淺議6~220kV電氣主接線設(shè)計(jì)

蕭 杰

摘要:文章以電氣主接線的設(shè)計(jì)為中心,從工程的觀點(diǎn)出發(fā),介紹對(duì)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(diǎn)和主接線設(shè)計(jì)的一般原則;分析了主接線方式的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞:電氣主接線設(shè)計(jì);電力系統(tǒng);配電裝置

中圖分類號(hào):TM631 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1674-1145(2009)33-0154-02

電氣主接線是由電氣設(shè)備通過(guò)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(shè)計(jì)的首要部分,也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的確定對(duì)電力系統(tǒng)整體及變電所本身運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān),并且對(duì)電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)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(guān)系,全面分析有關(guān)影響因素,通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理確定主接線方案。

一、主接線設(shè)計(jì)的基本要求

電氣主接線設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)發(fā)電廠、變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用,發(fā)電廠、變電所的規(guī)劃容量、分期和最終建設(shè)規(guī)模,進(jìn)出線回路數(shù),設(shè)備特點(diǎn),負(fù)荷數(shù)量和性質(zhì)等條件。并應(yīng)綜合考慮供電可靠、運(yùn)行靈活、操作檢修方便、投資節(jié)約和便于過(guò)渡或擴(kuò)建等要求。對(duì)于主接線設(shè)計(jì)的基本要求,概括地說(shuō)應(yīng)包括可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面。

1.可靠性。安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù),保證供電可靠和電能質(zhì)量是對(duì)主接線最基本要求,而且也是電力生產(chǎn)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(shí),不宜影響對(duì)系統(tǒng)的供電;(2)斷路器或母線故障以及母線檢修時(shí),盡量減少停運(yùn)的回路數(shù)和停運(yùn)時(shí)間,并要求保證對(duì)一級(jí)負(fù)荷全部和大部分二級(jí)負(fù)荷的供電;(3)盡量避免變電所全部停運(yùn)的可靠性。

2.靈活性。主接線應(yīng)滿足在調(diào)度、檢修及擴(kuò)建時(shí)的靈活性。(1)調(diào)度時(shí):可以靈活地操作,投入或切除某些變壓器及線路,調(diào)配電源和負(fù)荷,能夠滿足系統(tǒng)在事故運(yùn)行方式,檢修方式以及特殊運(yùn)行方式下的調(diào)度要求;(2)檢修時(shí):可以方便地停運(yùn)斷路器,母線及繼電保護(hù)設(shè)備,進(jìn)行安全檢修,而不致影響電力網(wǎng)的運(yùn)行或停止對(duì)用戶的供電;(3)擴(kuò)建時(shí):可以容易地從初期過(guò)渡到其最終接線,使在擴(kuò)建過(guò)渡時(shí),無(wú)論在一次和二次設(shè)備裝置等所需的改造為最小。

3.經(jīng)濟(jì)性。主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下做到經(jīng)濟(jì)合理。(1)投資省:主接線應(yīng)簡(jiǎn)單清晰,以節(jié)約斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電流和電壓互感器、避雷器等一次設(shè)備的投資,要能使控制保護(hù)不過(guò)復(fù)雜,以利于運(yùn)行并節(jié)約二次設(shè)備和控制電纜投資;要能限制短路電流,以便選擇價(jià)格合理的電氣設(shè)備或輕型電器;在終端或分支變電所推廣采用質(zhì)量可靠的簡(jiǎn)單電器;(2)占地面積小,主接線要為配電裝置布置創(chuàng)造條件,以節(jié)約用地和節(jié)省構(gòu)架、導(dǎo)線、絕緣子及安裝費(fèi)用。在不受運(yùn)輸條件許可時(shí),都采用三相變壓器,以簡(jiǎn)化布置。(3)電能損失少:經(jīng)濟(jì)合理地選擇主變壓器的型式、容量和數(shù)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(jù)電力系統(tǒng)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(wú)匯流母線的接線和有匯流母線的接線:(1)無(wú)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(gè)半斷路器接線等。

在進(jìn)出線路多時(shí)(一般超過(guò)四回)為便于電能的匯集和分配,常設(shè)置母線作為中間環(huán)節(jié),使接線簡(jiǎn)單清晰、運(yùn)行方便,有利于安裝和擴(kuò)建。而與有母線的接線相比,無(wú)匯流母線的接線具有使用電氣設(shè)備較少,配電裝置占地面積較小等優(yōu)點(diǎn)。

1.線路變壓器組接線。電源進(jìn)線采用線路變壓器組單元接線方式,是一種最簡(jiǎn)單清晰、設(shè)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(tái)斷路器和兩組隔離開(kāi)關(guān)組成橋,將兩回線路變壓器組橫向連接起來(lái)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(nèi)橋接線;連接在斷路器和線路之間的,稱為外橋接線。對(duì)內(nèi)橋接線,當(dāng)線路投入、斷開(kāi)、檢修或故障時(shí),可采用一線二變方式運(yùn)行,通常對(duì)用戶供電影響較小,但當(dāng)變壓器投入、斷開(kāi)、檢修或故障時(shí),會(huì)對(duì)供電能力有一定的影響。由于變壓器運(yùn)行可靠,而且不需要經(jīng)常進(jìn)行投入和斷開(kāi),因此內(nèi)橋接線采用得較多。外橋接線僅適用于變壓器按照經(jīng)濟(jì)運(yùn)行需要經(jīng)常投切或當(dāng)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(tái)數(shù)少,其配電裝置占地也少,但擴(kuò)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(jiǎn)單清晰、設(shè)備少、操作方便,便于擴(kuò)建和采用成套配電裝置等優(yōu)點(diǎn),但是存在不夠靈活可靠,任一元件(母線及母線隔離開(kāi)關(guān))等故障或檢修時(shí),均需使整個(gè)配電裝置停電的缺點(diǎn)。單母接線主要適用于電壓等級(jí)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(duì)重要用戶可以從不同段引出兩個(gè)回路;有兩個(gè)電源供電。當(dāng)一段母線發(fā)生故障,分段斷路器自動(dòng)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(diǎn)是,一段母線或母線隔離開(kāi)關(guān)故障或檢修時(shí),該段母線的回路都要在檢修期間內(nèi)停電,而出線為雙回時(shí),常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越,擴(kuò)建時(shí)需向兩個(gè)方向均衡擴(kuò)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(gòu)成的電氣主接線。它具有供電可靠、調(diào)度靈活、擴(kuò)建方便、便于試驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)主要是:使用母線隔離開(kāi)關(guān)較多,母線長(zhǎng)度較長(zhǎng),配電裝置占地面積較大;在進(jìn)行倒換母線的操作時(shí),母線隔離開(kāi)關(guān)倒換操作頻繁,易發(fā)生誤操作;由于兩組母線之間存在較多的電氣連接點(diǎn),當(dāng)處于分閘位置的母線隔離開(kāi)關(guān)故障或母聯(lián)斷路器故障時(shí),則有可能使兩組母線即全變電所配電裝置停運(yùn)。當(dāng)變電所和發(fā)電廠的配電裝置在電網(wǎng)中居重要地位、電力負(fù)荷大且出線回路較多時(shí),通常采用雙母線接線。在我國(guó),當(dāng)220kV以上變電所中出線回路較多時(shí),經(jīng)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(yùn)行,系統(tǒng)構(gòu)成方式的自由度大,兩個(gè)元件可完全分別接到不同的母線上,對(duì)大容量且需相互聯(lián)系的系統(tǒng)是有利的,由于這種母線接線方式是常用傳統(tǒng)技術(shù)的一種延伸,因此在繼電保護(hù)方式和操作運(yùn)行方面都不會(huì)發(fā)生問(wèn)題,而較容易實(shí)現(xiàn)分階段的擴(kuò)建等優(yōu)點(diǎn)。但是易受到母線故障的影響,斷路器檢修時(shí)要停運(yùn)線路,占地面積較大,一般當(dāng)連接的進(jìn)出線回路數(shù)在11回及以下時(shí),母線不分段。

7.一個(gè)半斷路器(3/2)接線。兩個(gè)元件引線用三臺(tái)斷路器接在兩組母上組成一個(gè)半斷路器接線,它具有較高的供電可靠性和運(yùn)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(shè)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(hù)的復(fù)雜性,且投資大。

三、主接線方式發(fā)展

變電所主接線方式主要根據(jù)電力系統(tǒng)的需要、新型配電裝置的開(kāi)發(fā),以及各級(jí)電壓母線在電力系統(tǒng)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(tǒng)的發(fā)展、電壓等級(jí)的升高、新技術(shù)新設(shè)備的廣泛應(yīng)用、調(diào)度自動(dòng)化水平的提高而逐步發(fā)展起來(lái)的。

從形式上看,主接線的發(fā)展過(guò)程是由簡(jiǎn)單到復(fù)雜,再由復(fù)雜到簡(jiǎn)單的過(guò)程。在70年代,由于當(dāng)時(shí)受電氣設(shè)備制造技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)等條件的制約,為了提高系統(tǒng)供電可靠性,產(chǎn)生了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的主接線演變過(guò)程。在當(dāng)今的技術(shù)環(huán)境中,隨著新技術(shù)、高質(zhì)量電氣產(chǎn)品廣泛應(yīng)用,在某些條件下采用簡(jiǎn)單主接線方式比復(fù)雜主接線方式更可靠、更安全,變電所主接線日趨簡(jiǎn)化。同時(shí),6～220kV電壓等級(jí)采用簡(jiǎn)單的主接線方式,如線—變組、內(nèi)橋接線方式,配電裝置投資省、占地少、保護(hù)配置簡(jiǎn)單,更能適應(yīng)城市中心負(fù)荷密度大的要求、可以充分提高土地利用率,為配網(wǎng)自動(dòng)化、變電所無(wú)人化技術(shù)全面實(shí)施創(chuàng)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(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化,有利于系統(tǒng)運(yùn)行和設(shè)備檢修。

四、結(jié)語(yǔ)

電氣主接線的設(shè)計(jì)是否合理,將直接影響到發(fā)電廠、變電所基本建設(shè)投資效益和今后的安全及可靠運(yùn)行。因此要從當(dāng)?shù)貙?shí)際條件出發(fā),經(jīng)過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)多方案比較后,再確定設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)電氣主接線中,除應(yīng)與其他專業(yè)人員密切配合,共同選好廠(所)址和主要設(shè)備外,還必須對(duì)本專業(yè)的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)、要求等作全面了解,才能使設(shè)計(jì)的電氣主接線方案既減少投資,又具有安全可靠運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。

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