输电能的作用。
合理的设计与设备选择可以提高系统的可靠性、安全性和效率。
本文将介绍电气主接线的设计原则和常用设备的选择。
设计原则1. 安全性安全是电气主接线设计的首要考虑因素。
主接线系统应满足以下安全要求：•承载能力：主接线系统的电流容量应满足电气设备的需求，避免过载导致火灾或设备损坏。
•绝缘：主接线系统应具备足够的绝缘能力，以减少触电风险。
•短路保护：主接线系统应配备合适的短路保护装置，能够及时切断故障电流，防止短路事故。
2. 可靠性主接线系统应具备良好的可靠性，以保证电力供应的连续性。
以下因素需要考虑：•设备选择：选择具有高可靠性的设备，如合格的电缆、开关和断路器等。
•设备维护：定期检查和维护电气设备，及时发现故障并修复。
•多重回路：在主接线系统中设置多个回路，以便当一个回路出现故障时，其他回路仍能正常工作。
3. 适用性主接线系统的设计应根据实际使用情况进行合理选择，满足电气负荷的需求。
以下因素需要考虑：•电流容量：主接线系统的电流容量应根据电气负荷的大小来确定，避免过载或电压降低过大的问题。
•环境适应性：主接线系统应能够适应环境的温度、湿度和腐蚀等特点，确保长期稳定运行。
设备选择1. 电缆电缆是主接线系统中常用的电气设备之一，它用于连接变电站、配电装置和负载设备。
选择合适的电缆需要考虑以下因素：•电流容量：根据负荷电流确定电缆的截面积，确保电缆的承载能力满足要求。
•绝缘材料：选择具有良好绝缘性能的电缆材料，如PVC、XLPE等。
•引线方式：根据实际情况选择单芯、多芯、屏蔽或非屏蔽等引线方式。
2. 开关开关是主接线系统中起到控制和保护作用的重要设备。
选择合适的开关需要考虑以下因素：•电流容量：根据电气负荷的大小确定开关的额定电流，确保开关能够安全可靠地进行导通和断开操作。
•动作特性：根据实际应用需求选择合适的开关动作特性，如常开、常闭、防爆等。
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一、变压器容量、台数、电压的确定原则
依据输送容量等原始数据。 考虑电力系统5~10年的发展规划。
1．单元接线主变压器容量
按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后， 留有10%的裕度；
扩大单元接线应尽可能采用分裂绕组变压器。
2 连接在发电机电压母线与升高电压之间 的主变压器
• 发电机全部投入运行时，在满足由发电机电压供电的 日最小负荷，及扣除厂用电后，主变压器应能将剩余 的有功率送入系统。
指导体温度较短路前的升高，通常取导体短路前的温度等于它长 期工作时的最高允许温度。
裸导体的长期允许工作温度一般不超过70C，当其接触面处具有 锡的可靠覆盖层时（如超声波糖锡等），允许提高到85C；当 有银的覆盖层时，允许提高到95C。
二、均匀导体的长期发热1．均匀导体的
发热过程
导体温度稳定前 I2Rdt＝mCd＋aF(－0)dt 温度达到稳定后 I2R＝aF(－0) 式中，m：质量(kg)；C：比热容(J/kg·C)；a：总换
2．热效应Ｑk的计算
采用等值时间法： 过时
辛卜生法 ：
复杂
a. 周期分量的热效应
Qp
tk 12
(I
'
'2
10I
2 tk
/
2
I2 tk
)
1-10-1法（ 简化辛 卜 生法） b. 非周期分量的热效应
短路全电流：
t
I kt 2I pt cost inpoe Ta
Qnp
Ta
2
2tk
(1 e Ta
配电装置视图）；
8. 推荐最佳方案，写出设计技术说 明书，编制一次设备概算表。
第二节 主变压器和主接线的选择
主变压器：向电力系统或用户输送功率的变压器 联络变压器：用于两种电压等级之间交换功率的变压器 自用电变压器：只供厂、所用电的变压器
一、变压器容量、台数、电压 的确定原则
二、主变压器型式的选择原则 三、主接线设计简述 四、技术经济比较
)in2po
TI ''2
可以推出：
表 8-2 非周期分量等值时间 T
➢ 单机容量200MW及以上的发电厂，额定电流和短路电流均大， 发电机出口断路器制造困难，加上大型三绕组变压器的中压侧 （110kV及以上时）不希望留分接头，为此以采用双绕组变压 器加联络变压器的方案更为合理。
➢ 凡选用三绕组普通变压器的场合，若两侧绕组为中性点直接接 地系统，可考虑选用自耦变压器，但要防止自耦变的公共绕组 或串联绕组的过负荷。
3．变电所主变压器容量
• 按变电所建成后5~10年的规划负荷选择，并适当 考虑远期10~20年的负荷发展。
• 对重要变电所，应考虑一台主变停运，其余变压 器在计及过负荷能力及允许时间内，满足I、II类 负荷的供电；
• 对一般性变电所，一台主变停运，其余变压器应 能满足全部供电负荷的70%~80%。
• 若接于发电机电压母线上的最大一台机组停运时，应 能满足由系统经主变压器倒供给发电机电压母线上最 大负荷的需要。
• 若发电机电压母线上接有2台或以上主变压器，当其 中容量最大的一台因故退出运行时，其它主变压器在 允许正常过负荷范围内应能输送剩余功率70%以上。
• 对水电比重较大的系统，若丰水期需要限制该火电厂 出力时，主变应能从系统倒送功率，满足发电机电压 母线上的负➢ 变压器三相绕组的接线组别必须和 系统电压相位一致。
4. 短路阻抗的选择
➢ 从系统稳定和提高供电质量看阻抗 小些为好，但阻抗太小会使短路电 流过大，使设备选择变得困难。
三绕组变压器的结构形式： 升压型 与 降压型
5. 变压器冷却方式
➢ 主变压器的冷却方式有：自然风冷；强迫风冷；强迫油循 环风冷；强迫油循环水冷；强迫导向油循环冷却等。
要求：
使设计的主接线满足可靠 性、灵活性、经济性，并留 有扩建和发展的余地。
步骤：
1. 对原始资料进行综合分析； 2. 草拟主接线方案，对不同方案进
行技术经济比较、筛选和确定；
3. 厂、所和附近用户供电方案设计； 4. 限制短路电流的措施和短路电流
的计算；
5. 电气设备的选择； 6. 屋内外配电装置的设计； 7. 绘制电气主接线图及其它图（如
三、主接线设计简述
四、技术经济比较
第三节 载流导体的发热和电动力
一、概述 二、均匀导体的长期发热 三、导体的短时发热 四、短路时载流导体的电动力
一、概述
➢ 长期发热： ➢ 短时发热：
表 8-1 导体长期工作发热和短路时发热的允许温度（部分）
导体种类和材料
铜（裸）母线 铝（裸）母线
长期工作发热
允许温度 允许温升①
热系数(w/m2·C)；F：散热面积（m2）；0：周 围环境温度（C）。
2．导体的最大允许载流量：
I aF st aF ( al 0 )
R
R
三、导体的短时发热
1．短时发热计算 热量平衡方程：
Ikt2R dt＝mC d
短路电流热效应：
Qk
tk 0
I
2 kt
dt
并有：
1 S2
Qk
Ak
Ai
第八章 电气主接线的设计与设备选择
第一节 概述 第二节 主变压器和主接线的选择 第三节 载流导体的发热和电动力 第四节 电气设备的选择 第五节 设备选择举例
第一节 概述
原则：
以设计任务书为依据，以 经济建设方针、政策和有关 的技术规程、标准为准则， 准确地掌握原始资料，结合 工程特点，确定设计标准， 参考已有设计成果，采用先 进的设计工具。
③
70C
45C
70C③
45C
短路时发热 允许温度 允许温升②
300C 200C
230C 130C
指导体温度对周围环境温度的升高，我国所采用计算环境温度如 下：电力变压器和电器（周围空气温度）40C；发电机（利用 空气冷却时进入的空气温度）35~40C；装在空气中的导线、母 线和电力电缆25C；埋入地下的电力电缆15C。
4．发电厂和变电所主变台数
• 大中型发电厂和枢纽变电所，主变不应少于2台； • 对小型的发电厂和终端变电所可只设一台。
5. 确定绕组额定电压和调压的方式
二、主变压器型式的选择原则
1. 相数：一般选用三相变压器。
2. 绕组数：
➢ 变电所或单机容量在125MW及以下的发电厂内有三个电压等级 时，可考虑采用三相三绕组变压器，但每侧绕组的通过容量应 达到额定容量的15%及以上，或第三绕组需接入无功补偿设备。 否则一侧绕组未充分利用，不如选二台双绕组变更合理。