第二章 电气主接线设计
2-1 电气主接线设计的基本要求
一、供电 可靠性和电能质量
⒈供电可靠性和电能质量:根据用电负荷的性质和由于事故停电在政治、经济上造成损失或影响的程度,对用电设备提出不中断供电的要求,用电负荷分为下列三级:
⑴一级负荷:中断供电将造成人身伤亡者或将在政治、经济上造成重大损失者或重大影响者。其供电决不允许中断,供电方式要求两个独立电源。独立电源要求当任一个电源发生故障, 不 影响另一个电源的正常工作。电源来自不同的发电机或来自发电厂、变电所的不同母线段。
⑵二级负荷:中断供电在政治上、经济上造成较大损失者或较大影响者。供电方式要求有两回线路,允许短时停电,如几分钟。
⑶三级负荷:不属于一级和二级负荷者;对供电方式无特殊要求。
对主接线供电可靠性的评价:
⑴定性分析:因事故被迫中断供电的机会越少。停电影响范围越小,供电时间越短,主接线可靠性程度就越高。
⑵定量分析计算;主接线可靠性分析计算。
供电可靠性的客观衡量标准是运行实践,衡量主接线运行可靠性的标志是:
①断路器检修时,能否不影响供电。
②线路、断路器或母线故障时,停电出线回路数的多少和停电时间的长短,以及能否保证对重要用户的供电。
⑶发电厂、变电所全部停电的可能性。
⑷对大机组超高压情况下的电气主接线,应满足可靠性准则的要求。
①对于单机(或扩大单元)容量在300MW及以上的发电厂可靠性准则:
A、任何断路器检修,不影响对用户的供电。
B、任一进、出线断路器故障或拒动,不应切除一台以上机组和相应的线路。
C、任一台断路器检修和另一台断路器故障或拒动时,都不应切除两台以上机组和相应的线路。
D、经论证,在保证系统稳定和发电厂不致全停的条件下,允许切除两台以上300MW机组。
②对于330~500kV变电所电气主接线,可靠性准则:
A、任何断路器检修和另断路器故障或拒动相重合时,不宜切除两回以上超高压线路。
B、任何断路器检修,不得影响用户的供电。
C、一段母线故障(或连接在母线上的进出线断路器故障或拒动),宜将故障范围限制到不超过整个母线的四分之一,当分段或母联断路器故障时,其故障范围宜限制到不超过整个母线的二分之一。
D、经过论证,在保证系统稳定的条件下,才允许故障范围大于上述要求。
③供电质量:衡量电能质量好坏的基本指标是电压、频率、供电连续可靠。主接线要各种运行方式下应能满足要求,特别是兼作调频厂的主接线。
二、具有一定的灵活性和方便性
⒈灵活性:应能灵活地投入(或切除)某些机组、变压器或线路,调配电源和负荷,不仅在正常运行时能安全可靠地供电,并且能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度和要求,能灵活地进行方式的转换。
2.方便性:力求接线简单、清晰、明了,使运行人员操作、检修方便,以避免误操作,应能方便地停下断路器、母线及其继电保护设备,进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。
三、具有经济性:在满足技术要求的前提下,力求经济合理。
⒈投资省:①主接线应简单、清晰、以节约断路器、隔离开关等到一次设备的投资;② 要使控制、保护方式不过于复杂,以利于运行并节约二次设备和电缆投资;③要适当限制短路电流,以便选择轻型,价格合理的电器设备;④终端或分支变电所中,应推广直降式(110/6~10kV)变电所和以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器。
⒉占地面积小:①电气电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件,以便节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用;②在运输条件许可的地方,都应采用三相变压器。
⒊电能损耗少:经济合理地选择主变压器的型式、容量和台数避免两次变压器而增加电能损失。
四、具有扩建和发展的可能性
⒈不仅要考虑近期投产的发电厂、变电所,而且要考虑远景规划,十年内负荷发展的情况,发电机、变压器、馈线扩建的可能性。
⒉主接线设计要留有余地,不仅要考虑最终接线的实现,同时还要兼顾到分期过渡接线的可能和施工的方便。应能容易地从初期过渡到最终接线,使在扩建过渡时,一次和二次设备等所造最少。
2-2 主变压器台数、容量、型式的选择
一、主变压器台数、容量、型式的选择原则
⒈主变压器台数:
⑴ 保证供电可靠性,变电所一般装设两台变压器。
⑵当只有一个电源或变电所可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时,可装设一台。
⑶对于大型枢纽变电所,根据工程具体情况,可安装2~4台变压器。
⒉主变压器容量:
⑴主变压器的容量应根据5~10年的发展规划进行选择,并考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力。
⑵对装一台变压器的变电所,变压器的额定容量应满足用电负荷的需要,按下式选择:
Sn≥k∑SM或Sn≥k∑PM/cosφ
式中:Sn——变压器额定容量(kVA)
SM,PM——变电所最大负荷的视在功率和有功功率(kVA,KW)
K—— 负荷同时率,可取0.85;
cosφ——负荷功率因数
⑶ 对装有两台变压器的变电所中,当一台断开时,另一台变压器的容量保证60%全部负荷供电,但应保证用户的一级负荷和大部分三级负荷,每台变压器容量一般按下式选择:Sn≥0.6Sm或Sn≥0.6Pm/cosφ
⑷主变压器容量选择还应考虑周围环境温度的影响
Sn≥0.6Sm/kθ
式中:kθ——周围环境温度修正系数
⑸我国油浸式变压器在正常和事故情况下的负荷能力。
①变压器的正常过负荷能力:变压器的正常过负荷能力,是以不牺牲变压器正常预期寿命为原则而控制的,必须根据环境温度、实际负荷曲线以及变压器的数据,计算变压器的老化率。一般来讲自然油循环的变压器过负荷不应超过30%;强迫油循环的变压器过负荷不应超过20%。
②事故过负荷能力:当系统发生事故时,保证不间断供电是首要任务,变压器绝缘老化加速是次要的,所以事故过负荷与正常过负荷不同,它是以牺牲变压器寿命为代价的。
⒊变压器的型式:
⑴一般采用三相式变压器;
⑵具有三种电压的变电所,如通过主变压器各侧绕组的功率均达到15%Sn以上时,可采用三绕组变压器。其中当主网电压为110~220kV,而中压网络为35kV时由于中性点具有不同的接线方式,应采用普通的三绕组变压器;当电网电压为220kV及其以上,中压为110kV及以上时,多采用自耦变压器,以得到较大的经济效益。
⒋主变调压方式:
为了保证发电厂或变电所的供电质量,电压必须维持在允许范围内。通过变压器分接头开关切换,改变变压器高压侧绕组匝数,从而改变其变化,实现电压调整。切换方式有两种:不带电切换,称为无激励调压,调整范围通常在±2 × 2.5%以内;另一种是带负荷切换,称为有载调压,调整范围可达30%,其结构复杂,价格较贵,只在以下情况下采予选用:
⑴接于出力变化大的发电厂主变压器,特别是潮流方向不固定,且要求变压器副边电压维持在一定水平时;
⑵接于时而为送端,时而为受端,具有可逆工作特点的联络变压器,为保证供电质量,要求母线电压恒定时;
⑶发电机经常在低压功率因数下运行时。
⒌冷却方式:
电力变压器的冷却方式,随其型式和容量不同而异,一般有以下几种类型。
A、自然风冷却:一般选用于7500kVA以下的小容量变压器。
B、强迫空气冷却:又简称风冷式。容量大于1000kVA的变压器,在绝缘允许的油箱尺寸下,即使有辐射器的散热装置仍达不到要求时,通常采用人工风冷。
C、强迫油循环水冷却:当油温降到一定程度时油的粘度增加使油流降低,对大容量变压器达不到预期冷却效果时,采用此方法,在水源充足的条件下,采用这种冷却方式极为省利。
D、强迫油循环风冷却:其原理同于近油循环水冷却。
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