第四章 電氣主接線

第四章電氣主接線第1頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四Syllabus

大綱目的Aims:

Understandtheuseofbusesasameansofconveyanceofenergy.

母線的功能：傳輸電能的作用；Learntoolsfortheanalysisofbusesarrangement.

學會分析電氣主接線一般方法；Understandthepurposeandapplicationofelementsofplants.

理解發(fā)電廠中各種電氣設備的功能與作用；Beabletolearntoknowwhatdifferentkindsofbusesarrangement’advantagesanddisadvantages.

要求掌握各種不同主接線間的優(yōu)缺點。Understandthedevelopingofbusesarrangement,etc.

了解不同主接線的發(fā)展過程等。第2頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四TheGlanceofSubstations(1)

變電站一瞥第3頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四TheGlanceofSubstations(2)變電站一瞥第4頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四Theglanceofsubstations(3)變電站一瞥第5頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四對主接線的一般要求

TheDemandsofBusArrangementsEconomics

經濟經濟性技術性Reliability可靠性(停電的影響)Security

安全性（電網的危害）Flexibility靈活性（方便性）第6頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四電弧的形成過程游離的概念：

游離－－就是中性質點轉化為帶電質點的過程。電弧的產生及維持是觸頭絕緣介質的中性質點（分子和原子）被游離的結果。電弧的實質： 電弧的形成過程就是氣態(tài)介質或固態(tài)、液態(tài)介質高溫氣化后向等離子體態(tài)的轉化過程。因而，電弧是一種游離的氣體放電現(xiàn)象。高壓斷路器和隔離開關的原理

TheprincipleofCircuitbreakersandisolators

第7頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四游離的方式強電場發(fā)射Thehighelectricfieldshoot熱電子發(fā)射Thehotelectricityshoot陰極表面發(fā)射出的電子和弧隙中原有的少數(shù)電子在強電場能的作用下，向陽極方向運動，并不斷地與其他粒子（如氣體原子、分子）發(fā)生碰撞，將中性粒子中的電子擊出，游離成正離子和新的自由電子，新產生的電子也向陽極加速運動，同樣也會使它所碰撞的中性質點游離。碰撞游離連續(xù)進行就可能導致在觸頭間充滿了電子和離子，從而介質被擊穿，電流急劇增大出現(xiàn)光效應和熱效應而形成電弧。電器觸頭分離瞬間，接觸電阻突然加大而產生的高溫及電弧燃燒，使陰極表面出現(xiàn)強烈的熾熱點，將陰極金屬材料內的大量電子不斷逸出金屬表面；當觸頭剛分開時，觸頭間距離很小，則產生很強的電場強度（3x106V/m以上），陰極表面的電子就會被電場力拉出而形成觸頭空間的自由電子。這種強電場發(fā)射是在弧隙間最初產生電子的主要原因高壓斷路器和隔離開關的原理

TheprincipleofCircuitbreakersandisolators

由于在電弧燃燒過程中，弧柱中的電導很大，則電位梯度很小，電子不能獲得必需的位能，于是碰撞游離已不可能。然而電弧產生之后，弧隙的溫度很高，中性質點不規(guī)則熱運動速度增加，具有足夠動能的互相碰撞游離出電子和正離子，這種現(xiàn)象稱為熱游離。

碰撞游離Thecollisionswimstoleave熱游離Theheatswimstoleave第8頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四電弧的熄滅過程去游離的概念：

去游離－－就是中性質點轉化為帶電質點過程。 電弧中發(fā)生游離的同時，還進行著使帶電質點減少的復合和擴散的去游離過程。高壓斷路器和隔離開關的原理

TheprincipleofCircuitbreakersandisolators

第9頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四電弧的熄滅過程復合去游離：

復合是指正離子和負離子互相吸引，結合在一起，電荷互相中和的過程。 兩異號電荷要在一定時間內、處在很近的范圍內才能完成復合過程，兩者相對速度越大，復合可能性就越小。 因電子質量小，易于加速，其運動速度約為正離子的1000倍，所以電子與正離子直接復合幾率很小。 通常，電子在碰撞時，先附在中性質點上形成負電荷離子，速度大大減慢，而負離子與正離子的復合比電子與正離子間的復合容易得多。

高壓斷路器和隔離開關的原理

TheprincipleofCircuitbreakersandisolators

第10頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四擴散去游離：

擴散是指帶電質點從電弧內部逸出而進入周圍介質中的現(xiàn)象。擴散去游離主要有： ①濃度擴散 帶電質點將會由濃度高的弧道向濃度低的弧道周圍擴散，使弧道中的帶電質點減少； ②溫度擴散 弧道中的高溫帶電質點將向溫度低的周圍介質中擴散。電弧的熄滅過程高壓斷路器和隔離開關的原理

TheprincipleofCircuitbreakersandisolators

第11頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四電弧產生的根本原因：就是開關電器和滅弧介質中存在著可被游離的電子。結論：電弧產生具有必然性。從前面所述電弧的形成機理可以得出，電弧的產生具有然性。高壓斷路器和隔離開關的原理

TheprincipleofCircuitbreakersandisolators

第12頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四電弧的形成與熄滅過程結論： 游離和去游離是電弧燃燒中的兩個相反過程，這兩個過程的動平衡，將使電弧穩(wěn)定燃燒。 若游離過程大于去游離過程，將會使電弧愈加強烈地燃燒； 反之，將會使電弧燃燒減弱，以致最終熄滅。 開關電器中，為了加強滅弧能力，都采用 各種措施減弱游離過程，加強去游離過程。從等離子體觀點來看，也就是控制溫度，使觸頭 間的介質由等離子體態(tài)轉化為其他物態(tài)。高壓斷路器和隔離開關的原理

TheprincipleofCircuitbreakersandisolators

第13頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四斷路器的功能

CircuitBreaker’sFunction

Acircuitbreaker'sfunctionis,likeafuse,tobreakacircuitpathwhenapredeterminedamountofcurrentispassed.斷路器的功能象一個熔斷器，當流過預先整定的電流時，會斷開電路。Acircuitbreakerisacircuitprotectiondevicethatwillstopcurrentinthecircuitifthereisadirectshort,excessivecurrent,orexcessiveheat.Unlikeafuse,acircuitbreakerisreusable.Thecircuitbreakerdoesnothavetobereplacedafterithasopenedorbrokenthecircuit.斷路器是電路的保護裝置，當電路發(fā)生直接短路、過流、過熱時會斷開電路。不象熔斷器，斷路器是可以重復使用的。當斷路器斷開或切斷電路時，不需要重新替換第14頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四隔離開關的功能

Disconnect’FunctionDisconnectorinordertoallowformaintenanceandrepairwithaminimumofinterruption.隔離開關是為了維護和檢修電器設備造成最小中斷而設置的。Amechanicalswitchingdevicewhich,whenopencomplieswiththerequirementsspecifiedfortheisolatingfunction.Thisdevicecancarrycurrentsinnormalcircuitconditionsaswellascurrentsinabnormalconditionsforaspecifiedduration。當滿足指定的操作順序的情況下，隔離開關能夠承受正常的負荷電流和一定時間內的短路電流。Disconnector(workingdefinition)devicewithoutonloadmakingandbreakingcapacity.

隔離開關裝置沒有關合容量和開斷容量。第15頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四隔離開關的功能

Disconnect’Function隔離開關的操作原則：等電位小電流(空載的變壓器、線路)“先通后斷”第16頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四主接線的類型基本形式

ThetypesofBusArrangements單元接線BlockConnection橋形接線BridgeScheme角形接線AngleConnection其它Others單母線接線Singlebusscheme雙母線接線DoubleBusScheme一個半斷路器線接線BreakerandaHalfBusscheme其它Others無母線接線形式NonBusArrangements有母線接線形式BusArrangements主接線BusArrangements第17頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四電氣主接線的主要元件

MainelementsofthemainconnectionCircuitbreakers

斷路器

LiteralSymbol文字符號GraphicSymbol圖形符號DisconnectsorIsolator

隔離開關Buses

母線Terminationsforlinesortransformers負載或變壓器第18頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四母線的功能

ConceptofBus

Inactualsubstations,thebusesaremadeofaluminumorcopperbarsorpipesandcanbeseveralmeterslong.在變電站中，母線是用作成條或棒的鋁或銅制成的，一般有幾米或十幾米長。功能：主要起引接、傳輸和分配電能的作用。Theimpedanceofbusesisverylow,practicallyzero,soelectricallythewholebusisatthesamepotential.Ofcourse,thereislinevoltagebetweenthebusesoftheindividualphases.重要的是，母線的阻抗是相當小的，實際為零，當然母線各相之間存在著線電壓。第19頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四電氣接線概念

TheconceptofBusArrangementsSingleLineDiagramsdonotshowtheexactelectricalconnectionsofthecircuits.Asthenamesuggests,SLDsuseasinglelinetorepresentallthreephases.在電氣主接線中，常用單線圖來表示三相完全對稱的電力系統(tǒng)。單線圖來常用來表示整個三相。Theyshowtherelativeelectricalinterconnectionsofgenerators,transformers,transmissionanddistributionlines,loads,circuitbreakers,etc.,usedinassemblingthepowersystem.定義：電氣主接線主要表示發(fā)電機、變壓器、輸配電線，負荷和斷路器等組成電力系統(tǒng)的電氣連接。第20頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四單母線接線

SingleLineDiagram

(SLDs)

6breaker6lines1.0（breaker/line）本站有六條線路、六個斷路器，平均每條一個。

Singlebus,singlebreakerbusscheme單母線、單斷路器接線

IncomingorOutgoingLineconcept進、出線概念定義第21頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四主接線優(yōu)缺點的分析法

HowtoanalysebusarrangementAssumethreeconditions（分三種情況）(三要素法)Busesfaultormaintenance母線檢修或故障Linefaultormaintenance線路檢修或故障Circuitbreakerfaultormaintenance斷路器檢修或故障

Underthoseconditions,discusswhetherthesubstationcancontinuouslysupplypowerandthelinewhethercangetpower. 在以上三種情況下，分析討論變電站和線路的供電連續(xù)性第22頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四單母線接線功能的分析

AnalyseSinglebus,singlebreakerbusschemeBusesfaultormaintenance: Busesfault

shutdown

全站停電 busesmaintenance－shutdown全站停電Linefaultormaintenance:Linefault－Lineshutdown線路停電Linemaintenance－Lineshutdown線路停電Circuitbreakerfaultormaintenance: Circuitbreakerfault－shutdown全站停電 Circuitbreakermaintenance－shutdown全站停電第23頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四單母線單斷路器接線

Singlebus,singlebreakerbusschemeAdvantages(優(yōu)點)

Thisarrangementisrelativelyinexpensive本主接線形式相對經濟andissimpletoconstructandoperate.構建與運行比較簡單Disadvantages(缺點)

thatlimitthisdesigntoremotestationswhereservicecontinuitycanberestrictedwithoutaffectinglargenumbersofcustomers.限制了對較遠電站供電的連續(xù)性及大量用戶受到限制第24頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四單母線單斷路器接線

Singlebus,singlebreakerbusschemeHowtoanalysisDisadvantages(對缺點的分析與解決方法)Single-busSectionalizingwithBy-passcircuitbreaker單母線分段接線Mainandtransferbusscheme

單母線帶旁路接線Single-busSectionalizingwithbypass

單母線分斷帶旁路接線第25頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四單母線分斷接線(經旁路斷路器)

Single-busSectionalizingwithBy-passcircuitbreaker

5breaker4lines1.25（breaker/line）

Singlebus,singlebreakerbusscheme第26頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四單母線帶旁路接線

MainandtransferbusschemeTwoindependentbuses（兩個獨立的母線）Undernormalconditions,allcircuitsaretiedtothemainbus（正常運行條件下，所有線路都在主母線上運行）Thetransferbusisusedtoprovideservicethroughthetransferbustiebreakerwhenitbecomesnecessarytoremoveabreakerfromservice.旁路母線在線路斷路器退出運行時切換投入運行。MainbusTransferbus4breaker3lines1.3breaker/lineBypasscircuitbreaker第27頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四單母線帶旁路母線的特點

MainandtransferbusschemeAdvantagesinclude:(a)Continuityofserviceandprotectionduringbreakermaintenance.當出線斷路器檢修時，保證了供電的連續(xù)性和線路的保護(b)Easeofexpansion.（可擴建性）(c)Smalllandarearequirements.（占地較少）(d)Lowcost.（經濟）Disadvantagesinclude:Breakerfailureorbusfaultcausesthelossoftheentirestation.斷路器或母線故障會導致整個變電站停電。(b)Bustiebreakermusthaveprotectionschemestobeabletosubstituteforalllinebreakers.為了保證檢修出線斷路器該回線中不停電，聯(lián)絡斷路器必須配置保護裝置。(c)Anadditionaltiebreakerisrequired.增加了一個聯(lián)絡斷路器。第28頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四單母線分斷帶旁路接線

Single-busSectionalizingwithbypass

6breaker4lines1.5（breaker/line）

Singlebus,singlebreakerbusschemebypassMainbus第29頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四雙母線接線（單斷路器形式）

Doublebus,singlebreakerbusscheme5breaker4lines1.25breaker/lineBus1Bus2Line1Line2Line3Line4Tiebreaker第30頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四雙母線接線（單斷路器形式）

Doublebus,singlebreakerbusschemeTheadvantagesofthisarrangementare:1.Veryflexiblearrangement.（運行方式靈活）2.Breakerorlineprotectiverelayscanbetakenoutofserviceatanytimeformaintenancewithonlyaslightmodificationoftheprotectiverelayingscheme.在維護期間，繼電保護只需做輕微的變動，就可以退出斷路器或線路的保護3.Eithermainbusmaybeisolatedformaintenance.檢修時，可以退出任何一條主母線進行檢修操作。Thedisadvantagesofthisarrangementare:1.Requiresanextrabreakerforthebustie.要求增加一臺母聯(lián)斷路器2.Fivedisconnectorsarerequiredforeachterminal.對于每一條線路，需要五個隔離開關。第31頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四雙母線接線（單斷路器形式）

Doublebus,singlebreakerbusscheme(Continued)3.Theswitchingiscomplicatedforisolatingabreakerformaintenance. 當進行斷路器檢修操作時，倒閘操作比較復雜。4.Theprotectiverelayingforthebustiebreakeriscomplicatedsinceitmustbecapableofsubstitutingforanybreaker. 由于必須滿足任何一臺斷路器的退出運行，母聯(lián)斷路器的保護繼電器整定比較復雜。5.Requiresaseparateandcomplicatedbusprotectivescheme. 要求單獨和復雜的母線保護方案6.Greaterexposuretobusfaultsthanpreviousdesigns. 比單線母線接線更易發(fā)生母線故障。7.Linebreakerfailuretakeshalfofthesubstationoutofservice. 一旦發(fā)生線路保護斷路器故障，將會引起電站一半停電。8.Thefailureofthebustiebreakertakestheentirestationoutofserviceuntilthefaultisisolated. 母聯(lián)故障，將會起整個電站停電，直到故障被排除。第32頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四雙母線接線（雙斷路器形式）

Doublebus,doublebreakerbusscheme8breaker4lines2.0breaker/lineBus1Bus1Line2Line3Line4Line1第33頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四雙母線接線（雙斷路器形式）

Doublebus,doublebreakerbusschemeThedoublebus-doublebreakerarrangement,consistsoftwomainbuses,bothnormallyenergized.Betweenthemainbusesaretwobreakersandonecircuit.任一條線路都通過兩個斷路器和兩個主母線分別相聯(lián)，兩個母線同時帶電。Thisarrangementallowsforanybreakertoberemovedfromservicewithoutinterruptiontoservicetoitscircuit.斷路器檢修時，任何一條線路不會停止供電。Afaultoneithermainbuswillcausenocircuitoutage.任何一條母線故障時，不會造成線路的斷電。Abreakerfailurewillresultinthelossofonlyonecircuit.任何一個斷路器故障，只會導致本條線路的斷電。第34頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四雙母線接線（雙斷路器形式）

Doublebus,doublebreakerbusschemeTheadvantagesofthedoublebus-doublebreakerschemeinclude:Veryhighreliabilityandoperationalflexibility. 運行可行性和靈活性高(b)Anybreakeroreitherbuscanbeisolatedwithoutserviceinterruption.

可以不停電檢修任何一個斷路器或母線。(c)Abusfaultdoesnotinterruptservice.

母線故障不會造成停電。(d)Thereisadoublefeedtoeachcircuit.

每一條線路可分別從不同的母線上獲得。(e)Allswitchingisdonewithcircuitbreakers.

通過斷路器進行倒閘操作。 (f)Onlyonecircuitislostifabreakerfails.

斷路器故障時，只會影響一條線路的供電。Thedisadvantagesinclude

Thehighcostoftwobreakerspercircuit. 每條線路要求有兩個斷路器，成本較高。第35頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四一個半斷路器接線形式

Breakerandahalfbusscheme9breakers,6lines1.5breaker/line.Bus1Bus2Line1Line2Line4Line3Line5Line6第36頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四一個半斷路器接線形式

BreakerandahalfbusschemeCharacteristics：(特點)Thebreaker-and-a-halfarrangementprovidesfortwomainbuses,bothnormallyenergized. 一個半斷路器接線形式有兩個母線，并且同時帶電；Betweenthebusesarethreecircuitbreakersandtwocircuits. 兩條線路分別通過三個斷路器與兩條母線相聯(lián)；Thisarrangementallowsforbreakermaintenancewithoutinterruptionofservice. 可以不停止電檢修任一斷路器；Afaultoneitherbuswillcausenocircuitinterruption. 母線故障不會造成供電中斷；Abreakerfailureresultsinthelossoftwocircuitsifacommonbreaker. 聯(lián)絡斷路器故障會造成本回路兩條線路短時停電；第37頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四一個半斷路器接線形式

BreakerandahalfbusschemeTheadvantagesofthebreaker-and-a-halfschemeinclude:(a)Highreliabilityandoperationalflexibility. 可靠性和運行的靈活性很高；(b)Capabilityofisolatinganycircuitbreakeroreithermainbusformaintenancewithoutserviceinterruption. 母線或任一斷路器檢修時，全廠（站）不會建成停電；(c)Abusfaultdoesnotinterruptservice. 母線故障不會引起停電；(d)Doublefeedtoeachcircuit. 每一個回路有兩條饋線；(e)Allswitchingcanbedonewithcircuitbreakers. 通過斷路器來進行倒閘操作；Thedisadvantagesinclude:(a)Addedcostofonehalfbreakerforeachcircuit. 每一個回路增加了半個斷路器成本；(b)Protectionandcontrolschemesaremorecomplex. 保護和控制設備更加復雜；第38頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四環(huán)形接線

Ringbusscheme6breakers6lines1.0breaker/line第39頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四環(huán)形接線

RingbusschemeConsistsofaloopofbusworkwitheachbussectionseparatedbyabreaker.電路的每一個回路由一個斷路器和母線構成；Onlylimitedbussectionsandcircuitscanberemovedfromserviceintheeventofalineorbusfault.當母線或線路故障時，只會造成部分的電路停電；Alinefaultresultsinthelossofthebreakersoneachsideoftheline線路故障，只能相應地觸發(fā)斷路器動作跳閘；whileabreakerfailurewillresultintheremovaloftwobussectionsfromservice.當斷路器故障時，會造成電路中的兩部分電路停電；Theringbusarrangementallowsforcircuitbreakermaintenancewithoutinterruptionofservicetoanycircuit.斷路器檢修時，不會建成供電中斷。第40頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四環(huán)形接線

RingbusschemeTheadvantagesoftheringbusschemeinclude:Lowcost(onebreakerperlinesection). 相對來說，比較經濟；(b)Highreliabilityandoperationalflexibility. 可靠性與運行的靈活性較高；(c)Continuityofserviceduringbreakerandbusmaintenance. 斷路器與母線檢修時，不會造成停電；(d)Doublefeedtoeachcircuit. 每一條回路分別有兩條電路供給；(e)Expandabletobreaker-and-a-halfscheme. 可擴建成一個半斷路器接線Disadvantagesinclude:Eachcircuitmusthaveitsownpotentialsource. 每一個線路必須得到獨立的電源；(b)Usuallylimitedtofourcircuits. 一般不超過四回線路；第41頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四無母線接線形式

NonbusschemeconnectionNonbusscheme無母線接線形式blockconnection單元接線Others其它形式Bridgescheme橋形接線Polygonalconnection角形接線第42頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四單元接線

Blockconnection

Definition定義:

發(fā)電機與變壓器直接連接成一個單元，組成發(fā)電機━變壓器組。Types類型: （１）發(fā)電機━雙繞組變壓器單元接線（２）發(fā)電機━自耦（三繞組）變壓器單元接線；第43頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四單元接線

Blockconnection第44頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四擴大單元接線

EnlargedblockconnectionDefinition：（定義）

擴大單元接線：兩臺發(fā)電機與一臺變壓器相連接。

第45頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四擴大單元接線

Enlargedblockconnection第46頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四橋形接線

BridgeschemeDefinition：（定義）

當只有兩臺變壓器和兩條輸電線路時，采用橋形接線，所用斷路器數(shù)目為最少。Types:(類型)

有內橋和外橋之分。Characteristics：（特點）

是長期開環(huán)運行的四角形接線。

第47頁，共59頁，2023年，2月20日，星期四橋形接線

Bridgescheme第48頁，共59頁，2023年，2月