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基于发配电技术中对电气主接线图的研究

作者:鸿运手机版登陆 更新时间:2015年10月26日 21:04:51

摘 要: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。

关键词:发配电;电气主接线;基本形式
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。电气主接线的形式有多种,基本的形式有3 种:单母线接线、双母线接线、无母线接线。
1.单母线接线
  电源(发电机或变压器)和引出线是电厂和变电所主接线的基本环节。而母线具有汇总和分配电能的作用,处于中间环节。因为在大多数情况下,引出线的数量会比电源数目多,为了有利于电能交换,同时使接线简单明了和运行方便,并方便整个装置的扩建,所以需要在两者之间采用母线连接。但是母线接线会使配电装置复杂,并且当母线故障时将使供电中断。单母线接线是指只有一组母线的接线。其特点是电源和供电线路都连接在同一组母线上,具有简单、操作方便、所需设备少、投资少、容易扩建的优点。一般来说,在每条引线上都会装有可以切除负荷电流和故障电流的断路器,以方便投入或切除任何一种引线。在需要检修断路器而又要保证其他线路正常供电的情况下,应该把被检修的断路器和电源隔离开来。所以,必须把隔离开关装在每个断路器的两侧,保证检修断路器时和电源隔离,但不切除电路中的电流。
  但是单母线接线也有它的缺点:当母线或隔离开关发生故障或检修时,就必须断开全部电源,这就会造成整个装置的停电。此外,如果进行出线断路器的检测,需要在检修期间停止该回路的工作。因此,单母线接线在某些方面不能满足重要用户的供电需要。因此必须针对上述缺点找出应对的方案,以保证供配电的需要。主要方法之一就是通过分段加以克服。具体来说,就是在母线的中间装设一个断路器,把母线分为2 段,组成2 条线路对重要用户进行供电。通过让2 条输电线路分别从2 段母线上引出,使得任一段母线的故障都不会使重要用户停电。同时,可以分别对2 段母线进行清扫和检修,又保证用户正常用电。
2.双母线接线
  双母线接线是为解决单母线接线的缺点而提出来的,有2 组母线就可以保证2 条线的互相备用。2 组母线之间一般会用联络断路器连接起来,这样就可以保证每一个回路都通过1 只断路器和2 只隔离开关接到2 组母线上。运行时,就接通工作母线上的隔离开关,而接到备用母线上的隔离开关就会断开。如图1 所示。双母线接线,在对母线进行轮流检修而不会中断供电,当修理任一电路的母线隔离开关时只需要断开该电路,而如果工作母线发生故障,全部回路就会转移到备用母线上,保证供电的持续。而且,无论修理哪一个电路的断路器,都不会造成该电路的供电长期中断。对个别回路的单独试验,也可以把该回路分出,单独接至备用母线上。总之,双母线接线可以在不影响供电的情况下对母线系统进行检修。

  但是,双母线接线比较复杂,开关数量比单母线接线多,配电装置布置面积更大,也就增加了投资。而且,当工作母线发生故障时,在切换母线的过程中仍要短时停电。为了更好地使用双母线接线,可以针对这些缺点采取下列措施:首先,为了避免工作母线短路时造成全部停电,可以采用双母线同时带电运行及双母线分段接线的方式。而为了避免在检修线路断路器时造成短时停电,可采用双母线带旁路母线的接线。其次,为了解决当一组母线故障或检修时,会导致一半的回路供电中断的问题,可以对重要程度极高的发电厂和变电所考虑采用双母线型的一倍半接线。使用一倍半接线就可以减少断路器的数量,且运行的可靠性和灵活性也较大。可以在2 组母线间,装3 个断路器,同时可引接2 个回路。在这种情况下,2 组母线同时带电运行,任一母线故障或检修都不会造成断电停电。而且,隔离开关不作操作电器,只在检修时使用,这样可以保证所有断路器检修时不会停电,甚至在2 组母线同时发生故障时,供电也不会受阻。因此,当前一倍半接线在超高压电网中得到了广泛应用,其运行经验证明其优越性得到了肯定。
3.无母线接线
  无论是单母线还是双母线接线,断路器的数量一般都会大于或等于连接回路的数目。但是目前高压断路器的市场价格昂贵,且安装所占的面积也随着电压等级的升高而增大。所以,为了节省开支,在满足主接线图基本要求的情况下,又可以尽量减少高压断路器的数目,就可以使用无母线接线。主要的方式有以下几种:
3.1 桥形接线
  当电路只有2 台变压器和2 条输电线时,可以通过采用桥形接线减少所需的断路器。桥形接线一般可分为“内桥式”和“外桥式”2 种。内桥接线的2 台断路器都接在线路上,这样线路的断开和投入就显得比较方便。在通常情况下,如果线路发生故障,那只需要断开该线路的断路器,另一线路和2 台变压器仍可继续工作。但是,如果1 台变压器发生故障,就会把与变压器相连的2 个断路器断开,使该回线路退出工作。因此,这种接线一般适用于线路较长和变压器不要求经常切换的情况。外桥接线则与之相反,当变压器发生故障或运行中需要断开时,并不需要断开所有的断路器,不会影响线路的工作。不过,当线路发生故障时就会影响到变压器的运行。所以,这种接线一般只用于线路较短、需要经常切换变压器的情况。如在降压变电所应用得就比较多。
  总的来说,桥形接线所使用的电器少,布置简单,成本也较低,被广泛采用于35~220 kV 的发电厂和变电所中。但是其可靠性却不高,有时也需要用隔离开关作为操作电器,因此这种方式一般只用作电气装置初期的一种过渡接线。
3.2 多角形接线
  三角形接线和四角形接线都是属于多角形接线。如图2 所示。

  多角形接线的工作原理是元件连接闭合成环形,并按回路用断路器分隔。这种接线所需要的断路器数目与回路数相等,但比相同回路数的单母线分段或双母线接线少用一回路。不过,每个回路都会经2 个断路器连接,所以在一定程度上就有双断路器类型接线的功能,例如检修任一断路器时不需切除线路或变压器,所有隔离开关只用于检修,不用作操作电器,以及任何元件的退出、投入都很方便,且不影响其他元件的正常工作等。所以,相对单断路器的双母线接线而言,多角形接线的运行可靠性与灵活性更高,也更经济。但是,多角形接线也有它的局限性,首先,多角形接线不易扩建,而且在检修任一断路器时都要开环运行,回路数较多时并不适用,一般用得最多的是三角形、四角形。
3.3 单元及扩大单元接线
  单元接线可以在其没有任何横向的联系(如母线等) 的情况下,把几个元件直接单独连接起来,减少电器的数目,简化了配电装置的结构,也降低了故障的可能性。单元接线有发电机—变压器、单元接线、扩大单元接线和发电机—变压器那一线路单元接线等基本类型。在发电机—变压器单元接线中,发电机和变压器会组成一个单元组,可以把经升压后电能直接送入高压电网。而且发电机和变压器都不单独运行,两者的容量应当相等。但单元接线的基本缺点在于,如果其中的一个元件遭损坏或检修时,整个单元就被迫停止工作。因此,这种接线一般用于没有或很少有高负荷的大型发电厂的电力系统。而把2 台发电机与1 台变压器相连接组成扩大单元接线,可以减少变压器的台数和高压侧断路器的数目,并可以有效地节省配电装置的占地面积。这种接线在机组容量不大的中小型水电厂已广为采用,但是运行灵活性较差是它的一大缺点。发电机—变压器那一线路单元接线,可以不需在发电厂或变电所中建造高压配电装置,不仅能简化运行,还可以大大地减少占地面积与造价。但这种接线的采用也有其局限性,就是不管是线路还是变压器发生故障时,都会使发电机发出的电力不能外送,所以,只有当高压电网具有足够的备用容量时才可以采用。
4.结语
  总之,要研发配电技术,提高发配电的技术含量,就不能忽视对电气主接线图的分析研究,除了要对单母线接线、双母线接线、无母线接线这3 种基本的形式进行科学分析外,还必须要关注其他电气主接线的接线方式,才能从整体上认识电气主接线图的结构和运转原理及局限所在。
参考文献
[1] 潘孟春编著.电力电子与电气传动.长沙:国防科技大学出版社,2006.3.
[2] 李鹤轩主编.机电一体化技术手册.第5 篇:电力电子与电气传动技术.北京:机械工业出版社,1999.7.