第2章 电气主接线及运行方式

2.1 主接线的基本形式及其运行方式

2.1.1 电气主接线及运行方式的概念及分类

1. 电气主接线的概念和类型

发电厂和变电站的电气主接线是由发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备，按一定顺序连接，用以表示生产、汇集和分配电能的电路。电气主接线一般以单线表示。在电气主接线图中，所有电器均用规定的图形符号表示，按“正常状态”画出，所谓“正常状态”就是电器处在无电及无任何外力作用的状态。10～500kV变电站常用的主接线有：单母线不分段接线、单母线分段接线、单母线分段带旁路母线接线、桥形接线、双母线接线和3/2断路器接线。

2. 对电气主接线的基本要求

1）电气主接线应根据系统和用户的要求，保证供电的可靠性和电能质量。

2）电气主接线应具有一定的工作灵活性，以适应电气装置的各种工作情况，要求主接线不但在正常工作时能保证供电，而且接线中一部分元件检修，也不应对用户中断供电，并应保证进行检修工作的安全。

3）电气主接线应简单清晰，操作方便。使电气装置的各个元件切除或接入时，所需的操作步骤最少。

4）发电厂和变电站的主接线，在满足工作可靠性，保证电能质量，灵活性及运行方便基础上，必须在经济上是合理的。应使电气装置的基建投资和运行费用最少。

5）电气主接线应具有扩展的可能性。

3. 运行方式的概念及分类

在实际运行中每一种电气主接线都有相应固定的运行方式。所谓运行方式是指电气主接线中各电气元件实际所处的工作状态（运行状态、检修状态、备用状态）及其相连接的方式。运行方式分为正常运行方式和特殊运行方式。

正常运行方式是指正常情况下，电气主接线经常采用的运行方式。包括其母线及进、出线回路的运行方式和中性点的运行方式两个方面。电气主接线的正常运行方式一旦确定后，其母线及回路的运行方式和中性点的运行方式也随之确定，且继电保护和自动装置的投入也随之确定。电气主接线的正常运行方式是综合考虑各种因素和实际情况而确定的。正常运行方式一旦确定，任何人不得随意改变。

电气主接线的特殊运行方式是指在事故处理、设备故障或检修时，电气主接线所采用的运行方式。

由于事故处理、设备故障和设备检修的随机性，变电站的特殊运行方式有多种，可以根据运行的实际情况进行具体的安排和调整。

4. 电气设备的状态

变电站电气设备分为4种状态：运行状态、热备用状态、冷备用状态、检修状态。

1）运行状态：是指电气设备的隔离开关及断路器都确在合闸位置带电运行，如图2-1所示。

2）热备用状态：是指电气设备的隔离开关在合闸位置，只有断路器在断开位置，如图2-2所示。

3）冷备用状态：是指电气设备的隔离开关及断路器都在断开位置，如图2-3所示。断路器在冷备用状态时不用断开操作机构储能电源。对于手车式断路器指断路器断开，拉至“试验”位置（脱离柜体以外），即为冷备用状态。

4）检修状态：是指电气设备的所有隔离开关及断路器均确在断开位置，在有可能来电端挂好地线，如图2-4所示。断路器检修是指断路器处于冷备用后，操作、合闸电源断开，按工作需要在断路器两侧合上了接地开关（或装设了接地线）。手车式断路器指断路器断开，拉至“柜外”位置（脱离柜体以外），二次插头取下，操作、合闸电源断开即为检修状态。

2.1.2 变配电站电气主接线及运行方式

1. 单母线不分段接线及其运行方式

单母线不分段接线如图2-5所示，其主要优点是：接线简单清晰，操作方便，所用电气设备少，配电装置的建造费用低。

该接线的正常运行方式为：母线和所有接入该母线上的进出线、母线电压互感器均投入运行，继电保护及安全自动装置按规定投入。

该接线只能提供一种单母线运行方式，对运行状况变化的适应能力差，母线和任一母线隔离开关故障或检修时，全部回路必须在检修和故障处理期间均需要停运，因此，不分段的单母线接线的工作可靠性和灵活性较差，故这种接线主要用于小容量特别是只有一个供电电源的变电站中。

2. 单母线分段接线及其运行方式

为了提高单母线接线的供电可靠性和灵活性，可采用断路器分段的单母线接线方式。用断路器分段的单母线接线，如图2-6所示。分段的数目决定于电源的数目和功率，应尽量使各分段上的功率平衡。

正常运行时，单母线分段接线有3种运行方式。

1）正常运行方式一。分段断路器QF_d闭合，其两侧隔离开关闭合，电源和负荷均衡地分配在两段母线上，以使两段母线上的电压均衡和通过分段断路器的电流最小。

特殊运行方式为：一个电源检修，另一个电源带两段母线；一段母线停电，另一段母线单独运行。

2）正常运行方式二。分段断路器热备用，每个电源只向接至本母线段上的负荷供电。当任一电源故障时，该电源支路断路器自动跳闸后，由备用电源自动投入装置自动接通分段断路器，以保证向全部引出线继续供电。

特殊运行方式为：一个电源检修或故障，另一个电源带两段母线，备用电源自投入装置停用。

3）正常运行方式三。一电源带两段母线运行，另一电源热备用，装设备用电源自动投入装置。

特殊运行方式为：工作电源检修或故障，备用电源带两段母线，备用电源自动投入装置停用；一段母线停电，另一段母线单独运行。

单母线分段接线的优缺点：

① 在母线发生短路故障的情况下，仅故障段停止工作，非故障段仍可继续工作。

② 对重要用户，可采用从不同母线分段引出的双回线供电，以保证向重要负荷可靠地供电。

③ 当母线的一个分段故障或检修时，必须断开该分段上的电源和全部引出线。因此，使部分用户供电受到限制和中断。

④ 任一回路的断路检修时，该回路必须停止工作。

因此，为了克服这种接线的缺点，可以采用单母线分段带旁路母线的接线。

3. 单母线分段带旁路母线的接线及其运行方式

单母线分段带旁路母线的接线，除工作母线外，还有一组旁路母线，每组母线装设一台旁路断路器QF_P与旁路母线连接，每一回路均装有一组旁路隔离开关QS_P与旁路母线连接，其接线如图2-7所示。

该接线的正常运行方式为，旁路母线正常运行时不带电，旁路断路器QF_P及旁路隔离开关QS_P都是断开的。旁路断路器处于冷备用状态，母线的运行方式与单母线分段接线相同。

特殊运行方式为（旁代操作）：当检修出线断路器时，例如检修1QF断路器，首先合上旁路断路器1QF_P两侧的隔离开关，再合上旁路断路器1QF_P，应用旁路断路器并投入旁路断路器专用的充电保护给旁路母线充电，以防止断路器1QF在合闸位置时带故障旁路母线合旁路隔离开关。充电无故障后，断开旁路断路器1QF_P，退出专用的充电保护。投入旁路断路器的旁代保护，合上出线的旁路隔离开关QS_P，再合旁路断路器1QF_P（提倡不等电位操作，一是为了防止在合旁路隔离开关时，恰巧所旁代线路故障，使原被代断路器的保护动作跳闸，造成带故障电流合旁路隔离开关的事故；二是等电位操作必须取下原被代断路器的操作熔断器，此时，若在该线路发生故障时，该断路器就拒动，致使上级电网保护越级动作，结果扩大了故障停电范围）。此时再拉开出线断路器1QF，出线继续由旁路带路供电，最后拉开1QF断路器两侧隔离开关，做好安全措施即可进行检修工作。

断路器1QF检修完成后，将旁路断路器1QF_P退出，恢复正常工作的操作步骤是：合上1QF两侧隔离开关，合上1QF断路器，然后拉开旁路断路器1QF_P及两侧隔离开关和出线旁路隔离开关QS_P。

单母线分段带旁路母线的接线，在检修任何回路的断路器时，该回路可以不停电，提高了供电的可靠性。随着GIS组合电器及高压开关柜的普遍应用，该接线应用越来越少。

4. 双母线接线及其运行方式

双母线接线方式如图2-8所示，每一个回路都是通过一台断路器和两组隔离开关分别连接到两组母线上。通过倒闸操作，各回路可以实现在两组母线之间的切换，这样在检修任一母线时，都不会中断供电，而且一组母线故障时，也可以将故障母线上的正常回路倒至另一母线尽快恢复供电。

双母线接线的运行方式比较灵活，可根据具体情况进行选择。

1）正常运行方式一。两组母线通过母联断路器和隔离开关并列运行。电源和出线均衡地分配在两组母线上，双回线也分别接在不同的母线上。这种运行方式应用最为广泛。

优点：供电可靠性高，而且每组母线上电源和负荷基本平衡，母联断路器通过的电流也很小。

任一母线故障或其出线故障断路器拒动由失灵（或主变压器后备）保护切除该母线时，其余的线路仍可继续运行，确保系统的稳定性；并列运行的主变压器其中一台故障跳闸，运行主变压器通过母联断路器向另一母线提供电源，不会影响对用户的连续供电。

缺点：母线并列运行会增加所在系统的短路容量，发生故障时使设备受到更大的短路冲击，且一组母线故障也会引起另一母线电压的剧烈波动；一组母线故障母联断路器拒动或母联断路器与电流互感器之间的范围发生故障时，会造成两组母线全停。

2）正常运行方式二。两组母线运行，但母联断路器在分闸位置。电源和出线均衡地分配在两组母线上，双回线也分别接在不同的母线上。这种运行方式在一部分500kV电网地区的220、110kV系统有所应用。

优点：降低了系统短路容量；一组母线故障，另一母线设备仍可继续运行，且受到的故障冲击较小；母联设备发生故障只影响一组母线。

缺点：一组母线的电源跳闸后，会造成该母线全停（配有备用电源自动投入装置虽可弥补，但仍有短时失电的过程）。

3）正常运行方式三。一组母线运行，另一组母线备用。

优点：正常运行中一条母线不带电，减小了故障的概率。

缺点：运行母线故障会造成该电压等级全部停电。

根据变电站的具体情况可从以上3种运行方式中选取一种作为正常运行方式。当有设备检修或故障时，还有一些特殊运行方式，如：一组母线运行，另一母线检修；两组母线通过隔离开关跨接并列运行，母联断路器检修；两组母线并列运行，但一组母线电压互感器检修，另一组电压互感器通过二次并列的方式带全部二次负荷。

双母线接线，有较高的可靠性和灵活性。目前，在我国大容量的重要发电厂和变电站中已广泛采用。

双母线接线的主要缺点是，操作过程比较复杂，容易造成错误操作。为了防止错误操作，要求运行人员必须熟悉操作规程，另外还应在隔离开关与断路器之间装设特殊的闭锁装置，以保证正确的操作顺序。

5. 桥形接线及其运行方式

当只有两台变压器和两条进线时，可以采用桥式接线。桥式接线按照连接桥的位置可分为内桥接线和外桥接线，如图2-9所示，内桥接线的连接桥（3QF）设置在变压器侧，外桥接线的连接桥（3QF）设置在线路侧。这种接线中，4条回路只有3台断路器，所用断路器的数量是较少的。

1）内桥接线。内桥接线的特点是：桥断路器靠近变压器侧，两台断路器1QF和2QF接在进线侧，因此，电源进线的切换和投入是比较方便的。如当线路WL₁发生故障或停电检修时，仅故障线路WL₁的断路器1QF断开，投入桥断路器3QF，即可由WL₂恢复对变压器T₁的供电。但是，当变压器发生故障时，例如变压器T₁故障，与变压器T₁连接的两台断路器1QF和3QF都将断开，从而影响了未出故障的出线的工作。内桥接线一般适用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多，而变压器不需要经常切换的运行方式。这种接线运行灵活性较好。

在变电站中常采用内桥接线，内桥接线正常运行方式有：

正常运行方式一。WL₁（或WL₂）为工作电源带两台主变压器运行，WL₂（或WL₁）为备用电源，断路器2QF（或1QF）热备用，装设备用电源自动投入装置。

特殊运行方式：当工作电源故障或检修时，备用电源带两台主变压器运行；主变压器T₁故障或检修，WL₂带主变压器T₂运行；主变压器T₂故障或检修，WL₁带主变压器T₁运行。

正常运行方式二。WL₁带主变压器T₁运行，WL₂带主变压器T₂运行，桥断路器热备用，装设备用电源自动投入装置。

特殊运行方式：WL₁或WL₂带两台主变压器运行。

2）外桥接线。外桥接线的特点，它与内桥式相反，桥断路器3QF靠近电源进线侧。这种接线和内桥接线适用的场合有所不同。如当变压器T₁发生故障或运行中需要切换时，先投入4QF，对其低压负荷供电，然后断开本回路的断路器1QF，再合上3QF，可使两条电源进线都继续运行。因此，外桥接线适用于供电线路较短，工厂用电负荷变化较大，变压器按经济运行需要经常切换的情况。

3）桥式接线的优点及应用。桥式接线具有工作可靠、灵活、使用的电气设备少、装置简单清晰和建造费用低等优点，且它特别容易发展为单母线分段或双母线接线。因此，为了节省投资，当配电装置建造初期负荷较小，引出线数目不多时，宜采用桥式接线。随着负荷的增大，引出线数目增多时，则需逐步发展为单母线或双母线接线。

6. 3/2断路器接线及其运行方式

3/2断路器接线方式如图2-10所示。每两个元件（线路或主变压器）通过三台断路器构成一串接至两组母线。运行时，两组母线和同一串的三台断路器都投入运行，称为完整串运行，形成多环路供电，具有很高的可靠性。任一母线故障或检修，任一断路器检修，甚至于两组母线同时故障（或一组母线检修，另一组母线故障）的极端情况下，功率仍能继续输送。一串中任何一台断路器检修都不会影响元件（线路或主变压器）的运行。

另外有些变电站采用的是不完全的3/2断路器接线，即线路进串运行，而变压器上母线运行。

1）正常运行方式。正常运行时两组母线同时运行，所有断路器和隔离开关均合上。

2）断路器检修时运行方式。任何一台断路器故障时，可将故障断路器两侧隔离开关拉开，将故障断路器退出运行进行检修。图2-11所示为5011断路器检修时的运行方式。

3）线路停电断路器合环的运行方式。线路因故停电，而变电设备无检修时，可将线路隔离开关拉开，其断路器合上，以提高供电可靠性。图2-12所示为W₁线路停电，5011、5012断路器合环运行方式。

4）母线检修的运行方式。母线检修时，断开母线断路器及其两侧隔离开关，图2-13所示为WB₁检修时的运行方式。这种运行方式相当于单母线接线，其中几条出线经两台断路器与母线WB₂连接，运行可靠性较低，实际工作中应尽量缩短单母线运行时间。