電力系統(tǒng)主接線(xiàn)設(shè)計(jì)原則和電氣設(shè)計(jì)技術(shù)研究

袁剛 石嘴山天凈電力勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司

在電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，主要部件的設(shè)計(jì)直接影響到整個(gè)電力系統(tǒng)供電的靈活性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。因此，電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一部分是電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容之一，也是擺在電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)者面前的一個(gè)非常重要的課題。

一、電力系統(tǒng)接線(xiàn)設(shè)計(jì)原則

（一）安全可靠性

電力生產(chǎn)的首要任務(wù)就是安全可靠。如果出現(xiàn)了停電事故會(huì)嚴(yán)重影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)的利益，對(duì)發(fā)電廠造成損失，甚至出現(xiàn)人身傷亡等重大事故。因此在選擇主接線(xiàn)形式時(shí)，一定要將供電的可靠性放在首要位置進(jìn)行考慮。根據(jù)國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)期運(yùn)行的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮電氣一次部分和相應(yīng)組成的二次部分在運(yùn)行中的可靠性，兼顧電氣設(shè)備本身的發(fā)展，選用可靠性高的電氣設(shè)備，依照該系統(tǒng)在整個(gè)電力系統(tǒng)中的地位和作用合理選擇主接線(xiàn)形式，避免全站全停的可能性。目前工程運(yùn)用中，使用較多的接線(xiàn)方式分別為單母線(xiàn)接線(xiàn)、分段單母線(xiàn)接線(xiàn)、內(nèi)橋接線(xiàn)、外橋接線(xiàn)及線(xiàn)變組接線(xiàn)形式等等。

（二）靈活性

對(duì)于主接線(xiàn)的靈活性主要具有以下幾點(diǎn)要求：（1）檢修的靈活和安全，能夠比較便利的對(duì)斷路器、母線(xiàn)及其繼電保護(hù)裝置進(jìn)行停止運(yùn)行，從而能夠比較安全的進(jìn)行檢查和維修，同時(shí)還不會(huì)對(duì)正常供電產(chǎn)生影響；（2）調(diào)度的靈活性，保證調(diào)度的便利性。能夠?qū)ψ儔浩?、線(xiàn)路、電源和負(fù)荷等進(jìn)行靈活的投入和切除；（3）要求能夠保證擴(kuò)建的方便。因而隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)需要對(duì)已經(jīng)建成并且投入使用的變電站進(jìn)行擴(kuò)建的情況，因而在對(duì)主接線(xiàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，保證在擴(kuò)建的情況下，不管是一次設(shè)備還是二次設(shè)備都能夠保證其改造量最小。

（三）經(jīng)濟(jì)性

為保障前兩個(gè)主要原則，即主接線(xiàn)設(shè)計(jì)既需保證其安全可靠性、又需確保靈活方便，勢(shì)必增加了主接線(xiàn)設(shè)計(jì)的成本與支出。當(dāng)前節(jié)約資源成為主接線(xiàn)設(shè)計(jì)的一大趨勢(shì)，因此應(yīng)在保證以上兩個(gè)原則的基礎(chǔ)上降低成本支出。如減少電力系統(tǒng)設(shè)備的占地面積，并在此基礎(chǔ)上降低電力設(shè)備的投資費(fèi)用和維修費(fèi)用。采用電氣一次設(shè)計(jì)技術(shù)，有效減少電力系統(tǒng)在接線(xiàn)以及分階段維護(hù)等方面所花費(fèi)的費(fèi)用，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低不必要的損耗。

二、電力系統(tǒng)一次設(shè)備設(shè)計(jì)

（一）中心配電室的負(fù)荷計(jì)算方法及無(wú)功功率補(bǔ)償

在當(dāng)前的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，計(jì)算負(fù)荷設(shè)計(jì)是一次電氣設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)通常都是按照計(jì)算負(fù)荷進(jìn)行的，要想達(dá)到選擇經(jīng)濟(jì)性、合理性要求，我們必須要保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，計(jì)算出科學(xué)的負(fù)荷力度。在目前的電氣負(fù)荷計(jì)算來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中分別采用系數(shù)法和二項(xiàng)系數(shù)法進(jìn)行。無(wú)功功率補(bǔ)償：功率是當(dāng)今電氣設(shè)計(jì)的主要手段，其在應(yīng)用的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)因?yàn)殡姀S設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)過(guò)量電感、電流而導(dǎo)致設(shè)備性能的降低。針對(duì)這種情況，在目前的電廠設(shè)備設(shè)計(jì)中需要選用能夠滿(mǎn)足電廠未來(lái)運(yùn)行要求的設(shè)備，通過(guò)充分發(fā)揮設(shè)備潛能來(lái)提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性和可靠性。如果在這個(gè)過(guò)程中自動(dòng)設(shè)計(jì)方法無(wú)法達(dá)到預(yù)計(jì)工作標(biāo)準(zhǔn)，那么可以采用人工補(bǔ)償方式來(lái)對(duì)其中存在的問(wèn)題集中進(jìn)行處理，通過(guò)采用低壓集中補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)實(shí)現(xiàn)功率一致，從而達(dá)到最普遍、最健全的方法。

（二）電流互感器和電壓互感器的配置

在進(jìn)行電流互感器型號(hào)的選擇過(guò)程中，需要根據(jù)產(chǎn)品的情況以及產(chǎn)品使用的環(huán)境條件為依據(jù)進(jìn)行選擇。對(duì)于6～20kV屋內(nèi)配電裝置，應(yīng)當(dāng)選擇瓷絕緣結(jié)構(gòu)和樹(shù)脂澆注絕緣結(jié)構(gòu)的電流互感器。對(duì)于35kV及以上配電裝置，通常選擇油浸式瓷箱式絕緣結(jié)構(gòu)的獨(dú)立式電流互感器。如果各方面的條件允許，那么應(yīng)該盡可能的選擇樹(shù)脂膠主絕緣結(jié)構(gòu)的電壓互感器；35～110kV配電裝置通常選擇油浸式結(jié)構(gòu)的電壓互感器；220kV級(jí)以上的配電裝置，如果容量和準(zhǔn)確等級(jí)能夠滿(mǎn)足相關(guān)要求，通常需要選擇電容式電壓互感器。在需要檢查和監(jiān)視一次回路單相接地時(shí)，應(yīng)選用三相五柱式電壓互感器或具有第三繞組的單相電壓互感器。

（三）主變壓器

主變壓器是電力設(shè)備中重要組成部，主變壓器的數(shù)量影響著電容量，一旦主變器數(shù)量不足，電容量也會(huì)隨之較少，進(jìn)而就會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。根據(jù)我國(guó)相關(guān)的電力規(guī)章要求，電力企業(yè)在展開(kāi)城市電力規(guī)劃時(shí)，要能充分的考慮影響電力系統(tǒng)運(yùn)行各種因素，尤其是負(fù)荷電量的性質(zhì)。對(duì)于電力系統(tǒng)的改造，電力企業(yè)必須樹(shù)立正確的創(chuàng)新觀，為其配置科學(xué)的變壓器，結(jié)合實(shí)際的輸送電情況，安裝數(shù)量合理的變壓器，這樣既能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行變壓，同時(shí)也能滿(mǎn)足人們對(duì)于電量的需求。其次，電力企業(yè)要能保證兩臺(tái)以上變壓器能夠處于并聯(lián)的狀態(tài)運(yùn)行，主變壓器不僅要滿(mǎn)足用電需求，同時(shí)還要考慮是否能對(duì)其它變壓器產(chǎn)生影響。在整個(gè)電氣一次性設(shè)計(jì)的過(guò)程中，主變壓器起著關(guān)鍵的作用，電力企業(yè)必須加強(qiáng)重視度，并對(duì)主變壓器進(jìn)行深入分析。

（四）斷路器的類(lèi)型及參數(shù)選擇

斷路器可將正常或異常電路條件下的電流關(guān)合、承載以及開(kāi)斷等操作，主要作用是異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行，對(duì)電力系統(tǒng)的供電線(xiàn)路和電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)滅弧斷路器的性質(zhì)可分為六氟化硫斷路器、壓縮空氣斷路器、真空斷路器和油斷路器四種類(lèi)型。其中，六氟化硫斷路器利用SF6氣體作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)，SF6氣體比空氣重5.135倍，一個(gè)大氣壓時(shí)沸點(diǎn)為-60℃。在150℃以下時(shí)有良好的化學(xué)惰性，不與斷路器中常用的金屬、塑料及其他材料發(fā)生化學(xué)作用。在大功率電弧引起的高溫下分解成各種不同成分時(shí)，電弧熄滅后的極短時(shí)間內(nèi)又會(huì)重新合成。研究數(shù)據(jù)表明，SF6氣體的滅弧能力比空氣強(qiáng)100倍，因此其在作為滅弧介質(zhì)時(shí)電壓和電流方面的參數(shù)大大高于壓縮空氣斷路器和油斷路器。壓縮空氣斷路器主要是利用高壓空氣吹動(dòng)電弧并使其熄滅的原理進(jìn)行工作，具備動(dòng)作快、開(kāi)斷時(shí)間短、系列性強(qiáng)等特點(diǎn)，可滿(mǎn)足電力系統(tǒng)所提出的較高額定參數(shù)和性能要求；真空斷路器是指滅弧介質(zhì)與絕緣介質(zhì)都為高真空的斷路器，一般是指3～35kV、50Hz三相交流系統(tǒng)中的戶(hù)內(nèi)配電裝置，在配電網(wǎng)中應(yīng)用較為廣泛；油斷路器是指滅弧介質(zhì)為密封的絕緣油的斷路器，主要用于切斷和連接電源，可應(yīng)用在各個(gè)電壓等級(jí)的電路系統(tǒng)中。由于體積龐大、用油作為滅弧介質(zhì)，增加了爆炸和火災(zāi)的危險(xiǎn)性，且檢修、維護(hù)工作量大，原材料消耗大經(jīng)濟(jì)成本高、安全性差，工程實(shí)際應(yīng)用中一般不再選用油斷路器。在電氣一次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇斷路器的類(lèi)型和參數(shù)，使其在短路或開(kāi)關(guān)等情況下發(fā)揮應(yīng)有的作用。

（五）避雷器

電力系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中十分容易受到外界因素的影響，尤其是不可抗拒的因素，如自然災(zāi)害。電力系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)一旦遇到雷電攻擊不僅會(huì)故障，而且也會(huì)給人的生命造成傷害。因此，為了確保電力企業(yè)的工作人員能夠安全的工作，電力企業(yè)應(yīng)選擇質(zhì)量較好，符合電力系統(tǒng)型號(hào)的避雷器，在每一段母線(xiàn)上都需要安全避雷器，并按照相關(guān)的要求，對(duì)主要的位置進(jìn)行避雷器的按照。其外，選擇避雷器也較為主要，如果避雷器的型號(hào)不符，則很難達(dá)到良好的避雷效果，這不僅會(huì)浪費(fèi)電力企業(yè)的資金，而且電力系統(tǒng)存在的安全隱患也會(huì)增加。避雷器的型號(hào)有很多，并且應(yīng)用范圍不同，在選擇時(shí)一定要加強(qiáng)注意。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上，在主接線(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)貫徹安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用及靈活方便等原則，針對(duì)不同等級(jí)處或連接處進(jìn)行主接線(xiàn)設(shè)計(jì)。在電氣設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用時(shí)，應(yīng)注意電力變壓器、斷路器以及電流互感器等核心設(shè)備的類(lèi)型和參數(shù)選擇，根據(jù)不同電壓等級(jí)選擇合適的電力設(shè)備，充分保障區(qū)域的用電需求。