好的，我们来全面、详细地介绍一下电力系统中的 “一次系统”。

这是一个非常核心的概念，对于理解整个电力网络的运行至关重要。

一、核心定义：什么是一次系统？

一次系统，也称为一次回路或主接线，是指直接承担发电、输电、变电、配电和用电功能的所有电气设备的连接系统。它的核心特点是高电压、大电流，是电能传输的“主干道”。

一个简单的比喻：

• 一次系统就像人体的动脉和静脉，负责直接输送血液（电能）。
• 二次系统（我们接下来会讲到）则像是神经系统和大脑，负责监控、保护和控制血液循环（电力系统）的正常运行。

二、一次系统与二次系统的根本区别

为了更深刻地理解一次系统，最好的方法就是将其与二次系统进行对比。

三、一次系统的主要设备（构成要素）

一次系统由以下关键设备组成，它们共同完成了电能的传输任务：

1. 生产和转换设备：

   • 发电机：将机械能（水能、热能、核能等）转换为电能，是一次系统的源头。
   • 变压器：电能传输的核心，用于升高或降低电压。
     • 升压变压器：在发电厂将发电机发出的电压（如10.5kV）升高到超高压（如500kV）以便远距离传输，减少损耗。
     • 降压变压器：在负荷中心将高压逐级降低（如110kV → 10kV → 0.4kV）以供用户使用。

2. 开关设备：用于接通和断开电路。

   • 断路器：最重要的开关设备。不仅能正常分合电路，还能在故障时自动切断巨大的短路电流。您之前详细了解过的就是它。
   • 隔离开关：俗称“刀闸”。其主要功能是创造明显的断开点，保证检修安全。它没有灭弧能力，绝对不能带负荷操作（必须先断开断路器）。
   • 负荷开关：介于断路器和隔离开关之间，可以带额定电流操作，但不能切断短路电流。

3. 载流导体：

   • 母线：电能汇集和分配的枢纽。在变电站和配电室中，可以看到粗大的铜排或铝排，它将来自一路电源的电能分配给多路出线。
   • 电力电缆和架空线路：输送电能的“血管”，连接发电厂、变电站和用户。

4. 限流和补偿设备：

   • 电抗器：限制短路电流，维持系统电压稳定。
   • 电容器：提供无功补偿，提高功率因数，减少线路损耗，改善电压质量。

5. 互感器：一次系统和二次系统之间的“桥梁”。

   • 电流互感器：将一次侧的大电流按比例变换为二次侧的小电流（如5A或1A），供给测量仪表和保护装置。
   • 电压互感器：将一次侧的高电压按比例变换为二次侧的低电压（如100V），供给测量仪表和保护装置。
   • 注意：它们的一次绕组属于一次系统，而二次绕组和后续设备属于二次系统。

6. 防雷保护设备：

   • 避雷器/浪涌保护器：将雷击或操作过电压引入大地，保护一次设备绝缘不受损害。

四、一次系统的常见主接线形式

一次系统的拓扑结构（即主要电气设备的连接方式）称为电气主接线。它决定了系统的可靠性、灵活性和经济性。常见形式有：

1. 单母线接线：

   • 特点：所有进出线都连接在同一套母线上。
   • 优点：结构简单清晰，投资省。
   • 缺点：可靠性差。母线故障或检修时，整个系统将全部停电。
   • 应用：适用于中小型变电站或对可靠性要求不高的用户站。

2. 单母线分段接线：

   • 特点：用断路器将单母线分为两段。
   • 优点：提高了可靠性。一段母线故障或检修时，另一段母线可继续供电。
   • 缺点：分段断路器故障会使全站停电。
   • 应用：广泛应用于10kV~220kV系统中。

3. 双母线接线：

   • 特点：设有两套母线，并通过母线联络断路器连接。任何进出线都可以通过隔离开关切换到任意一套母线上。
   • 优点：可靠性极高，运行方式灵活。可以轮流检修任一母线而不中断供电。
   • 缺点：操作复杂，投资大，占地面积大。
   • 应用：用于重要的大型发电厂和变电站（如220kV及以上）。

4. 桥形接线：

   • 特点：是连接“两线三变”的简化接线，分内桥和外桥。
   • 优点：接线简单，使用断路器少，经济性好。
   • 缺点：灵活性和可靠性相对较差。
   • 应用：常用于终端变电站或过渡接线。

5. 3/2断路器接线：

   • 特点：两条母线之间串联三个断路器，每条出线从两个断路器之间引出，因此每条线路由两个断路器供电。
   • 优点：可靠性极高。任何一台断路器检修或任一母线故障，都不会导致任何一回线路停电。运行调度灵活。
   • 缺点：投资巨大，保护配置复杂。
   • 应用：超高压/特高压（500kV及以上）系统的标配主接线方式。

五、一次系统的电能流程

一次系统完成了从生产到消费的完整能量流：

发电厂（发电机） → 升压站（升压变压器） → 超高压输电线路 → 枢纽变电站（降压变压器） → 高压输电线路 → 区域变电站（再降压） → 配电网（10kV线路） → 配电变压器（降至380/220V） → 用户

总结

一次系统是电力系统的骨骼、肌肉和血管，是能量传输的物理载体。它由发电机、变压器、断路器、母线、线路等直接处理高电压、大电流的设备构成，其核心任务是安全、高效、可靠地将电能从发电厂输送到千家万户。理解一次系统的结构、设备和接线方式，是理解整个电力工业的基础。