任务四 认识变、配电站主结线

一、对主结线的基本要求和主要电气元件的功能

1.主结线的定义

主结线是指由各种开关电器、电力变压器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备依一定次序相连接的接受和分配电能的电路。

主结线只表达上述电气设备之间的电气连接关系，与其具体安装地点无关。主结线的实施场所是变电站或配电站。

主结线可分为有母线接线和无母线接线两大类。有母线接线又可分为单母线接线和双母线接线；无母线接线可分为单元式接线、桥式接线和多角形接线。中、低压供配电系统中主要采用单母线接线、单元式接线和桥式接线。

2.对主结线的基本要求

（1）安全性 必须保证在任何可能的运行方式及检修状态下运行人员及设备的安全。

（2）可靠性 主结线的可靠性要求由用电负荷的等级确定。要保证主结线的可靠性可以采用多种措施。如系统中某一电气元件故障时，可以由保护装置自动把故障元件迅速切除，使之不影响系统其他部分的继续运行；也可以在系统中设置备用元件，当工作元件故障时，由自动装置立即投入备用元件来替代工作元件。因此，在主结线中就要考虑是否方便电气元件的投切操作。

（3）灵活性 应能适应各种可能的运行方式的要求。主结线的电路关系是可以改变的，在系统运行中，这种主结线电路关系的改变叫运行方式的改变。运行方式的改变通常是通过对主结线中某些电气元件的投入和切除来实现的，因此，主结线应考虑是否方便电气元件的投切操作。从而适应各个时段能源供电能力与负荷变化的要求，适应元件检修的要求，保证各种不正常运行方式下系统仍能达到足够的供电质量。

（4）经济性

应满足最少的投资与年运行费用的要求，使得总经济效益为最佳。如：简化接线、减少电压层次等。

3.主结线中主要电气元件的功能

主结线图是一种电路图，以单线表示法绘图，用单线表示三相，其中各电气元件以IEC标准或国家标准统一规定的图形符号和文字符号表示，见表3-4-1所示，表中部分电气元件的主要功能如下：

表3-4-1 主结线中主要电气元件的图形符号和文字符号

①三个符号分别表示单个二次级绕组，一个铁心、两个二次绕组；两个铁心、两个二次绕组的电流互感器。

②两个符号分别表示双绕组和三绕组电压互感器。

常见电气元件主要功能：

1）断路器是一种开关电器，能切除或投入正常负荷，并能切断故障回路。故障回路中故障电流通常很大（如短路电流），切断故障回路需专门强灭弧能力的灭弧装置，所以断路器主触头设于灭弧装置内，无法观察其通断状态，即断开时无可见断点。考虑使用安全，除小容量低压断路器外，一般断路器均不能单独使用，必须与能产生可见断点的隔离电器配合使用。

2）负荷开关也是一种开关电器，能切除或投入正常负荷，具有一定的灭弧能力，断时有明显可见断点。

3）隔离开关是一种隔离电器，只能切除或投入空载或很小（几安）的负荷，断开时有明显可见的断点。往往与断路器配合使用。

4）熔断器是一种保护电器，专门用于切断过负荷较大的回路或短路回路。当熔断器熔体上通过的电流超过一定值后，熔体发热熔断，切断电路。

5）电流互感器是一种电流变换电器，隔离大电流，通常将大电流变成小电流，以取得测量和保护用电流信号。

6）电压互感器是一种电压变换电器，隔离高电压，通常将高电压变成低电压，以取得测量和保护用电压信号。

7）避雷器防过电压侵入。避雷器设于被保护设备的前端，当有过电压侵入时，将避雷器击穿，对地放电，以起到保护后面的电气设备的作用。

8）移相电容器。作无功功率补偿。供配电系统大多都是感性负荷，从系统汲取感性无功，致使系统中感性无功成分增加，功率因数下降；电容器向系统汲取容性无功，使系统容性无功成分增加，以抵消部分感性无功，提高功率因数。

4.开关电器的组合方式及操作顺序

1）开关电器的组合方式对电气设备或配电线路进行投入或切除，是由各种开关电器实施的。在确定开关元件时，要考虑到既能投、切正常负荷，又能在回路故障时切除故障回路，因此通常采用“断路器+隔离开关”（两台隔离开关分设于断路器两侧，可产生明显断点）或“负荷开关+熔断器”的开关组合方式来完成上述功能。当断路器的负荷侧无电流倒送可能时，则可省去断路器负荷侧的隔离开关。

2）开关电器的操作顺序由“断路器+隔离开关”组成的开关组，因隔离开关不能切合负荷电流和短路电流，在进行回路投入和退出操作时，必须遵循的操作顺序是：

接通回路时，先闭合隔离开关，后闭会断路器。

断开回路时，先断开断路器，后断开隔离开关。

由“负荷开关+熔断器”组成的开关组，当正常负荷投、切时，使用负荷开关操作；回路过负荷或短路时，由熔断器自动切断电路。不能用熔断器投、切正常负荷。

正确执行开关操作操序，是避免发生事故，保证主结线安全运行的十分重要的措施。主结线中开关进行投、切操作，可以改变主结线的电路关系，即改变主结线的运行方式。

二、单母线接线

母线，实质上是主结线电路中接受和分配电能的一个电气连接点，形式上它将一个电气连接点延展成了一条线，以便于多个进出线回路的连接。在中、低压供配电系统中通常使用短形截面的铜导体（铜排）来做母线。

单母线接线是有母线主结线中的一种，是中、低压供配电系统中最常用的一种主接线形式。顾名思义，这种接线形式中只有一条母线，单母线接线又可分为单母线不分段接线、单母线分段接线、单母线带旁路接线等。

（一）单母线不分段接线

其主结线形式如图3-4-1所示。WB为母线，母线上侧为电源进线回路，下侧为负荷的配出线回路。值得注意的是：每个回路上都有一组开关，包括一台断路器及其上下两侧的隔离开关。这是因为每条回路都有故障的可能，当某一回路故障时，应能可靠地从系统中切出，并出现可见的断点。这组开关也可为“负荷开关+熔断器”。

单母线不分段接线通常有两种情况：

1.单进线回路

如图3-4-1a所示，此时只有一种运行方式，接线简单、清晰，使用设备少；但可靠性差，一旦电源或母线出现故障，则造成所有出线回路中断供电。只能向三级负荷供电。

2.双进线回路

如图3-4-1b所示，此时有三种运行方式，即双电源并列运行、双电源一用一备运行、电源一进一出运行。

图3-4-1 单母线不分段接线

a）单进线回路 b）双进线回路

有两个电源的运行方式，可提高供电可靠性。若母线故障，仍会使所有的负荷都停电。但由于母线的故障率很低，所以这种主结线形式可用于向一、二级负荷供电。

（1）双电源并列运行 两个电源同时向母线供电，两个电源互相备用，这种备用方式又叫暗备用或热备用。当一个电源故障时，可将故障电源切除，对负荷的供电不受影响。

注意：须强调的是，双电源并列运行必须满足两个电源的同期要求（即电源电压幅值、相位、频率相同），否则可能会使系统造成严重事故。一般来讲，若两个电源不是来自于上一级变电站的同一段母线，它们满足同期要求的可能性很小。因此这种运行方式很少使用。

（2）双电源一用一备运行 只有一个电源（工作电源）向母线供电，另一电源（备用电源）作为备用，这种备用方式叫明备用或冷备用。当工作电源故障时，先将故障电源切除，再投入备用电源向负荷供电。负荷会受到短时停电的影响，如果采用备用电源自动投入装置，可减小这种影响。

（3）电源一进一出运行 电源功率从一条进线输入后，一部分供本变、配电站使用，其余部分由另一条进线输出到其他电能用户。这种运行方式的变电站也叫中间型变电站。这种运行方式在城市环网供电系统中应用很普遍，这时一般使用“负荷开关+熔断器”开关组合。

（二）单母线分段接线

母线用隔离开关或“断路器+隔离开关”分成两段或多段，通常用于有两回或多回进线线路的情况，如图3-4-2所示。

单母线分段接线通常有双电源并列运行、双电源分列运行和双电源一用一备运行三种运行方式。当一段母线故障时，可保证部分负荷不中断供电。当一回电源故障时，若另一回电源有足够的容量，可保证所有负荷不中断供电。

1.双电源并列运行

双电源并列运行此时母线分断开关闭合。

1）若母线分段开关为断路器，当一段母线如WB₁故障，由电源进线回路断路器QF₁和母线分段断路器QF₃断开故障母线，其上所带负荷停电，非故障母线段继续运行；当一回电源如S₁故障时，由电源进线回路断路器QF₁断开故障电源，负荷不停电。

2）若母线分段开关为隔离开关，当一段母线如WB₁故障时，由于隔离开关QS不能直接断开故障电流，必须先将两个电源回路的进线断路器QF₁、QF₂都断开，使母线上没有电流流过，再断开母线隔离开关QS，然后闭合非故障母线段上的电源进线断路器QF₂，这样会造成故障母线段WB₁上的负荷停电，并且非故障母线段WB₂上的负荷也短时停电；当一回电源如S₁故障时，由该电源进线回路断路器QF₁断开故障电源，负荷不停电。

图3-4-2 单母线分段接线

由于双电源并列条件苛刻，这种运行方式很少采用。

2.双电源分列运行

双电源分列运行就是母线分段断路器断开，两个电源分别向两段母线供电，两个电源互相备用，这种备用方式也叫暗备用或热备用。

1）若母线分段开关为断路器，当一段母线如WB₁故障时，由电源进线回路断路器QF₁断开故障母线，其上所带负荷停电，不影响非故障母线段WB₂运行；当一回电源如S₁故障时，由电源进线回路断路器QF₁断开故障电源，然后闭合母线断路器QF₃，使得故障电源所带负荷经短时停电后又恢复供电。

2）若母线分段开关为隔离开关，当一段母线WB₁故障时，同样由电源进线回路断路器如QF₁断开故障母线，其上所带负荷停电，不影响非故障母线段WB₂的运行；当一回电源如引故障时，由电源进线回路断路器QF₁断开故障电源，由于隔离开关QS不能合负荷电流，因此要将故障电源所带负荷投入到正常电源，必须先将正常电源进线断路器QF₂断开，再将母线分段隔离开关QS闭合，然后闭合正常电源进线断路器QF₂，这样会造成所有负荷都出现短时停电。

3.双电源一用一备运行

双电源一用一备运行此时母线分段开关闭合。

1）若母线分段开关为断路器，当工作电源如S₁所供电的母线段WB₁故障时，由电源进线回路断路器QF₁和母线分段断路器QF₃断开故障母线，所有负荷停电，闭合备用电源进线断路器QF₂，WB₂上所带负荷恢复供电；当备用电源供电的母线段WB₂故障时，由母线分段断路器QF₃断开故障母线，WB₂上所带负荷停电，不影响非故障母线段WB₁运行；当工作电源S₁故障时，由工作电源进线回路断路器QF₁断开故障电源，然后闭合备用电源进线断路器QF₂，使得所有负荷经短时停电后又恢复供电。

2）若母线分段开关为隔离开关QS，当工作电源如S₁所供电的母线段WB₁故障时，由电源进线回路断路器QF₁断开故障母线，再断开母线分段隔离开关QS，所有负荷停电，然后闭合备用电源进线断路器QF₂，工作母线段WB₂所带负荷恢复供电；当备用电源S₂所供电的母线段WB₂故障时，必须先断开工作电源进线断路器QF₁，再由母线分段隔离开关QS断开故障母线WB₂，所有负荷停电，然后闭合工作电源进线断路器QF₁，恢复对非故障母线段WB₁负荷的供电；当工作电源S₁故障时，由电源进线回路断路器QF₁断开故障电源，然后闭合备用电源进线断路器QF₂，使得所有负荷经短时停电后又恢复供电。

（三）单母线带旁路接线

主结线中有两条母线，一条为主母线，一条为旁路母线。主要用于出线回路较重要，不允许停电检修断路器的场合，如图3_-4_-3所示。

旁路母线WB₂与各出线回路由隔离开关相连，利用连接主母线WB₁和旁路母线的联络断路器QF₁替代需检修的出线断路器，可不中断该回路供电。

正常运行时，联络断路器QF₁及其隔离开关QS₁₁、QS₁₂均断开。当需检修某一出线回路断路器，如QF₃时，合上联络断路器QF₁及其隔离开关，检查旁路母线WB₂是否完好；若完好，则合上连接分路母线和出线回路的隔离开关QS₃₃；再断开出线回路断路器QF₃及其相应的隔离开关。这样出线回路断路器QF₃退出检修，由主母线WB₁经联络断路器QF₁，经分路母线WB₂向该出线回路供电。

图3-4-3 单母线带旁路接线

利用旁路母线每次只能不停电检修一条出线回路。