中小型变电站中电气主接线的设计及应用

王彩菊

（甘肃大河科技有限公司，甘肃 兰州730010）

0 引 言

目前，电力系统已经成为生产生活中的重要支撑，其中电气主接线是以电源和出线为主体，是构成电力系统的重要环节，由各种电力设备和连接线组成。因此，重视电力系统电气主接线基本要求和关键因素，才能够使电力系统更好地为生产生活服务，才能让变电站的电力系统发挥更大的作用。电气主接线与电力系统、电站规模、枢纽布置、地形条件、动能参数以及电站运行方式等因素密切相关[1]，而且对变电站电气设备布置、选择、继电保护和控制方式有较大影响。变电站电气主接线的合理设计与否，关系变电站的长期安全、可靠、经济运行。继电保护与控制方式有密切联系，是变电站供电设计的重要环节之一。本文以中小型变电站电气主接线设计为例，根据变电站电气主接线的类型、基本要求以及实际情况，对中小型变电站中电气主接线进行方案设计选择，最后从设计的经济方面和技术方面提出中小型变电站中不同电压等级的电气主接线设计方案。

1 电气主接线基本要求

供电可靠性、运行灵活性和经济节约性，并称为电气主接线的三大基本要求[2]。

1.1 供电可靠性

电力生产的基本点是安全可靠，要求电气主接线能确保变电站的供电连续可靠。判断电气主接线可靠的主要标准是：在断路器损坏检修时，不应对供电系统造成影响；在母线或线路发生故障时，应保证重要用户的供电，即要求尽最大努力减少主变的停运台数和线路的停运回路数；将变电站停运的可能性降到最低。因此，故障和被迫停电次数越少，停电范围越小，通电时间越快，说明可靠性越高。

1.2 运行灵活性

电气主接线设计时要随着运行方式的转变切换其工作方式。主接线应满足检修、调度的灵活性。调度运行中，要做到灵活自如地切除和投入变压器与线路，实现变电站的真正无人值班。

1.3 经济节约性

主接线在满足以上两点的情况下，需要做到符合合理、经济、实惠的特点。这要求主接线应简单清晰，降低投资，即最大程度上节省变电站建筑工程的费用、所需要一系列设备的采购与安置费用、安装的工程费用，降低年运行费用，尽可能使占地面积最少，经济合理地选择变压器，确保电能损耗达到最小。

2 电气主接线基本类型

根据母线连接情况，电气主接线主要分为有母线接线方式和无母线接线方式。

2.1 有母线的电气主接线

电源、母线及馈线是有母线电气主接线的主要构成部件[3]。母线连接电源和馈线，起着汇集和分配电能的作用，是中间环节。母线可使主接线结构清晰易懂，检修及调度灵活，便于后期扩建。

2.1.1 单母线接线

单母线接线虽然具有接线简单清晰、设备少、操作和检修方便、投资少和便于扩建等优点，但是可靠性和灵活性差。当母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开与之所连的电源及电力用户。此外，当出线隔离开关检修期间，必须停止该出线回路的工作。因此，它仅适用于6～220 kV系统只有一台变压器的中、小型变电所。

2.1.2 单母线分段接线

单母线用分段断路器进行分段后，可有效解决造成全部电力用户停电的缺点，提高供电可靠性和运行灵活性。分段断路器可在一段母线故障或检修时自动切除故障，保证非故障母线仍可持续供电，缩小了停电范围。但是，出线断路器检修时，仍存在和单母线不分段相同使该回路停电的缺点。

2.1.3 单母线带旁路母线接线

在单母线基础上增设旁路母线和旁路断路器，可解决检修出线断路器时中断该回路供电的问题，从而进一步加强了供电的连续性，广泛适用于110 kV及以上的高压配电装置。但是，增加一组母线、专用旁路断路器和隔离开关，不仅增加了投资，而且操作繁琐，可能会产生误操作。这种接线只在对供电可靠有特殊要求时采用。

2.1.4 双母线接线

双母线接线方式可靠解决了检修母线或母线侧断路器造成用户侧大范围停电的问题，具备供电可靠、运行方式灵活、便于扩建的优点。但是，这种接线方式将隔离开关作为操作电器，增加了误操作的可能，且类似设备多，操作复杂，投资大。

2.1.5 一台半断路器接线

由于每2条回路共用3台断路器，一台半断路器接线又被称为2/3接线[4]。正常运行时，每条回路有2台断路器共同供电，形成多环状供电，具有极高的可靠性和灵活性，因此适用于220 kV及以上的大型变电所。

2.2 无母线的电气主接线

无汇流母线的主接线即缺少了汇流母线这一中间环节，没有母线故障和检修问题，减少了投资，也减少了配电装置的占用面积。它广泛使用发动机-变压器单元接线和桥式接线两种方式[5]。

2.2.1 发电机-变压器单元接线

发电机与变压器直接构成一个单元整体，具有接线简便清晰、开关设备少、操作简单、投资少等特点。但是，停电范围大，供电不可靠，仅适用于一机、一变、一线的场所。

2.2.2 桥使接线

在仅有2台变压机和2条馈线的情况下，可发挥桥式接线的优势。因采用断路器最少，投资少。依据桥断路器设置的位置，可分为内桥式和外桥式。

3 主接线方案选择

中小型变电站电力系统电压等级主要为110 kV、35 kV和10 kV[6]。本文对不同电压等级下的电气主接线均进行了方案设计。

3.1 110 kV侧电气主接线

110 kV侧有2个系统供电，有2回进线、2回出线。参照相关规程与负荷资料，可选用双母线接线或单母线分段接线，如图1和图2所示。

图1 双母线接线

图2 单母线分段接线

表1为对图1和图2方案Ⅰ、Ⅱ的电气主接线设计的归纳对比分析。

在技术上，方案Ⅰ明显合理；在经济上，方案Ⅱ更占优势。考虑到该变电所高压侧只有2回出线，方案Ⅱ即可满足运行要求，故110 kV侧接线方式可使用方案Ⅱ即单母线分段接线。

表1 110 kV主接线比较表

3.2 35 kV侧电气主接线

由基本资料可知，35 kV侧有8回出线[7]。依照规程，电压等级35～66 kV线路出线为4～8回时，可采用单母线分段接线和双母线接线。为了保证线路检修时对用户的供电不中断，采用单母线分段和双母线接线时，可增加设计旁路母线。但是，由于增设旁路母线的条件有限，所以35～60 kV采用双母线时不增设旁路母线。根据以上分析，筛选出两种方案，如图3和图4所示。

图3 单母线分段接线

图4 双母线接线

表2为对图3和图4方案Ⅰ、Ⅱ的主接线设计方案的归纳对比。

经对照发现，方案Ⅰ设备较少，较经济，倒闸操作简便为主要优点；但方案Ⅱ具有更高的可靠性。由于35 kV侧负荷较多，重要负荷比重高，故选择可靠性更高的方案Ⅱ。

3.3 10 kV侧电气主接线

据设计规范规定，当变电所装有2台主变压器时，6～10 kV侧宜采取分段单母线接线。设计中，10 kV侧出线12回，主要负荷为变电所周围电力用户。综合分析后，10 kV侧选用单母线接线，如图5所示。

图5 单母线分段接线

由于10 kV变电站母线侧的馈线多，因此选用单母线分段的接线方式。断路器将母线分段后，重要负荷从不同母线分段引出双回路供电，提高了供电可靠性与灵活性。当一段母线发生故障时，分段断路器将自动切除故障，保证正常母线不间断地供电，从而为重要负荷持续供电。

4 结 论

本文通过中小型变电站中电气主接线的要求，首次对中小型变电站不同等级下电气主接线的形式进行系统的方案设计和最优方案的选择。电气主接线是变电站电气设计的重要部分，也是供配电系统的重要环节，直接影响变电站系统的可靠性与灵活性。因此，在确定中小型变电站电气主接线时，要满足供电可靠性、经济性、供电的电能质量，还要考虑变电站的远景规划，设计的电气主接线形式需综合各种情况。