电气主接线及有关设备选择的探讨

田僖

（中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司，北京100120）

1 引言

电气主接线电路主要由发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等组成，主接线设计应根据负荷容量大小、负荷性质、电源条件、变压器容量及台数、设备特点以及进出线回路数等综合分析确定。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。为了确保电站的安全可靠运行，本文对某变电站的电气主接线及其相关设备的选择进行了深入探讨。

2 主接线的设计原则

电气主接线又被称为电气一次接线，它可以利用指定的图表和文字符号根据电能产生、运输、配置的次序以及其他有关规定绘制出单向接线图。主接线可以展现发电站和变电站高压电电气部分的主要构造，是电力系统构造中不可或缺的一部分。主接线会直接影响电网的稳定安全运行，也对电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护以及自动装置有一定的控制作用，由此可见，对主接线进行设计时，要充分考虑技术因素和经济因素，保证主接线设计的安全可靠。

3 电气主接线选择需要考虑的因素

为了保障发电厂的正常运行，需要科学合理地选择电气主接线。就电气主接线选择而言，其需要全面考虑各方面的影响因素，从而选择质量好、经济合理的电气主接线电路。在电气主接线电路的选择过程中，应考虑以下几方面因素：（1）主接线可靠性的影响。要求有检修断路器时，不能影响系统的供电情况，检修母线或者母线故障时，应尽可能减少停运的时间和回路数等。（2）主接线灵活性的影响。保障主接线的灵活操作，可以满足运行方式的调度要求。（3）负荷的分级和出线回数的影响。负荷的级别不同，需要的主接线电路形式也不同，比如，一级负荷需要2 个独立的电源供电，当其中一个无法发挥作用时，由另一个继续发挥作用，从而保障供电的连续性。而二级负荷也需要2 个供电电源，如果其中一个不能发挥作用，由另一个继续发挥作用，从而保障二级负荷大部分供电的继续。三级负荷常常使用一个电源供电。（4）备用容量的影响。备用容量主要是对负荷突增的适应，从而保持供电的有效性和可靠性，避免故障停运、设备检修情况。

4 电气主线接线方式种类介绍及比较

4.1 单母线分段接线方式与双母线接线方式

4.1.1 单母线分段接线方式

单母线分段接线方式是使用单母线，并在母线上安装断路器进行分段，分段有利于对母线以及母线隔离开关进行定期维护和维修。使用单母线分段接线方式可以提高电气设备电力系统的可靠性和安全性，使安装维护与维修更方便操作，相比于其他母线接线方式，单母线分段接线方式可以减少电气设备的使用数量，可以在一定程度上节约成本，但是这种接线方式也有一些缺点：（1）如果单母线的断路器出现了问题时，就会波及没有电源的线路；（2）对母线和母线隔离开关进行维护维修时，需要断电，那么单母线上的电力设备也会被断电从而不能进行工作。

4.1.2 双母线接线方式

双母线接线方式可以有效解决单母线分段接线方式维修时需要断电的问题，使维修时，母线上的电力设备可以正常通电运行。双母线接线方式是将两母线使用断路器连接起来，其他的电力设备都是通过断路器和隔离开关与母线连接起来。双母线接线方式比单母线分段接线方式具有更高的可靠性和安全性，在对线路进行维护维修时也可以比较灵活地进行处理，如果电力线路母线出现了问题，可以使用断路器和隔离开关将没有受损的电力设备切换到没有出现的母线，可以避免长时间停电现象的出现；在对断路器和隔离开关进行维护维修时，可以把要维护维修母线的线路断电，保持另一条母线线路正常通电，并且将维护维修的母线线路的其他电气设备转接到另一条母线上，只对要维护维修的断路器和隔离开关进行断电，其他电气设备会不受到影响；双母线接线方式中，两母线上的电气设备可以进行切换，在调度运行方面比较灵活，有很大的操作空间。但是这种接线方式也有缺点：（1）若需要使用双母线，需要增加相应的电气设备，因此，建设成本较高，线路占地面积较大；（2）在对母线的断路器和隔离开关进行维护维修时，容易出现操作失误现象；（3）切换电气设备时，操作比较复杂。

4.2 双母线单分段接线方式与双母线双分段接线方式

如果双母线的电气设备需要较多地进出回路时，一般都在其中1 条母线或2 条母线上安装断路器，以此保证电路的安全可靠性。上述情况被称为双母线单分段接线和双母线双分段接线。对双母线进行分段接线可以有效提高电力系统的安全性和可靠性，可以有效避免双母线都断电的情况出现，并控制断电范围。除此之外，双母线分段接线方式在调度和运行方面具有很高的灵活性，利用断路器可以将系统划分为几个区域，这些区域之间相互独立，进而有助于排查故障部位，控制断电范围，但是双母线分段接线方式的建设成本较高，需要使用更多的电气设备，接线方式也比较复杂烦琐，容易出现操作失误。

5 电气设备选择

不管在正常运行状态下还是在短路状态时，电气设备中的载流导体和电气设备都要稳定安全运作。合理选择电气设备和载流导体，可以在很大程度上实现电气设备的安全稳定。一般来说，电气设备选择的步骤是：在正常工作状态下根据有关要求选择设备，再在短路条件下根据有关要求检测设备的稳定性和安全性。

5.1 电气设备选择的一般原则

5.1.1 在正常工作状态下进行选择

选择电气设备的类型时，应充分考虑电气设备的安装地点条件、使用环境条件等因素，比如，选择室内型设备还是室外型设备；是否选择定制款；是否依据值班需求选择；电气设备和载流导体的额定电压至少要超过安装电气设备地点的电网额定电压；所选择的电气设备的额定电流或载流导体的长期允许电流要超过安装线路的最大持续电流。

5.1.2 在短路状态下进行检测

电气设备和载流导体发生在短路状态下，会出现电动力和发热两种情况，一方面使电力设备和载流导体承受很大的电动力的作用，另一方面，会使电力设备和载流导体的温度急剧上升，导致电气设备和载流导体受到损坏。所以，在选择电气设备和载流导体时，要先计算电动力大小和发热温度，保证电气设备和载流导体能在短路状态下不受损坏。

5.1.3 根据环境条件进行测验

要根据安装地点的环境对所选择的电气设备的载流导体进行测验，如果安装地点的温度、湿度、海拔等环境条件超过了一般电气设备的使用环境条件，需要采取一些措施进行折算或向设备供应商提出特定要求。

5.2 主要电气设备和载流导体选择

5.2.1 母线设计

母线主要分为硬母线和软母线。硬母线主要为铝材，当持续工作电流较大时，在位置狭窄的场所或者腐蚀性严重的场所，会选用铜材。导体截面形状按照正常工作电流选取；截面面积按照经济电流密度选择。还要对其进行动稳定，热稳定校验，110kV 及以上的母线应进行电晕电压校验。

5.2.2 变压器的选择

在不受运输条件限制时，应选用三相变压器，当主变电压等级大于500kV 时，需根据制造、运输条件和可靠性要求等因素，经技术经济比较后，确定采用三相还是单相变压器。变压器的容量应根据系统调度需求以及发电厂出力进行选择。

5.2.3 断路器的选择

高压交流断路器主要有真空断路器和SF6 断路器等。高压断路器应根据其机械寿命、电寿命、重击穿概率和开断回路特性选择断路器的各项参数，其额定关合电流应不小于使用地点预期短路电流的最大峰值。

5.2.4 接地及照明设备的选择

要合理选择接地系统内的各种电气设备，比如，电气设备的保护壳接地、接地母线、支撑架等金属制品，要对接地系统进行合理设计。接地系统一般分为两类，水平接地地极和垂直接地地极，但是多数接地系统由水平地极组成，为了尽可能地避免触电事故的发生，电气设备上的金属制品要与接地系统可靠连接。

关于照明系统设计，为了尽可能地节约能源，要使用高效节能的照明器具，并且对照明系统进行合理有效的控制，在车间内合理设置照明系统的开关，根据不同的使用要求对照明系统进行调节。

6 结语

综上所述，在电气主接线的选择过程中，要遵循选择的要求，全面考虑各种因素，结合实际情况，制定适宜的主接线方案，从而保障供电的正常进行。另外，选择电气设备时，需根据实际情况进行合理的选择，并对电气设备的相关参数进行设置，从而保障电气设备的正常运行。