淺議6~220kV電氣主接線設計

蕭 杰

摘要:文章以電氣主接線的設計為中心,從工程的觀點出發,介紹對主接線的基本要求以及6～220kV典型接線形式;綜合闡述了各種電氣主接線的特點和主接線設計的一般原則;分析了主接線方式的發展趨勢。

關鍵詞:電氣主接線設計;電力系統;配電裝置

中圖分類號:TM631 文獻標識碼:A

文章編號:1674-1145(2009)33-0154-02

電氣主接線是由電氣設備通過連接線,按其功能要求組成接受和分配電能的電路,它是變電所電氣設計的首要部分,也是構成電力系統的重要環節。主接線的確定對電力系統整體及變電所本身運行的可靠性、靈活性和經濟性密切相關,并且對電氣設備選擇、配電裝置布置、繼電保護和控制方式的擬定有較大影響。因此,必須正確處理好各方面的關系,全面分析有關影響因素,通過技術經濟比較合理確定主接線方案。

一、主接線設計的基本要求

電氣主接線設計應根據發電廠、變電所在電力系統中的地位和作用,發電廠、變電所的規劃容量、分期和最終建設規模,進出線回路數,設備特點,負荷數量和性質等條件。并應綜合考慮供電可靠、運行靈活、操作檢修方便、投資節約和便于過渡或擴建等要求。對于主接線設計的基本要求,概括地說應包括可靠性、靈活性和經濟性三個方面。

1.可靠性。安全可靠是電力生產的首要任務,保證供電可靠和電能質量是對主接線最基本要求,而且也是電力生產和分配的首要要求。主接線可靠性的具體要求:(1)斷路器檢修時,不宜影響對系統的供電;(2)斷路器或母線故障以及母線檢修時,盡量減少停運的回路數和停運時間,并要求保證對一級負荷全部和大部分二級負荷的供電;(3)盡量避免變電所全部停運的可靠性。

2.靈活性。主接線應滿足在調度、檢修及擴建時的靈活性。(1)調度時:可以靈活地操作,投入或切除某些變壓器及線路,調配電源和負荷,能夠滿足系統在事故運行方式,檢修方式以及特殊運行方式下的調度要求;(2)檢修時:可以方便地停運斷路器,母線及繼電保護設備,進行安全檢修,而不致影響電力網的運行或停止對用戶的供電;(3)擴建時:可以容易地從初期過渡到其最終接線,使在擴建過渡時,無論在一次和二次設備裝置等所需的改造為最小。

3.經濟性。主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下做到經濟合理。(1)投資省:主接線應簡單清晰,以節約斷路器、隔離開關、電流和電壓互感器、避雷器等一次設備的投資,要能使控制保護不過復雜,以利于運行并節約二次設備和控制電纜投資;要能限制短路電流,以便選擇價格合理的電氣設備或輕型電器;在終端或分支變電所推廣采用質量可靠的簡單電器;(2)占地面積小,主接線要為配電裝置布置創造條件,以節約用地和節省構架、導線、絕緣子及安裝費用。在不受運輸條件許可時,都采用三相變壓器,以簡化布置。(3)電能損失少:經濟合理地選擇主變壓器的型式、容量和數量,避免兩次變壓而增加電能損失。

二、主接線接線方式選擇

電氣主接線是根據電力系統和變電所具體條件確定的,它以電源和出線為主體。6～220kV電氣主接線主要分為無匯流母線的接線和有匯流母線的接線:(1)無匯流母線的接線:如變壓器—線路組合的單元接線、橋形接線和角形接線等;(2)有匯流母線的接線:如單母線、單母線分段,雙母線、雙母線分段以及一個半斷路器接線等。

在進出線路多時(一般超過四回)為便于電能的匯集和分配,常設置母線作為中間環節,使接線簡單清晰、運行方便,有利于安裝和擴建。而與有母線的接線相比,無匯流母線的接線具有使用電氣設備較少,配電裝置占地面積較小等優點。

1.線路變壓器組接線。電源進線采用線路變壓器組單元接線方式,是一種最簡單清晰、設備較少、占地少的方式。通常用于終端變電所。

2.橋形接線。橋式接線方式是由一臺斷路器和兩組隔離開關組成橋,將兩回線路變壓器組橫向連接起來的電氣主接線。連接橋連接在線路變壓器組的變壓器組和斷路器之間的,稱為內橋接線;連接在斷路器和線路之間的,稱為外橋接線。對內橋接線,當線路投入、斷開、檢修或故障時,可采用一線二變方式運行,通常對用戶供電影響較小,但當變壓器投入、斷開、檢修或故障時,會對供電能力有一定的影響。由于變壓器運行可靠,而且不需要經常進行投入和斷開,因此內橋接線采用得較多。外橋接線僅適用于變壓器按照經濟運行需要經常投切或當線路上有較大的穿越功率的情況。橋形接線方式使用斷路器臺數少,其配電裝置占地也少,但擴建余地較小。

3.單母線接線。單母線接線是由線路、主變壓器回路和一組母線所組成的電氣主接線。單母線接線具有接線簡單清晰、設備少、操作方便,便于擴建和采用成套配電裝置等優點,但是存在不夠靈活可靠,任一元件(母線及母線隔離開關)等故障或檢修時,均需使整個配電裝置停電的缺點。單母接線主要適用于電壓等級較低、容量小和線路少的變電所。

4.單母分段。用斷路器把母線分段后,對重要用戶可以從不同段引出兩個回路;有兩個電源供電。當一段母線發生故障,分段斷路器自動將故障切除,保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。其缺點是,一段母線或母線隔離開關故障或檢修時,該段母線的回路都要在檢修期間內停電,而出線為雙回時,常使架空線路出現交叉跨越,擴建時需向兩個方向均衡擴建。

5.雙母接線。雙母線接線是由主變壓器回路、線路和兩組母線構成的電氣主接線。它具有供電可靠、調度靈活、擴建方便、便于試驗等優點。其缺點主要是:使用母線隔離開關較多,母線長度較長,配電裝置占地面積較大;在進行倒換母線的操作時,母線隔離開關倒換操作頻繁,易發生誤操作;由于兩組母線之間存在較多的電氣連接點,當處于分閘位置的母線隔離開關故障或母聯斷路器故障時,則有可能使兩組母線即全變電所配電裝置停運。當變電所和發電廠的配電裝置在電網中居重要地位、電力負荷大且出線回路較多時,通常采用雙母線接線。在我國,當220kV以上變電所中出線回路較多時,經常采用雙母線接線。

6.雙母線分段接線。雙母線分段,可以分段運行,系統構成方式的自由度大,兩個元件可完全分別接到不同的母線上,對大容量且需相互聯系的系統是有利的,由于這種母線接線方式是常用傳統技術的一種延伸,因此在繼電保護方式和操作運行方面都不會發生問題,而較容易實現分階段的擴建等優點。但是易受到母線故障的影響,斷路器檢修時要停運線路,占地面積較大,一般當連接的進出線回路數在11回及以下時,母線不分段。

7.一個半斷路器(3/2)接線。兩個元件引線用三臺斷路器接在兩組母上組成一個半斷路器接線,它具有較高的供電可靠性和運行靈活性,任一母線故障或檢修均不致停電,但是它使用的設備較多,占地面積較大,增加了二次控制回路的接線和繼電保護的復雜性,且投資大。

三、主接線方式發展

變電所主接線方式主要根據電力系統的需要、新型配電裝置的開發,以及各級電壓母線在電力系統中所處的地位和作用予以選定,因此主接線方式也是隨著電力系統的發展、電壓等級的升高、新技術新設備的廣泛應用、調度自動化水平的提高而逐步發展起來的。

從形式上看,主接線的發展過程是由簡單到復雜,再由復雜到簡單的過程。在70年代,由于當時受電氣設備制造技術、通信技術和控制技術等條件的制約,為了提高系統供電可靠性,產生了從簡單到復雜的主接線演變過程。在當今的技術環境中,隨著新技術、高質量電氣產品廣泛應用,在某些條件下采用簡單主接線方式比復雜主接線方式更可靠、更安全,變電所主接線日趨簡化。同時,6～220kV電壓等級采用簡單的主接線方式,如線—變組、內橋接線方式,配電裝置投資省、占地少、保護配置簡單,更能適應城市中心負荷密度大的要求、可以充分提高土地利用率,為配網自動化、變電所無人化技術全面實施創造更為有利的條件。同類型的變電所采用相同的主接線,可使主接線規范化、標準化,有利于系統運行和設備檢修。

四、結語

電氣主接線的設計是否合理,將直接影響到發電廠、變電所基本建設投資效益和今后的安全及可靠運行。因此要從當地實際條件出發,經過技術、經濟多方案比較后,再確定設計方案。在設計電氣主接線中,除應與其他專業人員密切配合,共同選好廠(所)址和主要設備外,還必須對本專業的有關技術數據、要求等作全面了解,才能使設計的電氣主接線方案既減少投資,又具有安全可靠運行等優點。

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