电气主接线的确定

电气主接线的确定1.1 引言变电所的电气主接线是电力系统接线的重要组成部分，它表明变电所内的变压器、各等级的输电线路、无功补偿设备以最优化的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电所内各种电气设备的连接方式，从而完成输配电任务。主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。1.1.1 主接线的设计原则1、考虑变电所在电力系统中的地位和作用。变电所在电力系统中的地位和作用事决定主接线的主要因素。变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。2、考虑近期和远期的发展规模变电所主接线设计应根据 510 年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布，负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源和出线回数。3、考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响对一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。三级负荷一般只需一个电源供电。4、考虑主变压器台数对主接线的影响变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。5、考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。1.1.2 主接线设计的基本要求1.1.2 主接线设计的基本要求根据我国原能源部关于220500kV 变电所设计技术规程 SDJ288 规定：“变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。1、可靠性所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践。，经过长期运行实践的考验，对以往所采用的主接线经过优选，现今采用主接线的类型并不多。主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二次部分在运行中可靠性的综合。因此，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时可靠性不是绝对的，而是相对的。一种主接线可靠性的标志：（1）断路器检修时是否影响供电；（2）线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电；（3）变电所全部停电的可能性；（4）有些国家以每年用户不停电时间的百分比来表示供电可靠性，先进的指标都在 99.9%以上。2、灵活性电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性有以下几方面要求：（1）操作的方便性。电气主接线应该在服从可靠性的基本要求条件下，接线简单，操作方便，尽可能地使操作步骤少，以便于运行人员掌握，不致在操作过程中出差错。（2）调度的方便性。电气主接线在正常运行时，要能根据调度要求，方便地更改运行方式。并且在发生事故时，要能尽快地切除故障，使停电时间最短，影响范围最小，不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。（3）扩建的方便性。对将来要扩建的发电厂和变电站，其主接线必须具有扩建的方便性。尤其是火电厂和变电站，在设计主接线时应留有发展扩建的余地。设计时不仅要考虑最终接线的实现，还要考虑到从初期接线过度到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能地不影响连续供电或停电时间最短的情况下，将来可顺利完成过渡方案的实施，使改造工作量最少。3、经济性在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。经济性主要从以下几方面考虑。（1）节省一次投资。主接线应简单清晰，并要适当采用限制短路电流的措施，以节省开关电器数量、选用价廉的电器或轻型电器，以便降低投资。（2）占地面积少。主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽可能使占地面积少；同时应注意节约搬迁费用、安装费用和对外费用。对大容量发电厂或变电站，在可能和允许条件下采取一次设计，分期投资、扩建，尽快发挥经济效益。（3）电能损耗少。在发电厂或变电站中，电能损耗主要来自变压器，应经济合理地选择变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。1.2 各种母线的接线形式单母线接线及单母线分段接线1、单母线接线单母线接线供电电源在变电站是变压器或高压进线回路。母线既可保证电源并列工作，又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。各出线回路输入功率不一定相等，应尽可能使负荷均衡地分配在各出线上，以减少功率在母线上的传输。单母接线的优点：接线简单，操作方便、设备少、经济性好，并且母线便于向两端延伸，扩建方便。缺点：可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就成了全厂或全站长期停电。调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。综上所述，这种接线形式一般只用在出线回路少，并且没有重要负荷的发电厂和变电站中。2、单母分段接线单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性；对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将用户停电；两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。在可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，任一母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判别故障后，拉开分段隔离开关，完成即可恢复供电。这种接线广泛用于中、小容量发电厂和变电站 610KV 接线中。但是，由于这种接线对重要负荷必须采用两条出线供电，大大增加了出线数目，使整体母线系统可靠性受到限制，所以，在重要负荷的出线回路较多、供电容量较大时，一般不予采用。3、单母线分段带旁路母线的接线单母线分段断路器带有专用旁路断路器母线接线极大地提高了可靠性，但这增加了一台旁路断路器，大大增加了投资。双母线接线及分段接线1、双母线接线双母接线有两种母线，并且可以互为备用。每一个电源和出线的回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线接线连接。两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。其特点有：供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点。由于双母线有较高的可靠性，广泛用于：出线带电抗器的 610KV 配电装置；3560KV 出线数超过 8 回，或连接电源较大、负荷较大时；110220KV 出线数为 5 回及以上时。2、双母线分段接线为了缩小母线故障的停电范围，可采用双母分段接线，用分段断路器将工作母线分为两段，每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连，电源和出线回路均匀地分布在两段工作母线上。双母接线分段接线比双母接线的可靠性更高，当一段工作母线发生故障后，在继电保护作用下，分段断路器先自动跳开，而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开，该段母线所连的出线回路停电；随后，将故障段母线所连的电源回路和出线回路切换到备用母线上，即可恢复供电。这样，只是部分短时停电，而不必短期停电。双母线分段接线被广泛用于发电厂的发电机电压配置中，同时在 220550KV 大容量配电装置中，不仅常采用双母分段接线，也有采用双母线分四段接线的。3、双母线带旁路母线的接线双母线可以带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回路不致停电。这样多装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资，然而这对于接于旁路母线的线路回数较多，并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。1.3 主接线方案比较及确定根据对原始资料的分析，现将各电压等级可能采用的较佳方案列出。进而，以优化组合的方式，组成最佳可比方案。1.3.11.3.1 220KV 侧主接线220KV 侧主接线1、220KV 侧主接线方案选择因设计书规定 220KV 线路共 2 回，但考虑其今后的发展中预留两回备用。所以根据电力工程电气设计手册电气一次部分第二章第二节：5220KV 高压配电装置的基本接线及适用范围。所以 220KV 线路可以选用双母接线或单母线分段接线两种方案。方案一：图 1.1 双母线接线方案二：图 1.2 单母线分段接线2、220KV 方案比较与确定（1）：双母线接线优点：供电可靠，调度灵活，扩展方便。缺点：增加了隔离开关数目，检修时容易误操作。（2）单母线分段接线：优点：线路简单、灵活；经济性相对较好。缺点：可靠性相对较差。（3）由于该变电站主要用户为工业用户。通过对以上两种接线优缺点的分析，可见，对于 220kV 侧若采用双母线接线方式，其优点是可靠性高，在不给用户停电的情况下可以对出线的断路器进行检修，不使线路停电，扩展和调度都灵活；缺点是增加了隔离开关数目。鉴于 220KV 线路负荷具有相当的重要性，处于可靠性考虑，这里选择方案一双母线接线方式。1.3.2 110KV 侧主接线1、110KV 侧主接线方案选择因 110KV 线路 8 回，另外两回备用，进出线回路数比较多。根据根据电力工程电气设计手册电气一次部分 P48 页，110KV220KV 配电装置出线回路数为 5 回及以上时；或当 110KV220KV 配电装置，在系统中居重要地位，出线回路数为 4 回及以上时，系统可选用双母线接线和双母带旁路接线两种接线方案。方案一：图 1.3 双母线接线方案二:图 1.4 双母带旁路接线2、110KV 方案比较与确定(1)双母线接线：优点：经济性较好，供电较可靠，调度灵活，扩展方便。缺点：当出线的断路器进行检修时，可能会影响用户的部分供电。(2)双母线带旁路接线：优点：在不给用户停电的情况下可以对出线的断路器进行检修，不影响用户供电，供电可靠，调度灵活，扩展方便。缺点：经济性差，多了一个断路器和数个隔离开关；占地面积大。(3)通过对以上两种接线优缺点的分析，可见，对于 110kV 侧若采用双母线接线的接线方式，其供电可靠性已经足够高，当一回出线出现故障，另一回出线任可以继续供电，不致使用户全部停电，扩展和调度都灵活。而双母线带旁路接线虽然保证当一回出线出现故障，可由旁路断路器代替出线断路器工作，但是缺点是增加了一台断路器和隔离开关数目，检修时容易误操作。所以从经济性考虑，选方案一双母线接线的接线方式。1.3.3 10KV 侧主接线1、10KV 侧主接线方案选择由于原始资料上没有提及 10KV 的负荷情况，但考虑到实际可能会遇到的情况，该变电站 10kV 线路会供给周边的居民和本站的站用负荷，考虑今后发展10kV 预留线路 8 回作为备用。根据 电力工程电气设计手册电气一次部分 P47页。610KV 配电装置出线回路数为 6 回及以上时，可选用单母分段接线及单母分段带旁路接线两种接线方案。方案一：图 1.5 单母分段接线方案二：图 1.6 单母分段带旁路接线2、10KV 方案比较与确定(1)单母分段接线：优点：母线经断路器分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；一段母线故障时（或检修），仅停故障（或检修）段工作，非故障段仍可继续工作。缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，接在该段母线上的电源和出线，在检修期间必须全部停电；任一回路的断路器检修时，该回路必须停止工作。(2)单母分段带旁路接线：优点：母线经断路器分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；一段母线故障时（或检修），仅停故障（或检修）段工作，非故障段仍可继续工作。在不给用户停电的情况下可以对出线的断路器进行检修，不影响用户供电。缺点：经济性差，多了一个断路器和数个隔离开关；占地面积大。(3)通过对以上两种接线优缺点的分析，可见，对于 10kV 侧若采用单母分段接线方式，其优点是可靠性高，在不给用户停电的情况下可以对出线的断路器进行检修，不使线路停电。扩展和调度都灵活；缺点是增加了隔离开关数目和断路器，检修时容易误操作。10kV 线路回路虽多，但负荷不是很重要，所以考虑的主要是经济性，该接线方式采取方案一单母分段接线方式。1.4 电气主接线简图