馮芳芳

（廣東嶺南設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

電力系統(tǒng)在保障人們生活質(zhì)量、提高社會經(jīng)濟(jì)水平方面有重要影響，因此，社會各界對電力系統(tǒng)的要求不斷升高，為滿足社會對電能的需求。應(yīng)重視電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為我國經(jīng)濟(jì)高速、穩(wěn)定發(fā)展提供支持。

1 電力系統(tǒng)接線設(shè)計(jì)原則與高壓接線方式

1.1 設(shè)計(jì)原則

電力系統(tǒng)對維護(hù)用電安全有著積極的意義，因此，在電力系統(tǒng)接線設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要選擇科學(xué)的接線方式。為此，需要嚴(yán)格遵循以下原則：①安全性原則。電力系統(tǒng)接線穩(wěn)定尤為重要，是最大程度降低電力安全事故的基礎(chǔ)。因此，對于接線方式的選擇，應(yīng)從安全的角度出發(fā)，確保電能質(zhì)量的同時(shí)，為電能持續(xù)性供電，避免因系統(tǒng)的接線問題而導(dǎo)致故障發(fā)生概率不斷增加。②靈活性原則。電力系統(tǒng)的接線設(shè)計(jì)過程中應(yīng)依據(jù)接線端實(shí)際情況，及時(shí)調(diào)整接線的方式。除此之外，還需要確保接線設(shè)計(jì)能夠滿足遠(yuǎn)期的接線維護(hù)要求，確保在故障發(fā)生后能夠及時(shí)開展維護(hù)工作。③經(jīng)濟(jì)性原則。經(jīng)濟(jì)性原則是指在最大程度降低投入成本的同時(shí)，為人們持續(xù)、穩(wěn)定提供用電。提升電力系統(tǒng)的接線價(jià)值。④可擴(kuò)展性原則。電力系統(tǒng)在接線設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)從長遠(yuǎn)發(fā)展角度出發(fā)，以主接線為主，對接線線路進(jìn)行優(yōu)化與完善，確保電力系統(tǒng)保持長期、穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。⑤可靠性原則。電力系統(tǒng)接線的可靠性是在主接線設(shè)計(jì)過程中為用戶提供持續(xù)的電力，不得發(fā)生斷電問題。對于主接線來說，可靠性是保證供電運(yùn)行安全性的基礎(chǔ)。為此，在接線設(shè)計(jì)前應(yīng)做好設(shè)備對系統(tǒng)供電可靠性影響因素的分析工作，注重二次設(shè)備的有效應(yīng)用。⑥發(fā)展性。對于電力系統(tǒng)接線來說，在設(shè)計(jì)前應(yīng)對日后的維護(hù)與更新納入設(shè)計(jì)工作中，確保電力系統(tǒng)能夠長期保持在穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)。

1.2 接線方式

電力系統(tǒng)的安全性離不開高壓接線的科學(xué)設(shè)計(jì)，為此，需要對電源接線進(jìn)行綜合分析和研究，進(jìn)一步探討高壓接線的具體方式。對于高壓側(cè)接線來說，通常采用兩斷路接線方式，該種方式在優(yōu)化工作流程的同時(shí)，在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到供電的目的，接線簡單，設(shè)備最少。但同時(shí)，該種接線方式也存在一定的弊端，當(dāng)線路故障或檢修時(shí)，變壓器停運(yùn)，變壓器故障或檢修時(shí)，線路停運(yùn)。因而，線路變壓器組接線方式通常應(yīng)用在不設(shè)高壓配電裝置，直接將電能送至系統(tǒng)的變電站內(nèi)時(shí)采用。單母線接線方式接線簡單清晰、設(shè)備少、便于遠(yuǎn)期擴(kuò)建等。但采用單母線接線方式不夠靈活可靠，存在當(dāng)任一元件故障或檢修時(shí)，均需使整個(gè)配電裝置停電的情況。為了提高供電的可靠性，可以采用斷路器把母線分段，該種連接方式有助于提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，對重要用戶可以從不同段引出兩個(gè)電源供電。且在一段母線發(fā)生故障，利用分段斷路器自動(dòng)將故障段切除，保證了正常段母線上的設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行。利用單母線分段接線的方式，當(dāng)出線為雙回路時(shí)，易出現(xiàn)架空線路交叉跨越的情況，且遠(yuǎn)期擴(kuò)建時(shí)需考慮向兩個(gè)方向均衡擴(kuò)建。內(nèi)線接橋的接線方式在保證設(shè)備利用最大化的基礎(chǔ)上，避免對主變壓器造成破壞和影響。但內(nèi)橋接線方式下，變壓器的切除和投入相對復(fù)雜，應(yīng)用也并不廣泛，較適用于較小容量的變電所，并且變壓器不經(jīng)常切換的情況[1]。

2 電力系統(tǒng)接線設(shè)計(jì)與電氣一次設(shè)計(jì)概述

作為電力系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，電氣主接線是電廠電氣的重要結(jié)構(gòu)，影響電力系統(tǒng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性，在電器選擇、繼電保護(hù)裝置選擇方面也有著積極的意義。為確保電力系統(tǒng)接線與電氣一次程序設(shè)計(jì)的合理性，應(yīng)從以下方面出發(fā)：①可靠性，供電可靠性是電力生產(chǎn)和分配的首要要求。包括一次部分和相應(yīng)組成的二次部分在運(yùn)行中可靠性的綜合。②靈活性，在滿足調(diào)度、檢修和擴(kuò)建時(shí)的靈活性。③經(jīng)濟(jì)性，滿足可靠性、靈活性要求的前體現(xiàn)做到經(jīng)濟(jì)合理。通常情況下，電氣系統(tǒng)與電氣設(shè)計(jì)的思路差異性并不大。在電力系統(tǒng)的主接線方面，重點(diǎn)在于對電力系統(tǒng)的接線原則以及電氣一次性設(shè)計(jì)要求有全面、系統(tǒng)的了解，依據(jù)設(shè)計(jì)要求開展具體的工作。在電力系統(tǒng)主線設(shè)計(jì)中，編制工程概算是重要的環(huán)節(jié)之一，在反饋電力系統(tǒng)主線條件、主接線處理等方面都具有重要作用。所以，對于電力系統(tǒng)主接線設(shè)計(jì)來說應(yīng)以概算編制為依據(jù)，嚴(yán)格依據(jù)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求開展相關(guān)工作。

3 電氣一次設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

3.1 變壓器

電力系統(tǒng)中的變壓器是提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。因此，需要重視變壓器的類型與參數(shù)選擇。變壓器的工作原理在于將某一數(shù)值交流電壓轉(zhuǎn)為數(shù)值不同的電壓電流。在具體應(yīng)用過程中主要是指當(dāng)一次繞組通產(chǎn)生交流電壓時(shí)就產(chǎn)生交變的磁通。在鐵芯導(dǎo)磁的作用下將出現(xiàn)二次繞組現(xiàn)象，對交流的電動(dòng)勢能做出感應(yīng)。對于二次感應(yīng)電動(dòng)勢能來說，其產(chǎn)生的原因與一次、二次繞組的匝數(shù)有著直接的關(guān)系。也就是說，電壓大小和繞組的匝數(shù)成正比例。變壓器是用來傳輸電能的設(shè)備，電力系統(tǒng)中的不同級別降壓和升壓都需要在變壓器的作用下才能夠完成各自的任務(wù)。電力系統(tǒng)借助變壓器升高電壓的方式使得電能能夠準(zhǔn)確到達(dá)指定的用電區(qū)域，為用電區(qū)域內(nèi)的各級供電設(shè)備和裝置提供充足的電能。而變壓器的降壓則可以實(shí)現(xiàn)電能的調(diào)節(jié)，滿足工廠等工業(yè)園區(qū)對電力的要求[2]。

電力系統(tǒng)的供電以輸電線路為依托，所以在此過程中容易發(fā)生電壓與電功率的損耗問題。當(dāng)功率相同時(shí)，此時(shí)的電壓與輸送的電壓成反比，功率損耗以及電壓平方同樣成反比。為解決上述問題，可以借助變壓器的方式不斷升壓，防止電能在電線輸送的過程中發(fā)生損耗，確保電能的輸送效率。在選擇電力變壓器方面，應(yīng)根據(jù)所需電能區(qū)域的具體用電需要為主，從用電規(guī)劃、電力系統(tǒng)安排以及負(fù)荷性質(zhì)方面進(jìn)行綜合考量。通常情況下，電力變壓器以非晶合金鐵芯配電變壓器為主。該變壓器的優(yōu)勢在于能夠在空載的條件下降低電壓與功率的損耗率，達(dá)到節(jié)約能耗、節(jié)約資源的目的。變電所的建設(shè)應(yīng)從變壓器的角度出發(fā)，對變壓器因特殊原因造成的無法正常使用時(shí)，確保變電壓的容量依然符合電力輸送要求。為保證重要位置的變電所能夠長期供電，滿足基本的供電需求，注重變壓器容量的設(shè)計(jì)，防止突然斷電帶來經(jīng)濟(jì)損失。針對普通位置的變電所，當(dāng)主變壓器發(fā)生停運(yùn)時(shí)應(yīng)確保變壓器擁有80%左右的容量。與此同時(shí)，還可以搭配一定數(shù)量的備用變壓器，為變壓器的容量提供一定的空間，為變壓器的升級奠定良好的基礎(chǔ)。

3.2 斷路器

電力系統(tǒng)中的斷路器（圖1）可實(shí)現(xiàn)正常、異?；芈废码娏鞯拈_啟和關(guān)閉，同時(shí)還能夠電流的承載力進(jìn)行適度的調(diào)節(jié)。對實(shí)時(shí)操縱異步電動(dòng)機(jī)有著積極的意義，有助于保護(hù)電力系統(tǒng)的電源線路和電動(dòng)機(jī)。通常情況下，依據(jù)滅弧的特性可對斷路器進(jìn)行有效的區(qū)分。斷路器分為六氟化硫斷路器、壓縮空氣斷路器以及真空斷路器等。六氟化硫斷路器是將六氟化硫氣體當(dāng)作主要的絕緣與滅弧介質(zhì)。由于六氟化硫氣體重，且在大氣壓下的沸點(diǎn)為-60℃，因此，該氣體的化學(xué)惰性良好，能夠最大程度避免和斷路器中的金屬或塑料發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)電弧的功率較大時(shí)，可對其進(jìn)行高溫分解，而電弧熄滅后，則能以較短的時(shí)間重新結(jié)合。通過現(xiàn)有的數(shù)據(jù)分析，與空氣相比，六氟化硫氣體的滅弧能力更強(qiáng)。所以，將六氟化硫氣體作為滅弧化介質(zhì)時(shí)所產(chǎn)生的電壓電流參與遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于壓縮空氣斷路器[3]。

圖1 斷路器

壓縮空氣斷路器以高壓空氣吹動(dòng)電弧為主，借助高壓空氣吹動(dòng)電弧可以縮短開斷的時(shí)間，具有良好的系列性，在滿足電力系統(tǒng)高額定參數(shù)與性能方面有著良好的表現(xiàn)。真空斷路器則是指滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)都相對較高的斷路器，采用三相交流的方式進(jìn)行戶內(nèi)配電裝置，能夠有效應(yīng)用在配電網(wǎng)設(shè)計(jì)中。除此之外，油斷路器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也較為廣泛，可在切斷電源以及連接電源中使用，為各類型的電壓等級提供支持。但同時(shí)，油斷路器的體積較大，占地面積較廣，所以將其作為滅弧介質(zhì)時(shí)存在一定的安全隱患問題。極易出現(xiàn)爆炸或火災(zāi)，正常工作狀態(tài)下的油斷路器在維護(hù)與檢修方面也存在一定的局限性，加上所消耗的原材料較多，投入成本較大，因此，油斷路器的應(yīng)用并不廣泛。對于電氣一次設(shè)計(jì)來說，作為設(shè)計(jì)人員應(yīng)該從實(shí)際情況出發(fā)，合理選擇斷路器的類型以及參數(shù)，充分發(fā)揮斷路器的積極作用，為電力系統(tǒng)的運(yùn)行提供助力和支持。

3.3 電流電壓互感器配置

電流互感器在應(yīng)用過程可分為干式電流互感器、澆筑式電流互感器以及氣體絕緣式互感器。在參數(shù)設(shè)置與選擇方面，可從配電器設(shè)備額定電壓入手，確保參數(shù)設(shè)置的合理性和科學(xué)性。例如，針對20kV 左右的配電設(shè)備來說，主要以澆筑式電流互感器為主。而當(dāng)配電設(shè)備的電壓超過30kV 時(shí)，則應(yīng)選擇另外一種電流互感器，即油浸式電流互感器。當(dāng)產(chǎn)品的使用環(huán)境良好時(shí)，電壓互感器的應(yīng)用較多。技術(shù)設(shè)計(jì)人員可依據(jù)配電設(shè)備的具體額定電壓對電流互感器進(jìn)行合理化的選擇，不斷提升電流互感器以及電壓互感器的實(shí)際工作效率，達(dá)到配電設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行的效果[4]。

3.4 避雷器

為保障電力系統(tǒng)完全處于安全運(yùn)行狀態(tài)下，接線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考量雷電以及接線規(guī)模等因素，做好防雷接線工作。在每一母線內(nèi)都應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的避雷器（圖2），例如，在開展三線圈變壓器設(shè)計(jì)過程中，為防止產(chǎn)生靜電感應(yīng)而對低壓繞組產(chǎn)生危害性影響，應(yīng)確保低壓繞組端安裝相應(yīng)的避雷設(shè)備。對于三角形的繞組則可以隨意安排，需要注意的是，星型繞組應(yīng)安裝在中性點(diǎn)的位置。在開展自耦變壓器設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)一側(cè)出現(xiàn)斷開問題時(shí)，將會產(chǎn)生過電壓。為避免過電壓對設(shè)備造成影響，應(yīng)在自耦變壓器的兩側(cè)繞組安裝相應(yīng)的避雷器。當(dāng)系統(tǒng)的接地方式采用的是中性點(diǎn)接地方案時(shí)，在變壓器未運(yùn)行的狀態(tài)下，將避雷器安裝在中性點(diǎn)位置即可。但如果中性點(diǎn)并不接地，則可在變壓器中性點(diǎn)套管位置安裝相應(yīng)的避雷器。變壓器中性點(diǎn)產(chǎn)生消弧線圈時(shí)應(yīng)立即安裝避雷器，防止產(chǎn)生多余電壓，對電力系統(tǒng)的運(yùn)行造成損害。

圖2 避雷器

3.5 電氣接地設(shè)計(jì)

電氣的接地設(shè)計(jì)尤為重要，當(dāng)電氣接地設(shè)計(jì)未能嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行時(shí)，將對工作人員的生命健康造成較大的影響。通常情況下，電氣一次性設(shè)計(jì)可分為接地線和接地體兩個(gè)方面。其中，接地線的材料可選擇為圓鋼、扁鋼，而接地體則可選擇角鋼、圓鋼。但當(dāng)土壤具有強(qiáng)腐蝕性時(shí)，可采用銅或銅覆鋼材料，需根據(jù)實(shí)際土壤的性質(zhì)選擇合適的接地體。接地線設(shè)計(jì)過程中應(yīng)做好接地保護(hù)、工作接地的提前設(shè)計(jì)工作，根據(jù)具體的電阻值保障得出的數(shù)值滿足接地要求[5]。

3.6 電纜敷設(shè)與照明選擇

電纜敷設(shè)應(yīng)依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求開展相關(guān)工作，其原因在于電纜敷設(shè)的有效性對電力系統(tǒng)的運(yùn)行起到重要的作用。只有不斷提高對電纜敷設(shè)的重視程度，深入分析電纜敷設(shè)后可能產(chǎn)生的故障問題，才能確保電纜在發(fā)生故障時(shí)，第一時(shí)間得到解決。防止大面積出現(xiàn)停電事故，對生產(chǎn)、生活造成嚴(yán)重的影響。電力系統(tǒng)中的照明設(shè)計(jì)與選擇，應(yīng)對各部門的具體照明系統(tǒng)予以全面、系統(tǒng)性的了解，并在此基礎(chǔ)上做好規(guī)劃與設(shè)計(jì)工作。對于安全通道、樓梯間等位置應(yīng)合理安排照明設(shè)備，使其能夠在電力系統(tǒng)發(fā)生故障問題時(shí)，為工作人員的檢修與維護(hù)提供照明服務(wù)，提高檢修人員的工作效率，在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電。

4 結(jié)語

總而言之，在新時(shí)代發(fā)展背景下，電力系統(tǒng)的平穩(wěn)、安全運(yùn)行離不開電力輸送的安全性，因此，作為電力企業(yè)應(yīng)提高重視程度，明確電力系統(tǒng)接線設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，開展相關(guān)工作。不斷提高自身的服務(wù)水平，保障經(jīng)濟(jì)效益。