浅析变电所电气主接线设计技术

摘要:本文主要围绕着变电所电气主接线设计工作展开分析，首先论述了变电所主接线设计的主要技术，进而论述了应该采取怎么样的技术来提高变电所电气主接线设计的质量，以期可以为变电所电气主接线设计提供参考。

关键词:变电所；电气；主接线设计

中图分类号：U665文献标识码： A

前言

变电所电气接线施工工作的基础是可靠的主接线设计方案，依靠合理的电气主接线设计方案，就可以为后期的电气接线施工工作提供参考和引导，从而提高变电所电气接线工作的质量。

2电气主接线设计

变电站电气主接线是变电站电气设计过程的首要部分,也是电力系统的重要环节之一。变电站电气主接线连接着各种高压电气,负责接受和分配高压设备的电能,反映各种设备的相互作用、连接方式和各回路间的相互关系,是变电站电气部分重要组成。其连接方式的确定对电力系统整体以及变电站本身的供电可靠性、运行灵活性、检修方便与否和经济合理性起着决定性的作用,同时也对变电站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定有着很大的影响。

在设计电气主接线时,应使其满足供电可靠,运行灵活和经济等项基本要求。

1、可靠性:供电可靠是电力生产和分配的首要要求,电气主接线也必须满足这个要求。在研究主接线时,应全面地看待以下几个问题:

一是可靠性的客观衡量标准是运行实践,估价一个主接线的可靠性时,应充分考虑长期积累的运行经验。我国现行设计技术规程中的各项规定,就是对运行实践经验的总结。设计时应予遵循。

二是主接线的可靠性,是由其各组成元件(包括一次设备和二次设备)的可靠性的综合。因此主接线设计,要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。

三是可靠性并不是绝对的,同样的主接线对某所是可靠的,而对另一些所则可能还不够可靠。因此,评价可靠性时,不能脱离变电所在系统中的地位和作用。通常定性分析和衡量主接线可靠性时,均从以下几方面考虑:¹断路器检修时,能否不影响供电。º线路、断路器或母线故障时,以及母线检修时,停运出线回路数的多少和停电时间的长短,以及能否保证对重要用户的供电。»变电所全部停运的可能性。

2、灵活性:主接线的灵活性要求有以下几方面。

一是调度灵活,操作简便:应能灵活的投入(或切除)某些变压器或线路,调配电源和负荷,能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。

二是检修安全:应能方便的停运断路器、母线及其继电保护设备,进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。三是扩建方便:应能容易的从初期过渡到最终接线,使在扩建过渡时,在不影响连续供电或停电时间最短的情况下,投入新装变压器或线路而不互相干扰,且一次和二次设备等所需的改造最少。

3、经济性:在满足技术要求的前提下,做到经济合理。

一是投资省:主接线应简单清晰,以节约断路器、隔离开关等一次设备投资;要使控制、保护方式不过于复杂,以利于运行并节约二次设备和电缆投资;要适当限制短路电流,以选择价格合理的电器设备;在终端或分支变电所中,应推广采用直降式(110/6~10kV)变压器,以质量可靠的简易电器代替高压断路器。

二是占地面积小:电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件,以便节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方,都应采用三相变压器。

三是电能损耗少:在变电所中,正常运行时,电能损耗主要来自变压器。应经济合理的选择主变压器的型式、容量和台数,尽量避免两次变压而增加电能损耗。

三、电气主接线设计需考虑的问题

1、需要考虑变电站在电力系统中的位置。变电站在电力系统中的地位和作用是决定电气主接线的主要因素。

2、要考虑近期和远期的发展规模。变电站电气主接线的设计，根据负荷的大小、分布、增长速度,根据地区网络情况和潮流分布,来确定电气主接线的形式以及连接电源数和出线回数。

3、考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对电气主接线的影响。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,应保证大部分二级负荷供电；三级负荷一般只需要一个电源供电。

4、考虑主变台数对电气主接线的影响。变电站主变的台数对电气主接线的选择将产生直接的影响,传输容量不同,对主接线的可靠性、灵活性的要求也不同。

5、考虑备用容量的有无和大小对电气主接线的影响,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有所不同。

四、变电所电气主接线可靠性研究

1、变电所电气主接线故障的常见问题

变电所主接线的可靠性研究主要以系统故障为中心，因此，在本研究伊始，需要对变电所主接线系统的常见故障内容及其对系统的影响进行介绍。作为变电所中联系系统与电源间的中间环节，主接线系统的运行并不独立。变电所主接线的故障及其对系统影响主要有以下几种形式，一旦电厂主接线出现故障，即会影响到供电系统的连续性、充裕度以及系统安全。因而，对变电所主接线可靠性的评估可以围绕以上俩个指标展开。

2、变电所主接线可靠性的关键因素

（一）断路器

在整个主接线系统中，断路器属于操作元件中最为重要的部分，断路器的操作结果可以改变电厂主接线的拓扑结构。由于断路器自身结构的复杂性，由其操作不当或突发性故障所造成的主接线系统的故障形式多样。尤其以断路器引起系统恶性连锁反应事故最为严重，作为主接线系统的关键性操作元件，断路器的安装与操作值得引起工作人员的注意。

（二）输电线路和变压器

输电线路以及变压器属于系统静态元件，作为系统的重要连接节点，由其引起的系统故障大多为扩大性故障。由于他们二者的故障所导致的系统状态的改变，将引起相邻断路器的动作，对系统的修复必须在其关联断路器动作并切除故障后进行。因而，输电线路及变压器的状态是决定主接线可靠性的关键性因素之一。

五、主接线接线方式选择

电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的,它以电源和出线为主体。6～220kV电气主接线主要分为无汇流母线的接线和有汇流母线的接线:(1)无汇流母线的接线:如变压器―线路组合的单元接线、桥形接线和角形接线等;(2)有汇流母线的接线:如单母线、单母线分段,双母线、双母线分段以及一个半断路器接线等。

在进出线路多时(一般超过四回)为便于电能的汇集和分配,常设置母线作为中间环节,使接线简单清晰、运行方便,有利于安装和扩建。而与有母线的接线相比,无汇流母线的接线具有使用电气设备较少,配电装置占地面积较小等优点。

1.线路变压器组接线。电源进线采用线路变压器组单元接线方式,是一种最简单清晰、设备较少、占地少的方式。通常用于终端变电所。

2.桥形接线。桥式接线方式是由一台断路器和两组隔离开关组成桥,将两回线路变压器组横向连接起来的电气主接线。连接桥连接在线路变压器组的变压器组和断路器之间的,称为内桥接线;连接在断路器和线路之间的,称为外桥接线。对内桥接线,当线路投入、断开、检修或故障时,可采用一线二变方式运行,通常对用户供电影响较小,但当变压器投入、断开、检修或故障时,会对供电能力有一定的影响。由于变压器运行可靠,而且不需要经常进行投入和断开,因此内桥接线采用得较多。外桥接线仅适用于变压器按照经济运行需要经常投切或当线路上有较大的穿越功率的情况。桥形接线方式使用断路器台数少,其配电装置占地也少,但扩建余地较小。

3.单母线接线。单母线接线是由线路、主变压器回路和一组母线所组成的电气主接线。单母线接线具有接线简单清晰、设备少、操作方便,便于扩建和采用成套配电装置等优点,但是存在不够灵活可靠,任一元件(母线及母线隔离开关)等故障或检修时,均需使整个配电装置停电的缺点。单母接线主要适用于电压等级较低、容量小和线路少的变电所。

4.单母分段。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。当一段母线发生故障,分段断路器自动将故障切除,保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。其缺点是,一段母线或母线隔离开关故障或检修时,该段母线的回路都要在检修期间内停电,而出线为双回时,常使架空线路出现交叉跨越,扩建时需向两个方向均衡扩建。

5.双母接线。双母线接线是由主变压器回路、线路和两组母线构成的电气主接线。它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便、便于试验等优点。其缺点主要是:使用母线隔离开关较多,母线长度较长,配电装置占地面积较大;在进行倒换母线的操作时,母线隔离开关倒换操作频繁,易发生误操作;由于两组母线之间存在较多的电气连接点,当处于分闸位置的母线隔离开关故障或母联断路器故障时,则有可能使两组母线即全变电所配电装置停运。当变电所和变电所的配电装置在电网中居重要地位、电力负荷大且出线回路较多时,通常采用双母线接线。在我国,当220kV以上变电所中出线回路较多时,经常采用双母线接线。

6.双母线分段接线。双母线分段,可以分段运行,系统构成方式的自由度大,两个元件可完全分别接到不同的母线上,对大容量且需相互联系的系统是有利的,由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸,因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题,而较容易实现分阶段的扩建等优点。但是易受到母线故障的影响,断路器检修时要停运线路,占地面积较大,一般当连接的进出线回路数在11回及以下时,母线不分段。

7.一个半断路器(3/2)接线。两个元件引线用三台断路器接在两组母上组成一个半断路器接线,它具有较高的供电可靠性和运行灵活性,任一母线故障或检修均不致停电,但是它使用的设备较多,占地面积较大,增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性,且投资大。

六、主接线的设计步骤

电气主接线的具体设计步骤如下:

1、分析原始资料,包括:

（一）本工程情况变电所类型,设计规划容量(近期,远景),主变台数及容量等。

（二）电力系统情况电力系统近期及远景发展规划(5~10年),变电所在电力系统中的位置和作用,本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。

（三）负荷情况负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。

（四）环境条件当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度等因素,对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。

（五）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、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,可拟定出若干个主接线方案。因为对出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑不同,会出现多种接线方案。应依据对主接线的基本要求,结合最新技术,确定最优的技术合理、经济可行的主接线方案。

3、短路电流的计算。对拟定的主接线,为了选择合理的电器,需进行短路电流计算。

4、主要电器选择。包括高压断路器、隔离开关、母线等电器的选择。

5、绘制电气主接线图。将最终确定的主接线,按工程要求,绘制工程图。

七、工程实例

某变电站设有两台主变压器,站内主接线分为220kV、110kV和10kV三个电压等级。各个电压等级分别采用双母接线、双母接线和单母线分段接线。

1、本变电站电气主接线设计

(一)220kV电压侧接线

采用双母线或单母线接线的110kV-220kV配电装置,当断路器为少油型时,除断路器有条件停电检修外,应设置盘路母线。当110kV出线回路数为6回及以上,220kV出线回路数为4回及以上时,可设置专用旁路断路器。本变电站220kV线路有8回,可选择双母线带旁路母线接线或双母线接线两种方案。

(二)110kV电压侧接线

《DLT5218-2005220kV-500kV变电所设计技术规程》规定:220kV变电所中的110kV、66kV配电装置(或35kV配电装置),当出现回路数载6回以下时(或为4-7回时)宜采用单母线或单母线分段接线,6回及以上时(或8回及以上时),宜采用双母线接线。本变电所110kV线路有8回,采用双母线接线方案。

(三)本变电所10KV线路有12回,可采用双母线接线或手车式高压开关柜单母线分段接线两种方案。

2、方案比较

方案一用于出线较多,输送和穿越功率较大,供电可靠性和灵活性要求较高的场合,设备多,投资和占地面积大,配电装置复杂,易误操作。方案二简单清晰,调度灵活,不会造成全站停电,能保证对重要用户的供电,设备少,投资和占地小。手车式断路器的出现和运行成功,断路器检修问题可不用复杂的旁路设施来解决,而用备用的手车断路器来替代需要检修的工作的手车断路器。采用手车式高压开关柜,可不设置旁路设施。

八、结束语

总而言之，变电所电气主接线设计必须要更加的科学和合理，准确的掌握电气主接线设计的技术要领，明晰变电所电气主接线设计的流程和步骤，以提高变电所的主接线设计的水平。

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