电力系统接线设计原则和电气一次设计技术要点研究

2022-11-25甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司

电力设备管理 2022年5期

甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司王斌

电力系统是社会稳步生产、人们安定生活的基础，随着科技水平的进步与不断的发展对供电系统提出了全新的要求，要求更加全面且稳定的系统，因此必须做好电力系统设计工作。当前我国电力系统存在的问题主要是安全性不足、稳定性不够，而且供电量无法满足人们的需求。

研究显示：在电力系统改造中，遵循接线设计原则合理改造，既保证了系统质量也保障了运行效率。电力企业目前对我国的发展以及国计民生都发挥着不可替代的重要作用，因此保障其稳定安全运行至关重要。

电已经渗透到人民日常生活的方方面面，是人们赖以生存的重要能源。因此，研究电力系统接线和电气一次设计可以提升电力系统安全性，可以为人们提供最优质的的服务。基于此，文章简述了电力系统接线设计原则，对电力系统高压接线方式进行了比较分析，并探究了电力系统接线设计原则和电气一次设计程序，文章最后对电气一次设计技术要点开展了深入研究。

1 电力系统接线设计原则

电力系统是基础，是维护人们用电安全的根本。从电力系统需要出发，科学选择接线方式、做好对线路的抢修非常重要。因此，为了保证接线的有效性，必须遵循如下几点原则：

第一，明确正常供电、提升电量的原则。保证接线安全、稳定是电力系统接线的基本准则，可以降低故障发生几率。在选择接线形式中，必须保证接线安全，而且要分析电能质量、供电连续性，以降低因质量问题引发的故障发生几率。

第二，灵活性与方便性原则。在接线设计中，为了保证设计的可靠性，必须根据接线情况，合理调整接线方式。另外，还必须加强接线设计与接线维护的关系，以在发生故障后可以第一时间开展维护，以降低停电时间，减少停电对用户造成的不利影响。

第三，经济性原则。经济性原则即以整个电力系统为基础，确立价值导向，在不增加成本的基础上完成接线，保证人们的正常用电。亦或者保持功能不变，通过缩短接线成本达到提升系统接线价值的目的。

第四，可扩展性原则。接线设计要立足长远发展，在综合主接线的基础上开展优化，并做好对分期阶段的深入解读，并逐步的扩展，以保持电力系统的稳定运行。

第六，立足长远的原则。在主接线的设计中，要将电力系统日后升级、改造纳入到考虑范围中来。因此要着眼于长远原则，明确电力系统的地位。无论是当前供电还是未来电力系统的改造，电力接线设计必须与之相适应[1]。

2 电力系统高压接线方式比较

为保障和提升电力系统的稳定和安全，我们要以电力系统需求为主对高压接线开展分析、比较。

2.1 线路—变压器组接线

文章以110kV 变电站为例对电源接线进行深入研究，其中电源选择“T”双电源接线方式或一路接“T”一路与其他成网变电站联络。在高压侧主接线中，可以选用两断路器这一接线方式，它不仅可以优化工作流程，还能在最快时间内实现供电；其不足之处是如若高压当中的一个电源失电时，都必须停1台主变电器。这种接线方式可以应用于110kV变电站[2]。

2.2 单母线接线

单母线接线由主线和备用线组成。在高压侧选用单母线完成连接，在低压侧以2分段方式完成连接。选择这一类连接方式可以保证电力系统的稳定运行，但缺陷也很明显，主要表现为成本高、占地大。

2.3 内桥接线

在110kV 变电站接线中，高压侧以内桥接线为主，低压侧可以选用单母线，这一接线方式不仅可以实现设备利用率的最大化（四个回路只有三台断路器），而且发生线路故障还不会对主变压器造成影响。虽然这一接线方式优点众多，但也有一定的缺陷，比如一二次的操作复杂，变压器一旦出现问题，与之相关的断路器也无法正常工作。针对于此，文章建议在高压线路操作平凡的城网变电站中应用这一接线方式。

3 电力系统接线设计原则和电气一次设计程序

电力主线是整个电力系统的关键部分，是整个电厂电气的主体结构，同时对电力系统安全、可靠、灵活运行有着直接的影响，同时还决定着电器选择、继电保护装置、配电装置等，因此必须依照程序开展：

电力系统接线原则、电气一次设计发电原理是整个电力系统主线设计的基础，即以电力系统工程建设为标准，将其分为三大阶段，分别为初步设计阶段、系统技术设计阶段、电力系统施工设计阶段。在阶段中，电力系统任务有所区别，其深度与广度也体现了很大的不同，电气系统和电气设计总设计思路基本一致；在电力系统主接线方案的设计中，必须明确好电力系统接线设计原则和电气一次设计任务书的具体要求，通过分析电力系统主接线电压等级、变压器台数确定最终的方案。

注重民族习惯中的法，即“民族精神”，这个观点与研究方法虽然最初由以萨维尼为代表的历史法学派所首创，但在现代中国法学界，也已有类似观点，例如以苏力为代表的法的“本土资源”学说。我们认为，两者在本质上并无差别，我们无须纠缠于概念上的辨析，而更重要的是通过对历史上法制改革的成败得失之分析，立足现实情况来进行彻底的反思，避免重蹈曾经的弯路。正如有学者所指出的：“于是可以回到最初的那个问题：民族精神、本土资源、中国国情……这些词语有什么关系？坦率地说，纠缠于词语没有意义，关键在于各人‘六经注我’的态度：是认真对待它，还是把它当作达成某种目的的借口。”[7]

编制工程概算是电力系统主接线工程设计的重要一环，无论处于哪个设计阶段，电力系统主接线概算都发挥着重要作用。它不仅反映了电力系统主接线工程设计经济性与可靠性的关系，而且是电力系统主接线明确条件、电力系统主接线处理与其相关利益关系的基础。在电力系统主接线概算编制中，必须按照电力系统主接线设计图纸进行[3]。

4 电气一次性设计要点

电力企业的主要工作就是保证电力系统的平稳开展，所以做好对电力系统的深入研究非常重要，唯有如此才能保证电力系统的平稳开展，才能满足人们用电需要，才能顺应社会的经济发展：

4.1 主变压器的选择

变压器是发电厂和变电所的重要设备，也是保障电力系统安全运行的关键。如若变电站主变压器数量或容量没有达到要求，则会降低整个变电站的电力系统可靠性。根据城市规划、负荷性质、电网结构等因素考虑其容量。对于重要变电所，要考虑主变电器停运时其他变压器容量和负荷能力在允许时间内，而且满足Ⅰ和Ⅱ类负荷供电。对普通变电站，在主变压器停运情况下，其他变压器容量符合要达到70%～80%。

文章通过调查变电所的运行情况发现:两台变压器联合运转是主变电所的主要运行模式。在实际设计中，主变压器不仅要满足上述要求，而且还要平衡好未来变电站扩张的需要，以预留一定容量满足变压器的运行[4]。

4.2 断路器种类和型式选择

以灭弧为介质可以将断路器分为四大类别：真空断路器、压缩空气断路器、油断路器、六氟化硫断路器。在电力行业的深入发展以及开关技术的不断进步下，真空断路器和六氟化硫断路器被广泛应用到了变电站中。一般情况下，电网容量小则要选择真空断路器，因为它具有灭弧迅速、触头寿命长的优点。另外，小型的发电站屋内配电装置也会选择SN 型号的断路器，采取纵横气吹和机械油吹联合这一结构。

4.3 电流互感器和电压互感器配置

在选择电流互感器的过程中，要以产品情况、产品使用条件为基础，进行科学选择。如6～20kV的配电表可以选择瓷绝缘和树脂浇筑这两种形式的互感器，电压在35kV 或者以上的配电表有两种选择模式，分别为油浸式和瓷箱式，如若条件允许树脂绝缘结构的互感器是最佳的选择，另外在35～110kV 范围内的配电器则要选择油浸式；配电装置达到220kV，如若等级和容量均可以满足实际情况，电容式互感器是最好的选择。在检查或监视一次回路单相接地的时候，有三相五柱式或第三绕组单相电压互感器这两种选择[5]。

4.4 避雷器的选择

为了让整个电力系统处于安全运行状态，在接线设计之初必须考虑到雷电因素、接线规模，然后设计防雷接地措施。每一段母线必须配备一组避雷器。在三线圈的变压器设计中，为了避免因静电感应对低压绕组造成危害，可以在低压绕组端安装避雷器，三角形绕组可以随意安排，星形绕组则要安装于中性点。

在自耦变压器的设计中，一旦一侧断开，则会出现对绝缘产生危害的过电压，所以要在自耦变压器各侧绕组上安装好避雷器。如若整个接地系统采用的是中性点接地且变压器也没有运行，可以将避雷器安装于中性点位置。如若中性点不接地，变压器中性点在套管引出中可以选择在中性点安装避雷器。在变压器中性点出现消弧线圈时，为了消除可能出现的电压必须安装避雷器。

4.5 电气接地设计

在整个电气一次设计中接地设计非常重要，如若没有按照要求接地，轻则引发工作人员触电、重则会造成人员的伤亡。因此做好接地设计非常重要。一般情况下，电气一次设计接地设计分为接地线、接地体两大部分，接地线以圆钢为主，接地体以角钢为主但必须提前做好削尖处理工作。在接地设计中，必须提前设计好保护接地、工作接地的电阻值计算。

4.6 电缆敷设

《电力工程电缆设计规范》是电线电缆安装工作的基本要求，因此在安装敷设中必须按照文件要求开展操作。在供电系统运行中，其运行质量、安全性、可靠性与电缆自身质量不仅有着直接的关系，而且电缆附件和线路施工也是影响供电系统正常运行的一大因素。因此，必须认真分析和统计电路故障，因为因施工、安装等造成的故障问题比电缆自身质量因素造成的危害更大。