在发电厂和变电所中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。只供本厂（所）用电的变压器称为厂（所）用变压器或称自用变压器。

一、主变压器容量、台数的确定原则

（一）发电厂主变压器容量、台数的确定

主变压器容量、台数直接影响主接线的的形式和配电装置的结构。它的确定应综合各种因素进行分析，做出合理的选择。

1．具有发电机电压母线接线的主变压器容量、台数的确定

（1）当发电机电压母线上负荷最小时，能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统。

（2）当接在发电机电压母线上最大一台发电机组停用时，主变压器应能从系统中倒送功率，以保证发电机电压母线上最大负荷的需要。

（3）根据系统经济运行的要求而本厂输出功率时，能供给发电机电压的最大负荷。

（4）发电机电压母线与系统连接的变压器一般为两台。对装设两台或以上主变压器的发电厂，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其它主变压器在允许正常过负荷范围内，应能输送母线剩余功率的70%以上。

2．单元接线的主变压器容量的确定

单元接线时变压器容量应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。采用扩大单元时，应尽可能采用绕组变压器，其容量亦应等于按上述（1）或（2）算出的两台发电机容量之和。

（二）变电所主变压器容量、台数的确定

1. 主变压器容量的确定

变压器容量和它所在电网功能相适应，一般情况下单位容量（MVA）费用、系统短路容量、运输条件等都是影响选择变压器容量时的因素。具体选择时，可遵循以下原则。

（1）主变压器容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展。对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。

（2）根据负荷的性质和电网的结构来确定主变压器的容量。对重要变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足Ⅰ类及Ⅱ负荷的供电；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70～80%。

2．主变压器台数的确定

（1）对城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。

（2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可考虑装设3台主变压器。

（3）对不重要的较低电压等级的变电所，可以只装设一台主变压器。

二、变压器型式的选择原则

1. 相数的确定

电力变压器按相数可分为单相变压器和三相变压器两类，三相变压器与同容量的单相变压器组相比较，价格低、占地面积小，而且运行损耗减少12～15％。因此，在330kV及以下电力系统中，一般都选用三相变压器。

2. 绕组数的确定

变压器按其绕组数可分为双绕组普通式、三绕组式、自耦式以及低压绕组式等型式。当发电厂只升高一级电压时或35kV及以下电压的变电所，可选用双绕组普通式变压器。

当发电厂有两级升高电压时，常使用三绕组变压器作为联络变压器，其主要作用是实现高、中压的联络。其低压绕组接成三角形抵消三次谐波分量。

110kV及以上电压等级的变电所中，也经常使用三绕组变压器作联络变压器。

当中压为中性点不直接接地电网时，只能选用普通三绕组变压器。

自耦变压器特点是其中两个绕组除有电磁联系外，在电路上也有联系，其绕组布置如图8-17、8-18所示。因此，当自耦变压器用来联系两种电压的网络时，一部分传输功率可以利用电磁联系，另一部分可利用电的联系。电磁传输功率的大小决定变压器的尺寸、重量、铁芯截面和损耗，所以与同容量、同电压等级的普通变压器比较，自耦变压器的经济效益非常显著。但是，由于自耦变压器在高压电网和中压电网之间有电气连接，故具备了过电压从一个电压等级的电网转移到另一个电压等级电网的可能性。例如，高压侧电网发生过电压时，它可通过串联绕组进入公共绕组，使其绝缘受到危害。如果在中压电网出现过电压时，它同样进入串联绕组，可能产生很高的感应过电压。为了防止高压侧电网发生单相接地时，在中压绕组其它两相出现过电压，要求自耦变压器的中性点必须直接接地。

3. 调压方式的确定

为了保证供电质量可通过切换变压器的分接头开关，改变变压器高压绕组的匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：一种是不带电压切换，称为无激磁调压，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。

发电厂在以下情况时，宜选用有载调压变压器：

（1）当潮流方向不固定，且要求变压器副边电压维持在一定水平时；

（2）具有可逆工作特点的联络变压器，要求母线电压恒定时；

（3）发电机经常在低功率因数下运行时。

变电所在以下情况时，宜选用有载调压变压器：

（1）地方变电所、工厂、企业的自用变电所经常出现日负荷变化幅度很大的情况时，又要求满足电能质量往往需要装设有载调压变压器；

（2）330kV及以上变电站，为了维持中、低压电压水平需要装设有载调压变压器；

（3）110kV及以下的无人值班变电站，为了满足遥调的需要应装设有载调压变压器。

4. 绕组接线组别的确定

我国110kV及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN”联接；35kV采用“Y”联接，其中性点多通过消弧线圈接地；35kV以下高压电压，变压器三相绕组都采用“D”联接。因此，普通双绕组一般选用YN，d11接线；三绕组变压器一般接成YN，y，d11或YN，yn，d11等形式。近年来，也有采用全星形接线组别的变压器，即变压器高、中、低三侧均接成星形。这种接线零序组抗大，有利于短路电流，也便于在中性点处连接消弧线圈。缺点是正弦波电压波形发生畸变，并对通信设备产生干扰，同时对继电保护整定的准确度和灵敏度均有影响。

5. 冷却方式的选择

变压器的冷却方式主要有自然风冷却、强迫空气冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却、水内冷变压器、SF6充气式变压器等。

第四节  电气主接线设计

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及发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。因此，必须处理好各方面的关系，综合分析有关影响因素，经过技术、经济比较，合理确定主接线方案。

一、电气主接线的设计原则

电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、运行灵活、维护方便等基本要求下，力争节约投资，降低造价，并尽可能采用先进技术，坚持供电可靠、技术先进、安全使用、经济美观的原则。

二、电气主接线的设计程序

主接线的设计伴随着发电厂或变电所的整体设计，即按照工程基本建设程序，历经可行性研究阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段等三个阶段。可行性研究阶段属于设计前期工作阶段，主要包括初步可行性研究、项目建议书编制、可行性研究、设计任务书编制等内容，初步设计和施工图设计属于设计工作阶段，在设计工作阶段后面还有一个施工运行阶段。

三、电气主接线的设计依据

电气主接线的设计依据是设计任务书，主要包括以下内容：

1. 发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用

电力系统的发电厂有大型主力发电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型。电力系统的变电所有系统枢纽变电所、中间变电所、地区重要变电所、一般变电所和企业专用变电所等五种类型。

2. 发电厂、变电所的分期和最终建设容量。

3. 负荷的性质

对于一类负荷必须有两个电源供电，而且失去任一电源时，都能保证全部一类负荷不中断供电。对于二类负荷一般要有两个电源供电，且当任一电源失去后，能保证全部或大部分二类负荷的供电。对于三类负荷一般只需一个电源供电。

4. 电力系统备用容量的大小以及系统对电气主接线提供的具体资料。

5. 环境条件，如当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度等，这些因素对主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均有影响。

四、电气主接线与技术经济比较

（一）电气主接线方案的初步拟定

根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定出若干个主接线方案，以不遗漏最优方案为原则。按照主接线的基本要求，从技术上对拟出的方案进行分析比较，淘汰明显不合理的方案，最终保留2～3个技术上相当，又能满足任务书要求的方案，再进行经济比较。对于重要的发电厂或变电所的电气主接线还应进行可靠性的定量计算。

（二）经济比较计算

1. 综合总投资计算

方案的综合总投资为

 （7-1）

式中  Z0——主体设备投资，包括变压器、配电装置以及明显的大额费用，如拆迁、征地、土石方工程等费用。

a——不明显的附加费用比例系数，如现场安装费用、基础加工、辅助设备的费用等。对110kV可取90，对35kV取100。

2. 年运行费用计算

年运行费用主要包括变压器的电能损耗费及设备的检修、维护和折旧等费用，按投资百分率计算，即

式中  Fj——检修维护费，一般取（0.022～0.042）Z； z——折旧费，取0.058Z；

α——电能电价，可参考各地区实际电价； △A——变压器电能损失。

3. 经济比较的方法

在几个主接线方案中，综合总投资Z和年运行费用F均为最小的方案，应优先选用，若某方案的Z大而F小，或反之，则应进一步进行经济比较，比较的方法有静态比较法和动态比较法两种。在中小工程中常使用静态比较法（此方法不计资金的利息）。这里介绍常用的抵偿年限法。设第一方案的综合总投资大，年运行费小；第二方案的综合总投资小，

年运行费大，则 （7-3）

如果T小于5年，则采用投资大的第一方案。若T大于5年，则应选择投资小的第二方案为宜。

第五节 自用电及接线

一、自用电的作用

所谓自用电是指发电厂或变电所在生产过程中，自身所使用的电能。尤其是发电厂，为了保证电厂的正常生产，需要许多由电动机拖动的机械为发电厂的主要设备和辅助设备服务，这些机械被称为厂用机械。此外，还要为运行、检修和试验提供用电负荷。发电厂的自用电也称为厂用电。自用电也是发电厂或变电所的最重要的负荷，其供电电源、接线和设备必须可靠，以保证发电厂或变电所的安全可靠、经济合理地运行。

二、厂用电率

发电厂在一定时间内，厂用电所消耗的电量占发电厂总发电量的百分数，称为厂用电

率。计算公式为％

式中  KCY——厂用电率（%）； ACY——厂用电量，kW·h； AG——总发电量，kW·h。

发电厂的厂用电率与电厂类型、容量、自动化水平、运行水平等多种因素有关。一般凝汽式火电厂的厂用电率为5%～8%，热电厂为8%～10%，水电厂为0.3%～2.0%。降低厂用电率，减少厂用电的耗电量，不仅能降低发电成本，提高发电厂的经济效益，而且还可以增加对系统的供电量。

三、厂用负荷分类

厂用电负荷，按其在电厂生产过程中的重要性可分为以下几类。

1．Ⅰ类负荷

凡短时停电（包括手动操作恢复供电所需的时间）会造成设备损环、危及人身安全、主机停运或出力明显下降的厂用负荷都属于Ⅰ类负荷。

2．Ⅱ类负荷

允许短时停电（不超过数分钟），经运行人员及时操作后恢复供电，不致造成生产混乱的厂用负荷。 

3．Ⅲ类负荷

较长时间停电而不直接影响电能生产的厂用负荷，一般由一个电源供电。

4. 事故保安负荷

指在发电机停机过程及停机后的一段时间内仍应保证供电的负荷，否则将引起主要设备损坏、自动控制失灵或者推迟恢复供电，甚至危及人身安全。按事故保安负荷对供电电源的不同要求，可分为两类：

（1）直流保安负荷。包括直流润滑油泵、事故照明等。直流保安负荷由蓄电池组供电。

（2）交流保安负荷。包括顶轴油泵、交流润滑油泵、盘车电机、实时控制用的电子计算机等。

四、厂用供电电源

1. 厂用电供电电压等级的确定

厂用负荷的供电电压，主要取决于发电机的额定容量、额定电压、厂用电动机的电压、容量和数量等因素。发电厂和变电所中一般供电网络的电压:低压供电网络为0.4kV（380V/220V）；高压供电网络有3kV、6kV、10Kv等。

2. 工作电源

工作电源是指保证发电厂或变电所正常运行的电源。工作电源应不仅要供电可靠，而且要满足厂用负荷容量的要求。厂用低压工作电源，一般采用0.4kV电压等级，由厂用低压变压器获得。

3. 备用电源

为了提高可靠性，每一段厂用母线至少要由两个电源供电，其中一个为工作电源，另一个为备用电源。当工作电源故障或检修时，仍能不间断地由备用电源供电。厂用备用电源有明备用和暗备用两种方式。

明备用就是专门设置一台变压器（或线路），它经常处于备用状态（停运）。

暗备用就是不设专用的备用变压器。而将每台工作变压器的容量加大，正常运行时，每台变压器都在半载下运行，互为备用状态。

厂用备用电源应尽量保证其性，即失去工作电源时，不应影响备用电源的供电。此外，还应装设备用电源自动投入装置。

4. 事故保安电源

事故保安电源是为保证事故保安负荷的用电而设置的，并能自动投入。事故保安电源必须是一种而又十分可靠的电源。它分直流事故保安电源和交流事故保安电源。前者由蓄电池组供电；后者宜采用快速起动的柴油发电机组，或由外部引来的可靠交流电源，此外，还应设置交流不停电电源。交流不停电电源，宜采用接在直流母线上的逆变机组或静态逆变装置。

五、厂用电接线

1. 厂用电接线的基本要求

供电可靠、运行灵活。接线简单清晰、投资少、运行费用低。尽量缩小厂用电系统的故障停电范围，并应尽量避免引起全厂停电事故。本机、炉的厂用电源由本机供电，这样当厂用系统发生故障时，只影响一台发电机组的运行。接线的整体性。厂用电接线应与发电厂电气主接线紧密配合，体现其整体性。电厂分期建设时厂用电接线的合理性。应便于分期扩建或连续施工，不致中断厂用电的供应。尤其是对备用电源的接入和公共负荷的安排要全面规划、便于过渡。

2. 厂用电接线的基本形式

发电厂厂用电系统接线通常都采用单母线分段接线形式，并多以成套配电装置接受和分配电能。在火电厂中，高压母线均采取按炉分段的接线原则，即将厂用电母线按照锅炉的台数分成若干段，凡属同一台锅炉及同组的汽轮机的厂用负荷均接于同一段母线上，这样既便于运行、检修，又能使事故影响范围局限在一机一炉，不致过多干扰正常运行的完好机炉。低压厂用母线一般也按炉分段，高压厂用电源则由相应的高压厂用母线提供。

六、变电所的自用电接线

1. 变电所的自用电负荷

在中小型降压变电所中，自用电的负荷主要是照明、蓄电池的充电设备、硅整流设备、变压器的冷却风扇、采暖、通风、油处理设备、检修器具以及供水水泵等。其中，重要负荷有主变压器的冷却风扇或强迫油循环冷却装置的油泵、水泵、风扇以及整流操作电源等。

2. 变电所的自用电接线

由于变电所的自用电负荷耗电量不多，因此，变电所的自用电接线简单，中小型降压变电所采用一台所用变压器即可，从变电所中最低一级电压母线引接电源，其副边采用380/220V中性点直接接地的三相四相制供电，动力和照明合用一个电源。

枢纽变电站、总容量为60MVA及以上的变电所、装有水冷却或强迫油循环冷却的主变压器以及装有同步调相机的变电所，均装设两台所用变压器，分别接在最低一级母线的不同分段上。

对装有两台所用变压器的变电所，应装设备用电源自动投入装置，以提高对所用电供电的可靠性。变电所的所用电一般采用单母线接线形式。当有两台所用变压器时，采用单母线分段接线形式。

在一些中小型变电所中，可用复式整流装置代替价格昂贵、维护复杂的蓄电池组，变电所的控制信号、保护装置、断路器操作电源等均由交流整流装置供电。由于取消了蓄电池组，所以所用交流电源就显得更为重要。对于采用整流操作或无人值班的变电所，除应装两台所用变压器外，还需将其接在不同电压等级或电源上，以保证在变电所内停电时，不间断对所用电的供电。下载本文