中小型變電站中電氣主接線的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王彩菊

（甘肅大河科技有限公司，甘肅 蘭州730010）

0 引 言

目前，電力系統(tǒng)已經(jīng)成為生產(chǎn)生活中的重要支撐，其中電氣主接線是以電源和出線為主體，是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，由各種電力設(shè)備和連接線組成。因此，重視電力系統(tǒng)電氣主接線基本要求和關(guān)鍵因素，才能夠使電力系統(tǒng)更好地為生產(chǎn)生活服務(wù)，才能讓變電站的電力系統(tǒng)發(fā)揮更大的作用。電氣主接線與電力系統(tǒng)、電站規(guī)模、樞紐布置、地形條件、動(dòng)能參數(shù)以及電站運(yùn)行方式等因素密切相關(guān)[1]，而且對(duì)變電站電氣設(shè)備布置、選擇、繼電保護(hù)和控制方式有較大影響。變電站電氣主接線的合理設(shè)計(jì)與否，關(guān)系變電站的長(zhǎng)期安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。繼電保護(hù)與控制方式有密切聯(lián)系，是變電站供電設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。本文以中小型變電站電氣主接線設(shè)計(jì)為例，根據(jù)變電站電氣主接線的類型、基本要求以及實(shí)際情況，對(duì)中小型變電站中電氣主接線進(jìn)行方案設(shè)計(jì)選擇，最后從設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)方面和技術(shù)方面提出中小型變電站中不同電壓等級(jí)的電氣主接線設(shè)計(jì)方案。

1 電氣主接線基本要求

供電可靠性、運(yùn)行靈活性和經(jīng)濟(jì)節(jié)約性，并稱為電氣主接線的三大基本要求[2]。

1.1 供電可靠性

電力生產(chǎn)的基本點(diǎn)是安全可靠，要求電氣主接線能確保變電站的供電連續(xù)可靠。判斷電氣主接線可靠的主要標(biāo)準(zhǔn)是：在斷路器損壞檢修時(shí)，不應(yīng)對(duì)供電系統(tǒng)造成影響；在母線或線路發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)保證重要用戶的供電，即要求盡最大努力減少主變的停運(yùn)臺(tái)數(shù)和線路的停運(yùn)回路數(shù)；將變電站停運(yùn)的可能性降到最低。因此，故障和被迫停電次數(shù)越少，停電范圍越小，通電時(shí)間越快，說明可靠性越高。

1.2 運(yùn)行靈活性

電氣主接線設(shè)計(jì)時(shí)要隨著運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)變切換其工作方式。主接線應(yīng)滿足檢修、調(diào)度的靈活性。調(diào)度運(yùn)行中，要做到靈活自如地切除和投入變壓器與線路，實(shí)現(xiàn)變電站的真正無人值班。

1.3 經(jīng)濟(jì)節(jié)約性

主接線在滿足以上兩點(diǎn)的情況下，需要做到符合合理、經(jīng)濟(jì)、實(shí)惠的特點(diǎn)。這要求主接線應(yīng)簡(jiǎn)單清晰，降低投資，即最大程度上節(jié)省變電站建筑工程的費(fèi)用、所需要一系列設(shè)備的采購(gòu)與安置費(fèi)用、安裝的工程費(fèi)用，降低年運(yùn)行費(fèi)用，盡可能使占地面積最少，經(jīng)濟(jì)合理地選擇變壓器，確保電能損耗達(dá)到最小。

2 電氣主接線基本類型

根據(jù)母線連接情況，電氣主接線主要分為有母線接線方式和無母線接線方式。

2.1 有母線的電氣主接線

電源、母線及饋線是有母線電氣主接線的主要構(gòu)成部件[3]。母線連接電源和饋線，起著匯集和分配電能的作用，是中間環(huán)節(jié)。母線可使主接線結(jié)構(gòu)清晰易懂，檢修及調(diào)度靈活，便于后期擴(kuò)建。

2.1.1 單母線接線

單母線接線雖然具有接線簡(jiǎn)單清晰、設(shè)備少、操作和檢修方便、投資少和便于擴(kuò)建等優(yōu)點(diǎn)，但是可靠性和靈活性差。當(dāng)母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修時(shí)，必須斷開與之所連的電源及電力用戶。此外，當(dāng)出線隔離開關(guān)檢修期間，必須停止該出線回路的工作。因此，它僅適用于6～220 kV系統(tǒng)只有一臺(tái)變壓器的中、小型變電所。

2.1.2 單母線分段接線

單母線用分段斷路器進(jìn)行分段后，可有效解決造成全部電力用戶停電的缺點(diǎn)，提高供電可靠性和運(yùn)行靈活性。分段斷路器可在一段母線故障或檢修時(shí)自動(dòng)切除故障，保證非故障母線仍可持續(xù)供電，縮小了停電范圍。但是，出線斷路器檢修時(shí)，仍存在和單母線不分段相同使該回路停電的缺點(diǎn)。

2.1.3 單母線帶旁路母線接線

在單母線基礎(chǔ)上增設(shè)旁路母線和旁路斷路器，可解決檢修出線斷路器時(shí)中斷該回路供電的問題，從而進(jìn)一步加強(qiáng)了供電的連續(xù)性，廣泛適用于110 kV及以上的高壓配電裝置。但是，增加一組母線、專用旁路斷路器和隔離開關(guān)，不僅增加了投資，而且操作繁瑣，可能會(huì)產(chǎn)生誤操作。這種接線只在對(duì)供電可靠有特殊要求時(shí)采用。

2.1.4 雙母線接線

雙母線接線方式可靠解決了檢修母線或母線側(cè)斷路器造成用戶側(cè)大范圍停電的問題，具備供電可靠、運(yùn)行方式靈活、便于擴(kuò)建的優(yōu)點(diǎn)。但是，這種接線方式將隔離開關(guān)作為操作電器，增加了誤操作的可能，且類似設(shè)備多，操作復(fù)雜，投資大。

2.1.5 一臺(tái)半斷路器接線

由于每2條回路共用3臺(tái)斷路器，一臺(tái)半斷路器接線又被稱為2/3接線[4]。正常運(yùn)行時(shí)，每條回路有2臺(tái)斷路器共同供電，形成多環(huán)狀供電，具有極高的可靠性和靈活性，因此適用于220 kV及以上的大型變電所。

2.2 無母線的電氣主接線

無匯流母線的主接線即缺少了匯流母線這一中間環(huán)節(jié)，沒有母線故障和檢修問題，減少了投資，也減少了配電裝置的占用面積。它廣泛使用發(fā)動(dòng)機(jī)-變壓器單元接線和橋式接線兩種方式[5]。

2.2.1 發(fā)電機(jī)-變壓器單元接線

發(fā)電機(jī)與變壓器直接構(gòu)成一個(gè)單元整體，具有接線簡(jiǎn)便清晰、開關(guān)設(shè)備少、操作簡(jiǎn)單、投資少等特點(diǎn)。但是，停電范圍大，供電不可靠，僅適用于一機(jī)、一變、一線的場(chǎng)所。

2.2.2 橋使接線

在僅有2臺(tái)變壓機(jī)和2條饋線的情況下，可發(fā)揮橋式接線的優(yōu)勢(shì)。因采用斷路器最少，投資少。依據(jù)橋斷路器設(shè)置的位置，可分為內(nèi)橋式和外橋式。

3 主接線方案選擇

中小型變電站電力系統(tǒng)電壓等級(jí)主要為110 kV、35 kV和10 kV[6]。本文對(duì)不同電壓等級(jí)下的電氣主接線均進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)。

3.1 110 kV側(cè)電氣主接線

110 kV側(cè)有2個(gè)系統(tǒng)供電，有2回進(jìn)線、2回出線。參照相關(guān)規(guī)程與負(fù)荷資料，可選用雙母線接線或單母線分段接線，如圖1和圖2所示。

圖1 雙母線接線

圖2 單母線分段接線

表1為對(duì)圖1和圖2方案Ⅰ、Ⅱ的電氣主接線設(shè)計(jì)的歸納對(duì)比分析。

在技術(shù)上，方案Ⅰ明顯合理；在經(jīng)濟(jì)上，方案Ⅱ更占優(yōu)勢(shì)。考慮到該變電所高壓側(cè)只有2回出線，方案Ⅱ即可滿足運(yùn)行要求，故110 kV側(cè)接線方式可使用方案Ⅱ即單母線分段接線。

表1 110 kV主接線比較表

3.2 35 kV側(cè)電氣主接線

由基本資料可知，35 kV側(cè)有8回出線[7]。依照規(guī)程，電壓等級(jí)35～66 kV線路出線為4～8回時(shí)，可采用單母線分段接線和雙母線接線。為了保證線路檢修時(shí)對(duì)用戶的供電不中斷，采用單母線分段和雙母線接線時(shí)，可增加設(shè)計(jì)旁路母線。但是，由于增設(shè)旁路母線的條件有限，所以35～60 kV采用雙母線時(shí)不增設(shè)旁路母線。根據(jù)以上分析，篩選出兩種方案，如圖3和圖4所示。

圖3 單母線分段接線

圖4 雙母線接線

表2為對(duì)圖3和圖4方案Ⅰ、Ⅱ的主接線設(shè)計(jì)方案的歸納對(duì)比。

經(jīng)對(duì)照發(fā)現(xiàn)，方案Ⅰ設(shè)備較少，較經(jīng)濟(jì)，倒閘操作簡(jiǎn)便為主要優(yōu)點(diǎn)；但方案Ⅱ具有更高的可靠性。由于35 kV側(cè)負(fù)荷較多，重要負(fù)荷比重高，故選擇可靠性更高的方案Ⅱ。

3.3 10 kV側(cè)電氣主接線

據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，當(dāng)變電所裝有2臺(tái)主變壓器時(shí)，6～10 kV側(cè)宜采取分段單母線接線。設(shè)計(jì)中，10 kV側(cè)出線12回，主要負(fù)荷為變電所周圍電力用戶。綜合分析后，10 kV側(cè)選用單母線接線，如圖5所示。

圖5 單母線分段接線

由于10 kV變電站母線側(cè)的饋線多，因此選用單母線分段的接線方式。斷路器將母線分段后，重要負(fù)荷從不同母線分段引出雙回路供電，提高了供電可靠性與靈活性。當(dāng)一段母線發(fā)生故障時(shí)，分段斷路器將自動(dòng)切除故障，保證正常母線不間斷地供電，從而為重要負(fù)荷持續(xù)供電。

4 結(jié) 論

本文通過中小型變電站中電氣主接線的要求，首次對(duì)中小型變電站不同等級(jí)下電氣主接線的形式進(jìn)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和最優(yōu)方案的選擇。電氣主接線是變電站電氣設(shè)計(jì)的重要部分，也是供配電系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，直接影響變電站系統(tǒng)的可靠性與靈活性。因此，在確定中小型變電站電氣主接線時(shí)，要滿足供電可靠性、經(jīng)濟(jì)性、供電的電能質(zhì)量，還要考慮變電站的遠(yuǎn)景規(guī)劃，設(shè)計(jì)的電氣主接線形式需綜合各種情況。