第四章 电气主接线

第四章电气主接线第一页，共五十九页，编辑于2023年，星期五Syllabus

大纲目的Aims:

Understandtheuseofbusesasameansofconveyanceofenergy.

母线的功能：传输电能的作用；Learntoolsfortheanalysisofbusesarrangement.

学会分析电气主接线一般方法；Understandthepurposeandapplicationofelementsofplants.

理解发电厂中各种电气设备的功能与作用；Beabletolearntoknowwhatdifferentkindsofbusesarrangement’advantagesanddisadvantages.

要求掌握各种不同主接线间的优缺点。Understandthedevelopingofbusesarrangement,etc.

了解不同主接线的发展过程等。第二页，共五十九页，编辑于2023年，星期五TheGlanceofSubstations(1)

变电站一瞥第三页，共五十九页，编辑于2023年，星期五TheGlanceofSubstations(2)变电站一瞥第四页，共五十九页，编辑于2023年，星期五Theglanceofsubstations(3)变电站一瞥第五页，共五十九页，编辑于2023年，星期五对主接线的一般要求

TheDemandsofBusArrangementsEconomics

经济经济性技术性Reliability可靠性(停电的影响)Security

安全性（电网的危害）Flexibility灵活性（方便性）第六页，共五十九页，编辑于2023年，星期五电弧的形成过程游离的概念：

游离－－就是中性质点转化为带电质点的过程。电弧的产生及维持是触头绝缘介质的中性质点（分子和原子）被游离的结果。电弧的实质： 电弧的形成过程就是气态介质或固态、液态介质高温气化后向等离子体态的转化过程。因而，电弧是一种游离的气体放电现象。高压断路器和隔离开关的原理

TheprincipleofCircuitbreakersandisolators

第七页，共五十九页，编辑于2023年，星期五游离的方式强电场发射Thehighelectricfieldshoot热电子发射Thehotelectricityshoot阴极表面发射出的电子和弧隙中原有的少数电子在强电场能的作用下，向阳极方向运动，并不断地与其他粒子（如气体原子、分子）发生碰撞，将中性粒子中的电子击出，游离成正离子和新的自由电子，新产生的电子也向阳极加速运动，同样也会使它所碰撞的中性质点游离。碰撞游离连续进行就可能导致在触头间充满了电子和离子，从而介质被击穿，电流急剧增大出现光效应和热效应而形成电弧。电器触头分离瞬间，接触电阻突然加大而产生的高温及电弧燃烧，使阴极表面出现强烈的炽热点，将阴极金属材料内的大量电子不断逸出金属表面；当触头刚分开时，触头间距离很小，则产生很强的电场强度（3x106V/m以上），阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。这种强电场发射是在弧隙间最初产生电子的主要原因高压断路器和隔离开关的原理

TheprincipleofCircuitbreakersandisolators

由于在电弧燃烧过程中，弧柱中的电导很大，则电位梯度很小，电子不能获得必需的位能，于是碰撞游离已不可能。然而电弧产生之后，弧隙的温度很高，中性质点不规则热运动速度增加，具有足够动能的互相碰撞游离出电子和正离子，这种现象称为热游离。

碰撞游离Thecollisionswimstoleave热游离Theheatswimstoleave第八页，共五十九页，编辑于2023年，星期五电弧的熄灭过程去游离的概念：

去游离－－就是中性质点转化为带电质点过程。 电弧中发生游离的同时，还进行着使带电质点减少的复合和扩散的去游离过程。高压断路器和隔离开关的原理

TheprincipleofCircuitbreakersandisolators

第九页，共五十九页，编辑于2023年，星期五电弧的熄灭过程复合去游离：

复合是指正离子和负离子互相吸引，结合在一起，电荷互相中和的过程。 两异号电荷要在一定时间内、处在很近的范围内才能完成复合过程，两者相对速度越大，复合可能性就越小。 因电子质量小，易于加速，其运动速度约为正离子的1000倍，所以电子与正离子直接复合几率很小。 通常，电子在碰撞时，先附在中性质点上形成负电荷离子，速度大大减慢，而负离子与正离子的复合比电子与正离子间的复合容易得多。

高压断路器和隔离开关的原理

TheprincipleofCircuitbreakersandisolators

第十页，共五十九页，编辑于2023年，星期五扩散去游离：

扩散是指带电质点从电弧内部逸出而进入周围介质中的现象。扩散去游离主要有： ①浓度扩散 带电质点将会由浓度高的弧道向浓度低的弧道周围扩散，使弧道中的带电质点减少； ②温度扩散 弧道中的高温带电质点将向温度低的周围介质中扩散。电弧的熄灭过程高压断路器和隔离开关的原理

TheprincipleofCircuitbreakersandisolators

第十一页，共五十九页，编辑于2023年，星期五电弧产生的根本原因：就是开关电器和灭弧介质中存在着可被游离的电子。结论：电弧产生具有必然性。从前面所述电弧的形成机理可以得出，电弧的产生具有然性。高压断路器和隔离开关的原理

TheprincipleofCircuitbreakersandisolators

第十二页，共五十九页，编辑于2023年，星期五电弧的形成与熄灭过程结论： 游离和去游离是电弧燃烧中的两个相反过程，这两个过程的动平衡，将使电弧稳定燃烧。 若游离过程大于去游离过程，将会使电弧愈加强烈地燃烧； 反之，将会使电弧燃烧减弱，以致最终熄灭。 开关电器中，为了加强灭弧能力，都采用 各种措施减弱游离过程，加强去游离过程。从等离子体观点来看，也就是控制温度，使触头 间的介质由等离子体态转化为其他物态。高压断路器和隔离开关的原理

TheprincipleofCircuitbreakersandisolators

第十三页，共五十九页，编辑于2023年，星期五断路器的功能

CircuitBreaker’sFunction

Acircuitbreaker'sfunctionis,likeafuse,tobreakacircuitpathwhenapredeterminedamountofcurrentispassed.断路器的功能象一个熔断器，当流过预先整定的电流时，会断开电路。Acircuitbreakerisacircuitprotectiondevicethatwillstopcurrentinthecircuitifthereisadirectshort,excessivecurrent,orexcessiveheat.Unlikeafuse,acircuitbreakerisreusable.Thecircuitbreakerdoesnothavetobereplacedafterithasopenedorbrokenthecircuit.断路器是电路的保护装置，当电路发生直接短路、过流、过热时会断开电路。不象熔断器，断路器是可以重复使用的。当断路器断开或切断电路时，不需要重新替换第十四页，共五十九页，编辑于2023年，星期五隔离开关的功能

Disconnect’FunctionDisconnectorinordertoallowformaintenanceandrepairwithaminimumofinterruption.隔离开关是为了维护和检修电器设备造成最小中断而设置的。Amechanicalswitchingdevicewhich,whenopencomplieswiththerequirementsspecifiedfortheisolatingfunction.Thisdevicecancarrycurrentsinnormalcircuitconditionsaswellascurrentsinabnormalconditionsforaspecifiedduration。当满足指定的操作顺序的情况下，隔离开关能够承受正常的负荷电流和一定时间内的短路电流。Disconnector(workingdefinition)devicewithoutonloadmakingandbreakingcapacity.

隔离开关装置没有关合容量和开断容量。第十五页，共五十九页，编辑于2023年，星期五隔离开关的功能

Disconnect’Function隔离开关的操作原则：等电位小电流(空载的变压器、线路)“先通后断”第十六页，共五十九页，编辑于2023年，星期五主接线的类型基本形式

ThetypesofBusArrangements单元接线BlockConnection桥形接线BridgeScheme角形接线AngleConnection其它Others单母线接线Singlebusscheme双母线接线DoubleBusScheme一个半断路器线接线BreakerandaHalfBusscheme其它Others无母线接线形式NonBusArrangements有母线接线形式BusArrangements主接线BusArrangements第十七页，共五十九页，编辑于2023年，星期五电气主接线的主要元件

MainelementsofthemainconnectionCircuitbreakers

断路器

LiteralSymbol文字符号GraphicSymbol图形符号DisconnectsorIsolator

隔离开关Buses

母线Terminationsforlinesortransformers负载或变压器第十八页，共五十九页，编辑于2023年，星期五母线的功能

ConceptofBus

Inactualsubstations,thebusesaremadeofaluminumorcopperbarsorpipesandcanbeseveralmeterslong.在变电站中，母线是用作成条或棒的铝或铜制成的，一般有几米或十几米长。功能：主要起引接、传输和分配电能的作用。Theimpedanceofbusesisverylow,practicallyzero,soelectricallythewholebusisatthesamepotential.Ofcourse,thereislinevoltagebetweenthebusesoftheindividualphases.重要的是，母线的阻抗是相当小的，实际为零，当然母线各相之间存在着线电压。第十九页，共五十九页，编辑于2023年，星期五电气接线概念

TheconceptofBusArrangementsSingleLineDiagramsdonotshowtheexactelectricalconnectionsofthecircuits.Asthenamesuggests,SLDsuseasinglelinetorepresentallthreephases.在电气主接线中，常用单线图来表示三相完全对称的电力系统。单线图来常用来表示整个三相。Theyshowtherelativeelectricalinterconnectionsofgenerators,transformers,transmissionanddistributionlines,loads,circuitbreakers,etc.,usedinassemblingthepowersystem.定义：电气主接线主要表示发电机、变压器、输配电线，负荷和断路器等组成电力系统的电气连接。第二十页，共五十九页，编辑于2023年，星期五单母线接线

SingleLineDiagram

(SLDs)

6breaker6lines1.0（breaker/line）本站有六条线路、六个断路器，平均每条一个。

Singlebus,singlebreakerbusscheme单母线、单断路器接线

IncomingorOutgoingLineconcept进、出线概念定义第二十一页，共五十九页，编辑于2023年，星期五主接线优缺点的分析法

HowtoanalysebusarrangementAssumethreeconditions（分三种情况）(三要素法)Busesfaultormaintenance母线检修或故障Linefaultormaintenance线路检修或故障Circuitbreakerfaultormaintenance断路器检修或故障

Underthoseconditions,discusswhetherthesubstationcancontinuouslysupplypowerandthelinewhethercangetpower. 在以上三种情况下，分析讨论变电站和线路的供电连续性第二十二页，共五十九页，编辑于2023年，星期五单母线接线功能的分析

AnalyseSinglebus,singlebreakerbusschemeBusesfaultormaintenance: Busesfault

shutdown

全站停电 busesmaintenance－shutdown全站停电Linefaultormaintenance:Linefault－Lineshutdown线路停电Linemaintenance－Lineshutdown线路停电Circuitbreakerfaultormaintenance: Circuitbreakerfault－shutdown全站停电 Circuitbreakermaintenance－shutdown全站停电第二十三页，共五十九页，编辑于2023年，星期五单母线单断路器接线

Singlebus,singlebreakerbusschemeAdvantages(优点)

Thisarrangementisrelativelyinexpensive本主接线形式相对经济andissimpletoconstructandoperate.构建与运行比较简单Disadvantages(缺点)

thatlimitthisdesigntoremotestationswhereservicecontinuitycanberestrictedwithoutaffectinglargenumbersofcustomers.限制了对较远电站供电的连续性及大量用户受到限制第二十四页，共五十九页，编辑于2023年，星期五单母线单断路器接线

Singlebus,singlebreakerbusschemeHowtoanalysisDisadvantages(对缺点的分析与解决方法)Single-busSectionalizingwithBy-passcircuitbreaker单母线分段接线Mainandtransferbusscheme

单母线带旁路接线Single-busSectionalizingwithbypass

单母线分断带旁路接线第二十五页，共五十九页，编辑于2023年，星期五单母线分断接线(经旁路断路器)

Single-busSectionalizingwithBy-passcircuitbreaker

5breaker4lines1.25（breaker/line）

Singlebus,singlebreakerbusscheme第二十六页，共五十九页，编辑于2023年，星期五单母线带旁路接线

MainandtransferbusschemeTwoindependentbuses（两个独立的母线）Undernormalconditions,allcircuitsaretiedtothemainbus（正常运行条件下，所有线路都在主母线上运行）Thetransferbusisusedtoprovideservicethroughthetransferbustiebreakerwhenitbecomesnecessarytoremoveabreakerfromservice.旁路母线在线路断路器退出运行时切换投入运行。MainbusTransferbus4breaker3lines1.3breaker/lineBypasscircuitbreaker第二十七页，共五十九页，编辑于2023年，星期五单母线带旁路母线的特点

MainandtransferbusschemeAdvantagesinclude:(a)Continuityofserviceandprotectionduringbreakermaintenance.当出线断路器检修时，保证了供电的连续性和线路的保护(b)Easeofexpansion.（可扩建性）(c)Smalllandarearequirements.（占地较少）(d)Lowcost.（经济）Disadvantagesinclude:Breakerfailureorbusfaultcausesthelossoftheentirestation.断路器或母线故障会导致整个变电站停电。(b)Bustiebreakermusthaveprotectionschemestobeabletosubstituteforalllinebreakers.为了保证检修出线断路器该回线中不停电，联络断路器必须配置保护装置。(c)Anadditionaltiebreakerisrequired.增加了一个联络断路器。第二十八页，共五十九页，编辑于2023年，星期五单母线分断带旁路接线

Single-busSectionalizingwithbypass

6breaker4lines1.5（breaker/line）

Singlebus,singlebreakerbusschemebypassMainbus第二十九页，共五十九页，编辑于2023年，星期五双母线接线（单断路器形式）

Doublebus,singlebreakerbusscheme5breaker4lines1.25breaker/lineBus1Bus2Line1Line2Line3Line4Tiebreaker第三十页，共五十九页，编辑于2023年，星期五双母线接线（单断路器形式）

Doublebus,singlebreakerbusschemeTheadvantagesofthisarrangementare:1.Veryflexiblearrangement.（运行方式灵活）2.Breakerorlineprotectiverelayscanbetakenoutofserviceatanytimeformaintenancewithonlyaslightmodificationoftheprotectiverelayingscheme.在维护期间，继电保护只需做轻微的变动，就可以退出断路器或线路的保护3.Eithermainbusmaybeisolatedformaintenance.检修时，可以退出任何一条主母线进行检修操作。Thedisadvantagesofthisarrangementare:1.Requiresanextrabreakerforthebustie.要求增加一台母联断路器2.Fivedisconnectorsarerequiredforeachterminal.对于每一条线路，需要五个隔离开关。第三十一页，共五十九页，编辑于2023年，星期五双母线接线（单断路器形式）

Doublebus,singlebreakerbusscheme(Continued)3.Theswitchingiscomplicatedforisolatingabreakerformaintenance. 当进行断路器检修操作时，倒闸操作比较复杂。4.Theprotectiverelayingforthebustiebreakeriscomplicatedsinceitmustbecapableofsubstitutingforanybreaker. 由于必须满足任何一台断路器的退出运行，母联断路器的保护继电器整定比较复杂。5.Requiresaseparateandcomplicatedbusprotectivescheme. 要求单独和复杂的母线保护方案6.Greaterexposuretobusfaultsthanpreviousdesigns. 比单线母线接线更易发生母线故障。7.Linebreakerfailuretakeshalfofthesubstationoutofservice. 一旦发生线路保护断路器故障，将会引起电站一半停电。8.Thefailureofthebustiebreakertakestheentirestationoutofserviceuntilthefaultisisolated. 母联故障，将会起整个电站停电，直到故障被排除。第三十二页，共五十九页，编辑于2023年，星期五双母线接线（双断路器形式）

Doublebus,doublebreakerbusscheme8breaker4lines2.0breaker/lineBus1Bus1Line2Line3Line4Line1第三十三页，共五十九页，编辑于2023年，星期五双母线接线（双断路器形式）

Doublebus,doublebreakerbusschemeThedoublebus-doublebreakerarrangement,consistsoftwomainbuses,bothnormallyenergized.Betweenthemainbusesaretwobreakersandonecircuit.任一条线路都通过两个断路器和两个主母线分别相联，两个母线同时带电。Thisarrangementallowsforanybreakertoberemovedfromservicewithoutinterruptiontoservicetoitscircuit.断路器检修时，任何一条线路不会停止供电。Afaultoneithermainbuswillcausenocircuitoutage.任何一条母线故障时，不会造成线路的断电。Abreakerfailurewillresultinthelossofonlyonecircuit.任何一个断路器故障，只会导致本条线路的断电。第三十四页，共五十九页，编辑于2023年，星期五双母线接线（双断路器形式）

Doublebus,doublebreakerbusschemeTheadvantagesofthedoublebus-doublebreakerschemeinclude:Veryhighreliabilityandoperationalflexibility. 运行可行性和灵活性高(b)Anybreakeroreitherbuscanbeisolatedwithoutserviceinterruption.

可以不停电检修任何一个断路器或母线。(c)Abusfaultdoesnotinterruptservice.

母线故障不会造成停电。(d)Thereisadoublefeedtoeachcircuit.

每一条线路可分别从不同的母线上获得。(e)Allswitchingisdonewithcircuitbreakers.

通过断路器进行倒闸操作。 (f)Onlyonecircuitislostifabreakerfails.

断路器故障时，只会影响一条线路的供电。Thedisadvantagesinclude

Thehighcostoftwobreakerspercircuit. 每条线路要求有两个断路器，成本较高。第三十五页，共五十九页，编辑于2023年，星期五一个半断路器接线形式

Breakerandahalfbusscheme9breakers,6lines1.5breaker/line.Bus1Bus2Line1Line2Line4Line3Line5Line6第三十六页，共五十九页，编辑于2023年，星期五一个半断路器接线形式

BreakerandahalfbusschemeCharacteristics：(特点)Thebreaker-and-a-halfarrangementprovidesfortwomainbuses,bothnormallyenergized. 一个半断路器接线形式有两个母线，并且同时带电；Betweenthebusesarethreecircuitbreakersandtwocircuits. 两条线路分别通过三个断路器与两条母线相联；Thisarrangementallowsforbreakermaintenancewithoutinterruptionofservice. 可以不停止电检修任一断路器；Afaultoneitherbuswillcausenocircuitinterruption. 母线故障不会造成供电中断；Abreakerfailureresultsinthelossoftwocircuitsifacommonbreaker. 联络断路器故障会造成本回路两条线路短时停电；第三十七页，共五十九页，编辑于2023年，星期五一个半断路器接线形式

BreakerandahalfbusschemeTheadvantagesofthebreaker-and-a-halfschemeinclude:(a)Highreliabilityandoperationalflexibility. 可靠性和运行的灵活性很高；(b)Capabilityofisolatinganycircuitbreakeroreithermainbusformaintenancewithoutserviceinterruption. 母线或任一断路器检修时，全厂（站）不会建成停电；(c)Abusfaultdoesnotinterruptservice. 母线故障不会引起停电；(d)Doublefeedtoeachcircuit. 每一个回路有两条馈线；(e)Allswitchingcanbedonewithcircuitbreakers. 通过断路器来进行倒闸操作；Thedisadvantagesinclude:(a)Addedcostofonehalfbreakerforeachcircuit. 每一个回路增加了半个断路器成本；(b)Protectionandcontrolschemesaremorecomplex. 保护和控制设备更加复杂；第三十八页，共五十九页，编辑于2023年，星期五环形接线

Ringbusscheme6breakers6lines1.0breaker/line第三十九页，共五十九页，编辑于2023年，星期五环形接线

RingbusschemeConsistsofaloopofbusworkwitheachbussectionseparatedbyabreaker.电路的每一个回路由一个断路器和母线构成；Onlylimitedbussectionsandcircuitscanberemovedfromserviceintheeventofalineorbusfault.当母线或线路故障时，只会造成部分的电路停电；Alinefaultresultsinthelossofthebreakersoneachsideoftheline线路故障，只能相应地触发断路器动作跳闸；whileabreakerfailurewillresultintheremovaloftwobussectionsfromservice.当断路器故障时，会造成电路中的两部分电路停电；Theringbusarrangementallowsforcircuitbreakermaintenancewithoutinterruptionofservicetoanycircuit.断路器检修时，不会建成供电中断。第四十页，共五十九页，编辑于2023年，星期五环形接线

RingbusschemeTheadvantagesoftheringbusschemeinclude:Lowcost(onebreakerperlinesection). 相对来说，比较经济；(b)Highreliabilityandoperationalflexibility. 可靠性与运行的灵活性较高；(c)Continuityofserviceduringbreakerandbusmaintenance. 断路器与母线检修时，不会造成停电；(d)Doublefeedtoeachcircuit. 每一条回路分别有两条电路供给；(e)Expandabletobreaker-and-a-halfscheme. 可扩建成一个半断路器接线Disadvantagesinclude:Eachcircuitmusthaveitsownpotentialsource. 每一个线路必须得到独立的电源；(b)Usuallylimitedtofourcircuits. 一般不超过四回线路；第四十一页，共五十九页，编辑于2023年，星期五无母线接线形式

NonbusschemeconnectionNonbusscheme无母线接线形式blockconnection单元接线Others其它形式Bridgescheme桥形接线Polygonalconnection角形接线第四十二页，共五十九页，编辑于2023年，星期五单元接线

Blockconnection

Definition定义:

发电机与变压器直接连接成一个单元，组成发电机━变压器组。Types类型: （１）发电机━双绕组变压器单元接线（２）发电机━自耦（三绕组）变压器单元接线；第四十三页，共五十九页，编辑于2023年，星期五单元接线

Blockconnection第四十四页，共五十九页，编辑于2023年，星期五扩大单元接线

EnlargedblockconnectionDefinition：（定义）

扩大单元接线：两台发电机与一台变压器相连接。

第四十五页，共五十九页，编辑于2023年，星期五扩大单元接线

Enlargedblockconnection第四十六页，共五十九页，编辑于2023年，星期五桥形接线

BridgeschemeDefinition：（定义）

当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥形接线，所用断路器数目为最少。Types:(类型)

有内桥和外桥之分。Characteristics：（特点）

是长期开环运行的四角形接线。

第四十七页，共五十九页，编辑于2023年，星期五桥形接线

Bridgescheme第四十八页，共五十九页，编