詳細(xì)解讀電力系統(tǒng)主接線的基本要求、基本形式和接線方式

導(dǎo)讀

主接線是實(shí)現(xiàn)電能輸送和分配的一種電氣接線。變配電站的主接線是由各主要電氣設(shè)備（包括變壓器、開關(guān)電器、母線、互感器及連接線路等）按一定順序連接而成的、接受和分配電能的總電路。本期專題將詳細(xì)解讀電力系統(tǒng)主接線的基本要求、基本形式和接線方式。

主接線一般需符合電力系統(tǒng)對(duì)本電站在供電可靠性和電能質(zhì)量方面的要求，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，接線簡單、清晰，操作維護(hù)方便和具有一定的靈活性，并能適應(yīng)工程建設(shè)不同階段的要求。

對(duì)主接線的要求

電氣主接線應(yīng)滿足下列基本要求：

1）牽引變電所、鐵路變電所電氣主接應(yīng)綜合考慮電源進(jìn)線情況（有無穿越通過）、負(fù)荷重要程度、主變壓器容量和臺(tái)數(shù)，以及進(jìn)線和饋出線回路數(shù)量、斷路器備用方式和電氣設(shè)備特點(diǎn)等條件確定，并具有相應(yīng)的安全可靠性、運(yùn)行靈活和經(jīng)濟(jì)性。

2）具有一級(jí)電力負(fù)荷的牽引變電所，向運(yùn)輸生產(chǎn)、安全環(huán)衛(wèi)等一級(jí)電力負(fù)荷供電的鐵路變電所，城市軌道交通降壓變電所（見電力負(fù)荷、電力牽引負(fù)荷）應(yīng)有兩回路相互獨(dú)立的電源進(jìn)線，每路電源進(jìn)線應(yīng)能保證對(duì)全部負(fù)荷的供電。沒有一級(jí)電力負(fù)荷的鐵路變、配電所，應(yīng)有一回路可靠的進(jìn)線電源，有條件時(shí)宜設(shè)置兩回路進(jìn)線電源。

3）主變壓器的臺(tái)數(shù)和容量能滿足規(guī)劃期間供電負(fù)荷的需要，并能滿足當(dāng)變壓器故障或檢修時(shí)供電負(fù)荷的需要。在三相交流牽引變電所和鐵路變電所中，當(dāng)出現(xiàn)三級(jí)電壓且中壓或低壓側(cè)負(fù)荷超過變壓器額定容量的15%時(shí)，通常應(yīng)采用三繞組變壓器為主變壓器。

4）按電力系統(tǒng)無功功率就地平衡的要求，交流牽引變電所和鐵路變、配電所需分層次裝設(shè)并聯(lián)電容補(bǔ)償設(shè)備與相應(yīng)主接線配電單元。為改善注入電力系統(tǒng)的諧波含量，交流牽引變電所牽引電壓側(cè)母線，還需要考慮接入無功、諧波綜合并聯(lián)補(bǔ)償裝置回路（見并聯(lián)綜合補(bǔ)償裝置）。對(duì)于直流制干線電氣化鐵路，為減輕直流12相脈動(dòng)電壓牽引網(wǎng)負(fù)荷對(duì)沿線平行通信線路的干擾影響，需在牽引變電所直流正、負(fù)母線間設(shè)置550Hz、650Hz等諧波的并聯(lián)濾波回路。

5）電源進(jìn)（出）線電壓等級(jí)及其回路數(shù)、斷路器備用方式和檢修周期，對(duì)電氣主接線形式的選擇有重大影響。當(dāng)交、直流牽引變電所35 kV～220 kV電壓的電源進(jìn)線為兩回路時(shí)，宜采用雙T形分支接線或橋形接線的主接線，當(dāng)進(jìn)（出）線不超過四回路及以上時(shí)，可采用單母線或分段單母線的主接線；進(jìn)（出）線為四回路及以上時(shí)，宜采用帶旁路母線的分段單線線主接線。對(duì)于有兩路電源并聯(lián)運(yùn)行的6kV～10 kV鐵路地區(qū)變、配電所，宜采用帶斷路器分段的單母線接線；電源進(jìn)線為一主一備時(shí)，分段開關(guān)可采用隔離開關(guān)。無地方電源的鐵路（站、段）發(fā)電所，裝機(jī)容量一般在2 000 kV·A以下，額定電壓定為400 V或6.3 kV，其電氣主接線宜采用單母線或隔離開關(guān)分段的單母線接線。

6）交、直流牽引變電所牽引負(fù)荷側(cè)電氣接線形式，應(yīng)根據(jù)主變壓器類型（單相、三相或其他）及數(shù)量、斷路器或直流快速開關(guān)類型和備用方式、饋線數(shù)目和線路的年運(yùn)輸量或者客流量因素確定。一般宜采用單母線分段的接線，當(dāng)饋線數(shù)在四回路以上時(shí)，應(yīng)采用單母線分段帶旁路母線的接線。

電氣主接線的基本形式

電氣主接線的基本形式包括：有母線接線和無母線接線。母線是匯流線，用以匯集電能和分配電能，是發(fā)電廠和變電所的重要裝置。電氣主接線的細(xì)分類型如圖1所示。

圖1 電氣主接線類型

不分段單母線接線

圖2是不分段單母線接線圖，為了能在接通或斷開電源，并在故障情況下能自動(dòng)切斷故障電流，每一個(gè)電源回路和出線回路中都裝有斷路器QF。為了保證檢修人員的安全，斷路器側(cè)還裝有隔離開關(guān)QS，靠近母線側(cè)的是母線隔離開關(guān)，靠近出線回路側(cè)得是線路隔離開關(guān)。若果出線的另一端沒有接電源，也就沒有倒送電能的可能，那么線路隔離開關(guān)可以不裝。圖2中的QE是線路隔離開關(guān)的接地閘刀，可以在檢測時(shí)代替臨時(shí)接地線。

圖2 不分段單母線接線圖

在接通電路時(shí)，應(yīng)先合斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)，再合斷路器；切斷電路時(shí)，應(yīng)先斷開斷路器，在斷開兩側(cè)的隔離開關(guān)。

不分段單母線接線的優(yōu)點(diǎn)是：接線簡單、操作方便、設(shè)備少、經(jīng)濟(jì)性好；并且，母線便于向兩端延伸，擴(kuò)建方便。缺點(diǎn)是：①可靠性差。出現(xiàn)回路的斷路器進(jìn)行檢修時(shí)，該回路要停電，直至斷路器修好，也可能是長期停電；母線或母線隔離開關(guān)檢修或故障時(shí)，所有回路都要停止工作，也就是造成全廠或全所長期停電。②調(diào)度不方便。電源只能并列運(yùn)行，不能分列運(yùn)行。并且線路側(cè)發(fā)生短路時(shí)，有較大的電流。

分段單母線接線

分段單母線接線如圖3所示。

圖3 分段單母線接線圖

為了克服不分段單母線的一些缺點(diǎn)，可以用斷路器將母線分段，可根據(jù)電源數(shù)目和功率分段。分段斷路器兩側(cè)應(yīng)裝有隔離開關(guān)，供該斷路器檢修用。

分段斷路器QFd在正常工作時(shí)可以投入使用，也可以斷開。如果正常運(yùn)行時(shí)，QFd是接通的，則當(dāng)任一端母線出現(xiàn)故障時(shí)，母線繼電器保護(hù)會(huì)斷開連在母線上的斷路器和分段斷路器QFd。這樣另一段母線仍能繼續(xù)工作。如果一條母線上的電源斷開了，那么該母線上的出線可以通過分段斷路器從另一條母線上得到供電。

如果正常工作時(shí)分段斷路器QFd是斷開的，當(dāng)一段母線出現(xiàn)故障時(shí)，連在該母線上的出線會(huì)全部停電，非故障母線段仍能照常工作。

1）任一段母線或母線的隔離開關(guān)需要檢修或發(fā)生故障時(shí)，連接在該分段母線上的所有回路都要停止工作，但不會(huì)形成全部停電，而是部分長期停電。

2）檢修任一段電源或出線的斷路器時(shí)，該回路必須長期停電。

分段單母線接線的優(yōu)點(diǎn)是：接線比較簡單，操作方便，可靠性有所提高；且調(diào)度方便，擴(kuò)建也較方便；還有，如果出線回路較多，增加的投資比例不高。

這種接線方式一般在中、小型變電所中被廣泛采用。在重要負(fù)荷的出線回路較多、供電容量較大時(shí)，一般不采用。

分段單母線帶旁路母線接線

分段單母線帶旁路母線接線如圖4所示。

圖4分段單母線帶旁路母線接線圖

為了在回路斷路器檢修時(shí)能使該回路繼續(xù)工作，可以設(shè)置旁路母線。圖示是分段單母線帶旁路母線的接線。圖中的WBp即是旁路母線，在各回路的出線線路隔離開關(guān)處都裝有旁路隔離開關(guān)QSp，旁路母線與各出線回路相連。QF1p和QF2p為旁路斷路器。正常工作時(shí)，旁路斷路器與兩側(cè)的隔離開關(guān)，以及旁路隔離開關(guān)都是斷開的。

若出線回路WL1的斷路器需要檢測時(shí)，首先合上旁路斷路器QF1p兩側(cè)的隔離開關(guān)，再合上QF1p，這樣可以檢測旁路母線是否完好，若旁路母線是完好的，再合上旁路隔離開關(guān)QS1p，然后斷開出線回路WL1的斷路器QF1，在斷開斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)QS11和QS12。這樣就可以用旁路斷路器QF1p代替斷路器QF1工作，這樣既可以檢修QF1，也不會(huì)使出現(xiàn)WL1的供電中斷。

這樣的接線很大的提高了可靠性，但是接線復(fù)雜，增加了兩臺(tái)斷路器還有隔離開關(guān)，也大大的增加了投資成本。所以一般很少采用。

為了減少設(shè)備，節(jié)省投資，也可以采用如圖5、圖6所示的接線方式。

圖5 分段斷路器兼作旁路斷路器的接線

圖6 旁路斷路器兼作分段斷路器的接線

不分段雙母線接線

不分段雙母線接線如圖7所示。

圖7 不分段雙母線接線

不分段雙母線接線有三種運(yùn)行方式。

第一種是所有電源和出線回路都連接在同一組母線上，另一組母線作為備用。

第二種是電源和出線回路均勻的連接在兩組不同母線上，母聯(lián)斷路器斷開。

第三種是電源和出線回路均勻的連接在兩組不同母線上，母聯(lián)斷路器接通。

第一種運(yùn)行方式分析：

1）檢修任一段母線時(shí)，都不會(huì)中斷對(duì)用戶的供電。一條母線要檢修，可以將這條母線上的所有出線回路轉(zhuǎn)移到另一條備用母線上。

2）任一母線隔離開關(guān)要檢修時(shí)，只需斷開該回路的斷路器，而不影響其他回路的正常工作。

3）工作母線出線故障時(shí)，所有回路在短時(shí)停電后，能迅速恢復(fù)工作。

4）出線回路斷路器檢修時(shí)，該回路要停止工作，也就是仍要長期停電。

第一種運(yùn)行方式是雙母線接線按不分段單母線方式運(yùn)行，第二種和第三種運(yùn)行方式是雙母線同時(shí)運(yùn)行，如同按分段單母線方式運(yùn)行。

第二種和第三種運(yùn)行方式可靠性相對(duì)有所提高，即當(dāng)母線故障時(shí)，只有連在故障母線上的出線回路短期停電，而不是全部出線回路都短期停電。只需將故障母線上的出線回路轉(zhuǎn)接到完好母線側(cè)就可以繼續(xù)工作。

不分段雙母線接線的特點(diǎn)如下：

1）可靠性高。除回路斷路器檢修時(shí)該回路要長期停電外，其余的檢修或故障只有部分或全部的短時(shí)停電。

2）調(diào)度方便。多種運(yùn)行方式，比較靈活。

3）便于擴(kuò)建。雙母線可以任意向兩側(cè)延伸，不會(huì)影響兩組母線的電源和負(fù)荷的均勻分配，且擴(kuò)建不會(huì)引起原有回路停電。

4）與單母線相比，增加了一組母線，用了兩倍的母線隔離開關(guān)，設(shè)備較多，總的投資也較多。

5）在母線故障或母線隔離開關(guān)檢修時(shí)，要進(jìn)行切換母線操作，步驟多且復(fù)雜。

分段雙母線接線

分段雙母線接線如圖8所示。

圖8 分段雙母線接線

采用分段雙母線接線可以減小母線故障的停電范圍。Ⅰ段和Ⅱ段工作母線各自用母聯(lián)斷路器與備用母線相連，電源和出線回路均勻的分布在兩段工作母線上。

分段雙母線接線的可靠性比不分段雙母線接線高，當(dāng)一段母線發(fā)生故障時(shí)，在繼電器保護(hù)下，分段斷路器會(huì)自動(dòng)跳開，然后，故障母線所連的電源回路的斷路器也跳開，即該段故障母線上所連的出線回路停電，這時(shí)，只需將故障母線所連的電源回路和出線回路切換到備用母線上，即可恢復(fù)正常供電，這樣就只是部分短時(shí)停電，而不是全部短時(shí)停電。

雙母線帶旁路母線接線

雙母線帶旁路母線接線如圖9所示。

圖9 雙母線帶旁路母線接線

雙母線帶旁路母線，用旁路斷路器代替檢修中的回路斷路器工作，致使回路不斷電，圖示是三種帶旁路雙母線接線圖。圖9a是設(shè)置專用的旁路斷路器；圖9b是用旁路斷路器兼作母聯(lián)斷路器；圖9c是用母聯(lián)斷路器兼作旁路斷路器。

分段雙母線也可以帶旁路母線，但需設(shè)置兩臺(tái)旁路斷路器，分別接在兩個(gè)母線上，這樣接線更為復(fù)雜且投資業(yè)增大。

雙斷路器雙母線接線

雙斷路器雙母線接線如圖10所示。

圖10 雙斷路器雙母線接線

雙斷路器雙母線接線每一個(gè)回路都設(shè)有兩臺(tái)斷路器，分別與兩組母線相連，雙母線同時(shí)運(yùn)行。

這樣的接線可靠性極高，不論是母線故障還是隔離開關(guān)、斷路器要檢修，都不會(huì)引起停電。即當(dāng)Ⅰ母線發(fā)生故障時(shí)，將連在Ⅰ母線上的所有電源回路和出線回路的斷路器全部斷開，但是所有的回路都還仍連在Ⅱ母線上繼續(xù)工作，不會(huì)出現(xiàn)停電現(xiàn)象。

這種接線有較好的靈活性，且操作方便，正常運(yùn)行時(shí)，也避免了切換母線過程中的操作事故。但是這種接線的設(shè)備多，投資大，維修斷路器的工作量也相應(yīng)增大。所以在220KV裝置中很少運(yùn)用。

一臺(tái)半斷路器接線

一臺(tái)半斷路器接線如圖11所示。

圖11 一臺(tái)半斷路器接線

一臺(tái)半斷路器接線每一個(gè)回路經(jīng)一臺(tái)斷路器接至一組母線，分別接在兩組母線上的兩條回路之間裝有一臺(tái)半聯(lián)絡(luò)斷路器，在兩組母線之間形成一個(gè)三臺(tái)斷路器構(gòu)成的“斷路器串”平均每條回路一臺(tái)半斷路器，所以稱一臺(tái)半斷路器接線，又稱二分之三接線。

正常運(yùn)行時(shí)，兩組母線同時(shí)運(yùn)行。任一組母線或斷路器要檢修時(shí)，只要斷開相連接的隔離開關(guān)就可進(jìn)行，各條回路仍正常工作。有一條母線發(fā)生故障時(shí)，與它相連的斷路器都會(huì)自動(dòng)跳開，而不會(huì)引起任何回路停電。

一臺(tái)半斷路器接線中，對(duì)回路要采用交叉配置的原則，在一個(gè)“斷路器串”上配置一條電源回路和一條出線回路，避免在聯(lián)絡(luò)斷路器發(fā)生故障時(shí)，使兩條電源回路同時(shí)被切除。

一臺(tái)半斷路器接線的優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)行的可靠性和靈活性很高，在檢修母線或回路斷路器時(shí)不必用隔離開關(guān)進(jìn)行大量的倒閘操作，操作方便。并且，調(diào)度和擴(kuò)建也很方便。

一臺(tái)半斷路器接線的缺點(diǎn)：與單斷路器雙母線相比，設(shè)備投資和斷路器維修量都有所增加；并且一條回路故障有二臺(tái)斷路器要跳開，聯(lián)絡(luò)斷路器故障會(huì)造成相連兩條回路的短時(shí)停電；再有，為了便于回路的交叉配置，要求電源數(shù)和出線數(shù)最好相等；還有這種接線的繼電保護(hù)裝置也比其他接線要復(fù)雜得多。