电气主接线

电气主接线是指用规定的设备文字和图形符号按电气设备的实际功用顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线电路图。

3.2.1 电气主接线的基本要求与倒闸操作的基本原则

1.电气主接线的基本要求

（1）运行可靠性要求。保证连续供电，在事故状态下尽量缩小停电范围和停电时间，在设备检修时尽可能不停电，因此要求接线灵活。

（2）灵活性要求。在满足可靠性的条件下，主要体现在操作、调度和扩建的方便性上。

（3）经济性要求。在满足可靠性和灵活性的前提下要注意节省一次投资，减少占地面积，减少电能损耗。

2.倒闸操作的基本原则

倒闸操作是指将电气设备由一种状态转变为另一种状态的操作，如拉开或合上某些断路器、隔离开关，拆除或装设临时接地线等。倒闸操作是电力系统运行方式切换的重要环节，它的正确与否会直接影响到电网的安全运行，故要遵守严格的倒闸操作基本原则。

（1）停电操作按照“拉开断路器→拉开线路侧隔离开关→拉开母线侧隔离开关”的顺序；送电顺序与停电顺序刚好相反，即“合上母线侧隔离开关→合上线路侧隔离开关→合上断路器”。

（2）合上隔离开关之前，必须检查对应的断路器是否在断开位置，防止隔离开关带负荷合闸或拉闸。

（3）起用母线或旁路母线时，应遵守先充电检查，判断是否有故障存在，然后再接入使用的原则。

3.2.2 主接线的基本接线形式

变电所电气主接线基本形式可分为：有汇流母线（第1～4种接线形式）与无汇流母线（第5～7种接线形式）两大类，前者又可概括为单母线接线和双母线接线两种，后者主要有桥形接线、角形接线和单元接线等三种。

1.单母线接线

（1）结构。单母线接线如图3.2.1所示。设置一组母线，所有进线和出线经一台断路器和一组隔离开关接入母线，紧靠母线的隔离开关称为母线隔离开关（如QS2），紧靠线路的隔离开关称为出线隔离开关（如QS3）。在正常运行时，所有工作支路的断路器和隔离开关均处于闭合状态。

（2）基本操作原则。隔离开关与断路器的操作顺序：隔离开关“先合后断”。原因是隔离开关没有灭弧装置，不能接通和切断负荷电流或短路电流。

（3）接线优点。接线简单清晰、设备少、操作方便、经济性好、便于扩建和采用成套配电装置。

（4）接线缺点。不够灵活可靠，当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，造成全所长时间停电。

（5）应用场合。用于出线回路数目少、电压低、容量小的变电所。

2.单母线分段接线

（1）结构。单母线分段接线如图3.2.2所示。在单母线的基础上，母线上增设了分段断路器QF1。正常运行时全部断路器和隔离开关均闭合。在可靠性要求不高时，也可以用隔离开关QS1代替QF1，任一分段发生故障时全部回路短时停电，拉开分段隔离开关后，非故障段即可恢复供电。

图3.2.1 单母线接线

图3.2.2 单母线分段接线

（2）接线优点。具有单母线接线的优点，任一分段母线检修时停电范围减少一半，即可靠性有一定程度提高。

（3）接线缺点。当某一段母线或母线隔离开关检修或故障时，连接在该段母线上的回路都要长时间停电。

（4）应用场合。110kV及以下中、小容量的变电所、发电厂，如6～10kV配电装置总出线回路6回及以上，每一分段容量不超过25MW；35～60kV配电装置总出线回路4～8回。

3.双母线接线

（1）结构。双母线接线如图3.2.3所示，设置两组母线和母联断路器（QF），每条支路经一台断路器和两组隔离开关分别接入Ⅰ、Ⅱ两组母线。

图3.2.3 双母线接线

（2）倒闸操作的步骤。检修任一母线，不会中断供电，以检修Ⅰ母线为例说明。①先合上母联断路器QF两侧的隔离开关；②合上母联断路器QF；③根据先通后断的顺序，先合上Ⅱ母线上的所有隔离开关，再拉开Ⅰ母线上的所有隔离开关；④最后断开母联断路器（QF）及其两侧隔离开关；⑤Ⅰ母线退出运行，验明无电后，用接地刀闸接地，进行检修。

（3）接线优点。供电可靠，检修任一母线，不会中断供电。例如，检修母线Ⅰ时，可以利用母联断路器把全部电源和出线倒换到母线Ⅱ。运行方式灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。扩建方便，可向双母线的任一端扩建，均不影响两组母线的电源和负荷自由分配，施工中不会造成原有回路停电。

（4）接线缺点。在母线检修或故障时，需利用母线隔离开关进行复杂的倒闸操作，容易出现误操作。检修任一回路断路器时，该回路仍需停电。所用设备多（特别是隔离开关），配电装置结构复杂，占地面积与投资大。

（5）应用场合。由于双母线接线具有较高的可靠性，适用于母线上回路数目或电源较多的220kV及以下的变电所或发电厂。

4.带旁路母线接线

上述三种形式接线，支路断路器检修时都会引起该支路停电，为了解决支路断路器检修不停电的问题，可加设旁路母线。

1）结构

带旁路母线接线如图3.2.4所示，旁路断路器（QF0）一端接于各工作母线上，另一端接于增设的旁路母线（P）上，每条支路在线路隔离开关（QS12）外侧经一组旁路隔离开关（QS13）接于旁路母线上，这样旁路断路器可以和任意一条支路断路器并联，以代替该支路断路器运行。正常运行时，旁路断路器及旁路隔离开关均不投入运行。

图3.2.4 带旁路母线接线

（a）单母线带旁路母线接线；（b）双母线带旁路母线接线

2）带旁路断路器的倒闸操作的步骤

以检修支路L1上的断路器QF1为例说明，带旁路断路器的倒闸操作的步骤如下。

（1）合上旁路断路器的母线隔离开关QS01，合上旁路断路器的线路隔离开关QS02。

（2）合上旁路断路器QF0，对旁路母线充电，检查其是否完好，如有故障，0秒钟跳闸，如果无故障手动跳闸。

（3）在旁路母线完好的情形下，合上检修断路器的旁路隔离开关QS13。

（4）合上旁路母线断路器QF0，使旁路断路器与QF1并联运行。

（5）切断工作断路器QF1及其两侧隔离开关QS11和QS12。

5.桥形接线

当进出回路较少（如2进2出）时，经常采用简易接线，接线中没有专用于连接各支路的母线，又称为无汇流母线接线，典型的接线有桥形接线、角形接线等。当只有两台变压器和两条线路时，宜采用桥形接线。

（1）结构。桥形接线是由单母线分段接线演变的一种更为简单、经济并相当可靠的接线形式，结构如图3.2.5所示，用一组横向导线（包括断路器和隔离开关）将两回线路和两台变压器横向连接起来，横向导线称为“跨桥”。

内桥接线的“跨桥”靠近变压器侧，省掉变压器回路的断路器，只装隔离开关如图3.2.5（a）所示。外桥接线的“跨桥”靠近线路侧，省掉线路的断路器，只装隔离开关如图3.2.5（b）所示。

图3.2.5 桥形接线结构

（a）内桥接线；（b）外桥接线

（2）接线优点。接线简单清晰，每个回路平均装设的断路器台数最少，可节省投资，也易于发展过渡为单母线分段接线或双母线接线。

内桥接线，当检修任一回路电源或线路断路器时，另一线路和两台变压器仍可以继续供电；当任一回线路故障时，仅断开该故障线路，而其他回路继续正常供电。

（3）接线缺点。对于内桥接线，变压器正常投切与故障切除会影响线路的运行；对于外桥接线，线路正常投切与故障切除会影响变压器的运行，且更改运行方式时需要利用隔离开关作为操作电器，故工作可靠性和灵活性不高。

（4）应用场合。桥形接线一般适用于中小型发电厂、牵引变电所，或作为发电厂、变电所建设初期的过渡性接线。

通常，内桥接线适用于变压器不需要经常切换、输电线路长、故障断开机会较多、穿越功率小的母线接线。外桥接线适用于变压器按照经济运行要求需要经常切换、输电线路短、故障几率小、有较大穿越功率通过跨桥的母线接线。

6.角形接线

（1）结构。角形接线的结构如图3.2.6所示，每边中含有一台断路器和两台隔离开关，各边相互连接成闭合的环形，各进出线回路中只装设隔离开关，分别接到角形的各个定点上。

图3.2.6 角形接线结构

（2）接线优点。经济性好，所用断路器数目少，平均每回路仅需装设一台断路器，断路器数目等于进出线回路数；工作可靠，灵活性高，易于实现远动操作；每回路均可由两台断路器供电，任一断路器检修或故障不影响其他回路运行；隔离开关不作为操作电器，故误操作可能性小。

（3）接线缺点。检修任一断路器时，角形接线变成开环运行，可靠性显著降低；运行方式改变时，各支路的工作电流变化较大，造成继电保护整定和控制困难；角形接线闭合成环状形式，扩建困难。

（4）应用场合。基于角形结线的上述特点，在110kV及以上配电装置中，当出线回数不多，发展规模明确时，可采用角形接线，特别是在水电厂中应用较多，但一般以三角、四角形为主，一般不采用六角以上的多角形。

7.单元接线

（1）结构。将变压器与线路，发电机与变压器或者发电机－变压器－线路都直接串联起来，组成单元接线，如图3.2.7所示。

图3.2.7 单元接线结构

（2）接线优点。这种接线中间没有横向联络母线的接线，大大减少了电器的数量，简化了配电装置的结构，降低了工程投资。同时也减少了故障的可能性，降低了短路电流值。

（3）接线缺点。当某一元件故障或检修时，该单元会全部停电。

3.2.3 电气主接线实例

上节分析的是主接线基本形式，从原则上讲它们分别适用于各种发电厂和变电所。但是，由于发电厂的类型、容量、地理位置及在电力系统中的地位、作用、馈线数目、输电距离，以及自动化程度等因素，对于不同发电厂或变电所的要求各不相同，所采用的主接线形式也就各异。下面仅对几种主要类型发电厂及变电所的典型主接线的特点作简单介绍。

1.火力发电厂电气主接线

根据火力发电厂的容量及其在电力系统中的地位，一般可将火力发电厂分为区域性火力发电厂和地方性火力发电厂两类。这两类火力发电厂的电气主接线有各自的特点。

（1）区域性火力发电厂的电气主接线。区域性火力发电厂属大型火电厂，单机容量及总装机容量都较大，多建在大型煤炭基地（有时称为“坑口电厂”）或运煤方便的地点（如沿海或内河港口），而与负荷中心（城市）距离较远。它们生产的电能几乎全部经过升压变压器升至较高电压后送入系统，担负着系统的基本负荷。

区域性火力发电厂的电气主接线多采用发电机-变压器单元接线。220～500kV电压等级的配电装置都采用可靠性较高的接线形式，如双母线、双母线带旁路、双母线四分段带旁路，以及更为灵活可靠的3／2断路器接线等。

［实例分析］ 图3.2.8所示为某大型区域性火力发电厂的电气主接线简图。该厂有2台300MW机组和2台600MW机组。均采用发电机－双绕组变压器单元接线形式，其中两台300MW机组单元接入带专用旁路断路器的220kV双母线带旁路母线接线。两台600MW机组单元接入500kV的3／2断路器接线。500kV与220kV配电装置之间，经一台自耦变压器联络，联络变压器的第三绕组上接有厂用高压启动／备用变压器。220kV母线接有厂用备用变压器。

（2）地方性火力发电厂的电气主接线。地方性火电厂的特点是电厂建设在城市附近或工业负荷中心，而且，随着我国近年来为提高能源利用率和环境保护的要求，对小火电实行关停的决策，当前在建或运行的地方性火电厂多为热力发电厂，以推行热电联产，在为工业和民用提供蒸汽和热水、热能的同时，生产的电能大部分都用发电机电压直接馈送给本地用户，只将剩余的电能以升高电压送往电力系统。这种靠近城市和工业中心的发电厂，由于受供热距离的限制，一般热电厂的单机容量多为中、小型机组，且北方居多。

图3.2.8 某大型区域性火力发电厂的电气主接线

通常，它们的电气主接线包括发电机电压接线及1～2级升高电压级接线，且与系统相连接。发电机电压母线在地方性火电厂主接线中显得非常重要，一般采用单母线分段、双母线、双母线分段等形式。为限制过大的短路电流，分段断路器回路中常串入限流电抗器，10 kV出线也常需要串入限流电抗器。这样就可以选用便宜的轻型断路器。升高电压级则根据具体情况，一般可以选用单母线、单母线分段、双母线等接线形式。

热电厂常建在工业区附近，除向附近用户供电外，还向这些用户供热，也属于地方性火力发电厂。

［实例分析］ 图3.2.9所示为某中型热电厂的电气主接线。它有四台发电机，两台100 MW机组与双绕组变压器组成单元接线，将电能送入110kV电网；两台25MW机组直接接入10kV发电机电压母线，电压母线采用叉接电抗器分段的双母线分段接线形式，以10kV电缆馈线向附近用户供电。由于短路容量比较大，为保证出线处能选用轻型断路器，在10 kV馈线上还装设有出线电抗器。110kV出线回数较多，所以采用带专用旁路断路器的双母线带旁路母线接线形式。

图3.2.9 某中型热力发电厂的电气主接线

2.水力发电厂电气主接线

1）水力发电厂电气主接线的特点

（1）离负荷中心很远。水力发电厂建在有水能资源处，一般离负荷中心很远，当地负荷很小甚至没有，电能绝大部分要以较高电压输送到远方。因此，主接线中可不设发电机电压母线，多采用发电机—变压器单元接线或扩大单元接线。单元接线能减少配电装置占地面积，也便于水电厂自动化调节。

（2）为了少占地，电气主接线应力求简单。水力发电厂的电气主接线应力求简单，主变压器台数和高压断路器数量应尽量减少，高压配电装置应布置紧凑、占地少，以减少在狭窄山谷中的土石方开挖量和回填量。

（3）不考虑扩建。水力发电厂的装机台数和容量大都一次确定，高压配电装置也一次建成，不考虑扩建问题。这样，除可采用单母线分段、双母线、双母线带旁路及3／2断路器接线外，桥形和多角形接线也应用较多。

（4）主接线应具有较好的灵活性。水力发电机组启动快，启停时额外耗能少，常在系统中担任调频、调峰及调相任务。因此，机组开停频繁，运行方式变化较大，主接线应有较好的灵活性。

2）大型水力发电厂的电气主接线实例

图3.2.10所示为某大型水力发电厂的电气主接线。该厂有六台发电机，其中，G1～G4与分裂变压器T1、T2接成扩大单元接线，将电能送到500kV的3／2断路器接线。另外两台大容量机组与变压器组成单元接线，将电能送到220kV的双母线带旁路母线上。500kV与220kV之间由一台自耦变压器联络，自耦变压器的低压侧作为厂备用电源。

图3.2.10 某大型水力发电厂的电气主接线

由图可见，大型水电厂的电气主接线具有区域性火电厂的某些特点。但根据水电厂的特点，为减少占地面积、减少土石方的开挖和回填量，应该尽量采用简单清晰、运行操作灵活、可靠性较高的接线方式，并力求减少电气设备数量，简化配电装置，这也是水电厂广泛采用扩大单元接线的原因。

3.变电所电气主接线

变电所主接线的设计要求，基本上和发电厂相同，即根据变电所在电力系统中的地位、负荷性质、出线回路数等条件和具体情况确定。

通常变电所主接线的高压侧，应尽可能采用断路器数目较少的接线方式，以节省投资，随出线数的不同，可采用桥形、单母线、双母线接线及角形接线等。如果变电所电压为超高压等级，又是重要的枢纽变电所，宜采用双母线分段带旁路接线或采用3／2断路器接线。变电所的低压侧常采用单母线分段接线或双母线接线，以便于扩建。

图3.2.11所示为某110kV主降压变电所的电气接线图。进线110kV侧采用断路器分段的单母线分段接线，出线10kV侧也采用与高压侧相同的接线形式，共有22条出线，其中，正在使用的共15条，剩余的7条出线作为变电所负荷扩容使用。

图3.2.11 某110kV主降压变电所的电气主接线