變配電所有幾路、十幾路甚至更多的引出線,它們都是從主變壓器獲得電能。為使眾多的接線不致紊亂,必須採用母線,母線在圖中用黑粗線表示。
母線是匯集和分配電能的導線,又稱匯流排,按材料不同,還有稱為「銅排」、「鋁排」。連接各進出線的母線稱為主母線,其餘的為分支母線。
有無母線及母線的結構,是電氣主接線形式的核心問題。變配電所電氣主接線的形式較多,主接線基本形式如表6-7所示。
變電所的變壓器與饋電線之間採用什麼方式連接來保證工作可靠、靈活是十分重要的問題。解決的措施是採用母線制。應用不同的母線接線方式,可使在變壓器數量少的情況下也能向多個用戶的饋電線供電,或者保證用戶的饋電線能從不同的變壓器獲得供電。母線又稱匯流排,在原理上它是電路中的一個電氣節點,它起著集中變壓器的電能和給各用戶的饋電線分配電能的作用。所以,如果母線發生故障,將使配電裝置工作全部遭到破壞,用戶供電全部中斷,故在設計、安裝、運行中,對母線工作的可靠性應給予足夠的重視。對於中小型工廠的變配電所來說,其主接線大多是採用單母線接線,也可能是其中兩種基本形式的組合。
(1)單母線不分段接線
在主接線中,單母線不分段電路是比較簡單的主接線方式,如圖6-14、圖6-15所示,母線WB是不分段的。單母線不分段的每條引入、引出線中都安裝有隔離開關及斷路器,在低壓線路中安裝有刀開關。
圖中斷路器QF的作用是正常情況下通斷負荷電流,事故情況下切斷短路電流及超過規定動作值的過負荷電流。
圖中隔離開關QS(或低壓刀開關QK)靠近母線側的稱為母線隔離開關,如圖6-14中的QS 2 、QS 3 ,圖6-15中的QS 1 、QS 2 ,其作用是隔離母線電源以檢修斷路器和母線。靠近線路側的隔離開關稱為線路隔離開關,如圖6-14中的QS 1 、QS 4 ,其作用是防止在檢修線路斷路器時從用戶(負荷)側反向供電,或防止雷電過電壓沿線路侵入,以便保證維修人員安全。因此有關設計規範規定,對6~10kV的引出線,在下列情況時應裝設線路隔離開關:a.有電壓反饋可能的出線迴路;b.架空出線迴路。
單母線不分段接線的優點是電路簡單,投資經濟,操作方便,引起誤操作的機會少,安全性較好,
而且使用設備少,便於擴建和使用成套裝置。其缺點為可靠性和靈活性差。當母線或母線隔離開關故障或檢修時,必須斷開所有迴路的電源,從而造成全部用戶停電。所以單母線不分段接線,適用於用戶對供電連續性要求不高的情況。
只裝有一臺主變壓器的總降壓變電所主接線圖,如圖6-16所示。通常採用一次側無母線、二次側為單母線不分段接線,總降壓變電所一次側採用斷路器作為主開關。其特點是簡單經濟,但供電可靠性不高,只適合於三級負荷的工礦企業,即出線迴路數不多及用電量不大的場合。
只裝有一臺主變壓器的車間變電所主接線圖,如圖6-17所示。其高壓側一般採用無母線的接線,根據高壓側採用的開關電器有所不同,有三種比較典型的主接線電路。
①高壓側採用隔離開關和熔斷器的變電所主接線。一般只適用於315kV·A及以下容量的變電所中。這種主接線簡單經濟,對於三級負荷的小容量變電所是相當適宜的。
②高壓側採用負荷開關和熔斷器的變電所主接線。這種主接線也比較簡單經濟,雖然能帶負荷操作,但供電可靠性仍然不高,一般也只適用於三級負荷的變電所。
③高壓側採用隔離開關和斷路器的變電所主接線。這種主接線由於採用了高壓斷路器,因此變電所的停、送電操作十分靈活方便,同時高壓斷路器都配有繼電保護裝置,在變電所發生短路和過負荷時,均能自動跳閘,而且在短路故障和過載情況消除後,又可直接迅速合閘,從而使恢復供電的時間大大縮短。若配備自動重合閘裝置,則供電可靠性可進一步提高。但是如果變電所只此一路電源進線時一般只適用於三級負荷。若變電所低壓側有聯絡線與其他變電所相連時,則可用於二級負荷。若變電所有兩路電源進線,則供電可靠性相應提高,可供二級負荷或少量的一級負荷。
(2)單母線分段接線
單母線分段接線如圖6-18所示,是用斷路器(或隔離開關)分段的單母線接線圖。它是克服不分段母線存在的工作不夠可靠、靈活性差的有效方法。單母線分段是根據電源的數目和功率,電網的接線情況來決定。通常每段接一個或兩個電源,引出線分別接到各段上,並使各段引出線電能分配應儘量與電源功率相平衡,儘量減少各段之間的功率交換。單母線可以用隔離開關分段,也可以用斷路器分段。由於分段的開關設備不同,其作用也有不同。
這種接線的母線中部用隔離開關或斷路器分段,每一段接一個或兩個電源,每段母線有若干引出線接至各車間。
①採用隔離開關分段的單母線分段母線檢修可分段進行,可靠性較高。因為當某一段母線或隔離開關發生故障時,可以分段檢修,所以只影響故障段母線的供電,且經過倒閘操作切除故障段,則無故障段可以繼續運行;另外,對重要負荷可由兩段母線即兩個電源同時供電。這樣可以始終保證50%左右容量不停電,因而比單母線不分段接線的可靠性有所提高。該接線方式適用於由雙迴路供電的、允許短時停電的具有二級負荷的用戶。
②採用斷路器分段的單母線分段斷路器除具有分段隔離開關的作用外,該斷路器還裝有繼電保護,除能切斷負荷電流或故障電流外,還可自動分、合閘。母線檢修時不會引起正常母線段的停電,可直接操作分段斷路器,斷開隔離開關進行檢修,其餘各段母線繼續運行,保證正常段母線的不間斷供電。在母線故障時,分段斷路器的繼電保護動作,自動切除故障段母線,所以該接線方式可靠性有所提高,但其接線比較複雜,投資較高。
無論是採用隔離開關分段還是斷路器分段,在母線發生故障或檢修時,都不可避免地使該段母線的用戶斷電。檢修單母線接線引出線的斷路器時,該路負載也必須停電。由此可見,單母線分段比單母線不分段提高了供電可靠性和靈活性,但它的接線方式比不分段複雜,投資較多,供電可靠性還不夠高。
這種接線一般適用於三級負荷及二級負荷,但如果採用互不影響的雙電源供電,用斷路器分段則適用於對一、二級負荷供電。
③帶旁路母線的單母線接線。為了克服以上兩種單母線分段接線的缺點,可採用如圖6-19所示單母線加旁路母線的接線方式。當引出線斷路器檢修時,用旁路母線斷路器代替引出線斷路器,給用戶繼續供電。例如,當需檢修圖中引出線W 4 的斷路器QF 4 時,先將QF 4 斷開,再斷開隔離開關QS 4 、QS 7 ,合上隔離開關QS 6 、QS 5 、QS 8 ,再合上旁路母線斷路器QF 5 ,就可以給線路W 4 繼續供電。對其他各引出線,在斷路器檢修時,都可採用同樣方法,保證用戶不停電。但帶旁路母線的單母線接線,因造價較高,僅在引出線數目很多的變電所中採用。
如圖6-20所示為高低壓側均為單母線分段的變電所主接線圖。這種變電所的兩段高壓母線,在正常時可以接通運行,也可以分段運行。一臺主變壓器或一路電源進線停電檢修或發生故障時,通過切換操作,可迅速恢復整個變電所的供電,因此該接線方式供電可靠性相當高,可供一、二級負荷。
綜上所述,對單母線分段的接線,由於電力系統的發展與技術的改進、備用容量的增加、帶電快速檢修輸電線路的經驗,以及自動重合閘的採用,可以滿足對各種類型負荷的供電要求。因此單母線分段主接線,已被廣泛用在變電所的供電系統中。
(3)橋形接線
高壓用戶如果採用雙迴路高壓電源進線,有兩臺電力變壓器終端或總降壓變電所母線的連接,則可採用橋形接線。因為它是連接兩個35~1l0kV「線路-變壓器組」的高壓側,其特點是有一條橫連跨接的「橋」,所以稱之為橋形(或橋式)接線。根據連接「橋」的位置不同,分為內橋形和外橋形兩種。
橋式接線要比分段單母線接線簡化,它減少了斷路器的數量,四回電路只採用三臺斷路器。
①內橋形接線。一次側採用內橋接線、二次側採用單母線分段的總降壓變電所主接線圖,如圖6-21所示。跨接橋靠近變壓器側,橋開關QF 10 裝在線路斷路器QF 11 和QF 12 的內側,靠近變壓器,變壓器迴路僅裝隔離開關,不裝斷路器。內橋形接線可提高改變輸電線路(WL 1 與WL 2 )運行方式的靈活性。當線路WL 1 需要檢修時,斷路器QF 11 斷開,此時變壓器T 1 可由線路WL 2 經過橫連橋繼續受電,而不致停電。同理,當斷路器QF 11 或QF 12 需要檢修時,藉助於橫連橋的作用,使兩臺電力變壓器仍能始終維持正常運行。而當變壓器迴路(如T 1 )發生故障或檢修時,需斷開QF 11 、QF 10 ,經過「倒閘操作」,拉開QF 21 、QS 113 ,再閉合QF 11 和QF 10 ,方能恢復正常供電。
綜上所述,內橋接線可適用於:a.一、二級負荷供電;b.電源線路較長(故障和停電檢修機會較多);c.變電所沒有穿越功率;d.負荷曲線較平穩,主變壓器不需經常切換;e.供電可靠性和靈活性較好;f.終端型的工礦企業總降壓變電所。
②外橋形接線。一次側採用外橋接線、二次側採用單母線分段的總降壓變電所主接線圖。如圖6-22所示。跨接橋靠近線路側,橋斷路器QF 10 安裝在變壓器斷路器QF 11 和QF 12 之外,故稱為外橋形。在進線迴路僅裝隔離開關,不裝斷路器。
對變壓器迴路外橋形接線操作比較方便,但對電源進線迴路不太方便。當電源線路W 12 發生故障或檢修時,需斷開QF 12 及QF 10 ,經過「倒閘操作」,拉開QS 121 ,再閉合QF 12 和QF 10 ,方能恢復正常供電。當變壓器T 1 發生故障或檢修時,需斷開QF 11 ,投入QF 10 (其兩側的QS先閉合),使兩路電源進線又恢復並列運行。
綜上所述,可知外橋接線適用於:a.向一、二級負荷供電;b.供電線路較短;c.允許變電所有較穩定的穿越功率;d.負荷曲線變化大,線路故障率較低而主變壓器需要經常操作;e.中型的工礦企業總降壓變電所。
當一次電源電網採用環形連接時,也可以採用這種接線,使環形電網穿越功率不通過進線斷路器QF 11 、QF 12 ,這對改善線路斷路器的工作及其繼電保護的整定都極為有利。這種外橋式主接線的方式運行靈活,供電可靠性較高,適用於一、二級負荷的工廠。