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摘要：电气主接线设计对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济性具有重大影响。本文主要对大型火电厂的一次部分电气主接线设计实例进行分析。
关键词：火电厂；变压器；电气主接线；设计
Abstract: The overall and power plants, the main electrical wiring design on power system reliability, flexibility and economy power own operation has a significant impact. This paper analysis the large-scale thermal power plants a part of electrical main wiring design of case.
Key words: thermal power plant; transformers; electrical main wiring design;
中图分类号：TM41
大型火电厂的一次部分设计,主要包括电气主接线的形式的比较、选择；主变压器、启动/备用变压器和高压厂用变压器容量计算、台数和型号的选择；厂用电主接线的部分设计；短路电流计算和高压电气设备的选择与校验等。电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济性，电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。本文重点对火电厂变压器系统设计中的电气主接线设计进行分析。
一、主接线设计性能分析
电气主接线又称为电气一次接线，是将电气设备以规定的图形和文字符号，按电能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单相接线图。主接线代表了发电厂或变电所高电压、大电流的电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。它直接影响电力生产运行的可靠性、灵活性，同时它反映各设备的作用、连接方式和回路的相互关系[1]。所以，它的设计直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。概括地说包括以下三个方面：
1．可靠性
在研究主接线可靠性时应重视国内外长期运行的实践经验和其可靠性的定性分析；主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合，在很大程度上也取决于设备的可靠程度。可靠性的具体要求在于断路器检修时，不宜影响对系统的供电；断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。
2．灵活性
主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。在调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式的系统调度要求[2]；在检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。
3．经济性
要节省投资，主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备；要节省继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆；要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器；主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少；经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量、要避免因两次变压而增加电能损失。
二、电气主接线工程实例资料分析
1）总装机容量为2400MW，占系统总容量的20%，对于总装机容量超过系统总装机容量为2400MW，占系统总容量的20%，对于总装机容量超过系统总容量的15%时，该电厂在系统中的地位和作用至关重要。单机容量的选择不宜大于系统总容量的10%，以保证在该机检修或事故情况下系统供电的可靠性，另外，为使生产管理及运行、检修方便，一个发电厂内单机容量以不超过两种为宜，台数不超过6台为宜，且同容量的机组应尽量选用同一型式，所以，选取凝汽式300MW和600MW发电机组符合要求。
2）运行方式及年最大负荷利用小时数直接影响主接线的设计。该厂年最大负荷利用小时数为6500h，且单机容量在200MW以上，其主接线应务必保证供电可靠性为主进行选择。其次，考虑其远景（5～10年）的发展规划，主接线设计应考虑方便扩建。
三、电气主接线设计方案选择分析
根据对原始资料的分析，由于该区域的负荷属于重要负荷，在系统中占据重要位置，所以在设计电气主接线时主要以可靠性考虑较多，首先对火电厂的电气主接线综合设计了2种电气主接线方案，综合考虑各方面因素，最后从这2种方案中筛选一种较优的方案。
方案1如图2-1所示：
图2-1电气主接线方案1
所设计的方案一的220kV系统采用双母三分段接线方式，母线上都有单独的母联断路器和分段断路器，500kV采用一台半断路器接线方式。其中将四台300MW的发电机组接于220kV的系统中，两台600MW的发电机组接于500kV的系统中。从220kV母线上引出高压厂用工作变压器和启动备用变压器，并且将220kV系统与500kV系统用联络变压器连接，其联络变压器低压侧供电给厂用的35kV母线上，同时引出两台启动备用变压器供厂用电部分。
方案2如图2-2所示：
图2-2电气主接线设计方案2
所设计的方案2，其220kV系统采用双母三分段带旁路母线接线方式，每段母线上都有单独的母联断路器、分段断路器以及旁路断路器，在主变压器进线回路也接入旁路母线，500kV采用一台半断路器接线方式。其中将四台300MW的发电机组接于220kV的系统中，两台600MW的发电机组接于500kV的系统中。从220kV母线上引出高压厂用工作变压器和启动备用变压器，并且将220kV系统与500kV系统用联络变压器连接，其联络变压器低压侧供电给厂用的35kV母线上，同时引出两台启动备用变压器供厂用电部分。
针对上述的2种方案，都采用了发电机—双绕组变压器单元接线，这是大型机组广为采用的接线形式。为了避免额定电流或短路电流过大，而且选择出口断路器时受到制造条件或价格发电机出口不装设断路器。
两种方案220kV系统都采用了双母线接线方式，不同的是，方案1采用的是双母三分段接线方式，方案2采用双母三分段带旁路母线接线方式。双母线接线方式有提高了供电的可靠性，运行方式灵活，扩建方便，可向母线任一端扩建等优点。其中双母带旁路母线接线方式在一般双母线的基础上增设了旁路母线及旁路断路器，这种接线运行操作方便，不影响双母线的运行方式[3]。当任一段母线检修或故障时，提高了供电的可靠性，但多用一组旁路母线、一台旁路断路器和多台旁路隔离开关，增加投资和占地面积，且旁路断路器的继电保护整定复杂。双母三分段接线方式将一般双母线中的一组母线分为两段，此种接线有两种运行方式：
（1）上面的母线作为备用，下面的两段分别经一台母联断路器与备用母线相连。正常运行时，电源、线路分别接于两个分段上，分段断路器合上，两台母联断路器均断开， 相当于分段单母线运行。这种方式又称为工作母线分段的双母线接线，具有分段单母线和一般双母线的特点，而且有更高的可靠性和灵活性。
（2）上面一组母线作为一个工作段电源和负荷均分在三个分段上运行，母联断路器和分段断路器均合上，这种方式在一段母线故障时，停电范围均为1/3。而方案2中综合了方案1双母三分段接线，采用了双母三分段带旁路母线接线方式，在主变压器进线回路也接入旁路母线，其中装设了两台母联断路器、旁路断路器及一台分段断路器。此种方案要求220kV配电装置的进出线回路数为10～14回时，采用双母三分段带旁路母线，所以上述方案2的設计也符合设计要求。其供电的可靠性较前一种方案更高，但是其占地面积和投资更大，继电保护整定更加复杂。由于对供电可靠性的要求，不允许停电检修断路器，所以以上两种方案都适用于110kV ～220kV系统，但是如果同时有两段以上的母线故障或检修，方案1的供电可靠性就低于方案2。考虑到未来5～10年的扩建要求，2个方案都具有可扩建性，相对于方案2来说，其供电的灵活性和可扩建性更高。
结论：
综合考虑，因为其电厂在系统中的地位重要、主要承担基本负荷、负荷曲线平稳、设备利用小时数高、发展可能性大，因此对于主接线要求较高。所以采用方案2的设计，不设发电机电压母线，发电机与主变压器采用简单可靠的单元接线方式，发电机出口至主变压器低压侧之间采用封闭母线，所以对于220kV系统，采用双母线三分段带旁路母线接线方式，对于500kV电压等级采用一台半断路器接线方式。
参考文献：
[1] 王明东,禹丽爽.基于灰色局势决策的变电所电气主接线方案选择[J].电力系统保护与控制,2011,39(7):79-82,88.DOI:10.3969/j.issn.1674-3415.2011.07.014.
[2] 李哲,鲁宗相,刘井泉等.基于GO法的核电厂电气主接线系统可靠性分析[J].核动力工程,2010,31(3):69-73,77.
[3] 齐桢桢.浅谈变电站电气主接线设计[J].科海故事博览·科教创新,2012,(12):170.
关键词：火电厂；变压器；电气主接线；设计
Abstract: The overall and power plants, the main electrical wiring design on power system reliability, flexibility and economy power own operation has a significant impact. This paper analysis the large-scale thermal power plants a part of electrical main wiring design of case.
Key words: thermal power plant; transformers; electrical main wiring design;
中图分类号：TM41
大型火电厂的一次部分设计,主要包括电气主接线的形式的比较、选择；主变压器、启动/备用变压器和高压厂用变压器容量计算、台数和型号的选择；厂用电主接线的部分设计；短路电流计算和高压电气设备的选择与校验等。电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济性，电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。本文重点对火电厂变压器系统设计中的电气主接线设计进行分析。
一、主接线设计性能分析
电气主接线又称为电气一次接线，是将电气设备以规定的图形和文字符号，按电能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单相接线图。主接线代表了发电厂或变电所高电压、大电流的电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。它直接影响电力生产运行的可靠性、灵活性，同时它反映各设备的作用、连接方式和回路的相互关系[1]。所以，它的设计直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。概括地说包括以下三个方面：
1．可靠性
在研究主接线可靠性时应重视国内外长期运行的实践经验和其可靠性的定性分析；主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合，在很大程度上也取决于设备的可靠程度。可靠性的具体要求在于断路器检修时，不宜影响对系统的供电；断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。
2．灵活性
主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。在调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式的系统调度要求[2]；在检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。
3．经济性
要节省投资，主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备；要节省继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆；要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器；主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少；经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量、要避免因两次变压而增加电能损失。
二、电气主接线工程实例资料分析
1）总装机容量为2400MW，占系统总容量的20%，对于总装机容量超过系统总装机容量为2400MW，占系统总容量的20%，对于总装机容量超过系统总容量的15%时，该电厂在系统中的地位和作用至关重要。单机容量的选择不宜大于系统总容量的10%，以保证在该机检修或事故情况下系统供电的可靠性，另外，为使生产管理及运行、检修方便，一个发电厂内单机容量以不超过两种为宜，台数不超过6台为宜，且同容量的机组应尽量选用同一型式，所以，选取凝汽式300MW和600MW发电机组符合要求。
2）运行方式及年最大负荷利用小时数直接影响主接线的设计。该厂年最大负荷利用小时数为6500h，且单机容量在200MW以上，其主接线应务必保证供电可靠性为主进行选择。其次，考虑其远景（5～10年）的发展规划，主接线设计应考虑方便扩建。
三、电气主接线设计方案选择分析
根据对原始资料的分析，由于该区域的负荷属于重要负荷，在系统中占据重要位置，所以在设计电气主接线时主要以可靠性考虑较多，首先对火电厂的电气主接线综合设计了2种电气主接线方案，综合考虑各方面因素，最后从这2种方案中筛选一种较优的方案。
方案1如图2-1所示：
图2-1电气主接线方案1
所设计的方案一的220kV系统采用双母三分段接线方式，母线上都有单独的母联断路器和分段断路器，500kV采用一台半断路器接线方式。其中将四台300MW的发电机组接于220kV的系统中，两台600MW的发电机组接于500kV的系统中。从220kV母线上引出高压厂用工作变压器和启动备用变压器，并且将220kV系统与500kV系统用联络变压器连接，其联络变压器低压侧供电给厂用的35kV母线上，同时引出两台启动备用变压器供厂用电部分。
方案2如图2-2所示：
图2-2电气主接线设计方案2
所设计的方案2，其220kV系统采用双母三分段带旁路母线接线方式，每段母线上都有单独的母联断路器、分段断路器以及旁路断路器，在主变压器进线回路也接入旁路母线，500kV采用一台半断路器接线方式。其中将四台300MW的发电机组接于220kV的系统中，两台600MW的发电机组接于500kV的系统中。从220kV母线上引出高压厂用工作变压器和启动备用变压器，并且将220kV系统与500kV系统用联络变压器连接，其联络变压器低压侧供电给厂用的35kV母线上，同时引出两台启动备用变压器供厂用电部分。
针对上述的2种方案，都采用了发电机—双绕组变压器单元接线，这是大型机组广为采用的接线形式。为了避免额定电流或短路电流过大，而且选择出口断路器时受到制造条件或价格发电机出口不装设断路器。
两种方案220kV系统都采用了双母线接线方式，不同的是，方案1采用的是双母三分段接线方式，方案2采用双母三分段带旁路母线接线方式。双母线接线方式有提高了供电的可靠性，运行方式灵活，扩建方便，可向母线任一端扩建等优点。其中双母带旁路母线接线方式在一般双母线的基础上增设了旁路母线及旁路断路器，这种接线运行操作方便，不影响双母线的运行方式[3]。当任一段母线检修或故障时，提高了供电的可靠性，但多用一组旁路母线、一台旁路断路器和多台旁路隔离开关，增加投资和占地面积，且旁路断路器的继电保护整定复杂。双母三分段接线方式将一般双母线中的一组母线分为两段，此种接线有两种运行方式：
（1）上面的母线作为备用，下面的两段分别经一台母联断路器与备用母线相连。正常运行时，电源、线路分别接于两个分段上，分段断路器合上，两台母联断路器均断开， 相当于分段单母线运行。这种方式又称为工作母线分段的双母线接线，具有分段单母线和一般双母线的特点，而且有更高的可靠性和灵活性。
（2）上面一组母线作为一个工作段电源和负荷均分在三个分段上运行，母联断路器和分段断路器均合上，这种方式在一段母线故障时，停电范围均为1/3。而方案2中综合了方案1双母三分段接线，采用了双母三分段带旁路母线接线方式，在主变压器进线回路也接入旁路母线，其中装设了两台母联断路器、旁路断路器及一台分段断路器。此种方案要求220kV配电装置的进出线回路数为10～14回时，采用双母三分段带旁路母线，所以上述方案2的設计也符合设计要求。其供电的可靠性较前一种方案更高，但是其占地面积和投资更大，继电保护整定更加复杂。由于对供电可靠性的要求，不允许停电检修断路器，所以以上两种方案都适用于110kV ～220kV系统，但是如果同时有两段以上的母线故障或检修，方案1的供电可靠性就低于方案2。考虑到未来5～10年的扩建要求，2个方案都具有可扩建性，相对于方案2来说，其供电的灵活性和可扩建性更高。
结论：
综合考虑，因为其电厂在系统中的地位重要、主要承担基本负荷、负荷曲线平稳、设备利用小时数高、发展可能性大，因此对于主接线要求较高。所以采用方案2的设计，不设发电机电压母线，发电机与主变压器采用简单可靠的单元接线方式，发电机出口至主变压器低压侧之间采用封闭母线，所以对于220kV系统，采用双母线三分段带旁路母线接线方式，对于500kV电压等级采用一台半断路器接线方式。
参考文献：
[1] 王明东,禹丽爽.基于灰色局势决策的变电所电气主接线方案选择[J].电力系统保护与控制,2011,39(7):79-82,88.DOI:10.3969/j.issn.1674-3415.2011.07.014.
[2] 李哲,鲁宗相,刘井泉等.基于GO法的核电厂电气主接线系统可靠性分析[J].核动力工程,2010,31(3):69-73,77.
[3] 齐桢桢.浅谈变电站电气主接线设计[J].科海故事博览·科教创新,2012,(12):170.