详细解读电力系统主接线的基本要求、基本形式和接线方式

发表于 2019-04-11 17:38:12 收藏 已收藏
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详细解读电力系统主接线的基本要求、基本形式和接线方式

发表于 2019-04-11 17:38:12
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导读

主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线。变配电站的主接线是由各主要电气设备(包括变压器、开关电器、母线、互感器及连接线路等)按一定顺序连接而成的、接受和分配电能的总电路。本期专题将详细解读电力系统主接线的基本要求、基本形式和接线方式。

主接线一般需符合电力系统对本电站在供电可靠性和电能质量方面的要求,技术先进,经济合理,接线简单、清晰,操作维护方便和具有一定的灵活性,并能适应工程建设不同阶段的要求。

对主接线的要求

电气主接线应满足下列基本要求:

1)牵引变电所、铁路变电所电气主接应综合考虑电源进线情况(有无穿越通过)、负荷重要程度、主变压器容量和台数,以及进线和馈出线回路数量、断路器备用方式和电气设备特点等条件确定,并具有相应的安全可靠性、运行灵活和经济性。 

2)具有一级电力负荷的牵引变电所,向运输生产、安全环卫等一级电力负荷供电的铁路变电所,城市轨道交通降压变电所(见电力负荷、电力牵引负荷)应有两回路相互独立的电源进线,每路电源进线应能保证对全部负荷的供电。没有一级电力负荷的铁路变、配电所,应有一回路可靠的进线电源,有条件时宜设置两回路进线电源。

3)主变压器的台数和容量能满足规划期间供电负荷的需要,并能满足当变压器故障或检修时供电负荷的需要。在三相交流牵引变电所和铁路变电所中,当出现三级电压且中压或低压侧负荷超过变压器额定容量的15%时,通常应采用三绕组变压器为主变压器。

4)按电力系统无功功率就地平衡的要求,交流牵引变电所和铁路变、配电所需分层次装设并联电容补偿设备与相应主接线配电单元。为改善注入电力系统的谐波含量,交流牵引变电所牵引电压侧母线,还需要考虑接入无功、谐波综合并联补偿装置回路(见并联综合补偿装置)。对于直流制干线电气化铁路,为减轻直流12相脉动电压牵引网负荷对沿线平行通信线路的干扰影响,需在牵引变电所直流正、负母线间设置550Hz、650Hz等谐波的并联滤波回路。

5)电源进(出)线电压等级及其回路数、断路器备用方式和检修周期,对电气主接线形式的选择有重大影响。当交、直流牵引变电所35 kV~220 kV电压的电源进线为两回路时,宜采用双T形分支接线或桥形接线的主接线,当进(出)线不超过四回路及以上时,可采用单母线或分段单母线的主接线;进(出)线为四回路及以上时,宜采用带旁路母线的分段单线线主接线。对于有两路电源并联运行的6kV~10 kV铁路地区变、配电所,宜采用带断路器分段的单母线接线;电源进线为一主一备时,分段开关可采用隔离开关。无地方电源的铁路(站、段)发电所,装机容量一般在2 000 kV·A以下,额定电压定为400 V或6.3 kV,其电气主接线宜采用单母线或隔离开关分段的单母线接线。

6)交、直流牵引变电所牵引负荷侧电气接线形式,应根据主变压器类型(单相、三相或其他)及数量、断路器或直流快速开关类型和备用方式、馈线数目和线路的年运输量或者客流量因素确定。一般宜采用单母线分段的接线,当馈线数在四回路以上时,应采用单母线分段带旁路母线的接线。

电气主接线的基本形式

电气主接线的基本形式包括: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,是发电厂和变电所的重要装置。电气主接线的细分类型如图1所示。

图1  电气主接线类型

不分段单母线接线

图2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2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。

图2   不分段单母线接线图

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。

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。

分段单母线接线

分段单母线接线如图3所示。

图3  分段单母线接线图

为了克服不分段单母线的一些缺点,可以用断路器将母线分段,可根据电源数目和功率分段。分段断路器两侧应装有隔离开关,供该断路器检修用。

分段断路器QFd在正常工作时可以投入使用,也可以断开。如果正常运行时,QFd是接通的,则当任一端母线出现故障时,母线继电器保护会断开连在母线上的断路器和分段断路器QFd。这样另一段母线仍能继续工作。如果一条母线上的电源断开了,那么该母线上的出线可以通过分段断路器从另一条母线上得到供电。

如果正常工作时分段断路器QFd是断开的,当一段母线出现故障时,连在该母线上的出线会全部停电,非故障母线段仍能照常工作。

1)任一段母线或母线的隔离开关需要检修或发生故障时,连接在该分段母线上的所有回路都要停止工作,但不会形成全部停电,而是部分长期停电。

2)检修任一段电源或出线的断路器时,该回路必须长期停电。

分段单母线接线的优点是:接线比较简单,操作方便,可靠性有所提高;且调度方便,扩建也较方便;还有,如果出线回路较多,增加的投资比例不高。

这种接线方式一般在中、小型变电所中被广泛采用。在重要负荷的出线回路较多、供电容量较大时,一般不采用。

分段单母线带旁路母线接线

分段单母线带旁路母线接线如图4所示。

图4  分段单母线带旁路母线接线图

为了在回路断路器检修时能使该回路继续工作,可以设置旁路母线。图示是分段单母线带旁路母线的接线。图中的WBp即是旁路母线,在各回路的出线线路隔离开关处都装有旁路隔离开关QSp,旁路母线与各出线回路相连。QF1p和QF2p为旁路断路器。正常工作时,旁路断路器与两侧的隔离开关,以及旁路隔离开关都是断开的。

若出线回路WL1的断路器需要检测时,首先合上旁路断路器QF1p两侧的隔离开关,再合上QF1p,这样可以检测旁路母线是否完好,若旁路母线是完好的,再合上旁路隔离开关QS1p,然后断开出线回路WL1的断路器QF1,在断开断路器两侧的隔离开关QS11和QS12。这样就可以用旁路断路器QF1p代替断路器QF1工作,这样既可以检修QF1,也不会使出现WL1的供电中断。

这样的接线很大的提高了可靠性,但是接线复杂,增加了两台断路器还有隔离开关,也大大的增加了投资成本。所以一般很少采用。

为了减少设备,节省投资,也可以采用如图5、图6所示的接线方式。

图5  分段断路器兼作旁路断路器的接线

图6  旁路断路器兼作分段断路器的接线

不分段双母线接线

不分段双母线接线如图7所示。

图7  不分段双母线接线

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。

第一种运行方式分析:

1)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。

2)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。

3)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。

4)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。

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。

不分段双母线接线的特点如下:

1)可靠性高。除回路断路器检修时该回路要长期停电外,其余的检修或故障只有部分或全部的短时停电。

2)调度方便。多种运行方式,比较灵活。

3)便于扩建。双母线可以任意向两侧延伸,不会影响两组母线的电源和负荷的均匀分配,且扩建不会引起原有回路停电。

4)与单母线相比,增加了一组母线,用了两倍的母线隔离开关,设备较多,总的投资也较多。

5)在母线故障或母线隔离开关检修时,要进行切换母线操作,步骤多且复杂。

分段双母线接线

分段双母线接线如图8所示。

图8  分段双母线接线

采用分段双母线接线可以减小母线故障的停电范围。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。

双母线带旁路母线接线

双母线带旁路母线接线如图9所示。

图9  双母线带旁路母线接线

双母线带旁路母线,用旁路断路器代替检修中的回路断路器工作,致使回路不断电,图示是三种带旁路双母线接线图。图9a是设置专用的旁路断路器;图9b是用旁路断路器兼作母联断路器;图9c是用母联断路器兼作旁路断路器。

分段双母线也可以带旁路母线,但需设置两台旁路断路器,分别接在两个母线上,这样接线更为复杂且投资业增大。

双断路器双母线接线

双断路器双母线接线如图10所示。

图10  双断路器双母线接线

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。

一台半断路器接线

一台半断路器接线如图11所示。

图11  一台半断路器接线

一台半断路器接线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。

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