发电厂电气设计

4 变电所主接线

电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。电气主接线是变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的首要环节。对电气主接线的基本要求概括地说应包括电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性。

4.1 主接线的基本要求

（1）可靠性

所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践。经过长期运行实践的考验，对变电所采用的主接线经过优选，现今采用主接线的类型并不多。主接线的可靠性不仅要考虑—次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性不是绝对的，而是相对的。一种主接线对某些变电所是可靠的，而对另一些变电所可能是不可靠的。

（2）灵活性

主接线的灵活性有以下几方面要求；

1)调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。

2)检修要求。可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修，且不致影响对用户的供电。

3)扩建要求。可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改建量最小。

（3）经济性

经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。

4.2 主接线的原则

（1）考虑变电所在电力系统中的地位和作用

变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。 （2）考虑近期和远期的发展规模

变电所主接线设计应根据5—10年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。

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（3）考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响

对一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。三级负荷一般只需一个电源供电。 （4）考虑主变台数对主接线的影响

变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。

（5）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响

发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电、适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不问。例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。

4.3 主接线设计程序

（1）电气主接线的设计程序

电气主接线的设计伴随着变电所的整体设计，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、技术设计阶段和施工设计阶段等四个阶段。在各阶段中随要求、任务的不同，其深度、广度也有所差异，但总的设计思路、方法和步骤相同。

1)对原始资料进行分析，具体内容如下：

1.本工程情况。主要包括：变电所类型；设计规划容量；变压器容量及台数；运行方式等。

2.电力系统情况。电力系统近期及远景发展规划；变电所在电力系统中的位置(地理位置和容量位置)和作用；本期工程和远景规划与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。

3.负荷情况。负荷的性质及地理位置、电压等级、出线回路数及输送容量等。电力负荷在原始资料中虽已提供，但设计时应该认真地辩证地分析。因为负荷的发展和增长速度受政治、经济、工业水平和自然条件等方面影响。如果设计时，只依据负荷计划数字，而投产时实际负荷小了，就等于积压资金，否则电量供应不足，就会影响其他工业的发展。

4.环境条件。当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔、地震等因素对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。特别是我国土地辽阔，各地气象、地理条件相差甚大，应子以重视。对重型设备的运输条件也应充分考虑。

5.;设备制造情况。为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性能、

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制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。

(2)拟定主接线方案。根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定若干个主接线方案。因为对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑的不同，会出现多种接线方案(近期和远期)。应依据对主接线的基本要求，从技术上论证各方案的优缺点，淘汰一些明显不合理的方案，最终保留2—3个技术上相当，又都能满足任务书要求的方案，再进行可靠性定量分析计算比较，最后获得技术合理、经济可行的主接线方案。 (3)主接线经济比较。

(4)短路电流计算。对拟定的电气主接线，为了选择合理的电器，需进行短路电流计算。

(5)电器设备的选择。

(6)绘制电气主接线图及其他必要的图纸。

(7)工程概算。包括：主要设备器材费；安装工程费；其他费用。

4.4 主接线的设计

主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种形式，分为两大类：有汇流母线的接线形式、无汇流母线的接线形式。

变电所电气主接线的基本环节是电源、母线和出线。各个变电所的出线回路数和电源数不同，且每路馈线所传输的功率也不一样。在进出线数较多时，为便于电能的汇集和分配，采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便有利于安装和扩建。但有母线后，配电装置占地面积较大，使用断路器等设备增多。无汇流母线的接线使用开关电器较少，占地面积小，但只适用于进出线回路少，不再扩建和发展的变电所。有汇流母线的接线形式主要有：单母线接线和双母线接线。设计中仅以单母线接线为例。

(1)单母线接线

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图 4-1 单母线接线

如图 4-1 所示，单母线接线的特点是整个配电装置只有一组母线，每个电源线和引出线都经过开关电器接到同一组母线上。供电电源是变压器或高压进线回路。母线既可以保证电源并列工作，又能使任一条出线回路都可以从电源l或2获得电能。每条引出线回路中部装有断路器和隔离开关，靠近母线侧的隔离开关QS2称作母线隔离开关，靠近线路侧的QS3称为线路隔离开关(在实际变电所中，通常把靠近电源侧的隔离开关称为甲刀闸，把靠近负荷侧的隔离开关称为乙刀闸)。由于断路器具有开合电路的专用灭弧装置，可以开断或闭合负荷电流和开断短路电流，故用来作为接通或切断电路的控制电器。隔离开关没有灭弧装置．其开合电流能力极低，只能于设备停运后退出工作时断开电路，保证与带电部分隔离，起着隔离电压的作用。所以，同一回路中在断路器可能出现电源的一侧或两侧均应配置隔离开关，以便检修断路器时隔离电源。若馈线的用户侧没有电源时，断路器通往用户则可以不装设线路隔离开关。但如果费用不大，为了防止过电压的侵入。也可以装设。同一回路中串接的隔离开关和断路器，在运行操作时，必须严格遵守下列操作顺序：

如对馈线送电时，须先合上隔离开关QS2和QS3，再投入断路器QF2；如欲停止对其供电，须先断开QF2，然后再断开QS3和QS2。为了防止误操作，除严格按照操作规程实行操作票制度外。还应在隔离开关和相应的断路器之间，加装电磁闭锁、机械闭锁。接地开关(又称接地刀间)QS4是在检修电路和设备时合上，取代安全接地线的作用。当电压在110kV及以上时，断路器两侧的隔离开关扣线路隔离开关的线路侧均应配置接地开关。对35kV及以上的母线，在每段母线上亦应设置1—2组接地开关或接地器，以保证电器和母线检修时的安全。

(1)单母线接线的优缺点

优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。 缺点：灵活性和可靠性差，当母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开它所连接的电源，与之相连的所有电力装置在整个检修期间均而停止工作。此外，在出线断路器检修期间，必须停止该回路的供电。

(2)单母线接线的适用范围：一般适用于一台主变压器的以下两种情况： 1)6-10kV配电装置的出线回路数不超过5回。 2)35-66kV配电装置的出线回路数不超过3回。 （2）单母线分段接线

为了克服一般单母线接线存在的缺点，提高它的供电可靠性和灵活性，可以把单母线分成几段，在每段母线之间装设一个分段断路器和两个隔离开关。每段母线上均接有电源和出线回路，便成为单母线分段接线，如图4-2所示。

1．单母线分段接线的优缺点

优点：①用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；②当一证正常段母线不间断供电和不致使大面积停电。