发电厂变电所电气主接线的设计优化

根据任务书的要求，在分析原始资料的基础上，参照火电厂设计技术规程和变电站设计技术规程，拟定出各电压等级的可行方案。因为发电厂、变电站在电力系统中的地位、负荷情况、出线回路数、设备特点等条件的不同，会出现多种接线方案。

（一）主接线的基本形式和特点

有母线的主接线形式包括单母线和双母线接线。单母线又分为单母线无分段、单母线有分段、单母线分段带旁路母线等形式；双母线又分为双母线无分段、双母线分段、带旁路母线的双母线和二分之三接线等形式。

无母线的主接线主要有单元接线、扩大单元接线、桥式接线和多角形接线等。

1.单母线接线

单母线接线是一种最原始、最简单的接线，如图4-1所示。

图4-1　单母线接线

单母线接线所有电源及出线均接在同一母线上。其优点是简单明显，采用设备少，操作方便，便于扩建，造价低。缺点是供电可靠性低。母线及母线隔离开关等任一元件故障或检修时，均需使整个配电装置停电。

因此，单母线接线方式一般只在变电所建设初期无重要用户或出线回路数不多的单电源小容量的厂 （所）中采用。

图4-2　单母线用隔离开关分段

单母线接线也可用隔离开关分段，如图4-2所示。

单母线用隔离开关分段中当母线故障时，虽然全部配电装置仍需停电，但可用隔离开关将故障的母线分开后，很快恢复非故障母线段的供电。

所以单母线和用隔离开关分段的单母线接线只适用于出线回路数少的配电装置，并且电压等级越高所连接的回路数越少。6～10kV级回路数不超过5回；35～60kV级不超过3回；110kV、220kV级不超过两回（如为两回时，多采用桥式接线或多角形接线）。

2.单母线分段接线

单母线分段接线是采用断路器将母线分段，通常是分成两段，如图4-3所示。

单母线用断路器母线分段后可进行轮换检修，对于重要用户，可从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障时，由于分段断路器在继电保护作用下自动将故障段迅速切除，从而保证了正常母线段不间断供电和不致使重要用户停电。

单母线分段接线既具有单母线接线简单明显、方便经济的优点，又在一定程度上提高了供电可靠性。但它的缺点是当一段母线隔离开关故障或检修时，该段母线上的所有回路都要长时间停电，所以其连接的回路数一般可比单母线增加一倍。6～10kV级为6回及以上；35～60kV级为4～8回；110～220kV级为4回。

图4-3　单母线用断路器分段

图4-4　双母线接线

3.双母线及双母线分段接线

单母线及单母线分段接线的主要缺点是在母线或母线隔离开关故障或检修时，连接在该母线上的回路都要在故障或检修期间长时间停电，而双母线接线则可克服这一弊端。如图4-4所示。

双母线接线的每一回路都通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组母线上。母线1和母线2都是工作母线，两组母线可同时工作，并通过母线联络断路器并联运行。电源和引出线适当地分配在两组母线上。

双母线接线比单母线分段接线有如下优点：

（1）可轮换检修母线或母线隔离开关而不致供电中断。

（2）检修任一回路的母线或母线隔离开关时，只停该回路。

（3）母线故障后，能迅速恢复供电。

（4）各电源和回路的负荷可任意分配到某一组母线上，可灵活调度以适应系统各种运行方式和潮流变化。

（5）便于向母线左右任意一个方向扩建。

但双母线接线也有如下的缺点：

（1）造价高。每一回路增加了一组母线及其隔离开关，使配电装置构架数量、构架高度及占地面积增加了许多。

（2）当母线故障或检修时，隔离开关作为操作电器，在倒换操作时容易误操作。但可加装断路器与隔离开关间的联锁装置或防误操作装置加以克服。当进出线回路数或母线上电源较多，输送和穿越功率较大，母线事故后要求尽快恢复供电，母线和母线设备检修时不允许影响对用户的供电，系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用双母线接线。具体条件如下：

1）出线带电抗器的6～10kV厂（所）配电装置及大型企业变电所的6～10kV配电装置。

2）对于35～60kV级，当出线回数较多 （超过8回）时，或连接的电源较多，负荷较大时。

（3）对于110～220kV级，当出线回数为5回及以上时。对于220kV级，双母线带旁路母线接线的配电装置，有的规定认为母线分段的原则 （平均每段母线接4～5个回路）如下：

1）当进线和出线总数为17回及以上时，在两组母线上设置分段断路器，成为双母线四分段的接线形式，其可靠性和运行的灵活性大为提高。

2）当进线和出线总数为12～16回时，在一组母线上设置分段断路器。

采用双母线分段时，装设两台母联兼旁路的断路器。

当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。但如为了避免母线故障而母联断路器拒动时导致全部回路停电，可以考虑在正常运行时把母联断路器和专用旁路断路器串联使用，可起到双保险作用。

如果110～220kV出线回路数较多时，则：

1）330/110kV （300～500MVA）降压变电所的110kV配电装置，当进出线总数为12～16回，仍采用不分段的双母线接线。

2）500/220kV （1500MVA）降压变电所的220kV配电装置，当进出线回路数达14回时，采用三分段的双母线接线；当进出线回路数达16回时，采用四分段的双母线接线。平均每段母线接4～5个回路。

4.旁路母线接线方式

为了保证采用单母线分段或双母线接线在断路器检修或调试保护装置时，不中断对用户的供电，需增设旁路母线。对于110～220kV线路，输送距离远，输送功率大，停电影响面大，一般可装设旁路母线，但如条件允许可停电检修断路器，配电装置为屋内型。采用可靠性高、检修周期长的SF6全封闭电器时，可不装设旁路母线。

（1）对35～63kV配电装置，一般不设旁路母线。但下列情况可设旁路母线：

1）网络不成环形，检修断路器时，影响对重要用户的供电。

2）出线回路数超过8回，断路器检修机会多。

3）重要用户虽然已具备双回路供电，但由于负荷逐年增长，已不能互为备用。

4）地理或气候条件较差时，如重冰区利用旁路母线兼作融冰母线；污秽地区配电装置清扫频繁；雷击频繁跳闸机会多的山岳区等。

5）线路负荷大，沿线分支引线多，而其中多数又为重要用户时。

（2）对6～10kV配电装置可不设旁路母线，但在下列情况下采用单母线分段或单母线接线时，可设置旁路母线，如：

1）出线回路很多，断路器停电检修机会多。

2）多数线路系向用户单独供电，不允许停电。

3）均为架空出线，雷雨季节时跳闸次数多，增加了断路器检修次数。

5.双母线四分段接线

双母线带旁路母线接线在我国广泛应用于110～220kV高压配电装置中，已积累了丰富的运行经验。但是，由于大机组和超高压输电的采用，使这种接线有了新的发展。其主要原因是当断路器故障时将造成严重的甚至是全厂（所）停电事故。为了达到安全、可靠的要求，采用双母线分段的办法来限制故障范围。

双母线分段可分成三分段或四分段，但以四分段为宜。采用四分段后，每段母线平均连接两个回路，故障范围小，也避免了全厂（所）停电的可能。

双母线四分段接线如图4-5所示。

图4-5　双母线四分段接线

在采用双母线四分段接线时，为避免同名回路同时停电的可能性，最好不要将同名回路 （如两个变压器回路或双回路）配置在同一侧的两段母线上，或在运行中注意使两台变压器回路或双回路不要组合在相邻的两段母线上。

双母线四分段接线能够满足大机组、超高压电气主接线可靠性的要求，它是超高压配电装置的基本接线。一般情况下无需再装设旁路母线，因为如要增设旁路母线，则占地面积庞大，倒闸操作复杂。

当采用质量达到国际先进水平的六氟化硫 （SF6）全封闭电器时，也有采用双母线不分段和不设旁路母线接线的。

6.一台半断路器接线 （二分之三接线）

一台半断路器接线是从双母线双断路器接线改进而发展成的。因为双母线双断路器接线的投资很大，造价很高；同时，一台半断路器接线仍具有很高可靠性和调度的灵活性，是现代国内外大型发电厂和变电所超高压配电装置应用最为广泛的一种典型接线，如图4-6所示。其优点如下：(www.xing528.com)

（1）运行调度灵活。正常时两条母线和全部断路器均投入工作，从而形成多环状供电。

（2）操作检修方便。隔离开关仅作检修隔离电源用，避免了将隔离开关作操作用的大量倒闸操作。当任一组母线或任一台断路器停电检修时，各回路无需进行切换。

（3）具有调度可靠性。每一回路由两台断路器供电，发生母线故障时，只需跳开与此母线相连的所有断路器，任何回路不停电。在事故与检修相重合情况下的停电回路不会多于两回。

采用一台半断路器接线与采用双母线带旁路母线接线相比，当断路器检修时，其一次回路和二次回路都不需要进行带旁路的倒闸操作。

一台半断路器接线的缺点是：由于每个回路连接着两台断路器，一台中间联络断路器连接着两个回路，使继电保护及二次回路复杂化。

一台半断路器接线与双母线四分段接线是超高压配电装置的两种主要接线，必须对这两种接线进行比较，结合各工程的具体情况，对照它们的优点加以选用。一台半断路器接线的优点（与双母线四分段接线比较）如下：

（1）可靠性高。在检修和故障相重合时，停运回路不超过两回。

（2）调度灵活。成环状供电时，可断开任一断路器而不影响供电。

（3）倒闸操作方便。隔离开关只作为检修电器而不作操作电器；检修断路器时，无需进行任何带旁路母线操作。

（4）占地面积小，约为双母线四分段带旁路母线接线的50%～70%。

但是，一台半断路器接线使继电保护及二次回路较为复杂。

7.单元接线

单元接线是最简单的接线。它的特点是几个元件直接单独连接，没有横向的联系，单元接线的基本类型有下列几种：

图4-6　一台半断路器的接线

（1）发电机—变压器组单元接线。为了便于发电机或变压器单独进行试验等工作，在它们之间加装一组隔离开关，如图4-7 （a）所示。该接线适用于没有直配负荷的电厂及小型水电厂。

图4-7 （b）所示接线也是发电机与变压器的单元接线，变压器为三绕组，增加一个输出电压等级。

单机容量大于等于200MW 以上时，发电机与变压器之间不采用断路器的接线方式，如图4-7 （c）所示。

（2）扩大单元接线。扩大单元接线如图4-8所示。

图4-7　发电机与变压器的单元接线

（a）方式一；（b）方式二；（c）方式三

两台发电机与一台变压器连接，每台发电机出口均装有断路器，便于检修和处理缺陷。

扩大单元接线的优点是简单明显，占地面积小，设备少，投资省，因此在大、中型电厂中广泛采用。但是这种接线的灵活性差，例如检修变压器时要迫使两台发电机停止运行；同时，增加了继电保护运行的复杂性。

图4-8　扩大单元接线

（a）方式一；（b）方式二

图4-9　内桥和外桥式接线

（a）内桥；（b）外桥

8.桥式接线

当有两台变压器和两条线路时，在变压器—线路接线的基础上，在其中间加一连接桥，则成为桥式接线，如图4-9所示。

桥式接线按照连接桥断路器的位置，可分为内桥和外桥两种接线。桥式接线中，四个回路只有三台断路器，所用的断路器数量最少，也是最经济的接线。

内桥式接线的特点是连接桥断路器在变压器侧，其他两台断路器接在线路上。因此，线路的投入和切除比较方便，并且当线路发生短路故障时，仅故障线路的断路器跳闸，不影响其他回路运行。但是，当变压器故障时，则与该变压器连接的两台断路器都要跳闸，从而影响了一回未发生故障线路的运行。此外，变压器的投入与切除的操作比较复杂，需投入和切除与该变压器连接的两台断路器，也影响了一回未故障线路的运行。鉴于变压器属于可靠性高的设备，故障率远较线路小，一般不经常切换，因此系统中应用内桥式接线的较为普遍。

外桥式接线的特点恰好与内桥式接线相反，连接桥断路器接在线路侧，其他两台断路器接在变压器回路中。所以，当线路故障和进行投入或切除操作时，需操作与之相连的两台断路器，并影响一台未故障变压器的运行。但当变压器故障和进行切除操作时，不影响其他回路运行。故外桥接线只适用于线路短，检修和倒闸操作以及设备故障率均较小，而变压器由于按照经济运行的要求需要经常切换的情况。此外，当电网有穿越性功率经过变电所时，也有采用外桥式接线的，因为穿越性功率仅经过连接桥上的一台断路器。

为了在检修出线和变压器回路中的断路器时不中断线路和变压器的正常运行，有时再在桥型接线中附加一个正常工作时断开的带隔离开关的跨条。在跨条上装设两台隔离开关的目的是可以轮换停电检修任何一组隔离开关。

桥式接线可发展成为单母线分段或双母线接线，但需设计好预留今后发展时增加的间隔位置，同时扩建时继电保护和二次回路更改较多，需在设计时采取措施。

9.多角形接线

将断路器首尾相连闭合成环运行，在两个断路器间接入回路，所用的断路器台数和回路数相等。由于各回路可从两个方向实现联络，故其接线的可靠性是较高的。四角形接线见图4-10。

图4-10　四角形接线

角形接线不适合今后发展和扩建的要求，所以一般多用在最终接线不变动的场所。

（二）发电厂

发电机电压母线可采用单母线分段或双母线分段的接线方式。

每段上的发电机容量为12MW 及以下时，可采用单母线分段接线；每段上的发电机容量为24MW及以上时，可采用双母线分段接线。

当发电机电压母线的短路电流超过断路器开断电流允许值时，可在母线分段回路安装电抗器，如仍不能满足要求时，可在电缆馈线上安装电抗器。

发电机与三绕组变压器为单元接线时，在发电机与变压器之间宜装设断路器和隔离开关，厂用分支线应接在变压器与该断路器之间。

对35～110kV配电装置的接线方式，应按发电厂在电力系统中或该地区的地位、负荷情况、出线回路数等条件确定。

35kV、110kV侧，可采用单母线、单母线分段、双母线或增设旁路母线的接线。

（三）变电站

变电站的主接线，应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。

35～110kV线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组等接线。超过两回时，宜采用分段单母线的接线。35～60kV 线路为8回及以上时，亦可采用双母线接线。110kV线路为6回及以上时，宜采用双母线接线。

在采用分段单母线或双母线的35～110kV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路母线。

当有旁路母线时，首先宜采用分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器的接线。当110kV线路为6回及以上，35～60kV线路为8回及以上时，可装设专用的旁路断路器。主变压器35～110kV回路中的断路器，有条件时亦可接入旁路母线。采用SF6断路器的主接线不宜设旁路母线。

当变电站装有两台主变压器时，6～10kV侧宜采用分段单母线。线路为12回及以上时，亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路母线。

当6～35kV配电装置采用手车式高压开关时，不宜设置旁路母线。

对每一电压等级所选的方案列表进行分析，详细比较可靠性和灵活性，再对方案的经济性作定性和定量分析。经过经济比较，选出适合该发电厂或变电所的主接线方案。