電力系統接線設計原則和電氣一次設計技術要點分析

馮芳芳

（廣東嶺南設計院有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

電力系統在保障人們生活質量、提高社會經濟水平方面有重要影響，因此，社會各界對電力系統的要求不斷升高，為滿足社會對電能的需求。應重視電力系統的設計，為我國經濟高速、穩定發展提供支持。

1 電力系統接線設計原則與高壓接線方式

1.1 設計原則

電力系統對維護用電安全有著積極的意義，因此，在電力系統接線設計環節，需要選擇科學的接線方式。為此，需要嚴格遵循以下原則：①安全性原則。電力系統接線穩定尤為重要，是最大程度降低電力安全事故的基礎。因此，對于接線方式的選擇，應從安全的角度出發，確保電能質量的同時，為電能持續性供電，避免因系統的接線問題而導致故障發生概率不斷增加。②靈活性原則。電力系統的接線設計過程中應依據接線端實際情況，及時調整接線的方式。除此之外，還需要確保接線設計能夠滿足遠期的接線維護要求，確保在故障發生后能夠及時開展維護工作。③經濟性原則。經濟性原則是指在最大程度降低投入成本的同時，為人們持續、穩定提供用電。提升電力系統的接線價值。④可擴展性原則。電力系統在接線設計過程中，應從長遠發展角度出發，以主接線為主，對接線線路進行優化與完善，確保電力系統保持長期、穩定運行狀態。⑤可靠性原則。電力系統接線的可靠性是在主接線設計過程中為用戶提供持續的電力，不得發生斷電問題。對于主接線來說，可靠性是保證供電運行安全性的基礎。為此，在接線設計前應做好設備對系統供電可靠性影響因素的分析工作，注重二次設備的有效應用。⑥發展性。對于電力系統接線來說，在設計前應對日后的維護與更新納入設計工作中，確保電力系統能夠長期保持在穩定運行的狀態。

1.2 接線方式

電力系統的安全性離不開高壓接線的科學設計，為此，需要對電源接線進行綜合分析和研究，進一步探討高壓接線的具體方式。對于高壓側接線來說，通常采用兩斷路接線方式，該種方式在優化工作流程的同時，在最短的時間內達到供電的目的，接線簡單，設備最少。但同時，該種接線方式也存在一定的弊端，當線路故障或檢修時，變壓器停運，變壓器故障或檢修時，線路停運。因而，線路變壓器組接線方式通常應用在不設高壓配電裝置，直接將電能送至系統的變電站內時采用。單母線接線方式接線簡單清晰、設備少、便于遠期擴建等。但采用單母線接線方式不夠靈活可靠，存在當任一元件故障或檢修時，均需使整個配電裝置停電的情況。為了提高供電的可靠性，可以采用斷路器把母線分段，該種連接方式有助于提升電力系統運行的穩定性，對重要用戶可以從不同段引出兩個電源供電。且在一段母線發生故障，利用分段斷路器自動將故障段切除，保證了正常段母線上的設備繼續運行。利用單母線分段接線的方式，當出線為雙回路時，易出現架空線路交叉跨越的情況，且遠期擴建時需考慮向兩個方向均衡擴建。內線接橋的接線方式在保證設備利用最大化的基礎上，避免對主變壓器造成破壞和影響。但內橋接線方式下，變壓器的切除和投入相對復雜，應用也并不廣泛，較適用于較小容量的變電所，并且變壓器不經常切換的情況[1]。

2 電力系統接線設計與電氣一次設計概述

作為電力系統的關鍵組成部分，電氣主接線是電廠電氣的重要結構，影響電力系統的安全性、可靠性、經濟性，在電器選擇、繼電保護裝置選擇方面也有著積極的意義。為確保電力系統接線與電氣一次程序設計的合理性，應從以下方面出發：①可靠性，供電可靠性是電力生產和分配的首要要求。包括一次部分和相應組成的二次部分在運行中可靠性的綜合。②靈活性，在滿足調度、檢修和擴建時的靈活性。③經濟性，滿足可靠性、靈活性要求的前體現做到經濟合理。通常情況下，電氣系統與電氣設計的思路差異性并不大。在電力系統的主接線方面，重點在于對電力系統的接線原則以及電氣一次性設計要求有全面、系統的了解，依據設計要求開展具體的工作。在電力系統主線設計中，編制工程概算是重要的環節之一，在反饋電力系統主線條件、主接線處理等方面都具有重要作用。所以，對于電力系統主接線設計來說應以概算編制為依據，嚴格依據電力系統的設計要求開展相關工作。

3 電氣一次設計技術要點

3.1 變壓器

電力系統中的變壓器是提高電力系統運行效率，保障電力系統安全穩定運行的基礎。因此，需要重視變壓器的類型與參數選擇。變壓器的工作原理在于將某一數值交流電壓轉為數值不同的電壓電流。在具體應用過程中主要是指當一次繞組通產生交流電壓時就產生交變的磁通。在鐵芯導磁的作用下將出現二次繞組現象，對交流的電動勢能做出感應。對于二次感應電動勢能來說，其產生的原因與一次、二次繞組的匝數有著直接的關系。也就是說，電壓大小和繞組的匝數成正比例。變壓器是用來傳輸電能的設備，電力系統中的不同級別降壓和升壓都需要在變壓器的作用下才能夠完成各自的任務。電力系統借助變壓器升高電壓的方式使得電能能夠準確到達指定的用電區域，為用電區域內的各級供電設備和裝置提供充足的電能。而變壓器的降壓則可以實現電能的調節，滿足工廠等工業園區對電力的要求[2]。

電力系統的供電以輸電線路為依托，所以在此過程中容易發生電壓與電功率的損耗問題。當功率相同時，此時的電壓與輸送的電壓成反比，功率損耗以及電壓平方同樣成反比。為解決上述問題，可以借助變壓器的方式不斷升壓，防止電能在電線輸送的過程中發生損耗，確保電能的輸送效率。在選擇電力變壓器方面，應根據所需電能區域的具體用電需要為主，從用電規劃、電力系統安排以及負荷性質方面進行綜合考量。通常情況下，電力變壓器以非晶合金鐵芯配電變壓器為主。該變壓器的優勢在于能夠在空載的條件下降低電壓與功率的損耗率，達到節約能耗、節約資源的目的。變電所的建設應從變壓器的角度出發，對變壓器因特殊原因造成的無法正常使用時，確保變電壓的容量依然符合電力輸送要求。為保證重要位置的變電所能夠長期供電，滿足基本的供電需求，注重變壓器容量的設計，防止突然斷電帶來經濟損失。針對普通位置的變電所，當主變壓器發生停運時應確保變壓器擁有80%左右的容量。與此同時，還可以搭配一定數量的備用變壓器，為變壓器的容量提供一定的空間，為變壓器的升級奠定良好的基礎。

3.2 斷路器

電力系統中的斷路器（圖1）可實現正常、異常回路下電流的開啟和關閉，同時還能夠電流的承載力進行適度的調節。對實時操縱異步電動機有著積極的意義，有助于保護電力系統的電源線路和電動機。通常情況下，依據滅弧的特性可對斷路器進行有效的區分。斷路器分為六氟化硫斷路器、壓縮空氣斷路器以及真空斷路器等。六氟化硫斷路器是將六氟化硫氣體當作主要的絕緣與滅弧介質。由于六氟化硫氣體重，且在大氣壓下的沸點為-60℃，因此，該氣體的化學惰性良好，能夠最大程度避免和斷路器中的金屬或塑料發生反應。當電弧的功率較大時，可對其進行高溫分解，而電弧熄滅后，則能以較短的時間重新結合。通過現有的數據分析，與空氣相比，六氟化硫氣體的滅弧能力更強。所以，將六氟化硫氣體作為滅弧化介質時所產生的電壓電流參與遠遠高于壓縮空氣斷路器[3]。

圖1 斷路器

壓縮空氣斷路器以高壓空氣吹動電弧為主，借助高壓空氣吹動電弧可以縮短開斷的時間，具有良好的系列性，在滿足電力系統高額定參數與性能方面有著良好的表現。真空斷路器則是指滅弧介質和絕緣介質都相對較高的斷路器，采用三相交流的方式進行戶內配電裝置，能夠有效應用在配電網設計中。除此之外，油斷路器在電力系統中的應用也較為廣泛，可在切斷電源以及連接電源中使用，為各類型的電壓等級提供支持。但同時，油斷路器的體積較大，占地面積較廣，所以將其作為滅弧介質時存在一定的安全隱患問題。極易出現爆炸或火災，正常工作狀態下的油斷路器在維護與檢修方面也存在一定的局限性，加上所消耗的原材料較多，投入成本較大，因此，油斷路器的應用并不廣泛。對于電氣一次設計來說，作為設計人員應該從實際情況出發，合理選擇斷路器的類型以及參數，充分發揮斷路器的積極作用，為電力系統的運行提供助力和支持。

3.3 電流電壓互感器配置

電流互感器在應用過程可分為干式電流互感器、澆筑式電流互感器以及氣體絕緣式互感器。在參數設置與選擇方面，可從配電器設備額定電壓入手，確保參數設置的合理性和科學性。例如，針對20kV 左右的配電設備來說，主要以澆筑式電流互感器為主。而當配電設備的電壓超過30kV 時，則應選擇另外一種電流互感器，即油浸式電流互感器。當產品的使用環境良好時，電壓互感器的應用較多。技術設計人員可依據配電設備的具體額定電壓對電流互感器進行合理化的選擇，不斷提升電流互感器以及電壓互感器的實際工作效率，達到配電設備安全、穩定運行的效果[4]。

3.4 避雷器

為保障電力系統完全處于安全運行狀態下，接線設計時應綜合考量雷電以及接線規模等因素，做好防雷接線工作。在每一母線內都應設置相應的避雷器（圖2），例如，在開展三線圈變壓器設計過程中，為防止產生靜電感應而對低壓繞組產生危害性影響，應確保低壓繞組端安裝相應的避雷設備。對于三角形的繞組則可以隨意安排，需要注意的是，星型繞組應安裝在中性點的位置。在開展自耦變壓器設計時，當一側出現斷開問題時，將會產生過電壓。為避免過電壓對設備造成影響，應在自耦變壓器的兩側繞組安裝相應的避雷器。當系統的接地方式采用的是中性點接地方案時，在變壓器未運行的狀態下，將避雷器安裝在中性點位置即可。但如果中性點并不接地，則可在變壓器中性點套管位置安裝相應的避雷器。變壓器中性點產生消弧線圈時應立即安裝避雷器，防止產生多余電壓，對電力系統的運行造成損害。

圖2 避雷器

3.5 電氣接地設計

電氣的接地設計尤為重要，當電氣接地設計未能嚴格依據設計要求進行時，將對工作人員的生命健康造成較大的影響。通常情況下，電氣一次性設計可分為接地線和接地體兩個方面。其中，接地線的材料可選擇為圓鋼、扁鋼，而接地體則可選擇角鋼、圓鋼。但當土壤具有強腐蝕性時，可采用銅或銅覆鋼材料，需根據實際土壤的性質選擇合適的接地體。接地線設計過程中應做好接地保護、工作接地的提前設計工作，根據具體的電阻值保障得出的數值滿足接地要求[5]。

3.6 電纜敷設與照明選擇

電纜敷設應依據相關規范要求開展相關工作，其原因在于電纜敷設的有效性對電力系統的運行起到重要的作用。只有不斷提高對電纜敷設的重視程度，深入分析電纜敷設后可能產生的故障問題，才能確保電纜在發生故障時，第一時間得到解決。防止大面積出現停電事故，對生產、生活造成嚴重的影響。電力系統中的照明設計與選擇，應對各部門的具體照明系統予以全面、系統性的了解，并在此基礎上做好規劃與設計工作。對于安全通道、樓梯間等位置應合理安排照明設備，使其能夠在電力系統發生故障問題時，為工作人員的檢修與維護提供照明服務，提高檢修人員的工作效率，在最短時間內恢復供電。

4 結語

總而言之，在新時代發展背景下，電力系統的平穩、安全運行離不開電力輸送的安全性，因此，作為電力企業應提高重視程度，明確電力系統接線設計原則的基礎上，開展相關工作。不斷提高自身的服務水平，保障經濟效益。