第2章工厂供配电一次接线

《工厂供电》总课时：42学时第2章工厂供配电一次接线变配电所电气主接线

工厂电力线路变配电所的结构与布置123供电教研室2.1供配电所电气主接线本节主要内容：什么是电气主接线、电气主接线图；对电气主接线的基本要求有哪些；常用电气主接线的基本形式有哪些；供电教研室电气主接线:也称为电气主系统或电气一次接线。它是由电气一次设备按电力生产的顺序和功能要求连接而成的接受和分配电能的电路，是发电厂、变电所电气部分的主体，也是电力系统网络的重要组成部分。电气主接线反映了：1）发电机、变压器、线路、断路器和隔离开关等有关电气设备的数量。2）各回路中电气设备的连接关系。3）发电机、变压器和输电线路及负荷间以怎样的方式连接。2.1供配电所电气主接线供电教研室电气主接线图：就是用国家规定的电气设备图形与文字符号，详细表示电气主接线组成的电路图。电气主接线图一般用单线图表示（即用单相接线表示三相系统），但对三相接线不完全相同的局部图面（如各相中电流互感器的配置）则应画成三线图。电气主接线直接关系到电力系统运行的可靠性、灵活性和安全性，直接影响发电厂、变电所电气设备的选择，配电装置的布置，保护与控制方式选择和检修的安全与方便性。所以电气主接线是电力设计、运行、检修部门以及有关技术人员必须深入掌握的主要内容。2.1供配电所电气主接线供电教研室常用一次设备的图形和文字符号：G(F)名称图形符号文字符号(旧符号)T(B)T(B)T(B)双绕组变压器三绕组变压器三绕组自耦变压器发电机G2.1供配电所电气主接线供电教研室名称图形符号(旧符号)文字符号(旧符号)断路器隔离开关熔断器电抗器QF(DL)QS(G)FU(RD)L(DK)2.1供配电所电气主接线供电教研室名称图形符号(旧符号)文字符号(旧符号)手车断路器母线电缆终端头QF(DL)W(MX)L(XL)避雷器F2.1供配电所电气主接线供电教研室一、对电气主接线的基本要求概括地说是应满足可靠性、灵活性、经济性三项基本要求。1.可靠性(1)电能生产的特点要求电气主接线首先应满足可靠性的要求。电能不能大量储存，发电、输电和用电必须在同一瞬间完成的，任何一个环节出现故障都会造成供电中断。

(2)可靠性不是绝对的,对于不重要的用户,太高的可靠性将造成浪费。分析主接线的可靠性时，要考虑发电厂与变电所在电力系统中的地位和作用、负荷的性质、设备的可靠性和运行实践等因素。2.1供配电所电气主接线供电教研室1)断路器检修时，能否不影响供电。定性分析和衡量主接线可靠性的评判标准:4)大机组和超高压的电气主接线能否满足对可靠性的特殊要求。2)母线（或断路器）故障以及母线或母线隔离开关检修时，停运的回路数的多少和停电的时间的长短，能否保证对I类负荷和大部分II类负荷的供电。3)发电厂、变电所全部停运的可能性。2.1供配电所电气主接线供电教研室2.灵活性(1)调度灵活：能按照调度的要求，方便而灵活地投切机组、变压器和线路，调配电源和负荷，以满足在正常、事故、检修等运行方式下的切换操作要求。

(2)检修安全、方便：可以方便地停运断路器、母线及其二次设备进行检修，而不致影响电网的运行和对其它用户的供电。应尽可能的使操作步骤少，便于运行人员掌握，不易发生误操作。

(3)扩建方便能根据扩建的要求，方便地从初期接线过渡到远景接线：在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新机组、变压器或线路而不互相干扰，对一次设备和二次设备的改造为最少。2.1供配电所电气主接线供电教研室3.经济性主接线应在满足可靠性和灵活性的前提下，做到:节约投资

(1)主接线应力求简单清晰，节省断路器、隔离开关等一次电气设备；(2)要使相应的控制、保护不过于复杂，节省二次设备与控制电缆等；(3)能限制短路电流，以便于选择价廉电气设备和轻型电器等。(4)一次设计，分期投资建设、投产。2.1供配电所电气主接线供电教研室占地面积小

主接线的形式影响配电装置的布置和电气总平面的格局，主接线方案应尽量节约配电装置占地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，应采用三相变压器而不用三台单相变压器组。年运行费用小年运行费用包括电能损耗费、折旧费及大修费、日常小修的维护费等。电能损耗主要由变压器引起，因此要合理选择主变压器的型式、容量和台数及避免两次变压而增加损耗。2.1供配电所电气主接线供电教研室二、电气主接线的基本接线形式(1)电气主接线的基本环节是电源（发电机或变压器）和出线，它们之间如何连接是电气主接线的主体。有母线的主接线：由于设置了母线，使得电源和引出线之间连接方便，接线清晰，接线形式多，运行灵活，维护方便，便于安装和扩建。母线也称汇流母线，起汇集和分配电能的作用。(4)主接线的分类：根据是否有母线，主接线接线形式可以分为有母线和无母线两大类型。(3)对于进出线数目少，不再扩建和发展的电气主接线，不设置母线而采用简化的中间环节。(2)当同一电压等级配电装置中的进出线数目较多时（一般超过4回），需设置母线作为中间环节(掌握中间环节是关键)。2.1供配电所电气主接线供电教研室无母线的主接线：使用的开关电器少，配电装置占地面积较小，投资较小。

有母线的基本接线形式1.单母线接线及其母线分段的接线⑴单母线接线如图所示。a)结构特征：只有一组母线W，接在母线上的所有电源和出线回路，都经过开关电器连接在该母线上并列运行。但有母线的主接线使用的开关电器多，配电装置占地面积较大，投资较大。2.1供配电所电气主接线供电教研室各回路都装有断路器和隔离开关，断路器用以正常工作时投切该回路及故障时切除该回路；隔离开关用以在切断电路时建立明显可见的断开点，将电源与停运设备可靠隔离，以保证检修安全。母线隔离开关：与母线相连接的隔离开关，如图3-1中的QS11；b)倒闸操作原则：断路器与隔离开关间的操作顺序:

保证隔离开关“先通后断”（在等电位状态下，隔离开关也可以单独操作），这种断路器与隔离开关间的操作顺序必须严格遵守，绝不能带负荷拉刀闸（即隔离开关），否则将造成误操作，产生电弧而导致严重的后果。线路隔离开关：与线路相连接的隔离开关，如图3-1中的QS12。2.1供配电所电气主接线供电教研室母线隔离开关与线路隔离开关间的操作顺序：母线隔离开关“先通后断”，即接通电路时，先合母线隔离开关，后合线路隔离开关；切断电路时，先断开线路隔离开关，后断开母线隔离开关。以避免万一断路器的实际开合状态与指示状态不一致时，误操作发生在母线隔离开关上，产生的电弧会引起母线短路，使事故扩大。例如：对WL1送电时，先合上QS11，再合上QS12，最后合上QF1。对WL1停电时，先断开QF1，再依次拉开QS12和QS11。c)接地开关(图3-1中QS13)的作用：

保证检修安全:当电压等级在110kV及以上时，线路隔离开关或断路器两侧的隔离开关（布置较高时）都应设置接地开关，母线也应设置接地开关或接地器，以代替人工挂接地线，保证出线、断路器和母线检修时，检修人员的安全。2.1供配电所电气主接线供电教研室d)评价：主要优点是接线简单清晰，设备少，操作方便，造价便宜，只要配电装置留有余地，母线可以向两端延伸，可扩性好。e)适用范围：单母线接线只能用于某些出线回数较少，对供电可靠性要求不高的小容量发电厂和变电所中。主要缺点是可靠性和灵活性都较差：1)母线和母线隔离开关检修时，全部回路均需停运；2)母线故障时，继电保护会切除所有电源，全部回路均需停运；3)任一断路器检修时，其所在回路也将停运；4)它只有一种运行方式。2.1供配电所电气主接线供电教研室⑵单母线分段接线a)结构特征：如图所示。

1)设置分段断路器QFd将母线分成两段，当可靠性要求不高时，也可利用分段隔离开关QSd进行分段。

2)各段母线为单母线结构。

b)评价：1)接线简单清晰，经济性好。2)有一定灵活性(有三种运行方式)。3)可靠性:①任一母线或母线隔离开关检修时，仅停检修段。②任一段母线故障时，继电保护装置可使分段断路器跳闸，保证正常母线段继续运行，减小了母线故障影响范围。③任一断路器检修时，该断路器所带用户也将停电。2.1供配电所电气主接线供电教研室单母线分段接线的可靠性比单母线接线有了较大提高，但任一段母线故障或检修期间，该段母线上的所有回路均需停电；任一断路器检修时，该断路器所带用户也将停电。考虑到采用单母线分段接线时，重要用户可从不同母线段上分别引出两回馈线向其供电，保证不中断供电，故对采用两回馈线供电的用户来说，有较高供电可靠性。

c)适用范围：中、小容量发电厂和变电所的6~10kV配电装置和出线回路数较少的35~220kV配电装置中。

2．带旁路母线的单母线分段接线(1)带专用旁路断路器的单母线分段带旁路母线接线a)结构特征：如下图所示。1)在单母线分段的基础上又增加了旁路母线W3、专用旁路断路器QFp

及旁路回路隔离开关QS1和QS2。2)各出线回路除通过断路器与汇流母线连接外，还通过旁路隔离开关与旁路母线相连接。2.1供配电所电气主接线供电教研室b)旁路母线的作用是：检修任一进出线断路器时，不中断对该回路的供电。e)检修断路器时的不停电倒闸操作过程：正常运行时，旁路断路器QFp、各进出线回路的旁路隔离开关是断开的，旁路断路器两侧的隔离开关是合上的，旁路母线W3不带电。若检修WL1的断路器QF1，使该出线不停电的操作步骤为：

d)适用范围：6~10kV配电装置。c)评价：单母线分段接线增设旁路母线后，可以使单母线分段接线在检修任一出线断路器时不中断对该回路的供电。但配电装置占地面积增大，增加了断路器和隔离开关数量，接线复杂，投资增大。

2.1供配电所电气主接线供电教研室1)合上QFp;给旁路母线W3充电，检查旁路母线W3是否完好，如果旁路母线有故障，QFp在继电保护控制下自动切断故障，旁路母线不能使用；如果QFp合闸成功，说明旁路母线完好。3)断开出线WL1的断路器QF1;

4)断开QS12和QS11。此时出线WL1已经由旁路断路器QFp回路供电，在需要检修的断路器QF1两侧布置安全措施后，就可以对其进行检修。2)合上出线旁路隔离开关QS1p；此时QS1p的两端等电位。也可以先断开QFp，然后合上QS1p，再合上QFp，以避免万一合上QS1p前，发生线路故障，QF1事故跳闸，造成QS1p合到短路故障上。2.1供配电所电气主接线供电教研室2)电源回路也可以接入旁路，如图3-3中虚线所示，这种进出线全接入旁路的形式叫全旁路方式。3)由于线路故障较多，出线断路器检修较频繁，故出线应接入旁路；1)一般断路器切断的短路故障次数达到需要检修的次数后（或长期运行后），就需要检修，如不允许停电检修，就需要设置旁路母线。4)考虑到变压器是静止元件，故障率低，且在变电所一般由多台变压器并列运行，而发电厂发电机—变压器回路的断路器可以安排在发电机检修时一起检修，故主变进线回路接入旁路的情况较少。5)对于采用手车式成套开关柜的6~35kV配电装置，由于断路器可以快速更换，也可以不设置旁路母线。f)

旁路母线的设置原则：2.1供配电所电气主接线供电教研室(2)单母线分段带简易旁路母线接线1)结构特点：如图所示。它是在单母线分段接线的基础上，增加了旁路母线W3、隔离开关QS3、QS4、分段隔离开关QSd及各出线回路中相应的旁路隔离开关，分段断路器QFd兼作旁路断路器。与图3-3所示的接线相比，少用一台断路器，节省了投资。

旁路母线可以经QS4、QFd、QS1接至母线W2，也可以经QS3、QFd、QS2接至母线W1。

分段隔离开关QSd的作用是：可使QFd作旁路断路器时，保持两段工作母线并列运行。

2.1供配电所电气主接线供电教研室初始条件：平时旁路母线不带电，QS1、QS2及QFd合闸，QS3、QS4及QSd断开，按单母线分段方式运行。b)断开QFd，断开QS2，合上QS4，合上QFd;给旁路母线W3充电，检查旁路母线W3是否完好，如果QFp合闸成功，说明旁路母线完好。d)断开出线WL1的断路器QF1;

e)断开QS12和QS11。c)合上出线旁路隔离开关QS1p；此时QS1p的两端等电位。操作步骤为：a)合上QSd;2)检修线路断路器时的不停电倒闸操作过程：2.1供配电所电气主接线供电教研室3．双母线接线(1)结构特征：如图所示。1)有两组母线W1、W2，两组母线间通过母线联络断路器QFc相连；2)每回进出线均经一组断路器和两组母线隔离开关分别接至两组母线。正常运行时只合一组隔离开关。

2.1供配电所电气主接线供电教研室(2)运行方式:1)两组母线同时工作将母联断路器QFc合闸，而进出线均衡地分配在两组母线上，相当于单母线分段的运行方式。当一组母线故障时，在继电保护作用下，母联断路器断开，仅停故障的母线。2)一组母线工作，另一组母线备用全部电源和出线接于工作母线上，母联断路器断开，按单母线方式运行。工作母线故障时，全部短时停电。(3)优点：1)运行方式灵活，有多种运行运行方式。由于每个回路均可以换接至两组母线的任一组上运行，使得双母线接线的可靠性和灵活性大大提高。2)任一组母线检修时不中断供电，检修任一回路母线隔离开关时，只中断该回路的供电。

2.1供配电所电气主接线供电教研室3)任一组母线故障时仅短时停电，停电时间是接于该母线上的所有回路切换至另一组母线所需时间，故障母线上的回路经短时停电便可恢复供电。

(4)缺点：1)检修任一回路断路器时，该回路仍需停电。

2)任一母线故障仍会短时停电。3)变更运行方式时，要用各回路母线侧的隔离开关进行倒闸操作，操作步骤较为复杂，容易出现误操作。

4)增加了大量的母线隔离开关和母线长度，双母线的配电装置结构较复杂，占地面积大，投资大。(5)适用范围：双母线接线广泛应用于对可靠性要求较高、出线回路数较多的6~220kV配电装置中。

2.1供配电所电气主接线供电教研室(6)倒母线操作：例如，图3-6所示接线在母线W1工作、母线W2备用的运行方式下，欲检修母线W1时的倒闸操作步骤如下：①检查母线W2是否完好，合QFc两侧隔离开关及QFc，向母线W2充电，若其母线完好，则QFc不会因继电保护动作而跳闸，便可继续倒闸操作；②合上所有回路与母线W2连接的隔离开关，之后再断开所有回路与母线W1连接的隔离开关，以实现全部回路由母线W1换接至母线W2。③断开QFc及其两侧隔离开关，此时母线W1不带电，母线W2变为工作母线。2.1供配电所电气主接线供电教研室4．双母线分段接线双母线接线难以满足大型电厂和变电所对主接线可靠性的要求：不分段的双母线接线在母联断路器故障或一组母线检修，另一组运行母线故障时，有可能造成严重的或全厂（所）停电事故。(1)双母线三分段接线：如图所示。将一组母线用分段断路器QFd分为两段（W1和W2），两个分段母线（W1和W2）与另一组母线（W3）之间都用母联断路器连接，也称为双母线三分段接线。分段双母线，比双母线具有更高的可靠性，运行方式更为灵活。1)W1和W2作为工作母线，W3作为备用母线，全部进出线均分在W1和W2两个分段上运行；2.1供配电所电气主接线供电教研室2)也可以将两个母联断路器中的一个和分段断路器合上，全部进出线合理地分配在三段上运行，三段母线并列运行。此种运行方式降低了全厂（所）停电事故的可能性；可以减小母线故障的停电范围，母线故障时的停电范围只有1/3，此时没有停电部分还可以按双母线或单母线分段运行。

双母线三分段接线在一组母线检修合并母联断路器故障时，会发生全厂（所）停电事故。为进一步提高大型电厂和变电所主接线可靠性，可将两组母线均用分段断路器分为两段，就构成了双母线四分段接线（见图3-11）。另外该接线母线故障时的停电范围只有1/4，可靠性进一步提高。

缺点：双母线分段接线使用的电气设备更多，配电装置也更为复杂。

适用范围：为了提高大型电厂和变电所主接线可靠性，防止全厂（所）停电事故的发生，减小母线故障的停电范围，大型电厂和变电所的220kV主接线可采用双母线分段接线。(2)双母线四分段接线：2.1供配电所电气主接线供电教研室5．双母线带旁路母线接线为了使双母线接线在检修任一回路断路器时不中断该回路的供电，可增设旁路母线。(1)结构特征：如图3-9所示。1)增设了一组旁路母线W3及专用旁路断路器QFp回路。

2)各回路除通过断路器与两组汇流母线连接外，还通过旁路隔离开关与旁路母线相连接。应该注意的是旁路母线只为检修断路器时不中断供电而设，它不能代替汇流母线。

(2)评价：1)可靠性、灵活性都相当高。

2.1供配电所电气主接线供电教研室b)任一组母线故障时仅短时停电。

c)检修任一回路断路器时，该回路不停电。

2)所用的电气设备数量较多，操作、接线及配电装置较复杂，占地面积较大，经济性较差。

(3)适用范围：a)任一组母线检修时不中断供电，检修任一回路母线隔离开关时，只中断该回路的供电。

1)220kV出线在4回及以上、110kV出线在6回及以上时，宜采用有专用旁路断路器的旁路母线接线。

2)由于六氟化硫断路器工作可靠，可以长时间不检修，当使用六氟化硫断路器且与系统联系紧密时，可以不设置旁路母线。

2.1供配电所电气主接线供电教研室无母线的基本接线形式

1．桥形接线(1)结构特征：如图所示。1)无母线，只有两台变压器和两回线路(常见形式)。2)四个回路使用三台断路器，中间的断路器称为联络断路器，连同两侧的隔离开关称为联接桥。联接桥靠近变压器为内桥接线，联接桥靠近线路为外桥接线。1)内桥接线适用于变压器不需要经常切换、输电线路较长(故障率高，故障断开机会较多)、电力系统穿越功率较少的场合。

(2)特点：2.1供配电所电气主接线供电教研室2)外桥接线适用于线路较短(故障率较低)、主变压器需经常投切(因经济运行的需要)、以及电力系统有较大的穿越功率通过联桥回路的场合。图中的虚线部分为跨条，加跨条可使联络断路器检修时，穿越功率可从“跨条”中通过，减少了系统的开环机会。跨条回路中装设两台隔离开关的目的是能轮流停电检修任意一台隔离开关。3)易于发展过渡为单母线分段或双母线接线；4)但可靠性和灵活性不够高。

1)桥形接线简单清晰，没有母线;

2)所用断路器数量最少，经济性好;(3)评价：2.1供配电所电气主接线供电教研室3．单元接线(1)结构特征：如图所示。发电机与变压器直接连接，中间不设母线。

(2)单元接线1)发电机—双绕组变压器单元接线(4)适用范围：桥形接线一般可用于两变配两线的中小型发电厂和变电所，或作为最终接线为单母线分段或双母线接线的工程初期接线方式。2.1供配电所电气主接线供电教研室(3)扩大单元接线a)由于发电机和变压器不可能单独运行，故发电机出口不装断路器（当发电机、主变压器故障时，通过断开主变压器高压侧断路器和发电机的励磁回路来切除故障电流）;2)发电机一三绕组变压器（或自耦变）单元接线

a)为了在发电机停运时，不影响高、中压侧电网间的功率交换，在发电机出口应装设断路器及隔离开关；b)为保证在断路器检修时不停电，高中压侧断路器两侧均应装隔离开关；c)由于200MW及以上机组的发电机出口断路器制造很困难，造价也很高，故200MW及以上机组一般都是采用发电机一双绕组变压器单元接线。

b)但为调试发电机方便，可装一组隔离开关。对于200MW及以上机组，发电机引出线采用封闭母线，可不装隔离开关，但应有可拆的连接片。

2.1供配电所电气主接线供电教研室当发电机容量不大时，可由两台发电机与一台变压器组成扩大单元接线，减少了变压器及其高压侧断路器的台数，相应的配电装置间隔也减少，节约投资与占地。图a所示是发电机—变压器扩大单元接线。图b所示是发电机—分裂低压绕组变压器的扩大单元接线，它的优点是可以限制其低压侧的短路电流。1)接线简单清晰、用的设备少;2)配电装置简单、节省占地、经济性好;3)可以采用封闭母线、故障的可能性小，可靠性高;4)没有多台发电机并列运行，发电机电压侧短路电流小。(4)评价：