中小型變電站中電氣主接線的設計及應用

王彩菊

（甘肅大河科技有限公司，甘肅 蘭州730010）

0 引 言

目前，電力系統已經成為生產生活中的重要支撐，其中電氣主接線是以電源和出線為主體，是構成電力系統的重要環節，由各種電力設備和連接線組成。因此，重視電力系統電氣主接線基本要求和關鍵因素，才能夠使電力系統更好地為生產生活服務，才能讓變電站的電力系統發揮更大的作用。電氣主接線與電力系統、電站規模、樞紐布置、地形條件、動能參數以及電站運行方式等因素密切相關[1]，而且對變電站電氣設備布置、選擇、繼電保護和控制方式有較大影響。變電站電氣主接線的合理設計與否，關系變電站的長期安全、可靠、經濟運行。繼電保護與控制方式有密切聯系，是變電站供電設計的重要環節之一。本文以中小型變電站電氣主接線設計為例，根據變電站電氣主接線的類型、基本要求以及實際情況，對中小型變電站中電氣主接線進行方案設計選擇，最后從設計的經濟方面和技術方面提出中小型變電站中不同電壓等級的電氣主接線設計方案。

1 電氣主接線基本要求

供電可靠性、運行靈活性和經濟節約性，并稱為電氣主接線的三大基本要求[2]。

1.1 供電可靠性

電力生產的基本點是安全可靠，要求電氣主接線能確保變電站的供電連續可靠。判斷電氣主接線可靠的主要標準是：在斷路器損壞檢修時，不應對供電系統造成影響；在母線或線路發生故障時，應保證重要用戶的供電，即要求盡最大努力減少主變的停運臺數和線路的停運回路數；將變電站停運的可能性降到最低。因此，故障和被迫停電次數越少，停電范圍越小，通電時間越快，說明可靠性越高。

1.2 運行靈活性

電氣主接線設計時要隨著運行方式的轉變切換其工作方式。主接線應滿足檢修、調度的靈活性。調度運行中，要做到靈活自如地切除和投入變壓器與線路，實現變電站的真正無人值班。

1.3 經濟節約性

主接線在滿足以上兩點的情況下，需要做到符合合理、經濟、實惠的特點。這要求主接線應簡單清晰，降低投資，即最大程度上節省變電站建筑工程的費用、所需要一系列設備的采購與安置費用、安裝的工程費用，降低年運行費用，盡可能使占地面積最少，經濟合理地選擇變壓器，確保電能損耗達到最小。

2 電氣主接線基本類型

根據母線連接情況，電氣主接線主要分為有母線接線方式和無母線接線方式。

2.1 有母線的電氣主接線

電源、母線及饋線是有母線電氣主接線的主要構成部件[3]。母線連接電源和饋線，起著匯集和分配電能的作用，是中間環節。母線可使主接線結構清晰易懂，檢修及調度靈活，便于后期擴建。

2.1.1 單母線接線

單母線接線雖然具有接線簡單清晰、設備少、操作和檢修方便、投資少和便于擴建等優點，但是可靠性和靈活性差。當母線或母線隔離開關故障或檢修時，必須斷開與之所連的電源及電力用戶。此外，當出線隔離開關檢修期間，必須停止該出線回路的工作。因此，它僅適用于6～220 kV系統只有一臺變壓器的中、小型變電所。

2.1.2 單母線分段接線

單母線用分段斷路器進行分段后，可有效解決造成全部電力用戶停電的缺點，提高供電可靠性和運行靈活性。分段斷路器可在一段母線故障或檢修時自動切除故障，保證非故障母線仍可持續供電，縮小了停電范圍。但是，出線斷路器檢修時，仍存在和單母線不分段相同使該回路停電的缺點。

2.1.3 單母線帶旁路母線接線

在單母線基礎上增設旁路母線和旁路斷路器，可解決檢修出線斷路器時中斷該回路供電的問題，從而進一步加強了供電的連續性，廣泛適用于110 kV及以上的高壓配電裝置。但是，增加一組母線、專用旁路斷路器和隔離開關，不僅增加了投資，而且操作繁瑣，可能會產生誤操作。這種接線只在對供電可靠有特殊要求時采用。

2.1.4 雙母線接線

雙母線接線方式可靠解決了檢修母線或母線側斷路器造成用戶側大范圍停電的問題，具備供電可靠、運行方式靈活、便于擴建的優點。但是，這種接線方式將隔離開關作為操作電器，增加了誤操作的可能，且類似設備多，操作復雜，投資大。

2.1.5 一臺半斷路器接線

由于每2條回路共用3臺斷路器，一臺半斷路器接線又被稱為2/3接線[4]。正常運行時，每條回路有2臺斷路器共同供電，形成多環狀供電，具有極高的可靠性和靈活性，因此適用于220 kV及以上的大型變電所。

2.2 無母線的電氣主接線

無匯流母線的主接線即缺少了匯流母線這一中間環節，沒有母線故障和檢修問題，減少了投資，也減少了配電裝置的占用面積。它廣泛使用發動機-變壓器單元接線和橋式接線兩種方式[5]。

2.2.1 發電機-變壓器單元接線

發電機與變壓器直接構成一個單元整體，具有接線簡便清晰、開關設備少、操作簡單、投資少等特點。但是，停電范圍大，供電不可靠，僅適用于一機、一變、一線的場所。

2.2.2 橋使接線

在僅有2臺變壓機和2條饋線的情況下，可發揮橋式接線的優勢。因采用斷路器最少，投資少。依據橋斷路器設置的位置，可分為內橋式和外橋式。

3 主接線方案選擇

中小型變電站電力系統電壓等級主要為110 kV、35 kV和10 kV[6]。本文對不同電壓等級下的電氣主接線均進行了方案設計。

3.1 110 kV側電氣主接線

110 kV側有2個系統供電，有2回進線、2回出線。參照相關規程與負荷資料，可選用雙母線接線或單母線分段接線，如圖1和圖2所示。

圖1 雙母線接線

圖2 單母線分段接線

表1為對圖1和圖2方案Ⅰ、Ⅱ的電氣主接線設計的歸納對比分析。

在技術上，方案Ⅰ明顯合理；在經濟上，方案Ⅱ更占優勢。考慮到該變電所高壓側只有2回出線，方案Ⅱ即可滿足運行要求，故110 kV側接線方式可使用方案Ⅱ即單母線分段接線。

表1 110 kV主接線比較表

3.2 35 kV側電氣主接線

由基本資料可知，35 kV側有8回出線[7]。依照規程，電壓等級35～66 kV線路出線為4～8回時，可采用單母線分段接線和雙母線接線。為了保證線路檢修時對用戶的供電不中斷，采用單母線分段和雙母線接線時，可增加設計旁路母線。但是，由于增設旁路母線的條件有限，所以35～60 kV采用雙母線時不增設旁路母線。根據以上分析，篩選出兩種方案，如圖3和圖4所示。

圖3 單母線分段接線

圖4 雙母線接線

表2為對圖3和圖4方案Ⅰ、Ⅱ的主接線設計方案的歸納對比。

經對照發現，方案Ⅰ設備較少，較經濟，倒閘操作簡便為主要優點；但方案Ⅱ具有更高的可靠性。由于35 kV側負荷較多，重要負荷比重高，故選擇可靠性更高的方案Ⅱ。

3.3 10 kV側電氣主接線

據設計規范規定，當變電所裝有2臺主變壓器時，6～10 kV側宜采取分段單母線接線。設計中，10 kV側出線12回，主要負荷為變電所周圍電力用戶。綜合分析后，10 kV側選用單母線接線，如圖5所示。

圖5 單母線分段接線

由于10 kV變電站母線側的饋線多，因此選用單母線分段的接線方式。斷路器將母線分段后，重要負荷從不同母線分段引出雙回路供電，提高了供電可靠性與靈活性。當一段母線發生故障時，分段斷路器將自動切除故障，保證正常母線不間斷地供電，從而為重要負荷持續供電。

4 結 論

本文通過中小型變電站中電氣主接線的要求，首次對中小型變電站不同等級下電氣主接線的形式進行系統的方案設計和最優方案的選擇。電氣主接線是變電站電氣設計的重要部分，也是供配電系統的重要環節，直接影響變電站系統的可靠性與靈活性。因此，在確定中小型變電站電氣主接線時，要滿足供電可靠性、經濟性、供電的電能質量，還要考慮變電站的遠景規劃，設計的電氣主接線形式需綜合各種情況。