变电站一次主接线是电气设计的重要方面,需要总体考虑变电站的电压等级,以及接入负载等情况进行综合考虑。变电站一次主接线包括变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备,按照一定的方式进行连接组合,表示生产和分配电能的电路,它反应了各类设备的作用、连接方式和各个设备之间的联系。
主接线的要求主要包括:1)保证供电的可靠性;2)具有一定的灵活性和方便性;3)具有一定的经济型和可扩展性。其中,保证供电的可靠性是首要条件,要求的优先级按照编号的顺序依次递减。电气主接线主要分为带母线和不带母线两种形式,带母线相比于不带母线接线的优势主要在于可靠性和扩建性两个维度,其细分类如下:
带母线的形式,常见的形式主要包括单母线、双母线和3/2断路器形式,一般适用于需要可靠性较高、供电回路较多的变电站。其中单母也可细分为:单母线、单母分段(可分两段、三段至N段多种)、单母带旁路、单母分段带旁路几种;双母线细分为:双母线、双母分段(可分两段、三段、四段等多种)、双母带旁路、双母分段带旁路几种。3/2断路器本质上是分数断路器双母线形式,以下介绍连接形式和适用场景。
单母线主要用于电压等级较低、供电回路不超过4条的变电站,其特点是连接较为清晰、设备组成较为简单,方便操作。缺点则是:母线和母线隔离开关要进行检修的时候,全站肯定要停电。常见于35kV变电站,110kV变电站也有,但较为少见。
下图是单母分段接线方式,较单母线能多加一些供电回路。正常运行时,QF断路器应处于闭合状态。此接线的可靠性较单母线有了一定的提高,在母线或母线线路发生故障时,能通过断开QF隔离故障段母线,保证少停一路电。如果对供电可靠性要求较高,可以在L1、L3位置或L2、L4位置分别接入两路电源,保证母线分段检修时不停电。常见于110kV及以上变电站,220kV变电站的110kV接线区较为常见。
比单母分段可靠性还高的单母接线,是单母分段带旁路接线,当然单母带旁路也是可以的,但随着开关设备的可靠性逐步提高,带旁路接线目前只在老的变电站中会看到。旁路母线可以认为是处于备用状态的母线,当相关母线检修时,可以先将旁路母线充电,再将负荷倒至旁路母线上去,由于这种接线操作隔离开关较多,主要缺点就是容易出现误操作,容易出现带负载拉合刀闸的严重误操作。现在已经不常见于新站设计。
双母线及其相关的接法,与单母线相关接法的思路和拓扑类似,以下仅用双母分段带旁路的接线图进行示意,不再多用图片赘述。双母线的特点就是可靠性较高,运行调度灵活,允许接入的负荷数大大增加,同时在检修或故障过程中,也不容易发生停电的情况。从供电可靠性来看,双母线>>单母线。双母线分段带旁路>>双母线分段>>双母线。当然,操作难度也随着可靠性的增加而逐步降低,同时成本也随着可靠性也开始增长。220kV及以上的电气主接线一般会考虑双母线及相关的接线,但实际上双母线最多分一段,因为确实也不会有那么多供电回路。
值得一提的是3/2断路器接线,一般也称为一台半接线,常见于500kV及以上变电站的高压侧,由于两组母线和全部断路器构成了供电环,可以做到任何一台断路器进行检修时,不会影响任何回路的供电。甚至可以达到两组母线同时故障时也不影响供电。主要缺点是设备较多,投资大,继电保护装置复杂。