电气主接线设计.docx
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电气主接线设计
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摘要
电气主接线（mainelectricalconnectionscheme）按牵引变电所和铁路变、配电所（或发电所）接受（输送）电能和分溜配电能的要求，表征其主要电气设备相互之间连接关系的总电路。
通常以单线图表示。
电气主接线中表示的主要电气设备有电力变压器、发电机、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、接地装置以及p带旁路母线接线、桥型接线和双T接线（或T形）分支接线等。
电气主接线包括从电源进线侧到各级负荷电压侧的全部一次接线，有时还包括各类变、配电所（或发电所）的自用电部分、后者常称作自用电接线。
电气主接线反应了牵引变电所和铁路变、配电所（发电所）的基本结构和功能。
关键词：
电气主接线；方式；原则；展望与未来
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第一部分，电气主接线
电气主接线是变电站电气部分的主体，是电力系统中电能传递通道的重要组成部分之一；其连接方式的确定对电力系统整体以及变电站本身的供电可靠性、运行灵活性、检修方便与否和经济合理性起着决定性作用，同时也对变电站电气设备的选择、配电装置的配置、继电保护和控制方式的拟定有着很大的影响。
因此，正确处理好各方面的关系，全面分析相关影响因素，综合评价各项技术，合理确定主接线方案是十分重要的。
本论文研究的电气主接线，主要针对高压配电网中110kv变电站高压电气主接线的设计。
随着城市电网和农村电网的三年改造结束，目前220kv及以上电压级的骨干网架已基本形成，110kv变电站的地位大多数已变成了中间变电站和终端变电站，直接与用户相关联，是实现电能传递的关键环节，首先从探讨变电站电气主接线方式的分析原则入手，对常用110kv中间变电站主接线方式进行分析：
单母接线方式、内桥加跨条接线方式以及四角形接线方式。
并且进行综合比较、评价，最后讨论了110kv变电站电气主接线方式的现状与展望。
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一、研究的意义
电气主接线是变电站电气部分主体，是电力系统中电能传递通道的重要组成部分之一；其连接方式的确定对电力系统整体以及变电站本身的供电可靠性、运行灵活性、检修方便与否和经济合理性起着决定性的作用，同时也对变电站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定有着很大的影响。
因此，正确处理好各方面的关系，全面分析相关影响因素，综合评价各项技术，合理确定主接线方案是十分必要的。
本论文研究的电气主接线，主要针对高压配电网中110kv变电站高压电气主接线的设计。
随着城市电网和农村电网的三年改造结束，目前220kv及以上电压级的骨干网架已基本形成，110kv变电站的地位大多数已变成了中间变电站和终端变电站，直接与用户关联，是实现电能传递的关键环节。
其中，中间变电站规模基本统一为110kv两路进线或四路进线、主变压器建设两台或三台、110kv/35kv/10kv三级电压或110kv/110kv两级电压的变电站；终端变电站规模大多为110kv两路进线、主变压器建设两台或三台、110kv/35kv/10kv三级电压或110kv/10kv两级电压的变电站。
根据“35kv-110kv变电所设计规范”【1】110kv终端变电站的高压电气主接线宜采用线路一变压器组接线和桥型接线；110kv中间变电站宜采用单母线接线、单母分段接线以及扩大的桥型接线；采用8F6断路器的主接线不宜设置旁路母线。
上述各种接线在我们的实际工程中都被采用过，但是，有些工程还是存在着一些问题，如：
运行不可靠、不灵活、不经济等。
在电气主接线的设计过程中，如何处理各相关因素，究竟哪种接线应用到中间变电站更好，哪种接线应用到终端变电站更好，一直没有明确的概念，需要研究探讨后才能得出结论。
目前关于变电站高压电气主接线设计综合评价方面的资料比较少，根据掌握的国内外有限的文献和相关资料，电气主接线的分析主要有以下几种形式：
（1）针对具体电厂或变电站，考虑具体的接线方式，对影响电气主接线的因素进行定性分析。
（2）应用模糊综合评判方法对电气主接线进行综合分析，为本项研究提供了思路。
但是，对于在不同条件、不同地位的变电站电气主接线的设计，没有建立完整的评价体系。
（3）工程模糊集理论的建立及其在纺织、造船、材料、水文资源与环境、区域可持续发展系统量化评价等工程领域的应用。
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二、变电站电气主接线方式的分析原则
与变电站电气主接线设计相关的因素很多，根据实际工程要求，主要考虑配电装置选型、相关电气设备选型、变电站主变压器的配置、高压电气主接线在电力系统中的作用、故障及检修条件的设定、供电可靠性标准的设定等等。
（一）电气主接线的基本要求与设计原则
（1）考虑变电所在电力系统中的位置
变电所在电力系统中的地位和作用是决定电气主接线的主要因素。
变电所是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对其电气主接线的可靠性、灵活性和经济性的要求也不同。
（2）考虑近期和远期的发展规模
变电所电气主接线的设计，应根据5-10年电力发展规划进行。
根据负荷的大小、分布、增长速度，根据地区网络情况和潮流分布，分析各种可能的运行方式，来确定电气主接线的形式以及连接电源数和出线回数。
（3）考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对电气主接线的影响
对一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，应保证大部分二级负荷供电；三级负荷一般只需要一个电源供电。
（4）考虑主变台数对电气主接线的影响
变电所主变的台数对电气主接线的选择将产生直接的影响。
传输容量不同，对主接线的可靠性、灵活性的要求也不同。
（5）考虑备用容量的有无和大小对电气主接线的影响
发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。
电气主接线的设计要根据备用容量的有无有所不同。
例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响着电气主接线的形式。
（二）高压配电装置的选用
变电所的电气主接线应该根据变电所在电力系统中的地位、变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定，并应综合考虑供电可靠性、运行灵活性、检修操作方便、节约投资、便于过渡和扩展等要求。
1.供电可靠性
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供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断供电。
评价电气主接线可靠性的标志是：
①断路器检修时，不宜影响对系统的供电；
②线路或母线发生故障时应尽量减少线路的停运回路数和主变的停运台数，尽量保证对重要用户的供电；
③尽量避免变电站全部停运的可能性。
（2）运行检修的灵活性
主接线应满足在调度、检修的灵活性。
①调度运行中应可以灵活的投入和切除变压器和线路，满足系统在事故、检修以及特殊运行方式下的系统调度运行要求，实现变电站的无人值班；
②检修时，可以方便的停运断路器、母线和继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行相对用户的供电。
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（3）适应性和可扩展性
能适应一定时期内没有预计到的负荷水平的变化，满足供电需求。
扩建时，可以适应从初期接线过渡到最终接线。
在影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入变压器或线路而不互相干扰，并且使一次、二次部分的改建工作量最少。
（4）经济性
主接线在满足可靠性、灵活性要求分析，并且进行的前提下，要求做到经济合理：
①投资省。
即变电站的建筑工程费、设备购置费、安装工程费和其他费用应节省，采用不同的接线方式，其投资具有明显的不同；
②占地面积小。
主接线设计要为配电装置创造条件，采用不同的接线方式，配电装置占地面积有很大的区别；
③能量损失小。
（5）简化主接线
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配网自动化、变电站无人化是现代电网发展的必然趋势，简化电气主接线将为这一技术的全面实施创造更为有力的条件。
（6）设计标准化
同类型变电站采用相同类型的电气主接线，实现电气主接线的规范化、标准化，将有利于系统运行管理和设备检修。
（三）相关电气设备以及连接
变电站高压电气主接线应该包括的电气设备包括：
主变压器、变压器高压引出线、母线、隔离开关、断路器、跨条、继电保护装置、电流互感器、电压互感器、避雷器等等。
在110kv变电站电气主接线的分析中，主要考虑终端变电站和中间变电站这两种功能的变电站。
终端变电站又称受端变电站，这类变电站接近负荷中心，110kv进线一般为两路进线，通过两台主变将电能分配给低压用户；在确保供电可靠性的前提下，变电站主接线设计应有利于规范化、简单化、自动化及无人化，尽可能减少占地面积，变电站主接线方式应根据负荷性质，电气设备特点及上级电网强弱等因素确定。
一般终端变电站高压侧主接线形式常选用：
（1）线路一变压器组接线;
（2）外桥接线；（3）内桥接线，中间变电站具有交换系统功率（110kv母线上有穿越功率）和降压分配功率（110kv通过主变将电能分配给低压用户）的双重功能，它是中心变电所和终端变电所之间的中间环节。
这类变电站主接线方式既不能像终端变电所那样简单，也不必像中心变电所那样复杂，应根据变电所在系统中的地位和作用来确定，一般中间变电所高压侧主接线形式常选用：
（1）单母线接线；
（2）单母线分段接线；（3）内桥接线外加跨条；（4）四角形接线4种接线方式。
（四）运行，维修及故障
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（1）运行状态
在正常运行方式下，1条线路带1台主变运行，每条线路安装电压互感器用以电度计量，安装避雷器防止雷击过电压或操作过电压。
（2）检修状态
当1台主变需停运检修时，手动或自动断开本条线路断路器，不影响另1条线路和另1台主变运行；当1条线路需停运检修时，手动或自动断开本站和对端站两侧断路器及隔离开关。
（3）故障状态
当1台主变故障时，自动断开本条线路断路器，不影响另1条线路和另1台主变运行；当1条线路故障时，自动断开本站和对端站两侧断路器。
（4）在检修或故障状态下，穿越功率的连续与否，也是中间变电站综合评价的一个重要指标。
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第二部分电气主接线设计方案及确定
变电所电气主接线是电力系统接线组成的一个重要部分。
主接线的确定，对电力系统的安全、灵活、稳定、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置等将会产生直接的影响。
一、主接线的设计原则：
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在进行主接线方式设计时，应考虑以下几点：
⑴变电所在系统中的地位和作用。
⑵近期和远期的发展规模。
负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响。
⑶主变压器台数对主接线的影响。
⑷备用容量的有无和大小对主接线的影响。
二、主接线的设计要求：
1、可靠性：
⑴断路器检修时,能否不影响供电。
⑵线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。
⑶变电所全部停电的可能性。
⑷满足对用户的供电可靠性指标的要求。
2、灵活性：
⑴调度要求。
可以灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式下、检修方式以及特殊运行方式下的调度要求。
⑵检修要求。
可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备进行安全检修，且不影响对及户的供电。
⑶扩建要求。
应留有发展余地，便于扩建。
3、经济性：
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⑴投资省；⑵占地面积小；⑶电能损失小。
三、拟定主接线方案
根据以上要求和本设计任务书要求，初步选择主接线如下：
原始资料：
变电所类型：
降压变电所
电压等级：
110/35/10KV
出线情况：
110KV出线两回，35KV出线8回（架空），10KV出线9回
负荷类别：
工农业生产及城乡生活用电
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结合原始资料所提供的数据，权衡各种接线方式的优缺点，将各电压等级适用的主接线方式列出：
1、110KV只有两回出线，且作为降压变电所，110KV侧无交换潮流，两回线路都可向变电所供电，亦可一回向变电所供电，另一回作为备用电源。
所以，从可靠性和经济性来定，110KV部分适用的接线方式为双母接线和单母线分段两种。
2、35KV可有单母线分段和单母线分段带旁母。
3、10KV部分定为单母线分段。
这样，拟定两种主接线方案：
方案I：
110KV采用单母分段接线，35KV采用单母线分段接线，10KV为单母线分段接线。
方案II：
110KV采用双母接线，35KV采用单母线分段带旁母接线，10KV为单母线分段接线。
绘出方案I、方案II的接线图如下
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方案I接线图：
方案II接线图：
四、主接线方案的确定
㈠主接线方案的可靠性比较：
110KV侧：
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方案I：
采用单母分段接线，当一条线路故障或切除时，不影响变压器运行，不中断供电；母连断路器停运时，两回路将解列运行，亦不中断供电。
且接线简单清晰，全部失电的可能性小，不易出错。
方案II：
采用双母接线，可靠性极高，故障率低的变压器的出口不装断路器，投资较省，整个线路具有相当高的灵活性，当双母线的两组母线同时工作时，通过母联断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上，当母联断路器断开后，变电所负荷可同时接在母线或副母线上运行，当母线故障或检修时，将隔离开关运行倒闸操作，容易发生误操作。
35KV侧：
方案I：
单母线分段接线，检修任一台断路器时，该回路需停运，分段开关停运时，两段母线需解列运行，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不致失电，另一段母线上其它线路需停运。
方案II：
单母线分段带旁路接线，检修任一台断路器时，都可用旁路断路器代替；当任一母线故障检修时，旁路断路器只可代一回线路运行，本段母线上其它线路需停运将隔离开关运行倒闸操作，容易发生误操作。
10KV侧：
由于两方案接线方式一样，故不做比较。
㈡主接线方案的灵活性比较
110KV侧：
#
方案I：
调度操作时可以灵活地投入和切除线路及变压器，而且便于扩建操作时，线路的投入和切除比较方便，扩建方便较方便。
方案II：
。
主变的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，。
35KV侧：
方案I：
运行方式简便，调度操作简单灵活，易于扩建。
方案II：
运行方式复杂，调度操作复杂，但可以灵活地投入和切除变压器和线路，能满足在事故运行方式，检修方式及特殊运行方式下的调度要求，较易于扩建。
10KV侧：
两方案相同。
㈢主接线方案的经济性比较
将两方案主要设备比较列表如下：
（
项目
方案
主变压器（台）
110KV断路器（台）
110KV隔离开关（个）
35KV断路器（台）
35KV隔离开关（个）
~
10KV设备
I
2
5
12
3
6
相同
》
II
2
5
18
4
9
相同
-
从上表可以看出，方案I比方案II少6个隔离开关，35KV隔离开关方案I比方案II少3个断路器少一台，方案I占地面积相对少一些（35KV侧无旁路母线），所以说方案I比方案II综合投资少得多。
㈣主接线方案的确定
对方案I、方案II的综合比较列表，对应比较一下它们的可靠性、灵活性和经济性，从中选择一个最终方案（因10KV侧两方案相同，不做比较）。
方案
项目
方案I
方案II
可
&
靠
性
1简单清晰，设备少
235KV母线故障或检修时，将导致该母线上所带3回出线全停
3任一主变或110KV线路停运时，均不影响其它回路停运
4各电压等级有可能出现全部停电的概率不大
5操作简便，误操作的机率小
1简单清晰，设备多
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235KV母线检修时，旁路断路器要代该母线上的一条线路，给重要用户供电，任一回路断路器检修，均不需停电
3任一主变或110KV线路停运时，均不影响其它回路停运
4全部停电的概率很小
5操作相对简便，误操作的机率大
灵
活
性
1运行方式简单，调度灵活性强
、
2便于扩建和发展
1运行方式复杂，操作烦琐，特别是35KV部分
2便于扩建和发展
经
济
性
2高压断路器少，投资相对少
2占地面积相对小
1设备投资比第I方案相对多
2占地面积相对大
通过以上比较，经济性上第I方案远优于第II方案，在可靠性上第II方案优于第I方案，灵活性上第I方案远不如第II方案
该变电所为降压变电所，110KV母线无穿越功率，单母线分段接线优于双母接线。
又因为35KV及10KV负荷为工农业生产及城乡生活用电，在供电可靠性方面要求不是太高，即便是有要求高的，现在35KV及10KV全为SF6或真空断路器，停电检修的几率极小，再加上电网越来越完善，双电源供电方案的实施，第I方案在可靠性上完全可以满足要求，第II方案增加的投资有些没必要。
经综合分析，决定选第I方案为最终方案，即110KV系统采用单母分段接线、35KV系统采用单母分段接线、10KV系统为单母线分段接线。
五、综合比较
从上述可以看出，单母接线存在的最大缺点是当母线需停电或与母线连接的隔离开关需停电时，必须停下整个配电装置，形成全站长时间失压。
虽然目前母线故障几率很低，但隔离开关的故障率是不容忽视的；另外，当1条线路断路器出线故障或需停电检修时，穿越功率就要中断，失去了中间变电站的意义。
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单母分段接线与单目接线相比，虽然估算投资稍高，但供电可靠性和灵活性都有很大提高。
由于分段断路器的设置，当1段母线需停电或与母线连接的隔离开关停电时，另1段母线、1台主变可以正常运行，母线停电范围缩小，供电可靠性得到提高。
缺点是线路侧断路器故障或需停电检修时，穿越功率中断，失去了中间变电站的意义。
内桥外加跨条接线的特点是正常运行方式下与内桥接线运行方式相同，供电可靠性较高，运行方式非常灵活：
在主变停电、线路断路器检修、桥路断路器检修几种情况下，能暂停线路，依靠外加跨条的接入，使穿越功率不中断，保证了中间变电站的作用。
缺点是穿越线路在这里失去了分段，长度增加了一倍因此恶化了继电保护的运行，增大了动作时间，另外隔离开关之间的电气闭锁回路较复杂和跨条上的隔离开关不能带负荷操作，必须使线路停电后才能合上造成变电站长时间停电，降低了可靠性和灵活性。
四角形接线供电可靠性最高，运行方式最灵活：
因为接线为闭合环形，每回路有两台断路器供电，任一台断路器检修，不需中断供电。
四角形接线的母线故障时，穿越不受破坏；从不会发生变电站全停事故，所以不会由此而造成供电损失；四角形接线中断路器故障的概率，无论正常运行或发生事故时都是很小的，可以在任何时候和不改变接线的情况下进行断路器的试验和检修。
缺点是继电保护复杂、电气闭锁回路复杂、断路器数量多，投资大。
综合分析比较，认为中间变电站最重要的指标是要保证穿越功率不中断，尽管一次投资多一些，但变电站投运后不停电、少停电从而多供电所带来的效益是很可观的，所以推荐四角形接线为110kv终端变电站高压侧的最优接线。
六、现状与展望
目前，对于新建的110kv变电站，110kv部分“一进一出”的进出线方式是最普遍的，单母线接线、桥形接线、线路变压器组进线也相应成为主选，而单母线分段的接线方式多用于有四回进出线的场合，已经不是很常见了。
对于最终容量为单台主变的变电站，线路变压器组进线方式无疑是首选，不过考虑到电网的联络和变电容量的备用，目前新建的110kv变电站建设规模还是以两台主变居多，外侨、内桥和单母线接线方式无疑应用得更普遍些。
桥形接线在生产运行、检修调试中有一系列的局限性。
而这些问题在电力行业中的重要性正日趋明显。
结语
110kv变电站的电气主接线的选择，应本着具体问题具体分析的原则，根据变电站在电力系统中的地位和作用、负荷性质、出线回路数、设备特点、周围环境及变电站规划容量等条件和具体情况，在满足供电可靠性、功能性、具有一定灵活性、还拥有一定发展裕度的前提下，尽量选择经济、简便实用的电气主接线。
如地网中的终端变电站，我们可以根据其进线回路数较少的特点，选择线路——变压器组接线，或者是桥形接线；110kv中间变电站，我们可根据其交换系统功率和降压分配功率的双重功能的特点，选择单母线接线、单母线分段、内桥加跨条接线等形式。
总之，电力网络的复杂性和多样性决定了我们不能教条的选择变电站的电气主接线，在深入研究各种主接线方式的优缺点之后，要具体问题具体分析，选择具有自己特色的电气主接线，这对于我们的现代化电气建设有着深远的现实意义。
参考文献
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