变配电所有几路、十几路甚至更多的引出线,它们都是从主变压器获得电能。为使众多的接线不致紊乱,必须采用母线,母线在图中用黑粗线表示。
母线是汇集和分配电能的导线,又称汇流排,按材料不同,还有称为“铜排”、“铝排”。连接各进出线的母线称为主母线,其余的为分支母线。
有无母线及母线的结构,是电气主接线形式的核心问题。变配电所电气主接线的形式较多,主接线基本形式如表6-7所示。
表6-7 电气主接线的形式变电所的变压器与馈电线之间采用什么方式连接来保证工作可靠、灵活是十分重要的问题。解决的措施是采用母线制。应用不同的母线接线方式,可使在变压器数量少的情况下也能向多个用户的馈电线供电,或者保证用户的馈电线能从不同的变压器获得供电。母线又称汇流排,在原理上它是电路中的一个电气节点,它起着集中变压器的电能和给各用户的馈电线分配电能的作用。所以,如果母线发生故障,将使配电装置工作全部遭到破坏,用户供电全部中断,故在设计、安装、运行中,对母线工作的可靠性应给予足够的重视。对于中小型工厂的变配电所来说,其主接线大多是采用单母线接线,也可能是其中两种基本形式的组合。
(1)单母线不分段接线
在主接线中,单母线不分段电路是比较简单的主接线方式,如图6-14、图6-15所示,母线WB是不分段的。单母线不分段的每条引入、引出线中都安装有隔离开关及断路器,在低压线路中安装有刀开关。
图6-14 单母线不分段接线(一)图6-15 单母线不分段接线(二)图中断路器QF的作用是正常情况下通断负荷电流,事故情况下切断短路电流及超过规定动作值的过负荷电流。
图中隔离开关QS(或低压刀开关QK)靠近母线侧的称为母线隔离开关,如图6-14中的QS2、QS3,图6-15中的QS1、QS2,其作用是隔离母线电源以检修断路器和母线。靠近线路侧的隔离开关称为线路隔离开关,如图6-14中的QS1、QS4,其作用是防止在检修线路断路器时从用户(负荷)侧反向供电,或防止雷电过电压沿线路侵入,以便保证维修人员安全。因此有关设计规范规定,对6~10kV的引出线,在下列情况时应装设线路隔离开关:a.有电压反馈可能的出线回路;b.架空出线回路。
单母线不分段接线的优点是电路简单,投资经济,操作方便,引起误操作的机会少,安全性较好,
而且使用设备少,便于扩建和使用成套装置。其缺点为可靠性和灵活性差。当母线或母线隔离开关故障或检修时,必须断开所有回路的电源,从而造成全部用户停电。所以单母线不分段接线,适用于用户对供电连续性要求不高的情况。
只装有一台主变压器的总降压变电所主接线图,如图6-16所示。通常采用一次侧无母线、二次侧为单母线不分段接线,总降压变电所一次侧采用断路器作为主开关。其特点是简单经济,但供电可靠性不高,只适合于三级负荷的工矿企业,即出线回路数不多及用电量不大的场合。
图6-16只装有一台主变压器的车间变电所主接线图,如图6-17所示。其高压侧一般采用无母线的接线,根据高压侧采用的开关电器有所不同,有三种比较典型的主接线电路。
图6-17 车间变电所主接线图①高压侧采用隔离开关和熔断器的变电所主接线。一般只适用于kV·A及以下容量的变电所中。这种主接线简单经济,对于三级负荷的小容量变电所是相当适宜的。
②高压侧采用负荷开关和熔断器的变电所主接线。这种主接线也比较简单经济,虽然能带负荷操作,但供电可靠性仍然不高,一般也只适用于三级负荷的变电所。
③高压侧采用隔离开关和断路器的变电所主接线。这种主接线由于采用了高压断路器,因此变电所的停、送电操作十分灵活方便,同时高压断路器都配有继电保护装置,在变电所发生短路和过负荷时,均能自动跳闸,而且在短路故障和过载情况消除后,又可直接迅速合闸,从而使恢复供电的时间大大缩短。若配备自动重合闸装置,则供电可靠性可进一步提高。但是如果变电所只此一路电源进线时一般只适用于三级负荷。若变电所低压侧有联络线与其他变电所相连时,则可用于二级负荷。若变电所有两路电源进线,则供电可靠性相应提高,可供二级负荷或少量的一级负荷。
(2)单母线分段接线
单母线分段接线如图6-18所示,是用断路器(或隔离开关)分段的单母线接线图。它是克服不分段母线存在的工作不够可靠、灵活性差的有效方法。单母线分段是根据电源的数目和功率,电网的接线情况来决定。通常每段接一个或两个电源,引出线分别接到各段上,并使各段引出线电能分配应尽量与电源功率相平衡,尽量减少各段之间的功率交换。单母线可以用隔离开关分段,也可以用断路器分段。由于分段的开关设备不同,其作用也有不同。
图6-18 单母线分段接线图这种接线的母线中部用隔离开关或断路器分段,每一段接一个或两个电源,每段母线有若干引出线接至各车间。
①采用隔离开关分段的单母线分段母线检修可分段进行,可靠性较高。因为当某一段母线或隔离开关发生故障时,可以分段检修,所以只影响故障段母线的供电,且经过倒闸操作切除故障段,则无故障段可以继续运行;另外,对重要负荷可由两段母线即两个电源同时供电。这样可以始终保证50%左右容量不停电,因而比单母线不分段接线的可靠性有所提高。该接线方式适用于由双回路供电的、允许短时停电的具有二级负荷的用户。
②采用断路器分段的单母线分段断路器除具有分段隔离开关的作用外,该断路器还装有继电保护,除能切断负荷电流或故障电流外,还可自动分、合闸。母线检修时不会引起正常母线段的停电,可直接操作分段断路器,断开隔离开关进行检修,其余各段母线继续运行,保证正常段母线的不间断供电。在母线故障时,分段断路器的继电保护动作,自动切除故障段母线,所以该接线方式可靠性有所提高,但其接线比较复杂,投资较高。
无论是采用隔离开关分段还是断路器分段,在母线发生故障或检修时,都不可避免地使该段母线的用户断电。检修单母线接线引出线的断路器时,该路负载也必须停电。由此可见,单母线分段比单母线不分段提高了供电可靠性和灵活性,但它的接线方式比不分段复杂,投资较多,供电可靠性还不够高。
这种接线一般适用于三级负荷及二级负荷,但如果采用互不影响的双电源供电,用断路器分段则适用于对一、二级负荷供电。
③带旁路母线的单母线接线。为了克服以上两种单母线分段接线的缺点,可采用如图6-19所示单母线加旁路母线的接线方式。当引出线断路器检修时,用旁路母线断路器代替引出线断路器,给用户继续供电。例如,当需检修图中引出线W4的断路器QF4时,先将QF4断开,再断开隔离开关QS4、QS7,合上隔离开关QS6、QS5、QS8,再合上旁路母线断路器QF5,就可以给线路W4继续供电。对其他各引出线,在断路器检修时,都可采用同样方法,保证用户不停电。但带旁路母线的单母线接线,因造价较高,仅在引出线数目很多的变电所中采用。
图6-19 带旁路母线的单母线接线如图6-20所示为高低压侧均为单母线分段的变电所主接线图。这种变电所的两段高压母线,在正常时可以接通运行,也可以分段运行。一台主变压器或一路电源进线停电检修或发生故障时,通过切换操作,可迅速恢复整个变电所的供电,因此该接线方式供电可靠性相当高,可供一、二级负荷。
综上所述,对单母线分段的接线,由于电力系统的发展与技术的改进、备用容量的增加、带电快速检修输电线路的经验,以及自动重合闸的采用,可以满足对各种类型负荷的供电要求。因此单母线分段主接线,已被广泛用在变电所的供电系统中。
图6-20(3)桥形接线
高压用户如果采用双回路高压电源进线,有两台电力变压器终端或总降压变电所母线的连接,则可采用桥形接线。因为它是连接两个35~1l0kV“线路-变压器组”的高压侧,其特点是有一条横连跨接的“桥”,所以称之为桥形(或桥式)接线。根据连接“桥”的位置不同,分为内桥形和外桥形两种。
桥式接线要比分段单母线接线简化,它减少了断路器的数量,四回电路只采用三台断路器。
①内桥形接线。一次侧采用内桥接线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线图,如图6-21所示。跨接桥靠近变压器侧,桥开关QF10装在线路断路器QF11和QF12的内侧,靠近变压器,变压器回路仅装隔离开关,不装断路器。内桥形接线可提高改变输电线路(WL1与WL2)运行方式的灵活性。当线路WL1需要检修时,断路器QF11断开,此时变压器T1可由线路WL2经过横连桥继续受电,而不致停电。同理,当断路器QF11或QF12需要检修时,借助于横连桥的作用,使两台电力变压器仍能始终维持正常运行。而当变压器回路(如T1)发生故障或检修时,需断开QF11、QF10,经过“倒闸操作”,拉开QF21、QS,再闭合QF11和QF10,方能恢复正常供电。
图6-21 内桥式接线的变电所主接线图综上所述,内桥接线可适用于:a.一、二级负荷供电;b.电源线路较长(故障和停电检修机会较多);c.变电所没有穿越功率;d.负荷曲线较平稳,主变压器不需经常切换;e.供电可靠性和灵活性较好;f.终端型的工矿企业总降压变电所。
②外桥形接线。一次侧采用外桥接线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线图。如图6-22所示。跨接桥靠近线路侧,桥断路器QF10安装在变压器断路器QF11和QF12之外,故称为外桥形。在进线回路仅装隔离开关,不装断路器。
图6-22 外桥式接线的变电所主接线图对变压器回路外桥形接线操作比较方便,但对电源进线回路不太方便。当电源线路W12发生故障或检修时,需断开QF12及QF10,经过“倒闸操作”,拉开QS,再闭合QF12和QF10,方能恢复正常供电。当变压器T1发生故障或检修时,需断开QF11,投入QF10(其两侧的QS先闭合),使两路电源进线又恢复并列运行。
综上所述,可知外桥接线适用于:a.向一、二级负荷供电;b.供电线路较短;c.允许变电所有较稳定的穿越功率;d.负荷曲线变化大,线路故障率较低而主变压器需要经常操作;e.中型的工矿企业总降压变电所。
当一次电源电网采用环形连接时,也可以采用这种接线,使环形电网穿越功率不通过进线断路器QF11、QF12,这对改善线路断路器的工作及其继电保护的整定都极为有利。这种外桥式主接线的方式运行灵活,供电可靠性较高,适用于一、二级负荷的工厂。