【文章內容簡介】 氣主接線的設計是發(fā)電廠或變電站電氣設計的主體。它與電力系統(tǒng)、電廠動能參數、基本原始資料以及電廠運行可靠性、經濟性的要求等密切相關，并對電氣設備選擇和布置、繼電保護和控制方式等都有較大的影響。因此，主接線設計，必須結合電力系統(tǒng)和發(fā)電廠或變電站的具體情況，全面分析有關影響因素，正確處理它們之間的關系，經過技術、經濟比較，合理地選擇主接線方案。 電氣主接線設計的基本原則是以國家經濟建設的方針、政策、技術規(guī)定、標準為準繩，結合工程實際情況，在保證供電可靠、調度靈活、滿足各項技術要求的前提下，兼顧運行、維護方便，盡可能地節(jié)省投資，就近取材，力爭設備元件和設計的先進性與可靠性，堅持可靠、先進、適用、經濟、美觀的原則。 在工程設計中，經上級主管部門批準的設計任務書或委托書是必不可少的。它將根據國家經濟發(fā)展及電力負荷增長率的規(guī)劃，給出所設計電廠(變電站)的容量、機組臺數、電壓等級、出線回路數、主要負荷要求、電力系統(tǒng)參數和對電廠(變電站)的具體要求，以及設計的內容和范圍。這些原始資料是設計的依據，必須進行詳細的分析和研究，從而可以初步擬定一些主接線方案。國家方針政策、技術規(guī)范和標準是根據國家實際狀況，結合電力工業(yè)的技術特點而制定的準則，設計時必須嚴格遵循。設計的主接線應滿足供電可靠、靈活、經濟、留有擴建和發(fā)展的余地。設計時，在進行論證分析階段，更應合理地統(tǒng)一供電可靠性與經濟性的關系，以便于使設計的主接線具有先進性和可行性。 電氣主接線的設計伴隨著發(fā)電廠或變電站的整體設計進行，即按照工程基本建設程序，歷經可行性研究階段、初步設計階段、技術設計階段和施工設計階段等四個階段。在各階段中隨要求、任務的不同，其深度、廣度也有所差異，但總的設計思路、方法和步驟基本相同。 具體的設計原則如下：(1) 變電站的高壓側接線，根據技術設計規(guī)程應盡量采用斷路器較少或不用斷路器的接線方式,在滿足繼電保護的要求下,也可以在地區(qū)線路上采用分支接線,但在系統(tǒng)主干網上不得采用分支接線。(2) 在6～10kV配電裝置中，當出線回路數不超過5回時，根據規(guī)程一般采用單母線接線方式，出線回路數在6回及以上時，采用單母分段接線，當短路電流較大，出線回路較多，功率較大，出線需要帶電抗器時，可采用雙母線接線。(3) 在35～66kV配電裝置中，當出線回路數不超過3回時，一般采用單母線接線，當出線回路數為4～8回時，一般采用單母線分段接線，若接電源較多、出線較多，負荷較大或處于污穢地區(qū)，可采用雙母線接線。(4) 在110220kV配電裝置中，出線回路數不超過2回時，采用單母線接線；出線回路數為3～4回時，采用單母線分段接線；出線回路數在5回及以上，或當“0～220kV”配電裝置在系統(tǒng)中居重要地位時，一般可采用雙母線接線。(5) 當采用SF6等性能可靠、檢修周期長的斷路器時，以及更換迅速的車式斷路器時，均可不設旁路設施。總之，以原始資料為依據，以有關技術規(guī)程為標準，結合具體工作的特點，準確的基礎資料，全面分析，做到既有先進技術，又要經濟實用。 電氣主接線的基本形式和特點有母線的主接線形式包括單母線和雙母線接線。單母線又分為單母線無分段、單母線有分段、單母線分段帶旁路母線等形式；雙母線又分為雙母線無分段、雙母線分段、帶旁路母線的雙母線和二分之三接線等形式。無母線的主接線主要有單元接線。擴大單元接線、橋式接線和多角形接線等。單母線接線是一種最原始、最簡單的接線，如圖31所示。QS1QFQS2圖31 單母線接線 單母線接線所有電源及出線均接在同一母線上。其優(yōu)點是簡單明顯，采用設備少，操作方便，便于擴建，造價低。缺點是供電可靠性低。母線及母線隔離開關等任意元件故障或檢修時，均需使整個配電裝置停電。 因此，單母線接線方式一般只在變電所建設初期無重要用戶或出線回路數不多的單電源小容量的廠（所）中采用。單母線也可用隔離開關分段，當母線故障時，雖然全部配電裝置仍需停電，但可用隔離開關將故障的母線分開后，很快恢復非故障母線段的供電。所以單母線和用隔離開關分段的單母線接線只適用于出線回路少的配電裝置，并且電壓等級越高所連接的回路數越少。6~10kV級回路數不超過5回；35~60kV級不超過3回；1220kV級不超過兩回。 單母線分段接線是采用斷路器將母線分段，通常是分成兩段，如圖32所示。QS1QFQS2QF 圖32 單母分段接線 單母線用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，由兩個電源供電。當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障段切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。 單母線分段接線既具有單母線接線的簡單明顯、方便經濟的優(yōu)點，又在一定程度上提高了供電可靠性。但他的缺點是當一段母線或母線隔離開關故障和檢修時，該段母線的回路都要在檢修期間停電，所以其連接的回路數一般可比單母線增加一倍。6~10kV級為6回及以上；35~60kV級為4~8回；110~220kV級為4回。 單母線及單母線分段接線的主要缺點是當一段母線或母線隔離開關故障和檢修時，該段母線的回路都要在檢修期間停電，而雙母線接線則可克服這一弊端。如圖33所示。圖33 雙母接線 雙母線接線的每一回路都通過一臺斷路器和兩組隔離開關連接到兩組母線上。母線1和母線2都是工作母線，兩組母線可同時工作，并通過母線聯(lián)絡斷路器并聯(lián)運行。電源和引出線適當地分配在兩組母線上。雙母線接線比單母線分段接線有如下優(yōu)點：（1） 可輪換檢修母線或母線隔離開關而不致供電中斷。（2） 檢修任一回路的母線或母線隔離開關時，只停該回路。（3） 母線故障后，能迅速恢復供電。（4） 各電源和回路的負荷可任意分配到某一組母線上，可靈活調度以適應系統(tǒng)各種運行方式和潮流變化。（5） 便于向母線左右任意一個方向擴建。 但雙母線接線也有如下缺點：（1） 造價高。每一回路增加了一組母線及其隔離開關，使配電裝置構架數量、構架高度及占地面積增加了許多。（2） 當母線故障或檢修時，隔離開關作為操作電器，在倒換操作時容易誤操作。但可加裝斷路器與隔離開關間的聯(lián)鎖裝置或防誤操作裝置加以克服。當進出線回路數或母線上電源較多，輸送和穿越功率較大，母線事故后要求盡快恢復供電，母線和母線設備檢修時不允許影響對用戶的供電，系統(tǒng)運行調度對接線的靈活性有一定要求時采用雙母線接線。具體條件如下： 1）出線帶電抗器的6~10kV廠（所）配電裝置及大型企業(yè)變電所的6~10kV配電裝置。 2）對于35~60kV級，當出線回路數較多（超過8回）時，或連接的電源較多，負荷較大時。（3） 對于110~220kV級，當出線回路數為5回及以上時。對于220kV級，雙母線帶旁路母線接線的配電裝置，有的規(guī)定認為母線分段的原則（平均每段母線接4~5個回路）如下： 1）當進線和出線總數為17回及以上時，在兩組母線上設置分段斷路器，成為雙母線四分段的接線形式，其可靠性和運行的靈活性大為提高。 2）當進線和出線總數為12~16回時，在一組母線上設置分段斷路器。采用雙母線分段時，裝設兩臺母聯(lián)兼旁路的斷路器。當連接的進出線回路數在11回及以下時，母線不分段。但如為了避免母線故障而母聯(lián)斷路器拒動時導致全部回路停電，可以考慮在正常運行時把母聯(lián)斷路器和專用旁路斷路器串聯(lián)使用，可起到雙保險作用。 為了保證采用單母線分段或雙母線接線在斷路器檢修或調試保護裝置時，不中斷對用戶的供電，需增設旁路母線。對于110~220kV線路，輸送距離遠，輸送功率大，停電影響面大，一般可裝設旁路母線，但如果條件允許可停電檢修斷路器，配電裝置為屋內型。采用可靠性高、檢修周期長的SF6全封閉電器時，可不裝設旁路母線。（1） 對35~63kV配電裝置，一般不設旁路母線。但在下列情況可設，如： 1) 網絡不成環(huán)形，檢修斷路器時，影響對重要用戶的供電。 2）出線回路線超過8回，斷路器檢修機會多。 3）重要用戶雖然已具備雙回路供電，但由于負荷逐年增長，已不能互為備用。 4）地理或氣候條件較差時，如重冰區(qū)利用旁路母線兼做融冰母線；污穢地區(qū)配電裝置清掃頻繁；雷擊頻繁跳閘機會多的山岳區(qū)等。 5）線路負荷大，沿線分支引線多，而其中多數又為重要用戶時。（2） 對6~10kV配電裝置可不設旁路母線，但在下列情況下采用單母線分段或單母線接線時，可設置旁路母線，如： 1) 出線回路很多，斷路器停電檢修機會多。 2）多數線路系向用戶單獨供電，不允許停電。 3）均為架空出線，雷雨時節(jié)時跳閘次數多，增加了斷路器檢修次數。單元接線是最簡單的接線。它的特點是幾個元件直接單獨連接，沒有橫向的聯(lián)系，單元接線的基本類型有下列幾種：（1） 發(fā)電機—變壓器組單元接線。為了便于發(fā)電機或變壓器單獨進行試驗等工作，在它們之間加裝一組隔離開關。該接線適用于沒有直配負荷的電廠及小型水電廠。（2） 擴大單元接線。擴大單元接線如圖34所示。G1G2G1G1TTQF1QF1圖34 擴大單元接線 兩臺發(fā)電機與一臺變壓器連接，每臺發(fā)電機出口均裝有斷路器，便于檢修和處理缺陷。擴大單元接線的優(yōu)點是簡單明顯，占地面積小，設備少，投資省，因此在大、中型電廠中廣泛采用。但是這種接線的靈活性差，例如檢修變壓器時要迫使兩臺發(fā)電機停止運行；同時，增加了機電保護運行的復雜性。 當有兩臺變壓器和兩條線路時，在變壓器—線路接線的基礎上，在其中間加一連接橋，則成為橋式接線，如圖35所示。 1T2T1T2TQF1QF2QF3QF3QF1QF2ab （c）圖35 內橋、外橋和全橋式接線（a）內橋；（b）外橋；（c）全橋 橋式接線按照連接橋斷路器的位置，可分為內橋和外橋兩種接線。橋式接線中，四個回路只有三臺斷路器，所用的斷路器數量最少，也是最經濟的接線。 內橋式接線的特點是連接橋斷路器在變壓器側，其他兩臺斷路器接在線路上。因此，線路的投入和切除比較方便，并且當線路發(fā)生短路故障時，僅故障線路的斷路器跳閘，不影響其他回路的運行。但是，當變壓器故障時，則與該變壓器連接的兩臺斷路器都要跳閘，從而影響了一回未發(fā)生故障線路的運行。此外，變壓器的投入與切除的操作比較復雜，需投入和切除與該變壓器連接的兩臺斷路器，也影響了一回未故障線路的運行。鑒于變壓器屬于可靠性高的設備，故障率遠較線路小，一般不經常切換，因此系統(tǒng)中應用內橋式接線的較為普遍。外橋式接線的特點恰好與內橋式接線相反，連接橋式斷路器接在線路側，其他兩臺斷路器接在變壓器回路中。所以，當線路故障和進行投入或切除操作時，需操作與之相連的兩臺斷路器，并影響一臺未故障變壓器的運行。但當變壓器故障和進行切除操作時，不影響其他回路運行。故外橋接線只適用于線路短，檢修和倒閘操作以及設備故障率均較小，而變壓器由于按照經濟運行的要求需要經常切換的情況。此外，當電網有穿越性功率經過變電所時，也有采用外橋式接線的，因為穿越性功率僅經過連接橋上的一臺斷路器。一次回路全橋接線，它是內橋和外橋接線的綜合接線形式，這種接線具有內橋和外橋接線方式的共同優(yōu)點。它適用性強、運行靈活、易于擴展成單母線分段式的中間變電所。這種接線克服了內橋和外橋接線中改變變壓器和線路運行方式時所造成的短時停電現象。 為了在檢修出線和變壓器回路中的斷路器不中斷線路和變壓器的正常運行，有時再在橋型接線中附加一個正常工作時斷開的帶隔離開關的跨條。在跨條上裝設兩臺隔離開關的目的是可以輪換停電檢修任何一組隔離開關。橋式接線可發(fā)展成為單母線分段或雙母線接線，但需設計好預留今后發(fā)展時增加的間隔位置，同時擴建時繼電保護和二次回路更改較多，需在設計時采取措施。 變電站各側主接線方案的擬定與選擇 110kV電氣主接線設計適合與110kV線路的電氣主接線形式主要有單母分段，單母分段加旁路，雙母線，雙母線分段。我們保留以下兩種方案：單母分段接線和雙母接線。根據以上的分析，現在將110kV電壓等級的電氣主接線定為單母分段接線方式。分段的數目，取決于電源數目和容量。段數分得越多，故障時停電范圍越小，但使用斷路器的數量亦越多，且配電裝置和運行也越復雜，所以本變電站采用單母雙分段的接線形式。并且對重要負荷必須加裝備用線。采用這種接線方式保證了供電的可靠性使各項生產都能順利地進行；這種接線方式還節(jié)省了投資，保證了經濟性，而且隨著企業(yè)的發(fā)展，還可以在以后擴建時方便地將負荷接入。為了限制短路電流，簡化繼電保護，采用這種接線方式時，低壓側母線分段斷路器常處于斷開狀態(tài)，電源是分列運行的。這樣是為了防止因電源斷開而引起的停電，所以應在分段斷路器QF上裝設備用電源自動投入裝置，在任一分段的電源斷開時，使QF自動接通。 35kV電氣主接線設計參照《電氣工程師手冊》適合35kV電壓等級的電氣主接線形式主要有單母線，單母線分段，單母線分段帶旁路，雙母線分段，雙母線分段帶旁路，結合潞安集團變電站的實際情況及其負荷，我們選擇兩種方案：單母線接線和單母線分段接線。電壓等級為35kV～60kV，出線為4～8回，可采用單母線分段接線，也可采用雙母線接線。為保證線路檢修時不中斷對用戶的供電，采用單母線分段接線和雙母線接線時，可增設旁路母線。但由于設置旁路母線的條件所限（35kV～60kV出線多為雙回路，有可能停電檢修斷路器，且檢修時間短，約為2～3天。）所