电力工程设计中，电气主接线设计是一项繁琐而复杂的综合性工作，必须遵循国家的有关法律、法规、方针、政策，依据相应的国家标准和设计规程，结合具体工程的不同情况、不同要求，按照严格的设计程序，与其他专业互相协调，由宏观到微观，逐步地细化和充实，反复地比较和优化，最后提出技术上先进可靠、经济上合理的设计方案。
在电力建设项目的“初步可行性研究”阶段，电气专业的工作量较小，主要是配合系统专业就出线条件、总体布置等提出设想。
在建设项目被批准后，正式进入“可行性研究”阶段，需要提交“可行性研究报告”。电气专业应在其中的“工程设想”一节中说明电厂主接线方案的比较和选择，各级电压出线回路数和方向，主要设备选择和布置等，并提供电气主接线图。
在上级正式下达“电力建设项目设计任务书”后，设计工作进入初步设计阶段。初步设计其实是工程建设中特别重要的设计阶段，所有重大事项和各种设计方案，经过反复和充分的论证，基本都作出了选择和决定，最后提交初步设计说明书和相关图纸。电气专业在初步设计阶段必须完成以下内容：
（1）对设计依据和基础资料进行综合分析，必要时进一步收集有关资料。
（2）明确本工程在电力系统中地位、作用，与系统的连接方式及出线要求。
（3）选择发电机的容量和台数，拟定可能采用的主接线形式（包括分期建设方案和过渡方案）。
（4）各级电压负荷功率交换及出线回路数。
（5）选择主变压器，确定其规格、容量、台数以及阻抗和分接头数据。
（6）各级电压中性点接地方式，对6～35kV出线要计算其单相接地的电容电流，选择补偿设备。
（7）决定无功补偿设备的容量和型式。
（8）进行短路电流计算，给出计算结果及计算依据（接线及运行方式、系统容量等），提出限制短路电流的措施。
（9）选择主要电气设备，若为扩建工程还要对原有设备进行校验。
（10）对初选方案进行技术经济综合比较，最后定出最佳的电气主接线方案。
初步设计经审查批准之后，便可根据审查结论和主要设备的落实情况，开展最终的施工图设计。在作为施工图的电气主接线图中，须进一步注明各种电气设备和材料的型式、规格，主要元件还要标出编号。与初步设计有变动的部分，要重新计算短路电流进行校验，并对这些变动作出必要的论证和说明。
二、电气主接线的设计原则
电气主接线设计必须以设计任务书为依据，以国家相关的法规、标准为准则，结合工程的具体特点，全面地综合地加以分析，设计出可靠性高、运行方便灵活而又经济合理的最佳方案。具体设计中还应注意以下几个问题。
1.发电机的容量和台数的考虑
（1）应根据发电厂在系统中的地位和作用，优先选用较大容量的发电机组，因为大机组（我国现为300MW及以上机组）的经济性好。如果附近负荷有供电的要求，一般可以在负荷中心另建降压变电所解决。
（3）发电厂最大机组的单机容量应不大于系统总容量的10%。
（4）一个发电厂内发电机组的容量等级不宜过多，最好只有1～2种，同容量机组应尽量选用同一型式，以方便管理、运行和维护。
2.电压等级及接入系统方式的考虑
（1）大中型发电厂的电压等级不宜多于3级（发电机电压一级，升高电压一级或两级）。大型发电机组要直接升压接入系统主网（目前指330～500kV超高压系统）；地区电厂接入110～220kV系统。
（2）一般发电厂与系统的连接应有两回或两回以上线路，并接于不同的母线段上，不应因线路故障造成“窝电”现象。个别地方电厂以供给本地负荷为主，仅有少量剩余功率送入系统，也可以用一回线路与系统连接。
（3）35kV及以上高压线路多采用架空线路，10kV线路可用架空线路，也可用电缆线路。
3.保证负荷供电可靠性考虑
（1）对于一级负荷必须有两个独立电源（即发生某种单一故障不会同时停电）供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。
（2）对于二级负荷一般也要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷供电。
（3）对于三级负荷一般只需要一个电源供电。
4.其他方面的综合考虑
要考虑的其他因素也很多，如主要设备的供货厂家、交通运输方式、环境、地质、地震、气象及海拔高度等，都会影响电气主接线的设计，必须综合加以考虑。
三、电气主接线方案的技术经济比较
（一）主接线方案的技术比较
电气主接线的技术比较，主要是比较各方案的供电可靠性和运行灵活性。
评价电气主接线的可靠性，一般多用定性分析，现在也应用可靠性理论来进行定量计算。
1.对电气主接线可靠性的一般考虑
（1）运行实践是电气主接线可靠性的客观衡量标准。国内外长期积累的运行实践经验在评价可靠性时起决定性作用。目前，常被选用的主接线类型并不很多。我国现行设计技术规程中对主接线的一些规定，就是对运行实践的归纳和总结。
（2）可靠性概念不是绝对的。不能脱离发电厂和变电所在系统中的地位和作用，脱离负荷的重要程度，片面地追求高可靠性，对某一电厂而言可靠性不够高的一种主接线形式，对另外一个电厂则可能是合适的。
2.一般衡量主接线可靠性的具体标志
（1）断路器检修时，能否不影响供电。
（2）线路、断路器甚至母线故障时以及母线检修时，停运的回路数和停运时间的长短，能否保证对重要用户的供电。
（3）发电厂或变电所全部停运的概率有多大。
3.对大机组超高压主接线提出的可靠性准则
大机组或超高压变电所的容量巨大，供电范围广，在电力系统中的地位十分重要。当发生事故时会造成难以估量的损失，因此对大机组超高压电气主接线的可靠性要求极高，特别要避免因母线故障而导致全厂（所）停电事故的发生。
参照国外经验并结合国内工程设计的实际情况，我国提出的大机组（300MW及以上）超高压（330～500kV）电气主接线可靠性准则如下：
（1）任何断路器检修，不得影响对用户的供电。
（2）任一台进出线断路器故障或拒动，不应切除一台以上机组和相应线路。
（3）任一台断路器检修并与另一台断路器故障或拒动相重合，以及当分段或母联断路器故障或拒动时，不应切除两台以上发电机组，两回以上超高压线路。
（4）一段母线故障（或连接于母线上的进出线断路器故障或拒动），宜将故障范围限制到不超过整个母线的1/4；当分段或母联断路器故障时，其故障范围宜限制到不超过整个母线的1/2。
（5）经过论证，在保证系统稳定和发电厂不致全停的条件下，允许切除两台以上300MW机组或故障范围大于上述要求。
4.电气主接线可靠性计算简介
对电气主接线的可靠性进行定量计算，无疑为各种方案的比较提供了更加科学的依据。
可靠性是指一个元件、设备或系统，在预定时间内完成规定功能的能力，常用可靠度表示无故障（成功）的概率，用不可靠度表示故障（失败）的概率。
现代电力系统中，一般以每年用户不停电时间在全年中的百分比来表示供电的可靠性，先进的指标都在99.9%以上，即每年用户停电时间不会超过8.76h。
可靠性计算是以概率论和数理统计学为基础的。为开展这一工作，需要较长时期地积累和整理有关设备元件的实际故障率（每年发生故障的次数）、检修周期以及检修时间等基础资料，其中尤以断路器的故障率最为重要。同时还需指出，已取得的数据资料不是一成不变的，随着设备本身质量和运行、检修水平的提高，这些数据亦应不断加以修正才能反映真实情况。这是一项涉及面很广、时间很长且十分繁复的系统性工作。
此外，主接线系统包括了为数甚多的设备。利用建立数学模型的方法来计算其可靠性相当复杂，现今试用的“表格法”等几种近似计算方法还不够完善，例如对如何计及继电保护和二次回路对主接线可靠性的影响，目前尚无实用的方法。
基于上述原因，可靠性计算目前只能作为主接线选择时的一个参考。限于篇幅，关于电气主接线的可靠性计算方法从略。
（二）主接线方案的经济比较
经济比较包括计算综合投资、计算年运行费用和方案综合比较三方面内容。计算时，只计算各方案中不同的部分即可。
1.计算综合投资
电气主接线综合总投资包括变压器综合投资和配电装置综合投资。
（1）变压器综合投资。除包括变压器本身价格外，还包括了运输和现场安装、架构、基础、铁轨、电缆等附加费用。变压器本身价格为Z0，各项附加费用可用
表示，则变压器综合投资可表示为：
a值与变压器容量和电压有关，参见表4-3。
表4-3 变压器附加费用百分数a(www.xing528.com)
（2）配电装置综合投资。配电装置是主接线中除发电机、变压器之外其余部分（包括开关电器、保护和测量电器、母线等）的总称，每一进出线回路所用的设备被安装在一个间隔中。配电装置的综合投资可用下式表示：
式中 n——某一类别配电装置的间隔数；
KD——该类别配电装置一个间隔（例如220kV双母线出线回路）的综合投资，包括其中的设备价格和建筑安装费用，可从手册中查得。
（3）综合总投资。参与方案比较的综合总投资即为
2.计算年运行费U
年运行费包括设备折旧费、维修费和电能损耗费三项。
方案年运行费用为：
（1）设备折旧费U1
其中变压器：
U1T=5.8%ZT
其中配电装置：
U1D=（6～10）%ZD
（2）设备维修费U2
（3）全年电能损耗费为αΔA。其中，α为电能价格，元/kWh；ΔA为主变压器全年电能损耗，kWh。
一台双绕组变压器全年电能损耗为：
式中 ΔP0——变压器的空载有功损耗，kW；
ΔPk——变压器的短路有功损耗，kW；
SN——变压器的额定容量，kVA；
Smax——变压器通过的最大负荷，kVA；
T——变压器一年中的运行小时数，h；
τ——变压器的最大负荷损耗时间，h，其值可由表4-4查出。
表4-4 最大负荷损耗时间τ值 单位：h
3.各方案的综合比较
综合比较方法有静态比较和动态比较两种。
（1）静态比较法。静态比较法就是不考虑资金的时间效益，认为资金与时间无关，是静态的。这对工期很短的较小项目还适用。静态比较法又分为抵偿年限法和年计算费用法。
1）抵偿年限法。若甲方案综合投资多于乙方案，但年运行费少于乙方案，则可求出其抵偿年限T：
国家规定抵偿年限T为5～8年。如计算的T小于5年，则应选用投资多的甲方案（比乙方案多投资的钱不到5年即可收回，5年以后每年都节省年运行费）。如果计算的T大于8年，则应选乙方案为宜。
2）年计算费用法。若有多个方案参加比较，可计算每个方案的年计算费用Ci：
取T=5～8年，把总投资分摊到每一年中，求出每一年的计算费用Ci，取Ci最小者为最优方案。
（2）动态比较法。一般发电厂建设工期较长，各种费用支付时间不同，就会有不同的效益。在方案比较时应充分计及资金的时间效益，须进行动态比较。
按照我国《电力工程经济分析暂行条例》规定，采用“最小年费用法”进行方案的动态比较。最小年费用法是将参加比较的诸方案计算期内的全部支出费用折算到某一年，然后计算同一时期内的等年值费用即年费用后进行比较，年费用低的方案即为经济最优方案。
年费用的计算公式为（采用原国家计委颁布的统一符号）：
式中 m——施工年限，第m年即工程建成年；
n——工程经济使用年限（寿命），水电厂取50年，火电厂与核电厂取25年，变电所取20～25年；
t′——工程部分投运的年份；
t——从工程开工起算的年份；
i——电力工业投资回收率，目前取0.1；
It——工程施工期内每年的投资；
Ct——工程部分或全部投产后每年的运行费用。
年费用公式中第2个中括号即表示动态综合总费用，其中的内各项意义可解释如下：
第1项表示施工期内逐年投资折算到第m年的动态总投资（向后折算）。
第2项表示工程部分投产到工程建成期间逐年运行费用折算到第m年的动态总运行费用（向后折算）。
第3项表示从工程建成开始到经济寿命期止逐年运行费用折算到第m年的动态总运行费用（向前折算）。
第2个中括号内的总和表示折算到第m年的工程综合投入总费用。
年费用公式中，第1个中括号内的
称为等额分付资本回收系数，或称为等年值系数。表示在考虑资金时间价值的条件下，在工程寿命期（n年）内，每万元综合投入总费用每年应分摊的份额，或者说保证不亏本每年至少应回收的金额。
【例4-1】 某工程计划4年建成，第2年即部分投产，4年中的逐年净投资分别为1000万元、800万元、500万元和100万元，自第2年起逐年的运行费分别为10万元、20万元、30万元和40万元（以后不再变动）。预期寿命为8年，投资回收率i=0.1。求计及投资时间价值的年费用。
解：列表4-5进行计算，先将上述已知数据填入表中，再计算出表中其余各项。
表4-5 例4-1计算表 单位：万元
折算到第4年末工程综合投入总费用为：
年费用为：
ACm=3226.52×0.187444=604.8（万元）
若建成后每年净利润大于604.8万元，工程就有投资价值。若两方案预期建成后收入相同，则年费用小的方案为优。
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