电厂电气一次系统接线设计

电厂电气一次系统接线设计

杨宜

上海电力建设有限责任公司 上海 200335

摘要：一个电厂的电气主接线关系着整个电厂甚至电力系统整体运行的可靠性、灵活性和经济性等。因此，笔者结合多年来电厂的设计经验，对电厂电气一次系统的设计进行了总结及分析。

关键词：发电厂；电气一次系统接线；主变压器选择。

引言

一个发电厂工程从设计、建设、运行、维护等每个环节都息息相关，任何一个环节不到位都将严重影响整个工程。而做好设计工作，是整个工程最关键的一环，对于电厂建成投产后的运维安全可靠性和经济效益等，起着决定性的作用。为尽可能提升发电厂的运行可靠性、灵活性和经济性，在电气专业的设计工作中，设计人员需要引起高度重视。设计人员应根据自己的知识及经验制定一套最佳最适合的电气主接线方案。这样才能够提升电厂的可靠性、灵活性和经济性等，也能够规避一些问题和事故的发生，因此，该方面的研究具有较强的价值和意义。

一、电气主接线设计

电气主接线的确定需要经过多方面的细致考虑，如：

1）需要掌握电厂的规模以及对扩建的要求，比如是否有二期规划。

2）收集负荷资料，特别是由电厂直接供电的负荷资料，包括负荷大小、负荷性质、负荷的重要性及其发展情况。另外，还应掌握所接入系统的资料。

3）发电机的额定电压、厂用电的电压等级的选择，以及并网情况，综合考虑后确定。

4）拟定几个可行的方案，分析每个方案的利弊，各种方案中的主要电气设备，充分的进行技术经济比较，最后确定一个最合理的电气主接线。

单母线接线，其优点是接线简单、设备少、操作方便；但也有不少的缺点，如：母线在故障或检修时，将会使全厂停电，故一般只适用于规模不大、机组容量较小及用户对可靠性要求不高的场合。

当机组台数在2台及以上时，为了提高单母线接线供电的可靠性和灵活性，缩小事故或检修的影响范围，可采用单母线分段接线。一般分段数目等于电源的数量，发电机及负荷出线应尽量在各母线段上均匀分配。单母线分段接线的优点是，对重要负荷可以分别从两段母线各引出1个回路，实现双电源供电。单母线分段接线也有其缺点，例如：当任意一段母线故障或检修时，有双电源供电的重要用电负荷能够从另一段正常母线获取电源，但对于没有双电源供电的其他负荷，由于仅接于故障母线所以肯定是需要停电的。对于较大容量的发电机组或多台机组，以及为了满足供电可靠性要求很高的重要用电负荷的场合，一般采用双母线接线。双母线接线有着以下一些优点，例如：经过双母线的隔离开关倒闸操作，可以使得双母线每组母线分别检修时不会中断供电；一组母线故障时，马上可以恢复供电；每一个电源或是用电负荷可以接至任意的一组母线上，这样就可以适应系统中的一些运行方式调度或是潮流变化需要；扩建时，不会影响电源和用电负荷的均匀分配且不会引起停电；由于双母线接线容易出现双回路架空出线交叉跨越，通过合理设计和布置可以避免出现此类情况。双母线主要的缺点是增加了投资：增加一组母线；每个回路都需要增加一组隔离开关；需要较多的联锁或程序控制等。

对于有升高电压的发电厂，发变组单元接线方式简单，可靠性高。各电气设备是成组工作的，降低了继电保护的复杂性，也简化了配电装置，降低投资。发变组单元接线也有其缺点，如：接线中任一主要设备故障或检修时，该单元需要停止工作。随着设备可靠性的提高，使得设备检修及故障大大减少，发变组单元接线既可靠又简单，符合较大容量机组的主接线要求及特点，所以已经得到广泛的应用。

发电机的中性点和主变的中性点接地也是电气主接线中的关键性问题，同时也直接影响着电厂的运行。

如果发电机单相接地故障电容电流值超过允许值将会损坏发电机。当发电机定子绕组发生单相接地故障时，估算出的发电机单相接地故障电容电流不超过允许值，则可采用发电机中性点不接地方式，但发电机中性点需装设避雷器、出线端装设电容器和避雷器以避免产生过电压，一般适用于125MW及以下中小型机组不要求瞬时切机。如发电机接地电流超过允许值，则需要在发电机中性点采取经消弧线圈或高电阻接地的措施。经消弧线圈接地方式适用于中小型机组或某些大机组要求能带单相接地故障运行时。而经高电阻接地方式适用于大机组要求单相接地故障立即跳闸停机。

主变中性点接地方式取决于此电压等级的电网的中性点接地方式。

电气主接线在进行设计的时候，还必须考虑到短路电流的问题。如果短路电流过大，那么所有选择的电气设备造价将大幅度增加，则设计不满足经济性要求。限制短路电流的方法主要有加装限流电抗器。第一，装设母线分段电抗器，可以限制并列运行的发电机提供的短路电流。第二，在发电机或主变回路加装电抗器或分裂电抗器。第三，在直配线上装设电抗器，其效果好，但施工安装工程量大，运行费用也高。

在电气主接线设计上一直存在争议的一个问题是，是否装设发电机出口断路器。主要矛盾是装设发电机出口断路器固然增加了的可靠性和灵活性，但大机组发电机出口断路器价格昂贵。故虽然技术上装比不装有着各种优势，但很多工程还是选择不装设发电机出口断路器。随着技术的不断改进，相信如果发电机出口断路器的造价降低，那么装设出口断路器的经济性也会越来越明显。是否有发电机出口断路器还关系着主变的选择问题，下文具体阐述。

由此可见，电气主接线的设计如果仅仅满足了可靠性和灵活性失去了经济性，电厂也无法维持下去。但为了达到经济性牺牲了可靠性，那很可能会造成事故并带来更大的损失。

二、电气一次系统中做好主变压器的选择工作

下面主要就主变型式选择展开分析：

1）主变相数：

采用单相变压器还是三相变压器主要是制造条件、供电可靠性及运输等决定的。大型变压器制造困难，造价贵，而且变压器尺寸过大也会产生运输困难等问题。供电可靠性主要体现在：如果使用单相变压器，当其中一台单相变压器故障或检修，则另外两台变压器也需要停运。但如果使用两台三相变压器，一台变压器检修或故障，其余变压器不受影响。因此，在选用变压器相数时，如果不受变压器尺寸导致运输问题的影响，则一般选用三相变压器。如单台三相变压器容量过大，则可选用两台三相变压器。

2）主变绕组数：

中小型机组的发电厂，当有2种升压等级时，宜采用三绕组变压器，但一般不超过两台。由于其价格高、运行检修困难、配电装置布置复杂、且台数过多会造成中压侧短路容量过大。所以要限制三绕组变压器的数量。对于大型机组，其升压变一般不采用三绕组变压器。因为发电机出口不设断路器且采用可靠性很高的分相封闭母线，而封闭母线一般不设断路器和隔离开关。采用三绕组变压器时，发电机出口要求装设断路器。所以综合考虑下来，大型机组采用两种升高电压的双绕组变压器更合适。此外，三绕组变压器的中压侧因制造原因一般没有分接头，从而对高压、中压侧调压及负荷分配不利；采用三绕组变压器容易造成主厂房前变压器和引线的布置困难和复杂。

综上，在设计选择主变时，所选变压器型式不同，其相应设备也会不同，厂房厂区布置也将不同。所以选择最为合适的主变，对电气主接线整体有很大的影响。

三、结束语

电气主接线不光和本专业的设计有关，还对土建、暖通、机务等专业都会有一定的影响。所以电气主接线的设计并不是一成不变，更不是唯一的。在所有可行的方案里选出最为合适的方案不光需要知识的累积，更重要的是丰富的经验。在施工设计的过程中，会不断出现各种问题，如果有丰富的经验，那么在一开始选择主接线方案的时候就可以将其避免。一个电厂的主接线方案可以有很多种，主接线方案更不存在完美的。但如果能考虑到各方面的因素，且提前想到并尽量规避掉一些可能出现的问题，那么这套方案就是成功的。

参考文献:

［1］于志峰．浅析电厂电气一次系统设计［J］．科技与创新，2014(15):15～16．

［2］田僖．电气主接线及有关设备选择的探讨［J］．工程建设与设计，2019(22):57～58．

［3］王彩菊．中小型变电站中电气主接线的设计及应用［J］．通信电源技术，2019(11):119～121．

作者介绍：

杨宜（1987.12.30），性别 女；籍贯 宁波；民族 汉族 ；学历 大学本科；职称 工程师：职务：电气热控设备监造；研究方向：电气一次设备及设计； 单位：上海电力建设有限责任公司。