基于∏接線路的電氣主接線研究與探討

穆建軍

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長(zhǎng)沙市 410007）

1 問(wèn)題的提出

∏接線路即把原來(lái)的一條線路從中拆開，先進(jìn)變電站或電站，然后通過(guò)變電站或電站的高壓母線，接回到原來(lái)的線路，即在變電站或電站高壓母線上有功率穿越。這種接線方式在向同一方向輸電的梯級(jí)開發(fā)的水電站和110 kV及以下電網(wǎng)中應(yīng)用較為廣泛。其主要優(yōu)點(diǎn)是縮短了總的輸電線路的長(zhǎng)度，節(jié)省了輸電線路建設(shè)資金和周期，并減少了出線走廊，再次兩端電源可以互為備用，提高了供電可靠性，同時(shí)電能也可直接從母線上穿越送出，降低了電能通過(guò)變壓器時(shí)的損耗和線路上的損耗。但這種接線方式同時(shí)也存在著一定的不足，即當(dāng)一回線路故障或出線斷路器故障或檢修時(shí)，只能一側(cè)送電。對(duì)梯級(jí)開發(fā)的水電站而言，任何一個(gè)出線斷路器或線路故障或檢修，則意味著一個(gè)或全部電站的電能都不能送出，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。這種∏接線路的常用接法如圖1所示。經(jīng)筆者研究，找出一個(gè)既可保留∏接線路優(yōu)點(diǎn)，又可以克服其不足的比較合理的接線方式，供各位同行探討。

2 單母線外橋接線方式（或者稱為單母線外接跨條方式）

圖1 ∏接線路的常用接法

對(duì)∏接線路的變電站或電站來(lái)說(shuō)，其規(guī)模一般為二進(jìn)二出，即∏接線路的兩條線路和與變壓器連接的兩個(gè)回路。通常采用較多的接線方式為外橋接線、單母線接線或單母線分段的接線方式，較早也有四角形或三角形的接線方式，這些接線方式中以單母線最為簡(jiǎn)單，應(yīng)用也最為廣泛，但它同樣也有一定的局限性?；诖?，有必要尋找一個(gè)既能充分發(fā)揮∏接線路的優(yōu)點(diǎn)，又能克服上述對(duì)∏接線路所用接線方式不足的新接線方式。筆者提出了一個(gè)以單母線接線為基礎(chǔ)的改進(jìn)方案，即在∏接線路的單母線外側(cè)增加一組斷路器和隔離開關(guān)及電流互感器，連接于兩條出線之間，形成新的接線方式，也可以只簡(jiǎn)單地增加兩組隔離開關(guān)，其新的接線方式如圖2所示。

圖2 單母線外橋接線方式示意圖

這兩種接線方式由于其高壓母線下還會(huì)連接有1～2臺(tái)降壓變壓器（對(duì)變電所）或升壓變壓器（對(duì)發(fā)電廠），如果不加外橋斷路器或外跨條，則就是一個(gè)典型的單母線接線方式；如果取掉母線和變壓器高壓側(cè)斷路器，則就是典型的外橋接線方式（對(duì)圖2a來(lái)說(shuō)）。這種新的接線方式實(shí)際上是兩種接線方式的組合，既不同于單母線接線也不同與外橋接線方式，因此可分別稱作單母線外橋接線方式（對(duì)圖2a來(lái)說(shuō)）或單母線外跨條接線方式（對(duì)圖2b來(lái)說(shuō)）。它集合了適合∏接線路的變電站或水電站主接線幾種接線方式的優(yōu)點(diǎn)，操作簡(jiǎn)單易行，節(jié)省投資，不適為一個(gè)好的接線方式。

3 運(yùn)行方式的研究

每種主接線都有其特定的運(yùn)行方式，改變其運(yùn)行方式就有可能失去其主要優(yōu)點(diǎn)，但一個(gè)好的接線方案則可以適合幾種運(yùn)行方式，而且要操作簡(jiǎn)單，安全可靠，因此有必要對(duì)此接線（圖2）的運(yùn)行方式進(jìn)行研究討論。

以∏接線路二進(jìn)二出的單母線外橋接線為基礎(chǔ)進(jìn)行討論其運(yùn)行方式。如圖3所示。假設(shè)A端為一座水電站，B端即∏接點(diǎn)為一座水電站，C端為接入的電力系統(tǒng)，L1和L2分別為A、B電站連接線路和與電力系統(tǒng)的連接線路。

圖3 運(yùn)行方式接線簡(jiǎn)圖

當(dāng)A、B、C均正常運(yùn)行時(shí)，A站和B站的電能匯集于高壓母線后再通過(guò)輸電線路L2送入電力系統(tǒng)，此時(shí)外橋斷路器或隔離開關(guān)斷開運(yùn)行；如果A站或B站不能正常發(fā)電，兩站的廠用電系統(tǒng)電源可以互為備用。當(dāng)B站與系統(tǒng)連接的線路斷路器故障或檢修時(shí)，合上外橋斷路器，兩站的電能均通過(guò)外橋開關(guān)送往系統(tǒng)；當(dāng)B站與A站連接的線路斷路器故障或檢修時(shí)，合上外橋斷路器或隔離開關(guān)，A站通過(guò)外橋斷路器、B站通過(guò)與系統(tǒng)連接的斷路器后匯集電能通過(guò)L2線路送入電力系統(tǒng)；如果B站的母線故障，則繼電保護(hù)系統(tǒng)同時(shí)跳開連接于母線上的所有斷路器后，再合上外橋斷路器，A站的電能仍能正常送入電力系統(tǒng)。這樣避免了由于B站母線故障或出線斷路器故障或檢修時(shí)電能不能送出的嚴(yán)重缺點(diǎn)，但B站與電力系統(tǒng)的連接線路L2故障時(shí)兩站均不能送出電能的缺點(diǎn)無(wú)法克服，這也是適合∏接線路所有接線方式的缺點(diǎn)所在。當(dāng)L1故障時(shí)僅影響A站的電能不能送出，但影響面較小。對(duì)于用隔離開關(guān)作為外跨條的接線方式只能在兩端均無(wú)壓或相同電壓的情況進(jìn)行投入，靈活性和自動(dòng)化程度不如帶斷路器的單母線外橋接線方式。

如果B站僅接一回線（即連接1臺(tái)變壓器），則該接線就變?yōu)榱俗冃蔚娜切谓泳€方式，在布置時(shí)可按單母線外橋接線方式設(shè)計(jì)，便于今后擴(kuò)建，對(duì)于變電站來(lái)說(shuō)更需考慮今后擴(kuò)建的可能性。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

4.1 技術(shù)比較

與此接線方式相近的、適用于∏接線路的接線方式有外橋接線帶內(nèi)跨條、單母線接線或單母線分段接線方式，下面將新的接線方式與主要適用的接線方式進(jìn)行比較討論：

與外橋接線帶內(nèi)跨條接線方式相比，其增加了兩臺(tái)斷路器，占地面積和設(shè)備投資略有增加。但自動(dòng)化程度較高，倒閘操作較少，克服了外橋接線在橋連斷路器故障或檢修時(shí)，電站保護(hù)系統(tǒng)不完善及解列運(yùn)行的缺點(diǎn)。新接線方式的外橋斷路器正常情況下是斷開運(yùn)行的，而外橋接線的橋連斷路器是合上運(yùn)行的。

與單母線和單母線分段接線相比，比單母線增加了一臺(tái)斷路器，與單母線分段接線的斷路器數(shù)量相同，占地面積對(duì)單母線而言略有增加，與單母線分段相比是相同的，但新接線方式克服了出線斷路器或分段斷路器故障或檢修時(shí)，一個(gè)電站或兩個(gè)電站電能不能送出的缺點(diǎn)，且單母線分段接線需長(zhǎng)期投入運(yùn)行才能保證電能在母線上的穿越，而新接線的橋聯(lián)斷路器正常情況下不投入運(yùn)行。

與四角形接線相比，其斷路器增加一臺(tái)，但四角形接每一回進(jìn)出線都連接著2臺(tái)斷路器，每一臺(tái)斷路器又連著兩個(gè)回路，變壓器或線路故障或檢修，均需跳開兩臺(tái)斷路器，當(dāng)一臺(tái)斷路器故障或檢修時(shí)，四角形接線將解列運(yùn)行；而新接線方式在線路或變壓器故障只需跳各自回路的斷路器即可，只有在外橋連斷路器投運(yùn)后段線路故障時(shí)才跳兩臺(tái)斷路器，不存在解列運(yùn)行的現(xiàn)象。因而四角形接線繼電保護(hù)復(fù)雜，新的接線方式繼電保護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單。

與三角形接線相比，當(dāng)B站采用1臺(tái)主變壓器時(shí)，實(shí)際上就是變成了變異的三角形接線 （為了主變保護(hù)方便簡(jiǎn)單，主變高壓側(cè)帶斷路器），新接線方式與三角形接線不同的是，三角形接線在正常運(yùn)行時(shí)全部斷路器投入運(yùn)行，任何一個(gè)斷路器故障或檢修都將解列運(yùn)行，而新接線在正常運(yùn)行時(shí)橋連斷路器是不投入運(yùn)行的，只在出線斷路器和母線故障或檢修時(shí)投入運(yùn)行。

綜上所述，新的接線方式具有它們共同的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于應(yīng)用在具有∏接線路的水電站和變電站中的主接線，同時(shí)也克服了在∏接線路接線方式中采用其它接線方式所存在的不足和缺點(diǎn)。

雖然此種新的接線方式有相對(duì)較多的優(yōu)點(diǎn)，但有存在著電力設(shè)備投資和土建投資相對(duì)增加（對(duì)個(gè)別接線方式而言），增加了設(shè)備連接點(diǎn)，等于增加了故障點(diǎn)等缺點(diǎn)。如果在設(shè)備選擇上選擇可靠性高，便于布置的電氣設(shè)備，如pass mo等，這些缺點(diǎn)的影響將會(huì)相對(duì)較小。

4.2 經(jīng)濟(jì)比較

以110 kV電壓等級(jí)為例，具有二進(jìn)二出的∏接單母線與具有二進(jìn)二出∏接單母線外橋接線方式比較，實(shí)際上增加了一個(gè)間隔的設(shè)備投資和土建工程量，對(duì)戶外常規(guī)布置而言大約增加了50萬(wàn)元的費(fèi)用；與外橋型接線相比，增加了兩個(gè)間隔的費(fèi)用大約為100萬(wàn)元；與四角形接線相比其費(fèi)用相當(dāng)。增加的費(fèi)用僅相當(dāng)與建設(shè) （2~4）km 110 kV線路的費(fèi)用。由于在∏接外側(cè)設(shè)置了外橋斷路器，在母線斷路器故障或檢修時(shí)不會(huì)影響正常供電，提高了供電的可靠性。以50 000 kW水電站為例，相當(dāng)于在出線斷路器故障或檢修時(shí)間為（32~64）小時(shí)就可以收回全部投資，無(wú)疑具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且裝機(jī)容量越大、電壓等級(jí)越高，經(jīng)濟(jì)效益就越顯著。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述對(duì)新接線運(yùn)行方式的討論和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，不難看出單母線橋形接線方式（或者稱為單母線外橋跨條方式），對(duì)∏接線路的變電所、水電站來(lái)說(shuō)，具有與其它接線方式更為優(yōu)越的特性，適合于較為重要的向同一方向輸電的梯級(jí)開發(fā)水電站和變電所應(yīng)用，其運(yùn)行靈活可靠，繼電保護(hù)簡(jiǎn)單，節(jié)省輸電線路的投資，經(jīng)濟(jì)效益顯著。對(duì)輸電線路較短或不是很重要的項(xiàng)目，為節(jié)省投資，也可以取消外橋斷路器只加裝兩組隔離開關(guān)即可，但自動(dòng)化程度會(huì)有所降低。在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)電站或變電所的實(shí)際情況經(jīng)綜合比較后合理采用。此種接線由于有較多的優(yōu)點(diǎn)，如提高了供電可靠性，降低了總體造價(jià)，在電力系統(tǒng)和電站中將會(huì)有較大的應(yīng)用空間。

1 DL/T5103-1999,35 kV~110 kV無(wú)人值班變電所設(shè)計(jì)規(guī)程 [S].北京：中國(guó)電力出版社.

2水利電力部西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)，電氣一次部分[M].北京：水利電力出版社，1989. （收稿日期：2010-02-11）