浅议6~220kV电气主接线设计

萧 杰

摘要:文章以电气主接线的设计为中心,从工程的观点出发,介绍对主接线的基本要求以及6～220kV典型接线形式;综合阐述了各种电气主接线的特点和主接线设计的一般原则;分析了主接线方式的发展趋势。

关键词:电气主接线设计;电力系统;配电装置

中图分类号:TM631 文献标识码:A

文章编号:1674-1145(2009)33-0154-02

电气主接线是由电气设备通过连接线,按其功能要求组成接受和分配电能的电路,它是变电所电气设计的首要部分,也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关,并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此,必须正确处理好各方面的关系,全面分析有关影响因素,通过技术经济比较合理确定主接线方案。

一、主接线设计的基本要求

电气主接线设计应根据发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用,发电厂、变电所的规划容量、分期和最终建设规模,进出线回路数,设备特点,负荷数量和性质等条件。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。对于主接线设计的基本要求,概括地说应包括可靠性、灵活性和经济性三个方面。

1.可靠性。安全可靠是电力生产的首要任务,保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求,而且也是电力生产和分配的首要要求。主接线可靠性的具体要求:(1)断路器检修时,不宜影响对系统的供电;(2)断路器或母线故障以及母线检修时,尽量减少停运的回路数和停运时间,并要求保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电;(3)尽量避免变电所全部停运的可靠性。

2.灵活性。主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。(1)调度时:可以灵活地操作,投入或切除某些变压器及线路,调配电源和负荷,能够满足系统在事故运行方式,检修方式以及特殊运行方式下的调度要求;(2)检修时:可以方便地停运断路器,母线及继电保护设备,进行安全检修,而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电;(3)扩建时:可以容易地从初期过渡到其最终接线,使在扩建过渡时,无论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。

3.经济性。主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。(1)投资省:主接线应简单清晰,以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备的投资,要能使控制保护不过复杂,以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资;要能限制短路电流,以便选择价格合理的电气设备或轻型电器;在终端或分支变电所推广采用质量可靠的简单电器;(2)占地面积小,主接线要为配电装置布置创造条件,以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在不受运输条件许可时,都采用三相变压器,以简化布置。(3)电能损失少:经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量,避免两次变压而增加电能损失。

二、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。当变电所和发电厂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。

三、主接线方式发展

变电所主接线方式主要根据电力系统的需要、新型配电装置的开发,以及各级电压母线在电力系统中所处的地位和作用予以选定,因此主接线方式也是随着电力系统的发展、电压等级的升高、新技术新设备的广泛应用、调度自动化水平的提高而逐步发展起来的。

从形式上看,主接线的发展过程是由简单到复杂,再由复杂到简单的过程。在70年代,由于当时受电气设备制造技术、通信技术和控制技术等条件的制约,为了提高系统供电可靠性,产生了从简单到复杂的主接线演变过程。在当今的技术环境中,随着新技术、高质量电气产品广泛应用,在某些条件下采用简单主接线方式比复杂主接线方式更可靠、更安全,变电所主接线日趋简化。同时,6～220kV电压等级采用简单的主接线方式,如线—变组、内桥接线方式,配电装置投资省、占地少、保护配置简单,更能适应城市中心负荷密度大的要求、可以充分提高土地利用率,为配网自动化、变电所无人化技术全面实施创造更为有利的条件。同类型的变电所采用相同的主接线,可使主接线规范化、标准化,有利于系统运行和设备检修。

四、结语

电气主接线的设计是否合理,将直接影响到发电厂、变电所基本建设投资效益和今后的安全及可靠运行。因此要从当地实际条件出发,经过技术、经济多方案比较后,再确定设计方案。在设计电气主接线中,除应与其他专业人员密切配合,共同选好厂(所)址和主要设备外,还必须对本专业的有关技术数据、要求等作全面了解,才能使设计的电气主接线方案既减少投资,又具有安全可靠运行等优点。

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