电气主接线图使用分析.docx
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电气主接线图使用分析
电气主接线图使用分析
王霞
电气1202班，电气工程及自动化，水利与能源动力工程学院，2013.11.5
摘要：
电气主接线是由各种电气设备如发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、电缆、线路等按照一定的要求和顺序连接起来，完成电能的输送和分配的电路。
电气主接线是传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。
当用国家统一规定的图形和文字符号表示各种电气设备，并按工作顺序排列，详细地表示电气主接线的全部基本组成和连接关系的接线图，称为主接线图。
电气主接线的选择，直接影响着电气设备的选择和配电装置的布置，也在一定程度上决定了这些设备和装置运行的可靠性和经济性。
现就发配电技术中的电气主接线图的基本形式进行分析研究。
一．对一次主接线的要求
1.安全性
对电气主接线的安全性，主要体现在：
隔离开关的正确配置和隔离开关接线的正确绘制。
隔离开关的主要用途是将检修部分与电源隔离，以保证检修人员的安全。
在电气主接线图中，凡是应该安装隔离开关的地方都必须配置隔离开关，不能有遗漏之处，也不可以为乐节省投资而不装。
在绘制隔离开关时，电源应接在通过瓷瓶与隔离开关的刀片联结，因为这样安装在打开和合上隔离开关时，刀片端的带电时间较短，这样可以保证操作人员的安全。
2.可靠性
电气主接线的可靠性不是绝对的。
同样的形式在一些发电厂或变电所来说是可靠的，但对另一些发电厂或变电所则不一定能满足可靠性要求。
所以在分析主接线图时，要考虑发电厂或变电所在整个系统中的地位和作用，也要考虑用户的负荷性质和类别。
（1）在分析电气主接线可靠性时，根据负荷性质，可按以下几个方面进行：
1）各断路器检修时，停电的范围和时间；
2）母线故障或检修时，停电范围和时间；
3）有没有使发电厂或变电所全部停电的可能。
电气主接线可靠性的高低直接决定着经济损失的大小，可靠性越高停电时的经济损失越少，反之，则越多。
（2）按重要性的不同，将负荷分为三类：
Ⅰ类负荷——停电后将造成人员伤亡和重大设备损坏的最重要负荷。
如机场和军事设施等电力负荷，以及电弧炼钢炉和大型铝电解槽等短时间停电就要损坏重大设备的用电。
对Ⅰ类负荷的供电要求是任何时间都不能停电。
Ⅱ类负荷——停电后将造成减产，使用户蒙受较大的经济损失。
对Ⅱ类负荷的供电要求是必要时可以短时期停电，不允许长时间停电。
Ⅲ类负荷——Ⅰ、Ⅱ类负荷以外的其他负荷，停电后不会造成太大的影响，属非重要负荷。
对Ⅲ类负荷的供电要求是必要时可以长期停电。
3．经济性
电气主接线的经济性是相对而论的，在资金充足时，对经济性的要求可以放低，如果两种主接线的可靠性和方便性差不多，则选择经济性较好的一种。
4．方便性
（1）.操作的方便性
电气主接线的应该接线简单，操作方便尽可能的使操作步骤少，以便于运行人员掌握，不至于在操作过程中出错。
（2）.调度的方便性
电气主接线在正常运行时，要能根据调度要求，方便地改变运行方式。
并在发生事故时，要能尽快的切除故障。
（3）.扩建的方便性
这不仅与资金、土地相关，还与电气主接线的接线方式有关，但对于将来的发电厂和变电所，其主接线应具有扩建的方便性。
二．电气主接线图的基本形式
电气主接线的基本形式：
有母线接线和无母线接线。
母线是汇流线，用以汇集电能和分配电能的，是发电厂和变电所的重要装置。
电气主接线的类型如下：
1.不分段单母线接线
（1）如图是不分段单母线接线图，为了能在接通或断开电源，并在故障情况下能自动切断故障电流，每一个电源回路和出线回路中都装有断路器QF。
为了保证检修人员的安全，断路器侧还装有隔离开关QS，靠近母线侧的是母线隔离开关，靠近出线回路侧得是线路隔离开关。
若果出线的另一端没有接电源，也就没有倒送电能的可能，那么线路隔离开关可以不装。
图中的QE是线路隔离开关的接地闸刀，可以在检测时代替临时接地线。
在接通电路时，应先合断路器两侧的隔离开关，再合断路器；切断电路时，应先断开断路器，在断开两侧的隔离开关。
（2）不分段单母线接线的优点是：
接线简单、操作方便、设备少、经济性好；并且，母线便于向两端延伸，扩建方便。
缺点是1）可靠性差。
出现回路的断路器进行检修时，该回路要停电，直至断路器修好，也可能是长期停电；母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就是造成全厂或全所长期停电。
2）调度不方便。
电源只能并列运行，不能分列运行。
并且线路侧发生短路时，有较大的电流。
（3）适用范围
因单母线接线可靠性和灵活性差，这种接线只适用于6～220KV系统中只有一个电源，且出线回路少的小型发电厂或多数箱式变电站中。
2.分段单母线接线
（1）分段目的：
减小母线故障的影响范围，提高供电可靠性；
一段母线故障时，通过分段开关切除，保证正常段母线运行。
重要用户可从两段母线取电
（2）分段数目
取决于电源数量和容量。
段数分得越多故障时停电范围越小，但同时所用断路器等设备也增多，且运行也越复杂。
通常2～3段为宜，为减少母线故障的影响范围，应尽可能使一段母线上的电源功率与出线功率之和相等,每段最好有一个电源。
（3）运行说明及基本操作
1）基本操作:
与单母线一样，主要是保证断路器与隔离开关的操作顺序；
2）运行方式：
分段断路器可接通运行，也可断开运行（有特殊要求时）。
Ø当分段断路器接通运行时
任意一段母线发生故障时，分段断路器在继电保护装置的作用下，自动跳开将故障段隔离，保证非故障段的继续运行。
两段母线同时故障的几率很小，不到亿分之一，因此，全部停电的情况可以不予考虑。
Ø分段断路器断开运行时
分段断路器除装有继电保护装置外，还应装有备用电源自动投入装置。
当任一电源故障时，电源断路器自动断开，而分段断路器QF1可以自动投入，保证由另一分段电源给全部出线供电。
分段断路器QF1断开运行时，还可以起到限制短路电流的作用。
（4）单母线分段接线的优、缺点分析
A.母线发生故障时，仅故障母线段停止工作，非故障段仍可继续运行，相比单母线接线缩小了母线故障的影响范围；
B.对双回重要用户，将双回线路分别接于不同的分段上，以保证对重要用户的供电。
C.当一段母线故障或检修时，将使该母线段电源、出线全部停电，减少了系统的发电量，该段单回出线用户停电。
D.任一出线的断路器检修时，该回路必须停电。
（5）适用范围
一般来说单母线分段接线应用在电压等级为6～10KV、出线在6回及以上时，每段所接容量不宜超过25MW；电压等级为35～60KV时，出线数不超过8回；电压等级110～220KV时，出线数不宜超过4回。
3.单母线分段带旁路母线
断路器经过长期运行和切除一定次数短路电流后将需要进行检修。
一些重要用户，要求不停电检修断路器，实际中其解决的办法是加装旁路母线。
（1）旁母的作用：
检修任一台出线断路器，可不中断该回路的供电；
（2）用专门的分段断路器和旁路断路器，则断路器数目较多，造价较高，
常用：
以分段断路器兼作旁路断路器的接线形式
（3）带旁路母线的优、缺点分析
优点是：
单母线（分段）带旁路母线接线，具有简单、清晰，操作方便、易于扩建；当检修出线断路器时可不停电检修。
缺点是：
当汇流母线检修或故障时，该段母线将全部停电。
（4）适用范围
由于旁路系统造价昂贵，同时使配电装置和运行复杂，所以规程规定:
电压为35kV而出线在8回以上，110kV、6回以上，220kV、4回以上的屋外配电装置都可加设旁路母线。
6~10kV屋内配电装置，因为其负荷小、供电距离短，容易取得备用电源；并且出线大多采用电缆馈线，事故分闸次数少；特别是：
目前采用成套配电装置，加上采用灭弧室不需检修的真空断路器一般不装设旁路母线。
（5）新设计规程中指出：
“当断路器为六氟化硫（SF6）型时，可不设旁路设施”。
4.不分段双母线接线（单断路器）
（1）不分段双母线接线有三种运行方式：
第一种是所有电源和出线回路都连接在同一组母线上，另一组母线作为备用；
第二种是电源和出线回路均匀的连接在两组不同母线上，母联断路器断开；
第三种是电源和出线回路均匀的连接在两组不同母线上，母联断路器接通。
1）第一种运行方式分析：
A．检修任一段母线时，都不会中断对用户的供电。
一条母线要检修，可以将这条母线上的所有出线回路转移到另一条备用母线上。
B．任一母线隔离开关要检修时，只需断开该回路的断路器，而不影响其他回路的正常工作。
C．工作母线出线故障时，所有回路在短时停电后，能迅速恢复工作。
D．出线回路断路器检修时，该回路要停止工作，也就是仍要长期停电。
2）第一种运行方式是双母线接线按不分段单母线方式运行，第二种和第三种运行方式是双母线同时运行，如同按分段单母线方式运行；第二种和第三种运行方式可靠性相对有所提高，即当母线故障时，只有连在故障母线上的出线回路短期停电，而不是全部出线回路都短期停电。
只需将故障母线上的出线回路转接到完好母线侧就可以继续工作。
（2）倒母线操作的基本原则：
1）首先合母联断路器，并取下母联断路器的操作保险，使其成为一死开关，以保证两条母线始终并列为等电位，以实现隔刀的等电位切换；
2）然后先依次合上所有回路与备用母线的隔离开关，再依次断开与工作母线相连的隔离开关；
（3）特点
优点：
1）可靠性较高
Ø可不停电检修母线；
Ø任一回路母线隔离开关检修时，通过倒母线使该回路单独在备用母线上停电检修；
Ø母线故障时，所有回路能迅速切换到非故障母线上运行；
Ø在特殊情况下，可将个别回路接在备用母线上单独工作或试验
2）运行较灵活：
可双母、单母运行
3）便于扩建
缺点：
v设备多，配电装置复杂，经济性较差；
v运行中隔离开关作为操作电器，易发生误操作；
v母线故障时，需短时切除较多电源和线路
（4）适用范围：
双母线接线在我国大、中型发电厂和变电站中广为采用，并已积累了丰富的运行经验。
35～60KV出线数超过8回以上时，或连接电源较多、负荷较大时，一般采用双母线接线；
电压等级为110KV出线数目为5回及以上时，一般也采用双母线接线；
电压等级为220KV出线数目在3回及以上时，采用双母线接线。
5.分段双母线接线
（1）当进出回路数或母线上电源较多，输送和通过功率较大时，在6～10KV配电装置中，短路电流较大，为选择轻型设备，限制短路电流，提高接线的可靠性，常采用双母线三分段接线，并在分段处加装母线电抗器。
这种接线具有很高的可靠性和灵活性，但增加了母线联断路器和分段断路器的数量，配电装置投资较大，35KV以上很少采用。
多用于在6～10KV配电装置中。
（2）采用分段双母线接线可以减小母线故障的停电范围，图示。
Ⅰ段和Ⅱ段工作母线各自用母联断路器与备用母线相连，电源和出线回路均匀的分布在两段工作母线上。
分段双母线接线的可靠性比不分段双母线接线高，当一段母线发生故障时，在继电器保护下，分段断路器会自动跳开，然后，故障母线所连的电源回路的断路器也跳开，即该段故障母线上所连的出线回路停电，这时，只需将故障母线所连的电源回路和出线回路切换到备用母线上，即可恢复正常供电，这样就只是部分短时停电，而不是全部短时停电。
6.双母线带旁路母线
（1）接线特点:
在出线隔离开关外侧，加装一条旁路母线W3，每一回出线通过一旁路隔离开关QSP与旁母相连；在每段汇流母线与旁母之间加装一台断路器QFP，组成专设旁路断路器的接线，如图6.9所示。
（2）运行说明及操作
具有专用旁路断路器的旁路母操作与单母线带旁路母线的接线投旁路的基本一样。
（3）优、缺点分析
采用专设旁路断路器接线，避免了检修断路器时造成短时停电。
这种接线运行操作方便，不影响双母线正常运行，但多装一台断路器，增加了投资和配电装置的占地面积。
且旁路断路器的继电保护为适应各回出线的要求，其整定较为复杂。
7.双断路器双母线接线
如图所示即为双断路器双母线接线，每一个回路都设有两台断路器，分别与两组母线相连，双母线同时运行。
这样的接线可靠性极高，不论是母线故障还是隔离开关、断路器要检修，都不会引起停电。
即当Ⅰ母线发生故障时，将连在Ⅰ母线上的所有电源回路和出线回路的断路器全部断开，但是所有的回路都还仍连在Ⅱ母线上继续工作，不会出现停电现象。
这种接线有较好的灵活性，且操作方便，正常运行时，也避免了切换母线过程中的操作事故。
但是这种接线的设备多，投资大，维修断路器的工作量也相应增大。
所以在220KV装置中很少运用。
8.一个半断路器接线（3/2接线）
图示为一台半断路器接线图，每一个回路经一台断路器接至一组母线，分别接在两组母线上的两条回路之间装有一台半联络断路器，在两组母线之间形成一个三台断路器构成的“断路器串”平均每条回路一台半断路器，所以称一台半断路器接线，又称二分之三接线。
正常运行时，两组母线同时运行。
任一组母线或断路器要检修时，只要断开相连接的隔离开关就可进行，各条回路仍正常工作。
有一条母线发生故障时，与它相连的断路器都会自动跳开，而不会引起任何回路停电。
一台半断路器接线中，对回路要采用交叉配置的原则，在一个“断路器串”上配置一条电源回路和一条出线回路，避免在联络断路器发生故障时，使两条电源回路同时被切除。
一台半断路器接线的优点是：
运行的可靠性和灵活性很高，在检修母线或回路断路器时不必用隔离开关进行大量的倒闸操作，操作方便。
并且，调度和扩建也很方便。
一台半断路器接线的缺点：
与单断路器双母线相比，设备投资和断路器维修量都有所增加；并且一条回路故障有二台断路器要跳开，联络断路器故障会造成相连两条回路的短时停电；再有，为了便于回路的交叉配置，要求电源数和出线数最好相等；还有这种接线的继电保护装置也比其他接线要复杂得多。
9.单元接线
单元接线时无母线中最简单的一种接线形式，也是主接线基本形式中最简单的一种。
有以下几种类型：
（1）线路—变压器单元接线
线路—变压器单元接线适用于一条线路和一台变压器的变电所，高压侧没有母线，接线非常简单。
通常采用以下三种方法来保护变压器；一种是由线路断路器上的继电保护装置来保护，在变电所只装一组隔离开关，供检修变压器用（图a）；另一种是在变压器的高压侧再装一组跌落式熔断器（图b）；还有一种是在变压器高压侧装断路器（图c）。
（2）发电机—变压器单元接线
（a）是发电机—双绕组变压器单元接线
（b）是发电机—三绕组变压器单元接线
在该种单元接线中，发电机和升压变压器直接连成一个单元，经断路器接至高压母线。
发电机—变压器单元接线的优点是接线简单，由于不设发电机电压母线，节省了不少断路器，并且发电机和变压器低压侧故障时短路电流较小。
它的缺点是当发电机或变压器损坏或检修时，整个单元将被迫停止工作。
（3）发电机—变压器扩大单元接线
发电机—变压器扩大单元接线就是采用两台发电机与一台变压器相连接组成，每一台发电机都装有断路器和隔离开关，当任一台发电机要检修或故障时，另一台发电机仍可继续运行。
如图所示：
图（a）是发电机—双绕组变压器扩大单元接线。
这种接线应用比较广泛，但是发电容量较大时，如果在一台发电机端口出现短路时，另一台发电机的短路电流，加上变压器高压侧系统的短路电流数值很大，对发电机断路器的选择就会很困难。
图（b）是发电机—分裂绕组变压器扩大单元接线。
它由一个高压绕组和两个低压的分裂绕组，两个分裂绕组的额定电压和额定容量相同，匝数相等，由于两个分裂绕组有漏抗，所以两台发电机之间的电路中就有电抗，这样，短路电流就能受到限制。
图（c）是发电机—分裂电抗器单元接线。
分裂电抗器有一个中间抽头，接变压器，分裂电抗器的两个臂与发电机相连。
10.桥式接线
当只有两台变压器和两条线路时，宜采用桥式接线。
桥式接线根据断路器的安装位置可分为内桥接线（图a）和外桥接线（图b）两种。
桥式接线没有母线，因而不会发生由母线故障或检修所引起的停电，经济性和可靠性有所提高。
（1）内桥接线
内桥接线的桥断路器QF3接在变压器侧，另外两台断路器QF1和QF2接在线路上，图（a）所示。
内桥接线在运行中的特点：
A．当一条线路发生故障时，只有该线路侧的断路器跳开，其余三条回路能正常工作。
B．当变压器发生故障时，对应出现断路器和桥断路器都会自动跳开，导致该出线回路停电。
要先将故障变压器对应的隔离开关断开，再接通故障变压器对应得断路器和桥断路器，才能恢复对该回路的供电。
C．需要切除或投入一条线路时，只要将该线路侧的断路器断开或接通，其余三条回路能正常工作。
D．需要切除变压器时，要先断开该线路断路器和桥断路器以及变压器低压侧的断路器，然后再断开变压器的隔离开关，最后再接通该回路的断路器和桥断路器，要投入变压器步骤相反。
内桥接线在线路故障或切除、投入时，不影响其余回路故障，并且操作简单；而在变压器的切换或投入时，要使相应回路停电，且操作复杂，所以这种接线一般用在变压器不需要经常换的线路。
（2）外侨接线
外侨接线的桥断路器接在线路侧，另外两台断路器接在变压器回路中，图（b）。
外侨接线在运行中的特点与内桥接线的相反；在线路故障或切除、投入时，要使相应变压器短时停电，并且操作复杂；而在变压器故障或切除、投入时不影响其余回路故障，并且操作简单。
所以这种接线适用于变压器需要经常切换的情况。
（3）适用范围（两回进线，两台变压器的情况）
A．内桥：
长线路（故障几率大），变压器不经常切换，无穿越功率时
B．外桥：
与内桥相反
C．35～220kV配电装置中常见
11.多角形接线
多角形接线的断路器数等于电源回路和出线回路的总数，断路器接成环形电路，电源回路和出线回路都接在两台断路器之间。
多角形的“角”数等于回路数，也就等于断路器数。
图为三角形接线盒四角形接线：
（1）优点：
A．多角形接线所用的断路器数目比分段单母线接线、不分段双母线接线还少一台，但是具有双断路器双母线接线的可靠性，任一台断路器需检修时，只需断开两侧的隔离开关即可进行，不会引起任何回路停止工作。
B.多角形接线中没有母线，所以不存在母线故障所产生的影响，也不存在母线检修所要的操作。
C．任一回路故障时，只跳开与之相连的两台断路器，不会影响其他回路的正常工作。
D．操作方便。
所有的隔离开关只是检测时才用，也就不会发生因带负荷断开隔离开关所引起的事故。
（2）缺点：
A．检修任何一台断路器时，多角形就开环运行，如果又有断路器自动跳开，将使供电造成紊乱。
B．多角形接线中的电器设备可能在闭环和开环两种情况下工作，其中所流过的工作电流差别特大，这样选择合适的电器会很困难。
C．由于运行方式变化大，使继电保护装置复杂化。
D．不便于扩建。
（3）应用要求：
从特点可以看出，多角形接线不适用于回路数目较多的情况，一般应用中多为三角形和四角形。
这种界限的电源回路，通常配置在多角形的对角线上，这样使所选用的电气设备的额定电流不致过大。
这种接线，一般用于回路数目较少且不准备发展的110KV及以上的配电装置中。
*我国水电站采用角形接线较多。
如西北刘家峡、四川龚嘴水电站
三．典型主接线分析
1、火电厂的主接线
（1）中小电厂
电厂特点：
多属地区性电厂，电压等级较低（不超过220kV），一般在负荷中心，有时有机端负荷；
主接线特点：
①有机端母线时，根据机端负荷容量和出线数选择接线方式；②多余功率送系统，有时需从系统倒送功率，有升压变与系统联系；③如有两个升高电压等级，一般用三绕组变压器联系（或用自耦变）；④高压侧接线视出线的电压等级和回路数而定；⑤对单机容量超过100MVA的发电机，一般不设机端母线而用单元接线。
（2）大型火电厂
电厂特点：
多为区域性电厂，装机容量1000MVA以上，单机容量200～1300MVA；要求可靠性高，常建在能源中心，无机端负荷，远距离高电压送电。
主接线特点：
①发-变单元接线
②高压侧主接线用双母线或3/2接线（视电压等级而定）
③若有两个电压等级，常用联络变联系（单机容量较小时也用三绕组变压器）
2、水电厂主接线
水电厂特点：
v一般远离负荷中心，机端负荷极小
v电厂装机台数和容量一次确定，不考虑扩建，但可分期施工
v地形复杂，为便于施工，减少占地面积，应简化接线，尽量减少设备
v机组开停频繁（常担任备用、调峰、调频等工作）
v为实现自动化、远动化，主接线尽可能避免采用繁琐倒闸的接线形式
水电厂主接线形式的选择范围很宽，就主接线而言，水、火电厂并无显著区别，应根据设计任务书，具体情况具体处理，角形接线是水电厂常用接线之一。
3、变电站的主接线
A．枢纽变电所
其高压侧交换系统间巨大的功率潮流并向中压侧输送大量电能；电压等级高、变电容量大，出线回路数多，在系统中的地理位置适中。
我国目前建设的500kV枢纽变电所容量多为1500MVA左右（330KV变电所最大容量为720MVA）
B．区域变电站：
对一个大区域供电，电压等级110kV～220kV
C．配电变电站：
v对一个小区域或较大容量的工厂供电，电压等级一般为110kV以下
v常见两台主变
v高压侧单母线分段或桥形接线，低压侧单母线分段或带旁路
v高压侧多为户外装置，低压侧多为户内装置
四．结语
发电厂和变电所的电气主接线图是由各种电气设备的图形符号和连接线所组成的表示接受和分配电能的电路图。
各种电气设备的规范、数量、连接方式、作用以及各电力回路的相互关系和运行条件等都可以从主接线图上呈现出来。
主接线图对发配电设备具有重要的意义，是发配电技术中关键的组成部分。
本文主要介绍了现今主接线图的11种连接方式的优缺点和应用范围，以及一次主接线的要求，并列举了火电厂、水电厂和变电站的一些常用电气主接线图。
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