電氣主接線及有關(guān)設(shè)備選擇的探討

田僖

（中國電力工程顧問集團(tuán)華北電力設(shè)計院有限公司，北京100120）

1 引言

電氣主接線電路主要由發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、斷路器、隔離刀閘、線路等組成，主接線設(shè)計應(yīng)根據(jù)負(fù)荷容量大小、負(fù)荷性質(zhì)、電源條件、變壓器容量及臺數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)以及進(jìn)出線回路數(shù)等綜合分析確定。它們的連接方式對供電可靠性、運(yùn)行靈活性及經(jīng)濟(jì)合理性等起著決定性作用。為了確保電站的安全可靠運(yùn)行，本文對某變電站的電氣主接線及其相關(guān)設(shè)備的選擇進(jìn)行了深入探討。

2 主接線的設(shè)計原則

電氣主接線又被稱為電氣一次接線，它可以利用指定的圖表和文字符號根據(jù)電能產(chǎn)生、運(yùn)輸、配置的次序以及其他有關(guān)規(guī)定繪制出單向接線圖。主接線可以展現(xiàn)發(fā)電站和變電站高壓電電氣部分的主要構(gòu)造，是電力系統(tǒng)構(gòu)造中不可或缺的一部分。主接線會直接影響電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行，也對電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護(hù)以及自動裝置有一定的控制作用，由此可見，對主接線進(jìn)行設(shè)計時，要充分考慮技術(shù)因素和經(jīng)濟(jì)因素，保證主接線設(shè)計的安全可靠。

3 電氣主接線選擇需要考慮的因素

為了保障發(fā)電廠的正常運(yùn)行，需要科學(xué)合理地選擇電氣主接線。就電氣主接線選擇而言，其需要全面考慮各方面的影響因素，從而選擇質(zhì)量好、經(jīng)濟(jì)合理的電氣主接線電路。在電氣主接線電路的選擇過程中，應(yīng)考慮以下幾方面因素：（1）主接線可靠性的影響。要求有檢修斷路器時，不能影響系統(tǒng)的供電情況，檢修母線或者母線故障時，應(yīng)盡可能減少停運(yùn)的時間和回路數(shù)等。（2）主接線靈活性的影響。保障主接線的靈活操作，可以滿足運(yùn)行方式的調(diào)度要求。（3）負(fù)荷的分級和出線回數(shù)的影響。負(fù)荷的級別不同，需要的主接線電路形式也不同，比如，一級負(fù)荷需要2 個獨(dú)立的電源供電，當(dāng)其中一個無法發(fā)揮作用時，由另一個繼續(xù)發(fā)揮作用，從而保障供電的連續(xù)性。而二級負(fù)荷也需要2 個供電電源，如果其中一個不能發(fā)揮作用，由另一個繼續(xù)發(fā)揮作用，從而保障二級負(fù)荷大部分供電的繼續(xù)。三級負(fù)荷常常使用一個電源供電。（4）備用容量的影響。備用容量主要是對負(fù)荷突增的適應(yīng)，從而保持供電的有效性和可靠性，避免故障停運(yùn)、設(shè)備檢修情況。

4 電氣主線接線方式種類介紹及比較

4.1 單母線分段接線方式與雙母線接線方式

4.1.1 單母線分段接線方式

單母線分段接線方式是使用單母線，并在母線上安裝斷路器進(jìn)行分段，分段有利于對母線以及母線隔離開關(guān)進(jìn)行定期維護(hù)和維修。使用單母線分段接線方式可以提高電氣設(shè)備電力系統(tǒng)的可靠性和安全性，使安裝維護(hù)與維修更方便操作，相比于其他母線接線方式，單母線分段接線方式可以減少電氣設(shè)備的使用數(shù)量，可以在一定程度上節(jié)約成本，但是這種接線方式也有一些缺點(diǎn)：（1）如果單母線的斷路器出現(xiàn)了問題時，就會波及沒有電源的線路；（2）對母線和母線隔離開關(guān)進(jìn)行維護(hù)維修時，需要斷電，那么單母線上的電力設(shè)備也會被斷電從而不能進(jìn)行工作。

4.1.2 雙母線接線方式

雙母線接線方式可以有效解決單母線分段接線方式維修時需要斷電的問題，使維修時，母線上的電力設(shè)備可以正常通電運(yùn)行。雙母線接線方式是將兩母線使用斷路器連接起來，其他的電力設(shè)備都是通過斷路器和隔離開關(guān)與母線連接起來。雙母線接線方式比單母線分段接線方式具有更高的可靠性和安全性，在對線路進(jìn)行維護(hù)維修時也可以比較靈活地進(jìn)行處理，如果電力線路母線出現(xiàn)了問題，可以使用斷路器和隔離開關(guān)將沒有受損的電力設(shè)備切換到?jīng)]有出現(xiàn)的母線，可以避免長時間停電現(xiàn)象的出現(xiàn)；在對斷路器和隔離開關(guān)進(jìn)行維護(hù)維修時，可以把要維護(hù)維修母線的線路斷電，保持另一條母線線路正常通電，并且將維護(hù)維修的母線線路的其他電氣設(shè)備轉(zhuǎn)接到另一條母線上，只對要維護(hù)維修的斷路器和隔離開關(guān)進(jìn)行斷電，其他電氣設(shè)備會不受到影響；雙母線接線方式中，兩母線上的電氣設(shè)備可以進(jìn)行切換，在調(diào)度運(yùn)行方面比較靈活，有很大的操作空間。但是這種接線方式也有缺點(diǎn)：（1）若需要使用雙母線，需要增加相應(yīng)的電氣設(shè)備，因此，建設(shè)成本較高，線路占地面積較大；（2）在對母線的斷路器和隔離開關(guān)進(jìn)行維護(hù)維修時，容易出現(xiàn)操作失誤現(xiàn)象；（3）切換電氣設(shè)備時，操作比較復(fù)雜。

4.2 雙母線單分段接線方式與雙母線雙分段接線方式

如果雙母線的電氣設(shè)備需要較多地進(jìn)出回路時，一般都在其中1 條母線或2 條母線上安裝斷路器，以此保證電路的安全可靠性。上述情況被稱為雙母線單分段接線和雙母線雙分段接線。對雙母線進(jìn)行分段接線可以有效提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性，可以有效避免雙母線都斷電的情況出現(xiàn)，并控制斷電范圍。除此之外，雙母線分段接線方式在調(diào)度和運(yùn)行方面具有很高的靈活性，利用斷路器可以將系統(tǒng)劃分為幾個區(qū)域，這些區(qū)域之間相互獨(dú)立，進(jìn)而有助于排查故障部位，控制斷電范圍，但是雙母線分段接線方式的建設(shè)成本較高，需要使用更多的電氣設(shè)備，接線方式也比較復(fù)雜煩瑣，容易出現(xiàn)操作失誤。

5 電氣設(shè)備選擇

不管在正常運(yùn)行狀態(tài)下還是在短路狀態(tài)時，電氣設(shè)備中的載流導(dǎo)體和電氣設(shè)備都要穩(wěn)定安全運(yùn)作。合理選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體，可以在很大程度上實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定。一般來說，電氣設(shè)備選擇的步驟是：在正常工作狀態(tài)下根據(jù)有關(guān)要求選擇設(shè)備，再在短路條件下根據(jù)有關(guān)要求檢測設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性。

5.1 電氣設(shè)備選擇的一般原則

5.1.1 在正常工作狀態(tài)下進(jìn)行選擇

選擇電氣設(shè)備的類型時，應(yīng)充分考慮電氣設(shè)備的安裝地點(diǎn)條件、使用環(huán)境條件等因素，比如，選擇室內(nèi)型設(shè)備還是室外型設(shè)備；是否選擇定制款；是否依據(jù)值班需求選擇；電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的額定電壓至少要超過安裝電氣設(shè)備地點(diǎn)的電網(wǎng)額定電壓；所選擇的電氣設(shè)備的額定電流或載流導(dǎo)體的長期允許電流要超過安裝線路的最大持續(xù)電流。

5.1.2 在短路狀態(tài)下進(jìn)行檢測

電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體發(fā)生在短路狀態(tài)下，會出現(xiàn)電動力和發(fā)熱兩種情況，一方面使電力設(shè)備和載流導(dǎo)體承受很大的電動力的作用，另一方面，會使電力設(shè)備和載流導(dǎo)體的溫度急劇上升，導(dǎo)致電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體受到損壞。所以，在選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體時，要先計算電動力大小和發(fā)熱溫度，保證電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體能在短路狀態(tài)下不受損壞。

5.1.3 根據(jù)環(huán)境條件進(jìn)行測驗(yàn)

要根據(jù)安裝地點(diǎn)的環(huán)境對所選擇的電氣設(shè)備的載流導(dǎo)體進(jìn)行測驗(yàn)，如果安裝地點(diǎn)的溫度、濕度、海拔等環(huán)境條件超過了一般電氣設(shè)備的使用環(huán)境條件，需要采取一些措施進(jìn)行折算或向設(shè)備供應(yīng)商提出特定要求。

5.2 主要電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體選擇

5.2.1 母線設(shè)計

母線主要分為硬母線和軟母線。硬母線主要為鋁材，當(dāng)持續(xù)工作電流較大時，在位置狹窄的場所或者腐蝕性嚴(yán)重的場所，會選用銅材。導(dǎo)體截面形狀按照正常工作電流選??；截面面積按照經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。還要對其進(jìn)行動穩(wěn)定，熱穩(wěn)定校驗(yàn)，110kV 及以上的母線應(yīng)進(jìn)行電暈電壓校驗(yàn)。

5.2.2 變壓器的選擇

在不受運(yùn)輸條件限制時，應(yīng)選用三相變壓器，當(dāng)主變電壓等級大于500kV 時，需根據(jù)制造、運(yùn)輸條件和可靠性要求等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，確定采用三相還是單相變壓器。變壓器的容量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)調(diào)度需求以及發(fā)電廠出力進(jìn)行選擇。

5.2.3 斷路器的選擇

高壓交流斷路器主要有真空斷路器和SF6 斷路器等。高壓斷路器應(yīng)根據(jù)其機(jī)械壽命、電壽命、重?fù)舸└怕屎烷_斷回路特性選擇斷路器的各項參數(shù)，其額定關(guān)合電流應(yīng)不小于使用地點(diǎn)預(yù)期短路電流的最大峰值。

5.2.4 接地及照明設(shè)備的選擇

要合理選擇接地系統(tǒng)內(nèi)的各種電氣設(shè)備，比如，電氣設(shè)備的保護(hù)殼接地、接地母線、支撐架等金屬制品，要對接地系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計。接地系統(tǒng)一般分為兩類，水平接地地極和垂直接地地極，但是多數(shù)接地系統(tǒng)由水平地極組成，為了盡可能地避免觸電事故的發(fā)生，電氣設(shè)備上的金屬制品要與接地系統(tǒng)可靠連接。

關(guān)于照明系統(tǒng)設(shè)計，為了盡可能地節(jié)約能源，要使用高效節(jié)能的照明器具，并且對照明系統(tǒng)進(jìn)行合理有效的控制，在車間內(nèi)合理設(shè)置照明系統(tǒng)的開關(guān)，根據(jù)不同的使用要求對照明系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

6 結(jié)語

綜上所述，在電氣主接線的選擇過程中，要遵循選擇的要求，全面考慮各種因素，結(jié)合實(shí)際情況，制定適宜的主接線方案，從而保障供電的正常進(jìn)行。另外，選擇電氣設(shè)備時，需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理的選擇，并對電氣設(shè)備的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，從而保障電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。