任務四 認識變、配電站主結線

一、對主結線的基本要求和主要電氣元件的功能

1.主結線的定義

主結線是指由各種開關電器、電力變壓器、母線、電力電纜或導線、移相電容器、避雷器等電氣設備依一定次序相連接的接受和分配電能的電路。

主結線只表達上述電氣設備之間的電氣連接關系，與其具體安裝地點無關。主結線的實施場所是變電站或配電站。

主結線可分為有母線接線和無母線接線兩大類。有母線接線又可分為單母線接線和雙母線接線；無母線接線可分為單元式接線、橋式接線和多角形接線。中、低壓供配電系統中主要采用單母線接線、單元式接線和橋式接線。

2.對主結線的基本要求

（1）安全性 必須保證在任何可能的運行方式及檢修狀態下運行人員及設備的安全。

（2）可靠性 主結線的可靠性要求由用電負荷的等級確定。要保證主結線的可靠性可以采用多種措施。如系統中某一電氣元件故障時，可以由保護裝置自動把故障元件迅速切除，使之不影響系統其他部分的繼續運行；也可以在系統中設置備用元件，當工作元件故障時，由自動裝置立即投入備用元件來替代工作元件。因此，在主結線中就要考慮是否方便電氣元件的投切操作。

（3）靈活性 應能適應各種可能的運行方式的要求。主結線的電路關系是可以改變的，在系統運行中，這種主結線電路關系的改變叫運行方式的改變。運行方式的改變通常是通過對主結線中某些電氣元件的投入和切除來實現的，因此，主結線應考慮是否方便電氣元件的投切操作。從而適應各個時段能源供電能力與負荷變化的要求，適應元件檢修的要求，保證各種不正常運行方式下系統仍能達到足夠的供電質量。

（4）經濟性

應滿足最少的投資與年運行費用的要求，使得總經濟效益為最佳。如：簡化接線、減少電壓層次等。

3.主結線中主要電氣元件的功能

主結線圖是一種電路圖，以單線表示法繪圖，用單線表示三相，其中各電氣元件以IEC標準或國家標準統一規定的圖形符號和文字符號表示，見表3-4-1所示，表中部分電氣元件的主要功能如下：

表3-4-1 主結線中主要電氣元件的圖形符號和文字符號

①三個符號分別表示單個二次級繞組，一個鐵心、兩個二次繞組；兩個鐵心、兩個二次繞組的電流互感器。

②兩個符號分別表示雙繞組和三繞組電壓互感器。

常見電氣元件主要功能：

1）斷路器是一種開關電器，能切除或投入正常負荷，并能切斷故障回路。故障回路中故障電流通常很大（如短路電流），切斷故障回路需專門強滅弧能力的滅弧裝置，所以斷路器主觸頭設于滅弧裝置內，無法觀察其通斷狀態，即斷開時無可見斷點。考慮使用安全，除小容量低壓斷路器外，一般斷路器均不能單獨使用，必須與能產生可見斷點的隔離電器配合使用。

2）負荷開關也是一種開關電器，能切除或投入正常負荷，具有一定的滅弧能力，斷時有明顯可見斷點。

3）隔離開關是一種隔離電器，只能切除或投入空載或很小（幾安）的負荷，斷開時有明顯可見的斷點。往往與斷路器配合使用。

4）熔斷器是一種保護電器，專門用于切斷過負荷較大的回路或短路回路。當熔斷器熔體上通過的電流超過一定值后，熔體發熱熔斷，切斷電路。

5）電流互感器是一種電流變換電器，隔離大電流，通常將大電流變成小電流，以取得測量和保護用電流信號。

6）電壓互感器是一種電壓變換電器，隔離高電壓，通常將高電壓變成低電壓，以取得測量和保護用電壓信號。

7）避雷器防過電壓侵入。避雷器設于被保護設備的前端，當有過電壓侵入時，將避雷器擊穿，對地放電，以起到保護后面的電氣設備的作用。

8）移相電容器。作無功功率補償。供配電系統大多都是感性負荷，從系統汲取感性無功，致使系統中感性無功成分增加，功率因數下降；電容器向系統汲取容性無功，使系統容性無功成分增加，以抵消部分感性無功，提高功率因數。

4.開關電器的組合方式及操作順序

1）開關電器的組合方式對電氣設備或配電線路進行投入或切除，是由各種開關電器實施的。在確定開關元件時，要考慮到既能投、切正常負荷，又能在回路故障時切除故障回路，因此通常采用“斷路器+隔離開關”（兩臺隔離開關分設于斷路器兩側，可產生明顯斷點）或“負荷開關+熔斷器”的開關組合方式來完成上述功能。當斷路器的負荷側無電流倒送可能時，則可省去斷路器負荷側的隔離開關。

2）開關電器的操作順序由“斷路器+隔離開關”組成的開關組，因隔離開關不能切合負荷電流和短路電流，在進行回路投入和退出操作時，必須遵循的操作順序是：

接通回路時，先閉合隔離開關，后閉會斷路器。

斷開回路時，先斷開斷路器，后斷開隔離開關。

由“負荷開關+熔斷器”組成的開關組，當正常負荷投、切時，使用負荷開關操作；回路過負荷或短路時，由熔斷器自動切斷電路。不能用熔斷器投、切正常負荷。

正確執行開關操作操序，是避免發生事故，保證主結線安全運行的十分重要的措施。主結線中開關進行投、切操作，可以改變主結線的電路關系，即改變主結線的運行方式。

二、單母線接線

母線，實質上是主結線電路中接受和分配電能的一個電氣連接點，形式上它將一個電氣連接點延展成了一條線，以便于多個進出線回路的連接。在中、低壓供配電系統中通常使用短形截面的銅導體（銅排）來做母線。

單母線接線是有母線主結線中的一種，是中、低壓供配電系統中最常用的一種主接線形式。顧名思義，這種接線形式中只有一條母線，單母線接線又可分為單母線不分段接線、單母線分段接線、單母線帶旁路接線等。

（一）單母線不分段接線

其主結線形式如圖3-4-1所示。WB為母線，母線上側為電源進線回路，下側為負荷的配出線回路。值得注意的是：每個回路上都有一組開關，包括一臺斷路器及其上下兩側的隔離開關。這是因為每條回路都有故障的可能，當某一回路故障時，應能可靠地從系統中切出，并出現可見的斷點。這組開關也可為“負荷開關+熔斷器”。

單母線不分段接線通常有兩種情況：

1.單進線回路

如圖3-4-1a所示，此時只有一種運行方式，接線簡單、清晰，使用設備少；但可靠性差，一旦電源或母線出現故障，則造成所有出線回路中斷供電。只能向三級負荷供電。

2.雙進線回路

如圖3-4-1b所示，此時有三種運行方式，即雙電源并列運行、雙電源一用一備運行、電源一進一出運行。

圖3-4-1 單母線不分段接線

a）單進線回路 b）雙進線回路

有兩個電源的運行方式，可提高供電可靠性。若母線故障，仍會使所有的負荷都停電。但由于母線的故障率很低，所以這種主結線形式可用于向一、二級負荷供電。

（1）雙電源并列運行 兩個電源同時向母線供電，兩個電源互相備用，這種備用方式又叫暗備用或熱備用。當一個電源故障時，可將故障電源切除，對負荷的供電不受影響。

注意：須強調的是，雙電源并列運行必須滿足兩個電源的同期要求（即電源電壓幅值、相位、頻率相同），否則可能會使系統造成嚴重事故。一般來講，若兩個電源不是來自于上一級變電站的同一段母線，它們滿足同期要求的可能性很小。因此這種運行方式很少使用。

（2）雙電源一用一備運行 只有一個電源（工作電源）向母線供電，另一電源（備用電源）作為備用，這種備用方式叫明備用或冷備用。當工作電源故障時，先將故障電源切除，再投入備用電源向負荷供電。負荷會受到短時停電的影響，如果采用備用電源自動投入裝置，可減小這種影響。

（3）電源一進一出運行 電源功率從一條進線輸入后，一部分供本變、配電站使用，其余部分由另一條進線輸出到其他電能用戶。這種運行方式的變電站也叫中間型變電站。這種運行方式在城市環網供電系統中應用很普遍，這時一般使用“負荷開關+熔斷器”開關組合。

（二）單母線分段接線

母線用隔離開關或“斷路器+隔離開關”分成兩段或多段，通常用于有兩回或多回進線線路的情況，如圖3-4-2所示。

單母線分段接線通常有雙電源并列運行、雙電源分列運行和雙電源一用一備運行三種運行方式。當一段母線故障時，可保證部分負荷不中斷供電。當一回電源故障時，若另一回電源有足夠的容量，可保證所有負荷不中斷供電。

1.雙電源并列運行

雙電源并列運行此時母線分斷開關閉合。

1）若母線分段開關為斷路器，當一段母線如WB₁故障，由電源進線回路斷路器QF₁和母線分段斷路器QF₃斷開故障母線，其上所帶負荷停電，非故障母線段繼續運行；當一回電源如S₁故障時，由電源進線回路斷路器QF₁斷開故障電源，負荷不停電。

2）若母線分段開關為隔離開關，當一段母線如WB₁故障時，由于隔離開關QS不能直接斷開故障電流，必須先將兩個電源回路的進線斷路器QF₁、QF₂都斷開，使母線上沒有電流流過，再斷開母線隔離開關QS，然后閉合非故障母線段上的電源進線斷路器QF₂，這樣會造成故障母線段WB₁上的負荷停電，并且非故障母線段WB₂上的負荷也短時停電；當一回電源如S₁故障時，由該電源進線回路斷路器QF₁斷開故障電源，負荷不停電。

圖3-4-2 單母線分段接線

由于雙電源并列條件苛刻，這種運行方式很少采用。

2.雙電源分列運行

雙電源分列運行就是母線分段斷路器斷開，兩個電源分別向兩段母線供電，兩個電源互相備用，這種備用方式也叫暗備用或熱備用。

1）若母線分段開關為斷路器，當一段母線如WB₁故障時，由電源進線回路斷路器QF₁斷開故障母線，其上所帶負荷停電，不影響非故障母線段WB₂運行；當一回電源如S₁故障時，由電源進線回路斷路器QF₁斷開故障電源，然后閉合母線斷路器QF₃，使得故障電源所帶負荷經短時停電后又恢復供電。

2）若母線分段開關為隔離開關，當一段母線WB₁故障時，同樣由電源進線回路斷路器如QF₁斷開故障母線，其上所帶負荷停電，不影響非故障母線段WB₂的運行；當一回電源如引故障時，由電源進線回路斷路器QF₁斷開故障電源，由于隔離開關QS不能合負荷電流，因此要將故障電源所帶負荷投入到正常電源，必須先將正常電源進線斷路器QF₂斷開，再將母線分段隔離開關QS閉合，然后閉合正常電源進線斷路器QF₂，這樣會造成所有負荷都出現短時停電。

3.雙電源一用一備運行

雙電源一用一備運行此時母線分段開關閉合。

1）若母線分段開關為斷路器，當工作電源如S₁所供電的母線段WB₁故障時，由電源進線回路斷路器QF₁和母線分段斷路器QF₃斷開故障母線，所有負荷停電，閉合備用電源進線斷路器QF₂，WB₂上所帶負荷恢復供電；當備用電源供電的母線段WB₂故障時，由母線分段斷路器QF₃斷開故障母線，WB₂上所帶負荷停電，不影響非故障母線段WB₁運行；當工作電源S₁故障時，由工作電源進線回路斷路器QF₁斷開故障電源，然后閉合備用電源進線斷路器QF₂，使得所有負荷經短時停電后又恢復供電。

2）若母線分段開關為隔離開關QS，當工作電源如S₁所供電的母線段WB₁故障時，由電源進線回路斷路器QF₁斷開故障母線，再斷開母線分段隔離開關QS，所有負荷停電，然后閉合備用電源進線斷路器QF₂，工作母線段WB₂所帶負荷恢復供電；當備用電源S₂所供電的母線段WB₂故障時，必須先斷開工作電源進線斷路器QF₁，再由母線分段隔離開關QS斷開故障母線WB₂，所有負荷停電，然后閉合工作電源進線斷路器QF₁，恢復對非故障母線段WB₁負荷的供電；當工作電源S₁故障時，由電源進線回路斷路器QF₁斷開故障電源，然后閉合備用電源進線斷路器QF₂，使得所有負荷經短時停電后又恢復供電。

（三）單母線帶旁路接線

主結線中有兩條母線，一條為主母線，一條為旁路母線。主要用于出線回路較重要，不允許停電檢修斷路器的場合，如圖3_-4_-3所示。

旁路母線WB₂與各出線回路由隔離開關相連，利用連接主母線WB₁和旁路母線的聯絡斷路器QF₁替代需檢修的出線斷路器，可不中斷該回路供電。

正常運行時，聯絡斷路器QF₁及其隔離開關QS₁₁、QS₁₂均斷開。當需檢修某一出線回路斷路器，如QF₃時，合上聯絡斷路器QF₁及其隔離開關，檢查旁路母線WB₂是否完好；若完好，則合上連接分路母線和出線回路的隔離開關QS₃₃；再斷開出線回路斷路器QF₃及其相應的隔離開關。這樣出線回路斷路器QF₃退出檢修，由主母線WB₁經聯絡斷路器QF₁，經分路母線WB₂向該出線回路供電。

圖3-4-3 單母線帶旁路接線

利用旁路母線每次只能不停電檢修一條出線回路。