600MW機(jī)組電氣主接線系統(tǒng)培訓(xùn)教材

600MW機(jī)組電氣主接線系統(tǒng)培訓(xùn)教材第一節(jié)電力系統(tǒng)基本概述一、電力系統(tǒng)與電網(wǎng)發(fā)電廠將一次能源轉(zhuǎn)變成電能，這些電能需要通過一定方式輸送給電力用戶，在由發(fā)電廠向用戶供電過程中，為了提高其可靠性和經(jīng)濟(jì)性，廣泛通過升、降壓變電站，輸電線路將多個(gè)發(fā)電廠用電力網(wǎng)連接起來并聯(lián)工作，向用戶供電。這種由發(fā)電廠、升壓和降壓變電站、送電線路以及用電設(shè)備有機(jī)連接起來的整體，稱為電力系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)、原動(dòng)機(jī)的力能部分、供熱和用熱設(shè)備，則稱為動(dòng)力系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)中，由升壓和降壓變電站和各種不同電壓等級(jí)的送電線路連接在一起的部分稱為電網(wǎng)。二、電力生產(chǎn)的特點(diǎn)電能的生產(chǎn)與其它工業(yè)生產(chǎn)有著顯然不同的特點(diǎn)。1．電能不能大量?jī)?chǔ)藏電力系統(tǒng)中發(fā)電廠負(fù)荷的多少，決定于用戶的需要，電能的生產(chǎn)和消費(fèi)時(shí)時(shí)刻刻都是保持平衡的。電能的生產(chǎn)、分配和消費(fèi)過程的同時(shí)性，使電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)形成了一個(gè)緊密的有機(jī)聯(lián)系的整體，其中任一臺(tái)發(fā)、供、用電設(shè)備發(fā)生故障，都將影響電能的生產(chǎn)和供應(yīng)。2．電力系統(tǒng)的電磁變化過程非常迅速電力系統(tǒng)中，電磁波的變化過程只有千分之幾秒，甚至百萬分之幾秒；而短路過程、發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的喪失則在十分之幾秒或幾秒內(nèi)即可形成。為了防止某些短暫的過渡過程對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行和電氣設(shè)備造成危害，要求能進(jìn)行非常迅速和靈敏的調(diào)整及切換操作，這些調(diào)整和切換，靠手動(dòng)操作不能獲得滿意的效果，甚至是不可能的，因此必須采用各種自動(dòng)裝置。3．電力工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門之間有著極其密切的關(guān)系電能供應(yīng)不足或中斷，將直接影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門的生產(chǎn)，也將影響人們的正常生活，因此要求電力工業(yè)必須保證安全生產(chǎn)和成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的先行工業(yè)，必須有足夠的負(fù)荷后備容量，以滿足日益增長(zhǎng)的負(fù)荷需要。三、電力系統(tǒng)的運(yùn)行要求為了保證為用戶提供電能，電力系統(tǒng)的運(yùn)行必須滿足下列基本要求。1．保證對(duì)用戶供電的可靠性在任何情況下都應(yīng)該盡可能的保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的破壞，將引起系統(tǒng)設(shè)備損壞或供電中斷，以致造成國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門生產(chǎn)停頓和人民生活秩序的破壞,甚至發(fā)生設(shè)備和人身事故。電力用戶，對(duì)供電可靠性的要求并不一樣，即使一個(gè)企業(yè)中各個(gè)部門或車間，對(duì)供電持續(xù)性的要求也有所差別。根據(jù)對(duì)供電持續(xù)性的要求，可把用戶分為三級(jí)。一級(jí)負(fù)荷：如停止供電，將會(huì)危害生命、損壞設(shè)備、產(chǎn)生廢品和使生產(chǎn)過程混亂，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來重大損失等。二級(jí)負(fù)荷：如停止供電，將造成大量減產(chǎn)，城市大量居民的正?；顒?dòng)受到影響。三級(jí)負(fù)荷：指所有不屬于一級(jí)及二級(jí)的負(fù)荷，如非連續(xù)生產(chǎn)的車間及輔助車間和小城鎮(zhèn)用電等。對(duì)于一級(jí)負(fù)荷，至少要由兩個(gè)獨(dú)立電源供電，其中每一電源的容量，都應(yīng)在另一電源發(fā)生故障時(shí)仍能完全保證一級(jí)負(fù)荷的用電；對(duì)于三級(jí)負(fù)荷，不需要備用電源；對(duì)于二級(jí)負(fù)荷是否需要備用電源，要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后才能確定。2．保證電能的良好質(zhì)量即要求供電電壓(或電流)的波形為較嚴(yán)格的正弦波，保證系統(tǒng)中的頻率和電壓在一定的允許變動(dòng)范圍以內(nèi)，10～35kV及以上電壓供電的用戶和對(duì)電壓質(zhì)量有特殊要求的低壓用戶電壓允許偏移為±5％，頻率允許偏移為±0.5Hz。3．保證運(yùn)行的最大經(jīng)濟(jì)性電力系統(tǒng)運(yùn)行有三個(gè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，即生產(chǎn)每kW．h電的能源消耗(煤耗率、油耗率、水耗率等)，生產(chǎn)每度電的廠用電(廠用電率)，以及供配每kW．h電在電力網(wǎng)中的電能損耗(線損率)。提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，就是在生產(chǎn)和供配某一定數(shù)量的電能時(shí)，使上述三個(gè)指標(biāo)達(dá)到最小。為了實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施最佳經(jīng)濟(jì)調(diào)度。四、電力系統(tǒng)的效益電力系統(tǒng)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都可以收到很大的效益，主要有：1．減少系統(tǒng)中的總裝機(jī)容量由于電力系統(tǒng)供電的各用戶的最大負(fù)荷并不是同時(shí)出現(xiàn)的，因此，系統(tǒng)中綜合最大負(fù)荷總是小于各用戶最大負(fù)荷的總和。由于系統(tǒng)綜合最大負(fù)荷的降低，也就可以相應(yīng)地減少系統(tǒng)的總裝機(jī)容量。2．可以裝設(shè)大容量機(jī)組組成電力系統(tǒng)后，由于總負(fù)荷的增大，因此可以裝設(shè)大容量機(jī)組。大容量機(jī)組效率高，每千瓦投資以及維護(hù)費(fèi)用都比多臺(tái)小機(jī)組經(jīng)濟(jì)得多。但是，電力系統(tǒng)中所采用的最大機(jī)組容量，以不超過總裝機(jī)容量的15～20％為宜。3．能夠充分利用動(dòng)力資源建成電力系統(tǒng)后，就可以將發(fā)電廠建造在動(dòng)力資源產(chǎn)地，如在煤礦附近建立大型坑口電廠，在水能資源集中的地方建立大型水力發(fā)電站等。同時(shí)，有些形式的電廠，如熱電廠、水電廠、風(fēng)力電廠、原子能電廠等，如果不與系統(tǒng)并列，就很難保證持續(xù)正常供電以及發(fā)揮其最佳經(jīng)濟(jì)效益。4．提高供電可靠性在電力系統(tǒng)中，由于是多電源聯(lián)合供電，機(jī)組的臺(tái)數(shù)較多，即使個(gè)別機(jī)組或電源發(fā)生故障，其它機(jī)組或電源仍可以在出力允許的情況下多帶負(fù)荷，因此可以提高供電可靠性。5．提高電能質(zhì)量電能質(zhì)量用頻率和電壓來衡量，其數(shù)值應(yīng)根據(jù)規(guī)程要求保持在一定的允許變動(dòng)范圍內(nèi)。由于電力系統(tǒng)容量大，負(fù)荷波動(dòng)時(shí)所引起的頻率和電壓波動(dòng)就會(huì)減小，電能質(zhì)量可以提高。6．提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性建立電力系統(tǒng)后，除了充分利用動(dòng)力資源可以提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性外，在系統(tǒng)中還可以經(jīng)濟(jì)合理的分配各發(fā)電廠或各機(jī)組的負(fù)荷，使運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、效率高的機(jī)組多帶負(fù)荷，效率低、發(fā)供電成本高的機(jī)組少帶負(fù)荷，從而降低生產(chǎn)電能的成本。第二節(jié)電氣主接線的概念與基本要求發(fā)電廠電氣主接線是由多種電氣設(shè)備通過連接線，按其功能要求組成的接受和分配電能的電路，也稱一次接線或電氣主接線系統(tǒng)。用規(guī)定的設(shè)備文字和圖形符號(hào)將發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、開關(guān)電器、測(cè)量電器、保護(hù)電器、輸電線路等有關(guān)電氣設(shè)備，按工作順序排列，詳細(xì)表示電氣設(shè)備的組成和連接關(guān)系的單線接線圖，稱為電氣主接線圖。表1-1為電氣設(shè)備在電氣主接線圖中的代表符號(hào)。電氣主接線的選擇正確與否對(duì)電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和調(diào)度的靈活性，以及對(duì)發(fā)電廠的電氣設(shè)備選擇，配電裝置的布置，繼電保護(hù)及控制方式的擬定等都有重大的影響。在選擇電氣主接線時(shí)，應(yīng)注意發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中的地位、進(jìn)出線回路數(shù)、電壓等級(jí)、設(shè)備特點(diǎn)及負(fù)荷性質(zhì)等條件，并應(yīng)滿足下列基本要求。一、運(yùn)行的可靠性 發(fā)、供電的安全可靠性，是電力生產(chǎn)和分配的第一要求，主接線必須首先給予滿足。因?yàn)殡娔艿陌l(fā)、送、用必須在同一時(shí)刻進(jìn)行，所以電力系統(tǒng)中任何一個(gè)環(huán)節(jié)故障，都將影響到整體。事故停電不僅是電力部門的損失，更嚴(yán)重的是會(huì)造成國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的損失；此外，一些部門的停電還會(huì)造成人員傷亡；重要發(fā)電廠發(fā)生事故時(shí)，在嚴(yán)重情況下可能會(huì)導(dǎo)致全系統(tǒng)性事故。所以，主接線若不能保證安全可靠地工作，發(fā)電廠就很難完成生產(chǎn)和輸送數(shù)量和質(zhì)量均符合要求的電能。主接線的可靠性并不是絕對(duì)的，同樣形成的接線對(duì)某些發(fā)電廠來說是可靠的，但對(duì)另一些發(fā)電廠就不一定能滿足可靠性要求。所以在分析主接線的可靠性時(shí)，不能脫離發(fā)電廠在系統(tǒng)中的地位、作用以及用戶的負(fù)荷性質(zhì)等。衡量主接線的可靠性可以從以下幾個(gè)方面去分析：斷路器檢修時(shí)是否影響供電；設(shè)備或線路故障或檢修時(shí)，停電線路數(shù)目的多少和停電時(shí)間的長(zhǎng)短，以及能否保證對(duì)重要用戶的供電；有沒有使發(fā)電廠全部停止工作的可能性；運(yùn)行人員對(duì)系統(tǒng)主接線熟悉性。下表1-1是電氣設(shè)備在電氣主接線圖中的代表符號(hào)：表1-1二、具有一定的靈活性主接線不但在正常運(yùn)行情況下，能根據(jù)調(diào)度的要求，靈活地改變運(yùn)行方式，達(dá)到調(diào)度的目的；而且在各種事故或設(shè)備檢修時(shí)，能盡快地退出設(shè)備、切除故障，使停電時(shí)間最短、影響范圍最小，并且在檢修設(shè)備時(shí)能保證檢修人員的安全。三、操作應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單、方便主接線應(yīng)簡(jiǎn)單清晰、操作方便，盡可能使操作步驟簡(jiǎn)單，便于運(yùn)行人員掌握。復(fù)雜的接線不僅不便于操作，還往往會(huì)造成人員誤操作而發(fā)生事故。但接線過于簡(jiǎn)單，不但不能滿足運(yùn)行方式的需要，而且也會(huì)給運(yùn)行造成不便，或造成不必要的停電。四、經(jīng)濟(jì)上合理主接線在保證安全可靠，操作靈活方便的基礎(chǔ)上，還應(yīng)使投資和年運(yùn)行費(fèi)用最小，占地面積最少，使發(fā)電廠盡快地發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。第三節(jié)3/2接線電廠有關(guān)的基本接線形式有：一臺(tái)半斷路器接線（3／2接線）、橋型接線、雙母線接線等。這里主要講述一臺(tái)半斷路器接線。一、一臺(tái)半斷路器接線圖l-23／2接線如圖1-2所示，每?jī)蓚€(gè)元件（出線或電源）用三臺(tái)斷路器構(gòu)成一串接至兩組母線，稱為一臺(tái)圖l-23／2接線在裝設(shè)600MW機(jī)組的大容量電廠中，廣泛采用3／2接線，電源（進(jìn)線）和出線的接入點(diǎn)可采用兩種方式：一種是交叉接線，將兩個(gè)同名元件（電源或出線）分別布置在不同串上，并且分別靠近不同母線接入，即電源（變壓器）和出線相互交叉配置；另一種是非交叉接線（或稱常規(guī)接線），將同名元件分別布置在不同串上，但所有同名元件都靠近某一母線一側(cè)（進(jìn)線都靠近一組母線，出線都靠近另一組母線）。3/2接線優(yōu)點(diǎn)可以歸納如下：1.單個(gè)斷路器檢修時(shí)不影響連接元件的連續(xù)供電，也不需要進(jìn)行一系列的倒閘操作，減少了一次回路發(fā)生誤操作的機(jī)會(huì)。2.進(jìn)行母線的檢修或清掃時(shí)，不需要進(jìn)行復(fù)雜的操作。3.當(dāng)一組母線發(fā)生短路時(shí)，母線保護(hù)動(dòng)作后只跳開與該組母線相連的所有斷路器，不會(huì)使任何連接元件停電。4.在3/2接線中，各隔離開關(guān)只作為檢修斷路器時(shí)隔離用，不需要雙母線方式中進(jìn)行的倒閘操作，因此減少了隔離開關(guān)誤操作的機(jī)會(huì)。5.不裝設(shè)旁路母線，一次回路的布置清晰，配電裝置占地面積小，耗用材料少。6.當(dāng)一組母線或任一連接元件發(fā)生短路并伴隨斷路器失靈時(shí)，失靈保護(hù)動(dòng)作后需要跳開斷路器的數(shù)量最少，不會(huì)引起全廠停電。二、發(fā)電機(jī)－變壓器組單元接線發(fā)電機(jī)出口，直接經(jīng)變壓器接入高電壓系統(tǒng)的接線，稱為發(fā)電機(jī)－變壓器組單元接線。實(shí)際上，這種單元接線往往只是電廠主接線中的一部分或一條回路。關(guān)于發(fā)電機(jī)出口是否裝設(shè)斷路器的問題，目前我國(guó)及許多國(guó)家的大容量機(jī)組的單元接線中，發(fā)電機(jī)出口一般不裝設(shè)斷路器，其理由是：大電流大容量斷路器投資較大，而且在發(fā)電機(jī)出口至主變壓器之間采用封閉母線后，此段線路范圍的故障可能性亦已降低。甚至在發(fā)電機(jī)出口也不裝隔離開關(guān)，只設(shè)有可拆的連接片，以供發(fā)電機(jī)測(cè)試時(shí)用。第四節(jié)河曲二期2×600MW(級(jí))機(jī)組電氣主接線系統(tǒng)二期裝設(shè)的兩臺(tái)600MW機(jī)組，其發(fā)電功率直接輸送至500KV系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)和主變組成單元接線，發(fā)電機(jī)出口不設(shè)斷路器，將額定電壓為22KV的發(fā)電機(jī)經(jīng)三臺(tái)單相雙繞組、總?cè)萘考靶问綖?×240MVA，550－2×2.5%／20KV的主變升至500KV系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)至主變之間的引線采用分相封閉母線，勵(lì)磁系統(tǒng)采用全靜態(tài)可控硅整流的自并勵(lì)方式，其勵(lì)磁變壓器電源從發(fā)電機(jī)出口母線上引接。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)變壓器電阻接地，目的是限制發(fā)電機(jī)系統(tǒng)發(fā)生弧光接地時(shí)所產(chǎn)生過電壓不超過額定電壓的2.6倍，以保證發(fā)電機(jī)及其他設(shè)備的絕緣不被擊穿；其二次側(cè)負(fù)荷電阻作用是消除諧振，目前，大多數(shù)600MW機(jī)組采用經(jīng)中性點(diǎn)接地變壓器接地形式。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一臺(tái)高壓廠用變壓器，每臺(tái)額定容量為63MVA，變比22±2×2.5%／10.5／10.5KV，接線形式為D，yn1，yn1。兩臺(tái)機(jī)組設(shè)置一臺(tái)啟／備變，啟／備變電源來自500KV系統(tǒng)，啟／備變是三相三繞組變壓器，每臺(tái)額定容量為63MVA，變比為500±8×12.5%／10.5／10.5KV，接線形式為YN，yn0，yn0。啟／備變的容量能滿足預(yù)期的最大負(fù)荷。啟／備變作為廠用備用變壓器，當(dāng)汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、主變和高廠變等發(fā)生故障時(shí)，廠用電系統(tǒng)自動(dòng)從廠用變壓器切換到備用變壓器供電。發(fā)電機(jī)有功功率經(jīng)主變接入500KV系統(tǒng)，匯入一期原500KV系統(tǒng)3/2接線中（后附頁）。第五節(jié)離相封閉母線對(duì)于600MW機(jī)組而言，其發(fā)電機(jī)出口電流達(dá)20000A左右，那么母線附近就存在強(qiáng)大的交變磁場(chǎng)，這樣位于其中的鋼構(gòu)件由于渦流和磁滯損耗而發(fā)熱。如果鋼構(gòu)件形成較大尺寸的閉合回路，還會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生環(huán)流，引起很大的功率損耗和發(fā)熱，這個(gè)發(fā)熱決不能忽視。鋼構(gòu)件溫度升高，可能使材料產(chǎn)生熱應(yīng)力而引起變形或使接觸連接損壞。由于鋼構(gòu)件中的集膚效應(yīng)十分顯著，使鋼構(gòu)中的渦流都集中在鋼構(gòu)表面的薄層內(nèi)，在薄層中呈現(xiàn)很