第一章(电气主接线)

第一章 电气主接线系统

电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送方式和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离开关、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。

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。

第一节 主接线的基本形式

600MW 汽轮发电机组电厂有关的基本接线形式有：双母线接线、一个半断路器接线（3／2接线）、桥型接线、单元接线。

一、双母线接线 1．一般双母线接线

如图1－1所示，它具有两组母线：工作母线Ⅰ和备用母线Ⅱ。每回线路都经一台断路器和两组隔离开关分别接至两组母线，母线之间通过母线联络断路器（简称母联）QF b 连接，称为双母线接线。有两组母线后，使运行的可靠性和灵活性大为提高，其特点如下：

（1）检修任一组母线时，不会停止对用户连续供电。例如：检修母线Ⅰ时，可把全部电源和负荷线路切换到母线Ⅱ上。

（2）运行调度灵活，通过倒换操作可以形成不同的运行方式。当母联断路器闭合，进出线适当分配接到两组母线上，形成双母线同时运行的状态。有时为了系统的需要，亦可将母联断路器断开（处于热备用状态），两组母线同时运行。此时这个电厂相当于分裂为两个电厂各自向系统送电。显然，两组母线同时运行的供电可靠性比仅用一组母线运行时高。 （3）在特殊需要时，可以用母联与系统进行同期或解列操作。当个别回路需要独立工作或进行试验（如发电机或线路检修后需要试验）时，可将该回路单独接到备用母线上进行。

2．带有旁路母线的双母线接线

一般双母线接线的主要缺点是：检修线路断路器会造成该回路停电。为了检修线路断路器时不致造成停电，可采用带旁路母线的双母线接线，如图1－2所示。在每一回路的线路侧装一组隔离开关（旁路隔离开关）QS ，接至旁路母线Ⅲ上，而旁路母线再经旁路断路器及隔离开关接至两组母线上。图1－2中设有专用的旁路断路器QF 。要检修某一线路断路器时，基本操作步骤是：先合旁路断路器两侧的隔离开关（母线侧合上一个），再合上旁路断路器

图1－1 双母线接线

图1－2 带有旁路母线的

双母线接线

图1－3 双母线分段接线

QF 对旁路母线进行充电与检查；若旁路母线正常，则待修断路器回路上的旁路隔离开关两侧已为等电位，可合上该旁路隔离开关；此后可断开待修断路器及其两侧隔离开关，对断路器进行检修。此时该回路已通过旁路断路器、旁路母线及有关旁路隔离开关向其送电。

3．双母线分段接线

图1－3为双母线分段接线。用分段断路器QF3把工作母线Ⅰ分段，每段分别用母联断路器QF1和QF2与备

用母线Ⅱ相连。这种接线比一般双母线接线具有更高的供电可靠性和灵活性。但由于断路器较多，投资大，一般在进出线路数较多（如多于8回线路）时可能用这种接线。

双母线接线具有供电可靠、检修方便、调度灵活及便于扩建等优点，在我国大中型电厂和变电所中广泛采用。但这种接线所用设备多，在运行中隔离开关作为操作电器，较易发生误操作。特别是，当母线系统发生故障时，需短时切除较多电源和线路，这对特别重要的大型发电厂和变电所是不允许的。

二、一个半断路器接线

如图1－4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，称为一个半断路器接线，又称3／2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3／2接线。在电厂第一期工程中，一般是机组和出线较少，例如：只有两台发电机和两回出线，构成只有两串3／2接线。在此情况下，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，如图1－5（a ）所示，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），如图1－5（b ）所示，它也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）。

图l －4 3／2接线

图1－5 3／2接线配置方式

（a ）交叉接线 (b)非交叉接线

通过分析可知，3／2交叉接线比3／2非交叉接线具有更高的运行可靠性，可减少特殊运行方式下事故扩大。例如：一串中的联络断路器（设502）在检修或停用，当另一串的联络断路器发生异常跳闸或事故跳闸（出线L2故障或进线T2回路故障）时，对非交叉接线将造成切除两个电源，相应的两台发电机甩负荷至零，电厂与系统完全解列；而对交叉接线而言，至少还有一个电源（发电机－变压器组）可向系统送电，L2故障时T2向L1送电，T2故障时T1向L2送电，仅是联络断路器505异常跳开时也不破坏两台发电机向系统送电。交叉接线的配电装置的布置比较复杂，需增加一个间隔。

应当指出，当3／2接线的串数多于两串时，由于接线本身构成的闭环回路不止一个，一个串中的联络断路器检修或停用时，仍然还有闭环回路，因此不存在上述差异。

三、桥形接线

当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线的断路器最少，如图1－6所示。依照连接桥

对于变压器的位置可分为内桥和外桥。运行时，桥臂上的联络断路器QF 处于闭合状态。当输电线路较长故障机率较多两台变压器又都经常运行时，采用内桥接线较适宜；而在输电线路（以下简称线路）较短、且变压器随经济运行要求需经常切换或系统有穿越功率流经本厂（如两回线路均接入环形电网）时，则采用外桥接线更为适宜。

在内桥接线中，当变压器故障时，需停相应线路；在外桥接线中，当线路故障时，需停相应的变压器；而且在桥式接线中，隔离开关又作为操作电器，所以桥式接线可靠性较差。但由于这种接线使用的断路器少、布置简单、造价低，

往往在35～220KV 配电装置中得到采用。

在600MW 机组的发电厂中，桥式接线只可能在启动／备用变压器的高压侧使用，而不使用于主机。

四、单元接线

1．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（特别是200MW 以上的机组）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（或负荷开关）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。

发电机出口也有装设断路器的，（例如：大唐盘电2×600MW 机组，其发电机出口就装设有断路器，且运行良好）其理由是：

（1）发电机组解、并列时，可减少主变压器高压侧断路器操作次数，特别是500KV 或220KV 为一个半断路器接线时，能始终保持一串内的完整性。当电厂接线串数较少时，保持各串不断开（不致开环），对提高供电送电的可靠性有明显的作用。

（2）起停机组时，可用厂用高压工作变压器供厂用电，减少了厂用高压系统的倒闸操作，从而提高了运行可靠性。当厂用工作变压器与厂用起动变压器之间的电气功角δ相差较大（一般大于15°）时，这种运行方式更为需要。

（3）当发电机出口有断路器时，厂用备用变压器的容量可与工作变压器容量相等，且厂用高压备用变压器的台数可以减少。如我国规程规定，两台机组（不设出口断路器）要设置一台厂用备用变压器，而前苏联的设计一般为6台机组设置一台厂用备用变压器。

发电机出口装设断路器所带来的缺点是：在发电机回路增加了一个可能的事故点。但根据以往事

图1－6 桥式接线

（a ）内桥；(b)外桥

故经验及世界发展方向，500MW及以上机组出口装设断路器有其突出优点。

2．发电机－变压器－线路组单元接线

发电厂每台主变压器高压侧直接与一条输电线路相连接，单独送电。发电厂内不设开关站。各台主变压器之间没有电气连接。厂内主变压器台数与线路条数相等。每台发电机－变压器组单元各自单独送电至一个或多个开关站或变电所。主变压器高压侧在厂内也可装设一台高压断路器，作为元件保护和线路保护的断开点，也可作为同期操作之用。

尽管大容量电厂主接线广泛采用3／2接线，拥有的可靠性和灵活性都很高，但也必须指出：从整个电网的角度来看，这种接线形式不能很好的满足形成一个合理而稳定的电网结构，因为一个合理的电网结构应该是外接电源相当分散，同时受端系统的联系应该加强，尤其是在事故情况下能对受端系统提供足够的电压支撑，能避免由于大负荷转移到相邻线路后引起的静态稳定被破坏，或受端电压大幅度下降而引起的电压崩溃。因此，在远离负荷中心的大电厂，推荐采用发电机－变压器－线路组单元接线或双母线双断路器、母线分开运行、机组和出线均衡配置的运行接线方式。这种将大电源分开几块的直接效果是：当一组送出线路发生故障，在其后的系统暂态摇摆过程中，电厂内只有与该线路相连接的几台机组处于送电侧，而其余几台机组都自动处于受电侧，成为受电系统的电源，从而加强了对受端网络的支持。另外，随着机组容量的扩大，电网的扩容，从限制短路电流的角度出发，一些大容量电厂和枢纽变电所母线也将解列运行。

由于岱海电厂为新建的大型火力发电厂，并远离负荷中心，基于上述理由岱海电厂一期电气主接线采用了一个半断路器接线方式。

第二节岱海电厂一期2×600MW机组电气主接线系统

岱海电厂一期装设的两台600MW机组，发电机经主变压器直接输送至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20kV的发电机经三台单相双绕组、总容量为3×240MV A，550－2×2.5%／20kV的主变升至500kV系统。

一、500kV系统概述

岱海电厂主要向京津唐地区送电，输送容量大，距离远。500kV系统主接线采用一个半断路器接线。按规划容量，500kV配电装置主变进线4回出线4回。一期工程500kV配电装置主变进线2回（#1、#2主变）出线2回（岱万1、岱万2），构成2个完整串；2回主变进线分别接入2条母线。为了削弱空载或轻负载线路中的电容效应，降低工频暂态过电压，并进而限制操作过电压的幅值。电厂出线侧均并联装设一组3 50Mvar电抗器，电抗器采用单相式。并联电抗器中性点经小电抗接地，以加速潜供电弧自灭，小电抗器上装设一只避雷器以保护小电抗器。

500kV隔离开关的配置：断路器两侧均装设隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源；由于一期工程只有2个断路器串，因此进出线回路均装设隔离开关；并联电抗器与线路之间只设隔离开关，不装断路器。

500kV电压互感器的配置：每回进出线的三相上装设电压互感器；每组母线的A相上装设电压互感器；电压互感器有4个二次线圈。

500kV电流互感器的配置：每个主变-线路串设置3组电流互感器，每个电流互感器有7个二次绕组。

发电机出线端和中性点端的出线套管上各装设4组电流互感器，发电机出线端配置3组电压互感器和1组避雷器。发电机中性点经单相接地变压器二次接电阻接地。目的是限制发电机电压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，并在电阻上并联接地检测继电器，提供发电机定子绕组接地保护。国内有专家极力推荐用消弧线圈接地，因为经配电变压器高阻接地方式使接地故障电流比自然电容电流大1.414倍以上，但是经消弧线圈谐振接地缺乏实践，特别是在大型汽轮发电机上的经验积累。目前，大多数600MW机组还是采用经配电变压器高阻接地。

发电机与主变之间的连接采用全连式分相封闭母线，高压厂变、励磁变和脱硫变从发电机与主变低压侧之间引接。厂用变压器分支引出线和电压互感器分支引出线也采用分相封闭母线。由于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高厂变分支封闭母线上支接。主变压器中性点直接接地。

高压厂用备用电源由厂外220kV凉城开闭站引接。2台机组设1台三相三绕组启动/备用变压器，额定容量为63MV A。启／备变同时作为厂用备用变压器，当汽轮机、发电机、主变和高厂变发生故障时，厂用电系统自动从厂用变压器切换到备用变压器供电。

二、500kV主接线形式和特点

在发电机-变压器-线路组接线中，主变经过出口隔离开关和两台断路器与500kV母线相连，断路器作为发变组保护和线路保护的断开点，也作为同期操作用。500kV升压站设置双母接线，两回进线、两回出线构成两个完整串，第一串采用了交叉接线方式。此接线方式正常运行时，两组母线和同一串的三个断路器都投入工作，形成双环路状（扩建后形成多环路状）供电，具有很高的可靠性和灵活性。500kV系统中性点采用直接接地方式，岱海－万全500kV线路出口装设一组隔离开关，线路总长约194km。

3／2交叉接线比3／2非交叉接线具有更高的运行可靠性，可减少特殊运行方式下事故扩大。主要优点是：

1、任一母线故障或检修，均不会停止供电。

2、任一断路器检修也不会影响供电。

3、甚至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，功率仍然能够继续输送。

4、一串中任何一台断路器退出或检修时，仍然不影响任何一个元件的运行。

5、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气。

三、岱海电厂一期500kV主接线图

图1－7岱海电厂一期工程电气主接线图

第三节分相封闭母线

对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，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（屏蔽作用），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。

另外，在电厂中，发电机至变压器的连接母线如果采用敞露式母线，也存在很多缺点，主要是绝缘子表面容易被灰尘污染，尤其是母线布置在屋外时，受气候变化影响及污染更为严重，很容易造成绝缘子闪络及由于外物所致造成母线短路故障。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。采用封闭母线（用外壳将母线封闭起来）是一种较好的解决方法。

一、封闭母线的分类

按外壳材料可分塑料外壳和金属外壳。按外壳与母线间的结构型式可分为如下的几种型式：（1）不隔相（亦称共相）式封闭母线。三相母线设在没有相间隔板的金属（或塑料）公共外壳内。

（2）隔相式封闭母线。三相母线布置在相间有金属（或绝缘）隔板的金属外壳内。

（3）分相（离相）封闭母线。其每相导体分别用单独的铝制圆形外壳封闭。分相封闭母线，根据金属外壳各段的连接方法，又可分为分段绝缘式和全连式（段间焊接）两种。

不隔相的封闭母线只能起防止绝缘子免受污染和外物所造成的母线短路，而不能消除相间短路的可能性，也不能减小母线相间电动力和减少钢构的发热。隔相式封闭母线虽然可较好地防止相间故障，在一定程度上能减小母线电动力和减少母线周围钢构的发热，但是仍然发生过因单相接地而烧穿相间隔板造成相间短路的事例，因此，可靠性还不是很高。一般，不隔相或隔相封闭母线只用于大容量机组的厂用电系统或容量较小但污染比较严重的场所。

二、全连式分相封闭母线

600MW机组出口回路母线都普遍采用全连式分相封闭母线。分相封闭母线主要由母线导体、支持绝缘子和防护屏蔽外壳组成，导体和外壳均采用铝管结构。如下图所示：

全连式分相封闭母线的特点是：沿母线全长度方向的外壳在同一相内（包括各分支回路）全部各段间通过焊接连通。在封闭母线的各个终端，通过短路板，将各相的外壳连接成电气通路。从工程安装方便等原因考虑，在上述全连式的基础上再将从发电机至主变压器之间的封闭外壳分为2～3大段，在每段两端装置短路板，称为分段全连式。

全连式分相封闭母线，其三相的外壳在端部通过短路板连通形成闭合回路，这就构成了类似以母线导体为一次侧、外壳为二次侧的三相1∶1的空心变压器。由于三相外壳回路短接（即二次侧处于短路），而且铝壳电阻很小，所以在外壳上感应产生与母线电流大小相近而方向相反的环流。由于环流的屏蔽作用（环流产生的磁场与母线导体的磁场方向相反，即环流产生反磁场），使全连式外壳的壳外磁场减小到敞露母线的10％以下，因此，壳外钢构的发热大大减轻，可略而不计。此外，当母线通过三相短路电流时，由一相（例如A相）电流所产生的磁场，经过其外壳环流屏蔽削弱后所剩余的磁场，再进入另一相（如B或C相）外壳时，还将受到该相（B或C相）外壳涡流的屏蔽作用。由于先后二次屏蔽作用的结果，使进入该相外壳内的磁场已非常小，故该相母线导体所受的电动力大大减小，一般可减小到敞露式母线电动力的1／4左右。外壳之间，由于其中磁场己削弱，故电动力也随着减小很多。

全连式封闭母线的外壳，一般情况下采用多点接地方式。多点接地除在各个短路板处接地外，在封闭母线各支持点或悬挂点与其支吊钢构间都不要求加装对地绝缘部件。多点接地时，外壳与地构成了回路，但由外壳磁场产生的接地电流很小，且具有结构简单、安装方便的优点。在实际应用中，也有采用整个封闭母线外壳只有一个接地点的，其目的是防止某一接地处接触不良时由于对地电流造成外壳局部过热。

全连式封闭母线与敞露式母线相比有以下优点：

（1）运行可靠性高。封闭母线防尘，不受自然环境和外物的影响，且各相间的外壳又相互分开，因而减低了相间短路的可能性。一般采用外壳多点接地，可保障人体接触时的安全。

（2）外壳环流的屏蔽作用，显著减小了母线附近钢构中的损耗和发热，可不用考虑附近钢构的发热问题。

（3）短路电流通过时，由于外壳环流和涡流的屏蔽作用，使母线之间的电动力大为减小，可加大绝缘子间的跨距。外壳之间的电动力也不很大，不会带来问题。

（4）由于母线和外壳可兼作强迫冷却的管道，因此母线载流量可做到很大。

全连式封闭母线有如下缺点：

（1）有色金属消耗约增加一倍。

（2）母线功率损耗约增加一倍。

（3）母线导体的散热条件（自然散热时）较差，相同截面下的母线载流量减小。

分相封闭母线的固定，一般都采用三个绝缘子支持的结构。这种结构具有不复杂、受力好、安装检修方便、且可采用轻型绝缘子等优点。

三、岱海电厂一期600MW发电机的封闭母线

岱海电厂一期600MW机组的发电机出口回路（20kV）、主变△回路、中性点、高厂变20kV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离相封闭母线，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。

发电机主回路封闭母线均采用铝制圆管形：额定电流为24000A，主回路母线直径900mm、厚度15mm，外壳直径1450mm、厚度10mm；△回路母线直径600mm、厚度15mm，△回路外壳直径1150mm、厚度8mm，分支回路母线直径150mm、厚度10mm，分支回路外壳直径700mm、厚度5mm，中性点外壳直径500mm、厚度5mm，在环境温度40℃时额定电流下导体温升不超过80℃，外壳温升不超过60℃。

高压厂用变压器低压侧、起动/备用变压器低压侧、励磁变压器低压侧及可控硅整流柜分支回路采用共相封闭母线，6.3 kV厂用回路额定电流4000A，管形母线直径150mm、厚度10mm、铝外壳600mm、厚度5mm。励磁交、直流回路额定电流5000A

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，外壳为全连接搭接型。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，整个封闭母线外壳只有一个接地点（一些教科书中只提到采用多点接地），接地点位于主变压器侧。封闭母线设有发电机短路试验装置。

为防止封闭母线停用时，屋外部分的封闭母线受冷凝而积水，设有恒温控制的空间加热器，以维持封闭母线内部的温度在露点以上。为防止万一发电机引出套管漏氢，造成发电机封闭母线内氢气积储而发生危险，在发电机出线端子箱上设置排氢孔，以便于氢气逸出。封闭母线的这一小段与其他部分之间采用环氧树脂套管加以密封。发电机中性点引出端亦如此处理。封闭母线内还设有检测氢气泄漏装置，以确保安全。

为方便试验，发电机主回路及高压厂用变压器分支回路内均设有可拆连接片。离相封闭母线设置有微正压装置，即外壳内充以干燥净化的空气，压力保持在300Pa～2500Pa之间，且外壳的空气泄漏率每小时不超过外壳内容积的2％～6％。

四、岱海电厂一期600MW发电机的封闭母线参数

1 离相封闭母线基本技术参数

2 共箱封闭母线基本技术参数