地鐵主變電站110kV側電氣主接線的選擇

金 輝

（廣州地鐵總公司建設事業總部，廣州 510010）

地鐵主變電站110kV側電氣主接線是變電所電氣設計的首要部分，是構成地鐵供電系統的重要環節。主接線的確定對地鐵供電系統整體和變電所本身運行的可靠性、靈活性和經濟性密切相關，并且對電氣設備的選擇、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，全面分析實際工程中有關影響因素，通過技術經濟比較，合理確定主接線方案。

地鐵主變電站容量的主要設計原則為：地鐵供電系統一般采用 110/35kV兩級電壓制的集中供電方式，供電系統容量按遠期高峰小時負荷設計。主變電站由電力系統引入兩路獨立可靠的110kV電源，當任一路電源停電時，由另一路電源供電。主變電站設兩臺主變壓器，當一臺主變壓器退出運行時，另一臺主變壓器應能承擔本主變電站供電區域內一、二級負荷的供電；當一座主變電站退出運行時（不考慮35kV母線故障），其相鄰主變電站應越區供電承擔全線一、二級負荷；不考慮一個主變電站解列，同時35kV環網電纜故障的情況。

根據上述原則設計的地鐵主變電站，主變電站35kV側采用單母線分段接線，作為主要的型式，在設計行業中已經形成共識。但是對于110kV側電氣主接線，有環進環出接線、線路-變壓器組接線和內橋接線等多種方案。本文就環進環出接線僅作簡要介紹，主要對線變組接線和內橋接線兩種方案進行分析比較。

1 環進環出接線方案

環進環出接線是引入進線的同時，設置出線，主變電所內主變壓器只做為饋線使用。其接線方案如圖1。該接線方案中，地鐵110kV主變電站并不是終端站。環出線主要供供電局使用。該接線方案雖然能總體降低社會成本，但涉及到的投資、建設、運營等環節，責任不清，不利于運營使用。隨著管理體制和電網的總體規劃的完善，環進環出接線方案現在已較少采用。

2 線路-變壓器組方案

線路-變壓器組接線就是線路和變壓器直接相連，是一種最簡單的接線方式，變電站只有一路進線與一臺變壓器，而且再無發展的情況下采用線路-變壓器組接線。其接線方案如圖2。

圖1 環進環出接線圖

圖2 線路-變壓器組接線圖

選用線路-變壓器組的接線時，主變電站高壓配電裝置只配置2個設備單元，接線簡單清晰。在正常運行方式下，兩回進線各帶一臺主變壓器，系統接線簡單，運行可靠、經濟，有利于變電所實現自動化、無人化。線路-變壓器組接線的優點是設備少、配電裝置占地面積小、投資省、接線簡單、操作簡便、宜于擴建。設備間相互影響程度低。

線路-變壓器組接線的缺點是由于在單回路上只有一回進線和一臺變壓器，導致線路故障或檢修時，變壓器停運；變壓器故障或檢修時，線路停運。故，其靈活性和可靠性較低。

3 內橋接線方案

兩回線路-變壓器單元接線相連，接成橋形接線。分為內橋和外橋形兩種接線，是長期開環運行的四角形接線。由于外橋形接線適用于線路有穿越功率的場合，而且變壓器側斷路器檢修時，變壓器需較長時期停運，故在地鐵建設中，考慮到投資、建設、運營等多方面的影響，極少采用外橋形接線。

地鐵中采用橋形接線方式時，一般都是內橋形接線。在當變電站內只有2臺變壓器和2條電源線路且輸電線路較長、主變壓器不需做頻繁操作時，就可以采用內橋接線型式。內橋接線的母聯在兩臺變壓器開關的內側，靠近變壓器側。一般是橋開關自投。當進線失電，合橋開關。其接線如圖3。

圖3 內橋形接線圖

內橋接線是110kV終端變電所最常見的主接線方式。其高壓側斷路器數量較少，線路故障操作簡單、方便，系統接線清晰。在正常運行方式下，橋斷路器打開，類似于線路-變壓器組接線，兩回進線線路各帶一臺主變壓器。因內橋接線線路側裝有斷路器，線路的投入和切除十分方便。當送電線路發生故障時，只需斷開故障線路的斷路器，不影響其它回路正常運行。

內橋接線優點是使用的斷路器等設備最少，與單母線分段式比較，節省了兩臺主變壓器高壓側斷路器，減少投資，比較經濟。不足之處是可靠性不高。目前采取的措施，通過配置高壓側內橋備用自投（防一路進線電源失電）和低壓側分段備用自投（防一臺主變壓器故障失電）。但是在經橋斷路器轉供的另一電源進線來供其它變電所時，繼電保護不能很好的配合。

4 結合地鐵主變電站的有關影響因素選擇主接線

4.1 線路-變壓器組的選擇

除了線路-變壓器組的接線的通用特點外，地鐵主變電站采用線路-變壓器組的也有其特殊性。

相比而言，線路-變壓器組受對側供電局變電站故障影響明顯。在地鐵工程建設中，雙電源來自同一個變電站的情況，一般采用線路-變壓器組。如果110kV進線直接從對側供電局變電站母線引入，在母線故障，可通過供電局修改運行方式接入不同母線，對雙變壓器分別供電無影響；但是當專用間隔或T接線路故障時，將導致地鐵主變電站相應變壓器失電。

根據地鐵供電系統的設計原則，當任一路電源停電時，由另一路電源供電；當一臺主變壓器退出運行時，另一臺主變壓器應能承擔本主變電站供電區域內一、二級負荷的供電。進線線路故障時，一臺變壓器需要停電運行，此時地鐵的環網通過35kV母聯開關投入，進行支援，其110kV進線電纜容量僅需考慮單臺變壓器額定容量。而在內橋接線的情況下，110kV電纜容量需按照兩臺主變壓器的額定容量進行設計訂貨。從概算投資的角度，不只是設備能節省費用，在電纜載流量、電纜截面方面也能減少電纜費用投資。

根據供電系統這種容量以及運行方式的要求可以判斷，平時主變壓器的負荷率并不高（低于50%），可以看作低負載率標準，系統發生故障時，恢復供電操作十分方便。當一臺主變或一條線路故障退出運行，只需在變電所 35kV側做轉移負荷操作，就能保證負荷的正常用電，對相鄰變電所無影響。對于地鐵110kV變電所，其主變容量均滿足N-1要求，即主變容量滿足低負荷率標準，首先應推薦采用線路-變壓器組接線方式。

4.2 內橋接線的選擇

在選擇內橋接線時，除了該接線的一般特點外，也應該綜合考慮地鐵的相關影響因素。由于變壓器運行可靠，而且不需要經常進行投入，因此內橋形接線橋接線的應用較廣泛。而且由于地鐵采用的為GIS組合電器，故障率較低，主變壓器運行可靠性較高，其故障率一般小于1.5次/百臺年，而且主變也不需要經常切換，而110kV送電線路已經都采用電纜線路，其故障率為0.36次/百km年。

因此，對于地鐵主變電站而言，采用內橋主接線方式能夠保證系統供電的可靠性。而且，為了提高橋形接線的靈活性和可鉆性，避免因檢修線路或變壓器時影響其他回路的正常運行，一般在接線中加設一組跨條（導線）。跨條上通常設置兩組串接的隔離開關，以便于跨條上隔離開關進行檢修，此兩組隔離開關在正常運行時是斷開的。所以對地鐵而言，內橋接線的可靠性是足夠高的。

在實際的工程建設中，內橋還有其特殊的優勢。采用內橋接線時，進線雙電源來自不同變電站，目前中心城區中110kV電纜廊道建設的難度極大，雙回電纜工程往往不能同時送電，有時間隔長達數年。也就是說工程的初始階段，乃至較長的一段時間內，主所往往只有一回進線。由于內橋接線系統容量設計原則是當任一路電源停電時，由另一路電源供電，能滿足一二三級負荷要求。在這種情況下，內橋接線可以保證在一回電纜通電的情況下，雙變壓器帶電，并且能保證負荷需求，從而提高了這種情況下的用電可靠性。這一點在工程的工期要求中，往往是關鍵性的考慮因素。

最后，在地鐵主變電站的建設過程中，應綜合考慮工程的多方面因素，包括外部條件、工期、可靠性以及運營的便利性等。并結合可選用的電氣接線方案，對不同方案進行經濟技術全面的比較，最終確定主變電站的主接線形式。