电力系统接线设计原则和电气一次设计技术要点分析

2023-11-15冯芳芳

大科技 2023年47期

关键词：互感器接线绕组

冯芳芳

（广东岭南设计院有限公司，广东广州 510000）

0 引言

电力系统在保障人们生活质量、提高社会经济水平方面有重要影响，因此，社会各界对电力系统的要求不断升高，为满足社会对电能的需求。应重视电力系统的设计，为我国经济高速、稳定发展提供支持。

1 电力系统接线设计原则与高压接线方式

1.1 设计原则

电力系统对维护用电安全有着积极的意义，因此，在电力系统接线设计环节，需要选择科学的接线方式。为此，需要严格遵循以下原则：①安全性原则。电力系统接线稳定尤为重要，是最大程度降低电力安全事故的基础。因此，对于接线方式的选择，应从安全的角度出发，确保电能质量的同时，为电能持续性供电，避免因系统的接线问题而导致故障发生概率不断增加。②灵活性原则。电力系统的接线设计过程中应依据接线端实际情况，及时调整接线的方式。除此之外，还需要确保接线设计能够满足远期的接线维护要求，确保在故障发生后能够及时开展维护工作。③经济性原则。经济性原则是指在最大程度降低投入成本的同时，为人们持续、稳定提供用电。提升电力系统的接线价值。④可扩展性原则。电力系统在接线设计过程中，应从长远发展角度出发，以主接线为主，对接线线路进行优化与完善，确保电力系统保持长期、稳定运行状态。⑤可靠性原则。电力系统接线的可靠性是在主接线设计过程中为用户提供持续的电力，不得发生断电问题。对于主接线来说，可靠性是保证供电运行安全性的基础。为此，在接线设计前应做好设备对系统供电可靠性影响因素的分析工作，注重二次设备的有效应用。⑥发展性。对于电力系统接线来说，在设计前应对日后的维护与更新纳入设计工作中，确保电力系统能够长期保持在稳定运行的状态。

1.2 接线方式

电力系统的安全性离不开高压接线的科学设计，为此，需要对电源接线进行综合分析和研究，进一步探讨高压接线的具体方式。对于高压侧接线来说，通常采用两断路接线方式，该种方式在优化工作流程的同时，在最短的时间内达到供电的目的，接线简单，设备最少。但同时，该种接线方式也存在一定的弊端，当线路故障或检修时，变压器停运，变压器故障或检修时，线路停运。因而，线路变压器组接线方式通常应用在不设高压配电装置，直接将电能送至系统的变电站内时采用。单母线接线方式接线简单清晰、设备少、便于远期扩建等。但采用单母线接线方式不够灵活可靠，存在当任一元件故障或检修时，均需使整个配电装置停电的情况。为了提高供电的可靠性，可以采用断路器把母线分段，该种连接方式有助于提升电力系统运行的稳定性，对重要用户可以从不同段引出两个电源供电。且在一段母线发生故障，利用分段断路器自动将故障段切除，保证了正常段母线上的设备继续运行。利用单母线分段接线的方式，当出线为双回路时，易出现架空线路交叉跨越的情况，且远期扩建时需考虑向两个方向均衡扩建。内线接桥的接线方式在保证设备利用最大化的基础上，避免对主变压器造成破坏和影响。但内桥接线方式下，变压器的切除和投入相对复杂，应用也并不广泛，较适用于较小容量的变电所，并且变压器不经常切换的情况[1]。

2 电力系统接线设计与电气一次设计概述

作为电力系统的关键组成部分，电气主接线是电厂电气的重要结构，影响电力系统的安全性、可靠性、经济性，在电器选择、继电保护装置选择方面也有着积极的意义。为确保电力系统接线与电气一次程序设计的合理性，应从以下方面出发：①可靠性，供电可靠性是电力生产和分配的首要要求。包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。②灵活性，在满足调度、检修和扩建时的灵活性。③经济性，满足可靠性、灵活性要求的前体现做到经济合理。通常情况下，电气系统与电气设计的思路差异性并不大。在电力系统的主接线方面，重点在于对电力系统的接线原则以及电气一次性设计要求有全面、系统的了解，依据设计要求开展具体的工作。在电力系统主线设计中，编制工程概算是重要的环节之一，在反馈电力系统主线条件、主接线处理等方面都具有重要作用。所以，对于电力系统主接线设计来说应以概算编制为依据，严格依据电力系统的设计要求开展相关工作。

3 电气一次设计技术要点

3.1 变压器

电力系统中的变压器是提高电力系统运行效率，保障电力系统安全稳定运行的基础。因此，需要重视变压器的类型与参数选择。变压器的工作原理在于将某一数值交流电压转为数值不同的电压电流。在具体应用过程中主要是指当一次绕组通产生交流电压时就产生交变的磁通。在铁芯导磁的作用下将出现二次绕组现象，对交流的电动势能做出感应。对于二次感应电动势能来说，其产生的原因与一次、二次绕组的匝数有着直接的关系。也就是说，电压大小和绕组的匝数成正比例。变压器是用来传输电能的设备，电力系统中的不同级别降压和升压都需要在变压器的作用下才能够完成各自的任务。电力系统借助变压器升高电压的方式使得电能能够准确到达指定的用电区域，为用电区域内的各级供电设备和装置提供充足的电能。而变压器的降压则可以实现电能的调节，满足工厂等工业园区对电力的要求[2]。

电力系统的供电以输电线路为依托，所以在此过程中容易发生电压与电功率的损耗问题。当功率相同时，此时的电压与输送的电压成反比，功率损耗以及电压平方同样成反比。为解决上述问题，可以借助变压器的方式不断升压，防止电能在电线输送的过程中发生损耗，确保电能的输送效率。在选择电力变压器方面，应根据所需电能区域的具体用电需要为主，从用电规划、电力系统安排以及负荷性质方面进行综合考量。通常情况下，电力变压器以非晶合金铁芯配电变压器为主。该变压器的优势在于能够在空载的条件下降低电压与功率的损耗率，达到节约能耗、节约资源的目的。变电所的建设应从变压器的角度出发，对变压器因特殊原因造成的无法正常使用时，确保变电压的容量依然符合电力输送要求。为保证重要位置的变电所能够长期供电，满足基本的供电需求，注重变压器容量的设计，防止突然断电带来经济损失。针对普通位置的变电所，当主变压器发生停运时应确保变压器拥有80%左右的容量。与此同时，还可以搭配一定数量的备用变压器，为变压器的容量提供一定的空间，为变压器的升级奠定良好的基础。

3.2 断路器

电力系统中的断路器（图1）可实现正常、异常回路下电流的开启和关闭，同时还能够电流的承载力进行适度的调节。对实时操纵异步电动机有着积极的意义，有助于保护电力系统的电源线路和电动机。通常情况下，依据灭弧的特性可对断路器进行有效的区分。断路器分为六氟化硫断路器、压缩空气断路器以及真空断路器等。六氟化硫断路器是将六氟化硫气体当作主要的绝缘与灭弧介质。由于六氟化硫气体重，且在大气压下的沸点为-60℃，因此，该气体的化学惰性良好，能够最大程度避免和断路器中的金属或塑料发生反应。当电弧的功率较大时，可对其进行高温分解，而电弧熄灭后，则能以较短的时间重新结合。通过现有的数据分析，与空气相比，六氟化硫气体的灭弧能力更强。所以，将六氟化硫气体作为灭弧化介质时所产生的电压电流参与远远高于压缩空气断路器[3]。

图1 断路器

压缩空气断路器以高压空气吹动电弧为主，借助高压空气吹动电弧可以缩短开断的时间，具有良好的系列性，在满足电力系统高额定参数与性能方面有着良好的表现。真空断路器则是指灭弧介质和绝缘介质都相对较高的断路器，采用三相交流的方式进行户内配电装置，能够有效应用在配电网设计中。除此之外，油断路器在电力系统中的应用也较为广泛，可在切断电源以及连接电源中使用，为各类型的电压等级提供支持。但同时，油断路器的体积较大，占地面积较广，所以将其作为灭弧介质时存在一定的安全隐患问题。极易出现爆炸或火灾，正常工作状态下的油断路器在维护与检修方面也存在一定的局限性，加上所消耗的原材料较多，投入成本较大，因此，油断路器的应用并不广泛。对于电气一次设计来说，作为设计人员应该从实际情况出发，合理选择断路器的类型以及参数，充分发挥断路器的积极作用，为电力系统的运行提供助力和支持。

3.3 电流电压互感器配置

电流互感器在应用过程可分为干式电流互感器、浇筑式电流互感器以及气体绝缘式互感器。在参数设置与选择方面，可从配电器设备额定电压入手，确保参数设置的合理性和科学性。例如，针对20kV 左右的配电设备来说，主要以浇筑式电流互感器为主。而当配电设备的电压超过30kV 时，则应选择另外一种电流互感器，即油浸式电流互感器。当产品的使用环境良好时，电压互感器的应用较多。技术设计人员可依据配电设备的具体额定电压对电流互感器进行合理化的选择，不断提升电流互感器以及电压互感器的实际工作效率，达到配电设备安全、稳定运行的效果[4]。

3.4 避雷器

为保障电力系统完全处于安全运行状态下，接线设计时应综合考量雷电以及接线规模等因素，做好防雷接线工作。在每一母线内都应设置相应的避雷器（图2），例如，在开展三线圈变压器设计过程中，为防止产生静电感应而对低压绕组产生危害性影响，应确保低压绕组端安装相应的避雷设备。对于三角形的绕组则可以随意安排，需要注意的是，星型绕组应安装在中性点的位置。在开展自耦变压器设计时，当一侧出现断开问题时，将会产生过电压。为避免过电压对设备造成影响，应在自耦变压器的两侧绕组安装相应的避雷器。当系统的接地方式采用的是中性点接地方案时，在变压器未运行的状态下，将避雷器安装在中性点位置即可。但如果中性点并不接地，则可在变压器中性点套管位置安装相应的避雷器。变压器中性点产生消弧线圈时应立即安装避雷器，防止产生多余电压，对电力系统的运行造成损害。

图2 避雷器

3.5 电气接地设计

电气的接地设计尤为重要，当电气接地设计未能严格依据设计要求进行时，将对工作人员的生命健康造成较大的影响。通常情况下，电气一次性设计可分为接地线和接地体两个方面。其中，接地线的材料可选择为圆钢、扁钢，而接地体则可选择角钢、圆钢。但当土壤具有强腐蚀性时，可采用铜或铜覆钢材料，需根据实际土壤的性质选择合适的接地体。接地线设计过程中应做好接地保护、工作接地的提前设计工作，根据具体的电阻值保障得出的数值满足接地要求[5]。

3.6 电缆敷设与照明选择

电缆敷设应依据相关规范要求开展相关工作，其原因在于电缆敷设的有效性对电力系统的运行起到重要的作用。只有不断提高对电缆敷设的重视程度，深入分析电缆敷设后可能产生的故障问题，才能确保电缆在发生故障时，第一时间得到解决。防止大面积出现停电事故，对生产、生活造成严重的影响。电力系统中的照明设计与选择，应对各部门的具体照明系统予以全面、系统性的了解，并在此基础上做好规划与设计工作。对于安全通道、楼梯间等位置应合理安排照明设备，使其能够在电力系统发生故障问题时，为工作人员的检修与维护提供照明服务，提高检修人员的工作效率，在最短时间内恢复供电。