第四篇电气设备上

第四篇 电气设备

1. 电气设备主接线方式

1.1 220KV系统接线方式

图1—1 电气主接线

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。一般在研究主接线方案和运行方式

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时，为了清晰和方便，通常将三相电路图描绘成单线图，在绘制主接线全图时，将互感器、避雷器、电容器、中性点设备以及载波通信用的高频阻波器等也表示出来。 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。

我厂发电机组采用可靠的发电机—变压器组单元接线，将发电机额定电压20KV经三台单相容量各为240MVA的主变压器组升高电压至220KV，通过一个半断路器与系统可靠连接。

220KV变电所接线采用一个半断路器的双母线接线方式，两个元件引线接往两组母线组成一个半断路器接线，如图1—1，每一回路经一台断路器接至母线，两回路设一台联络断路器，形成一串，又称二分之三接线。运行时，两组母线和全部断路器都投入工作，形成多环状供电，具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修，均不致于停电，除联络断路器故障时，与其相连的两回线短时停电外，其他任何断路器故障或检修都不会中断供电，甚至两组母线同时故障的极端情况下，功率仍能继续输出。此种接线运行方便，操作简单，隔离开关只在检修时作为隔离电器，为进一步提高接线的可靠性，并防止联络断路器故障可能同时切除两组电源线路，尽量把不同名元件布置在同串上，同名元件分别接在不同母线上。如图中右边的一串，即将变压器和出线同串交叉配置，此时，将增加配电装置间隔。

⑴ 一次回路的突出优点

一个半断路器接线是从双母线双断路器改进而成的，这种接线有高度的灵活性和可靠性。表现在：

① 任何一组母线或一台断路器检修退出工作时，都不会影响供电，并且操作程序简单，能够同时检修一个母线的所有母线隔离开关，从而简化检修时的倒闸操作工作。

② 由于每个回路有两台断路器，从而方便了断路器的检修。隔离开关不被用来倒闸操作，减少了误操作引起事故的几率。

③ 配电装置可以很容易地分为两个部分，母线系统之间的回路可以任意分配，所有切换都由断路器进行。

④ 继电保护对母线系统之间回路的分配没有任何限制。 ⑤ 任一台断路器故障或拒动时，只影响一个回路。

⑥ 在母线区域内故障时，故障母线的所有断路器自动断开，不影响任何回路运行。 一个半断路器接线是一种没有多回路集结点的双重连接的多环状接线，是现代国内外大型发电厂和变电所超高压配电装置应用最广泛的一种典型接线。其突出的优点为： ① 运行调度灵活，正常时两条母线和全部断路器都投入运行，从而形成多环状的供电，运行调度灵活。

② 操作检修方便，隔离开关仅作检修时用，避免了大量倒闸操作，当一组母线停电清扫或检修时，回路不需要切换，任何一台断路器检修时各回路仍按原接线方式运行，也不需要切换。

③ 有高度的可靠性，每一回路由两台断路器供电，发生母线故障时，只跳开与此母线相连的所有断路器，其它回路不停电。在事故与检修相重合情况下的停电回路不会多于两回。 ⑵ 一次回路存在的问题

① 如进出线数为n，在双母线情况下采用的断路器数为n+2个，而一个半断路器接线情况下采用的断路器数为1.5n个,使变电所的造价增大。

② 当任一连接元件发生短路时，需要同时跳开两个断路器。在断路器制造或检修质量不太理想条件下，这对电力系统稳定或连续供电是不利因素。断路器跳闸次数的增加，也增加了断路器的检修工作量，对于一串中的中间断路器，由于跳闸的次数最多，需要检修的工作量也最大。

③ 当一串中的断路器如2241DL检修时，同串的三城线发生故障时，将使该串中的两条线路同时停电。

④ 当一个断路器如2241DL检修时，断路器2242DL和相应的电流互感器要流过三城

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线和三南乙线的和电流，即连接元件额定电流为和电流。

⑤ 线路或变压器的保护需接在两组电流互感器二次和电流中，因此一方面要增加电流互感器的数量，同时由于电流互感器的比值误差和励磁回路汲出作用，给继电保护的运行带来一些困难。

⑥ 在双母线接线情况下，当线路断路器检修时，可利用旁路断路器和它的继电保护来代替线路断路器和线路继电保护，所以线路继电保护可在线路断路器检修时进行检修和校验，而在一个半断路器接线情况下，一个断路器可停用和检修，相应的线路保护却不能同时检修和校验，因此，对于线路保护必须采取双重化措施。

⑦ 如图，三南乙线靠近对侧发生短路同时伴随断路器2240DL失灵时，失灵保护动作跳开断路器2241DL。但为了跳开线路对侧开关，三城线对侧的保护在相邻线路上应装设音频远方跳闸装置，利用2240DL的失灵保护起动远方跳闸装置，使之跳开对侧的开关。在每回线路上，除了需要主保护双重化所需的2个高频通道外，还应增加远方跳闸装置所需的一个音频通道，使通道的安排带来困难。

⑧ 继电保护和重合闸装置与两个断路器都有联系，二次回路之间的交叉多，调试和运行都比较复杂，相应地影响了一次回路的可靠性。

⑶ 一次回路故障时的运行方式

① 当南母线上有一台断路器检修(如2231DL)，而同串中北母线上断路器(2232DL)故障时，如故障点在中间开关(2230DL)侧，则2230DL和2232DL跳闸，使该串停电，如故障点在北母线侧，则与北母线相连的所有断路器跳闸。

② 当南母线检修，北母线故障时，则北母线上的所有断路器跳闸。此时发电机直接通过联络开关2230DL向用户供电，而起备变依靠2250DL进行充电备用，这时的三南乙线与三城线通过中间开关2240DL联络。

③ 当南、北母线同时故障时，南北母线上的断路器均断开，各串回路分隔，进出线各自供电，当只有一组母线故障时，则连接于该母线的断路器跳闸，各回路继续供电。

④ 当中间联络断路器2230DL故障拒动时，2231DL和2232DL跳闸，该串进、出线停电，将断路器2230DL隔离后可恢复供电。

⑷ 一个半断路器接线失灵保护动作范围及停电回路

① 线路故障时

a. 三南甲线故障，断路器2232DL、2230DL动作，三南甲线停电，如2232DL拒动，失灵保护动作，2230DL及与北母相连的开关跳闸(除2232DL外)，而其它回路继续供电。

b. 三南甲线故障，断路器2232DL、2230DL动作，三南甲线停电，如断路器2230DL拒动，失灵保护动作，断路器2231DL跳闸，此时3号发电机跳闸，切断电源进线。

② 变压器故障

a. 3号主变故障，断路器2230DL、2231DL动作，3号机跳闸。如断路器2231DL拒动，失灵保护动作，2230DL和与南母相连接的开关跳闸(除2231DL外)，只有3号机停运，不影响其它线路供电。

b. 3号主变故障，断路器2230DL、2231DL动作，3号机跳闸。如断路器2230DL拒动，失灵保护动作，断路器2232DL跳闸，三南甲线停电，不影响其它线路供电。

③ 母线故障

a. 北母线故障，北母上的断路器跳闸，如果断路器2232DL拒动，失灵保护动作，断路器2230DL及三南甲线对侧断路器跳闸，只停三南甲线一个回路。

b. 南母线故障，南母上的断路器跳闸。如果断路器2231DL拒动，失灵保护动作，断路器2230DL跳闸，3号机跳闸，停一回路。

④ 一个半断路器接线故障停电范围

无设备检修： 母线侧断路器故障 停电回路 1回 一组母线故障 停电回路 0回 中间断路器故障 停电回路 2回

有一台断路器检修： 母线侧断路器故障 停电回路 1~2回 一组母线故障 停电回路 0~1回

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中间断路器故障 停电回路 2回 一组母线检修： 母线侧断路器故障 停电回路 2回 一组母线故障 停电回路 0回 中间断路器故障 停电回路 2回 ⑸ 一个半断路器二次回路的合理设计

一个半断路器接线在一次系统方面具有较突出的优点，但是每串回路连接着三台断路器，一个中间联络断路器连接着两个回路，给继电保护及二次回路带来了复杂性。例如，保护的和电流问题，重合闸使用问题，失灵保护设计问题，继电保护检修问题，互感器的配置问题等，这些问题有的在多角形接线中同样存在，如和电流问题，跳合涉及两个断路器问题，有的问题如失灵保护在一个半断路器接线中却有新的特点，但这些问题，只要认真研究是可以得到妥善解决的。 ① 和电流问题

输电线路继电保护的电流回路需接入两组电流互感器的二次电流之和，这将产生下列问题：两组电流互感器将流过不同的短路电流、电流互感器是否受短路电流分量的影响而饱和、由于电流互感器误差不一致所引起的不平衡电流而导致线路保护误动作。 根据我国设计的桥形接线和多角形接线的发电厂和变电所长期运行试验，尚未发生过继电保护误动作现象，分析其原因，估计与下列因素有关：

a. 一次系统时间常数T1比较小，小于40ms，因为在互感器二次侧的时间常数大于1秒的条件下，暂态电流中的直流分量基本上与T1的大小成正比，T1数值小，暂态直流分量对保护的影响相应较小。

b. 在一般情况下，对侧线路送来的短路电流比电流互感器的误差电流大得多，则流至保护装置的电流相位不会因误差电流受到严重影响。

c. 短路电流中的直流分量与短路电流初相角有关，而高压电网的许多短路是在电压暂态值较高的条件下发生的，因此实际的直流分量有所下降，继电保护暂态电流工作条件有所好转。

从以上分析，我们可以认为不需要采取防止保护误动的措施，如果认为保护仍有误动的可能，则可以考虑装设反应和差电流的闭锁元件。此外，为了减轻电流互感器饱和对动作可靠性的影响，还可采用带气隙的电流互感器和适当选用变比较大的电流互感器等。 ② 重合闸的配置 一个半断路器接线，在线路故障时切除两台断路器，装设重合闸时两台断路器要采用先、后合闸的方式，被指定先合闸的断路器首先合闸，重合闸后如线路故障消除，则后合闸断路器再合闸。如线路故障仍然存在，则将先合闸的断路器的三相跳开，后合闸的断路器不再重合。如先合的断路器拒合，则后合的断路器合闸。 ③ 失灵保护的设计

为防止断路器因主保护装置故障，死区（指断路器与电流互感器之间）故障或断路器机构本身故障而拒动，可以采取以下措施：

a. 利用超高压系统的双套主保护装置。因主保护的双重化，可以不考虑主保护拒动，而以主保护动作后是否返回作为断路器是否正确动作的判断。

b. 在双套主保护的前提下，把死区故障作为断路器失灵拒动情况一并考虑，然后应用 失灵保护装置，在主保护动作后不返回回路，加一最小延时将所有相邻的电源断路器跳开。

c. 针对一台半断路器接线特点，失灵保护由线路返回和判别断路器拒动的电流元件构成。同时采用两串一组的组合方式，使失灵保护的回路简化。

失灵保护的装设，在双母线的情况下，线路故障及线路断路器拒动时，跳开母联断路器，并使一段停运。对于一个半断路器接线，失灵保护的优越性大，因线路故障和断路器拒动时，最多影响另一个元件，甚至没有影响，除去故障元件使其停运之后，仍能保证系统完好运行。

⑹ 一个半断路器接线方式互感器的配置。 ① 电流互感器的配置 在一个半断路器的母线中，当一串中任一母线侧的一个断路器检修时，同一串的两个元件都要由另一组母线供电。因此，同一串中的断路器、隔离开关和电流互感器等设备额定电

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流必须选取为双母线情况下的2倍。

对于SF6断路器，在断路器的两侧套管中可装设套管式电流互感器，相应的继电保护的测量表计可接入这些电流互感器，并且也不会发生断路器与电流互感器之间的短路，但是，必须符合另外装设母线保护、线路保护、变压器保护、断路器失灵保护、故障录波器和测量表计等的要求。

220KV卷线式电流互感器通常只有四个二次线圈，对于“线路— 线路”串或“线路— 变压器”串两种不同的情况，电流互感器的配置方式也稍有不同，下面分别进行讨论。

a. 线路—变压器串的电流互感器配置 为了判别断路器的失灵，在每个断路器的串联回路中应接入一组电流互感器，以便于接入失灵保护的电流判别元件，此外为防止电流互感器发生故障酿成母线短路，必须将电流互感器安装在靠近线路或变压器一侧，其中又将一次端子中不带绝缘子一侧的安装更靠近线路或变压器的一侧。一般情况下中间断路器两侧应各装设一组CT，但考虑到变压器高压侧的套管中可装设套管式CT，将套管式CT加以利用后，可减少一组卷线式CT，所以一般只在线路的两侧各装一组CT，而仅在变玉器的一侧装设一组CT。

b. 线路—线路串的电流互感器配置

在线路—线路串中，由于不能利用变压器的套管式CT，所以必须在中间断路器两侧各装设一组卷式CT，线路侧装设一组CT。

② 电压互感器的配置

在一个半断路器接线方式中，任一连接元件由两组母线同时供电，如该连接元件的继电保护测量表计由母线的PT供电，它的二次电压需要经相应的隔离开关和断路器辅助接点后再接到供电负载。同时还应注意两组母线回路十分复杂和不可靠，因此要在一个半断路器母线接线方式中，每回出线上都装设一组电容式PT，作为线路的继电保护、测量表计和同期装置用。在每组母线上各装设一组电压互感器，母线PT作为母线保护的电压闭锁元件、测量表计和同期装置的电源。

1.2 厂用电系统接地方式

⑴高压厂用电系统的中性点接地方式 高压厂用电系统中性点接地方式的选择，与接地电容电流的大小有关，当接地电容电流小于10A时，可采用高电阻接地方式，也可采用不接地方式；当接地电容电流大于10A时，可采用中电阻接地方式，也可采用电感补偿 （消弧线圈）或电感补偿并联高电阻的接地方式。目前电厂的高压厂用电系统多采用中性点经电阻接地的方式，我厂采用中性点不接地方式。

高压厂用电系统采用中性点不接地方式的主要特点：

① 发生单相接地故障时，流过故障点的电流为较小的电容性电流，且三相线电压仍基本平衡，不影响高压辅机的正常运行。

② 当高压厂用电系统的单相接地电容电流小于10A时，一般允许继续运行2小时，为处理这种故障争取了时间。

③ 当高压厂用电系统的单相接地电容电流大于10A时，接地处的电弧 （非金属性接地）不易自动消除，将产生较高的电弧接地过电压（可达额定相电压幅值的3.5倍），并易发展为多相短路。故接地保护应动作于跳闸，中断对厂用设备的供电。

④ 实现有选择性的接地保护比较困难，需要采用灵敏的零序方向保护。以往采用反应零序电压的母线绝缘监视装置，在发现接地故障时，需对馈线逐条拉闸才能判断出故障回路。 ⑤ 无需中性点接地装置。这种中性点不接地方式应用在单相接地电容电流小于10A的高压厂用电系统中比较合适。但为了降低间隙性电弧接地过电压水平和便于寻找接地故障点，采用中性点经高电阻或中电阻接地方式更好。 中性点经高电阻或中电阻接地的主要特点是：

① 选择适当的电阻，可以抑制单相接地故障时非故障相的过电压倍数不超过额定相电压幅值的2.6倍，避免故障扩大。

② 当发生单相接地故障时，故障点流过一固定的电阻性电流，有利于确保馈线的零序保护动作。

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