110kV变电站一次电气初步设计

毕业设计（论文）

题目：

学生姓名

完成日期2012年11月 20日

本人申明

本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立研究所取得的研究成果。除了论文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：年月日

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作者签名：年月日

导师签名：年月日

三峡电力职业学院

毕业设计（论文）课题任务书

（ 2012 ---- 2013 学年）

开题报告

学生姓名

完成日期

|一、课题来源：

渭塘镇是相城区工业较集中﹑用电量较大地区之一，2001年负荷已达17MW。目前，渭北主变容量为1×31.5MVA（双圈变），10kV又无法环供，遇线路或主变检修对渭塘镇工农业生产和人民正常生活带来较大影响；由于在建的110kV相城变的110kV线路同在一个双回路通道中，故引入第二回110kV电源进线工程投资较少，增加110kV线路仅1 km，但供电可靠性大大提高。

二、选题目的

我选择设计本课题，是对自己已学知识的整理和进一步的理解、认识，学习和掌握变电所电气部分设计的基本方法，培养独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。电力工业的迅速发展，对变电所的设计提出了更高的要求，更需要我们提高知识理解应用水平，综合应用所学理论知识，开拓思路，锻炼独立分析问题及解决问题的能力。

变电所是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运

行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。我国电力工业的技术水平和管理水平正在逐步提高，现在已有许多变电站实现了集中控制和采用计算机监控．电力系统也实现了分级集中调度，所有电力企业都在努力增产节约，降低成本，确保安全远行。随着我国国民经济的发展，电力工业将逐步跨入世界先进水平的行列。变电所是生产工艺系统严密、土建结构复杂、施工难度较大的工业建筑。电力工业的发展,单机容量的增大、总容量在百万千瓦以上变电所的建立促使变电所建筑结构和设计不断地改进和发展。变电所结构的改进、新型建材的采用、施工装备的更新、施工方法的改进、代管理的运用、队伍素质的提高、使火电厂土建施工技术及施工组织水平也相应地随之不断提高。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。随着变电所综合自动化技术的不断发展与进步，变电站综合自动化系统取代或更新传统的变电所二次系统，继而实现“无人值班”变电所已成为电力系统新的发展方向和趋势。、

三、背景和意义

110KV区域降压变电所是电网建设和电网络改造中非常重要技术环节，所以做好110KV变电所的设计是我国电网建设的重要环节。在目前的电网建设中，尤其是在110KV变电所的建设中，土地、资金等资源浪费现象严重，存在重复建设、改造困难、工频电磁辐射、无线电干扰和噪声等环保问题、电能质量差等问题已成为影响高压输变电工程建设成本和运行质量的重要因素。这已经违背了我国的可持续发展战略。所以110KV变电所需要采用节约资源的设计方案,要克服通信干扰和噪声、既要保证电能质量和用电安全等问题，同时还要满足以后电网改造简单、资源再利用率高的要求。

110KV变电所的设计或改造需要既能保证安全可靠性和灵活性，又能保证保护环境、节约资源、易于实现自动化设计方案。在这种要求下，110KV变电所电气主接线简单清晰、接地和保护安全高效、建筑结构布置紧凑、电磁辐射污染最小已是大势所趋。因而，110KV变电站应从电力系统整体出发,力求电气主接线简化,配置与电网结构相应的保护系统，采用紧凑布置、节约资源、安全环保的设计方案。基于此，我以节约资源、保护环境、设计高安全、高质量的110KV变电所为目的，从电源设置、主接线形

式确定、设备选择和配电装置布置等方面提出了新的设计思路。

四、本次研究课题的主攻方向：

以节约资源、保护环境、设计高安全、高质量的110KV变电所为目的，从电源设置、主接线形式确定、设备选择和配电装置布置等方面提出了新的设计思路。

五、研究内容、途径及技术路线

1．拟订出110kV变电站的主接线形式，画出主接线图。

2．确定接线的方式并解释选择该接线方式的理由。

3．论述110kV变电站一次电气装置的工作过程。

4. 计算110kV变电站的短路电流。

5. 选择110kV变电站的变压器，高/低压侧断路器、隔离开关、母线、电流互感器、电压互感器，并校验

六、工作的主要阶段

1．查阅相关资料，在老师指导下整理资料信息。

2．撰写开题报告，并交老师初审指导。

3．撰写毕业设计初稿，绘图，完成电子文档。

七、论文进度和完成时间

六、阅读的主要文献，资料名称

1.3~110kV高压配电装置设计规范（GB50060-92）

2.35~110kV变电所设计规范（GB50059-92）

3.变电所总布置设计技术规程（DL/T5060-1996）

4.中小型变电所实用设计手册丁毓山主编

5.低压配电设计规范（GB50054-95）

6.工业与民用电力装置的接地设计规范（GBJ65-83）

7.电力工程电缆设计规范（GB50217-94）

8.并联电容器装置的电压、容量系列选择标准（CECSS33：91）

目录

摘要........................................................................................................................ 错误！未定义书签。关键词 .. (11)

1 绪论 .................................................................................................................... 错误！未定义书签。

1.1概述 ............................................................................................................... 错误！未定义书签。

1.2原始资料及分析 ......................................................................................... 错误！未定义书签。

1.3本论文的设计任务及主要工作............................................................. 错误！未定义书签。

2 电气主接线设计......................................................................................... 错误！未定义书签。

2.1电气主接线基本要求................................................................................ 错误！未定义书签。

2.1.1 可靠性.............................. 错误！未定义书签。

2.1.2 灵活性.............................. 错误！未定义书签。

2.1.3 经济性.............................. 错误！未定义书签。

2.2各种接线形式及特点................................................................................ 错误！未定义书签。

2.2.1 变压器一线路组接线..................... 错误！未定义书签。

2.2.2 桥接线............................. 错误！未定义书签。

2.2.3 单母线接线........................... 错误！未定义书签。

2.2.4 单母线分段接线........................ 错误！未定义书签。

2.2.5 双母线接线........................... 错误！未定义书签。

2.2.6 带旁路母线的母线制接线................. 错误！未定义书签。

2.3变电站主接线的选择................................................................................ 错误！未定义书签。

2.4站用电接线的选择 .................................................................................... 错误！未定义书签。

2.5变电站主要变压器的选择 ...................................................................... 错误！未定义书签。

3 短路电流的计算......................................................................................... 错误！未定义书签。

3.1短路电流的概述..................................... 错误！未定义书签。

3.2短路电流计算的一般规定 ...................................................................... 错误！未定义书签。

3.3计算短路电流的目的................................................................................ 错误！未定义书签。

3.4短路电流计算.............................................................................................. 错误！未定义书签。

4.主要电器设备选择 (29)

4.1高压断路器的选择 ..................................................................................... 错误！未定义书签。

4.1.1 高压断路器的种类............................... 错误！未定义书签。

4.1.2 本变电站高压断路器选择.................. 错误！未定义书签。

4.2隔离开关的选择 ......................................................................................... 错误！未定义书签。

4.2.1 本变电站隔离开关选择 ................... 错误！未定义书签。隔离开关的作用........................................................................................................ 错误！未定义书签。

4.3避雷器的选择.............................................................................................. 错误！未定义书签。

4.3.1 本变电站避雷器的选择 ................... 错误！未定义书签。

4.4母线的选择................................................................................................... 错误！未定义书签。结论.......................................................................................................................... 错误！未定义书签。致谢................................................................................................................................. 错误！未定义书签。附录.......................................................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献.................................................................................................................. 错误！未定义书签。

110kV变电站一次电气初步设计

学生：***

指导老师：***

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摘要:

电能是现代社会中最重要，最方便的能源，电能具有很多优点，可以方便的转化为别种形式的能，以及它的输送和分配易于实现，并且它的应用规模也很灵活，因此，电能被日益广泛的应用于农业，交通运输业以及人民的日常生活中。现如今，越来越多的人意识到，电力事业的日益发展紧系着国计民生。它的发展水平和电气化的程度，是衡量一个国家的国民经济发展水平及其社会现代化水平高低的一个重要标志。其中，变电所的发展则是至关重要的。

本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷发展情况，分析负荷发展趋势与

当地地理环境和工业发展条件。从负荷增长和地区建设方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，从安全性、经济性、可靠性及灵活性等方面考虑，先简单介绍了各种接线方式，然后从经济性、灵活性、可靠性各方面进行比较，确定了110KV电气主接线形式，然后又通过负荷计算及供电范围通过容载比的方法，确定了主变压台数、容量及型号，最后通过对短路电流、各种短路方式、短路危害的介绍及短路电流和最大持续电流的计算，对各种高压电器的选择进行说明，并对高压断路器、隔离开关、母线、电流互感器、电压互感器、避雷器等进行了选型，从而完成了110KV变电站电气一次部分的设计。

关键词：变压器；变电站；短路计算；电气主接线；设备选择

1 绪论

1.1 概述

我国电力建设经过多年的发展，系统容量越来越大，短路电流不断增大，对电气设备、系统内大量信息的实时性等要求越来越高；而随着科学技术的高速发展，制造、材料行业，尤其是计算机及网络技术的迅速发展，电力系统的变电技术也有了新的飞跃，我国变电站设计出现了一些新的趋势。

随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电网可靠性的增加，变电站接线简化趋于可能。例如，断路器是变电站的主要电气设备，其制造技术近年来有了较大发展，可靠性大为提高，检修时间也较少。特别是国外一些知名厂家生产的超高压断路器均可达到20年不大修，更换部件费时很短。

为了进一步控制工程造价，提高经济效益，经过专家反复论证，我国少数变电站实际已逐渐采用一些新的更为简单的接线方案。

我国500kV、330kV电压等级的接线较多采用3/2断路器接线，但现在有些设计院提出，根据工程情况，可采用变压器-母线组接线，可靠性与3/2断路器接线基本相同，却可以降低投资。目前在四川二滩水电站的500kV接线中有一串采用3/2断路器接线方式，

其它串为变压器-母线组接线。在国外某些地区，500kV电压等级广泛采用双重连接方式接线，即3/2断路器接线，但第1、2组主变经过隔离开关分别接至两组母线，如有第3、4组主变则接入串内，出线回路多时，采用3/2断路器串，这样可以节约大量投资.

另外，国内一些变电站3/2断路器接线中，设计不考虑装设线路侧隔离开关。近期国内新建的许多变电站220kV及110kV电压等级的接线采用双母线而不带旁路母线。在采用GIS的情况下，优先采用单母线分段接线。终端变电站中，尽量采用线路变压器组接线等。

近年来电气一次设备制造有了较大发展，大量高性能、新型设备不断出现，设备趋于无油化，采用SF6气体绝缘的设备价格不断下降，伴随着国产GIS向高压、大容量、三相共箱体方面发展，性能不断完善，应用面不断扩大，许多城网建设工程、用户工程都考虑采用GIS配电装置。变电站设计的电气设备档次不断提高，配电装置也从传统的形式走向无油化、真空开关、SF6开关和机、电组合一体化的小型设备发展。

这些户外高压和超高压组合电器共同特点是以SF6断路器为核心，与其它高压电气设备进行组合，形式繁多，从较简单的145kV户外断路器与电流互感器及隔离开关组合在一起的小车式组合电器，到550kV户外设备本体（包括断路器、隔离开关与接地开关、光电式电流、电压互感器等设备的组合），通过插接式复合光缆，与就地不止的控制保护智能柜连接在一起的完整超高压开关系统。这些设备运行可靠性高、节省占地面积和空间、施工安装简单、运行维护方便，价格介于常规电气设备与GIS之间，是电气设备今后发展的一个方向，负荷我国目前的国情和技术发展方向。

随着经济和城市建设的发展，市区的用电负荷增长迅速，而城市土地十分宝贵，低价越来越昂贵。新建的城市变电站必须符合城市的形象及环保等要求，追求综合经济、社会效益。所以建设形式多采用地面全户内型或地下等布置形式，占地面积有效减少。有数据统计表明全户内型变电站一般用地仅为同类型、同规模户外常规站的25%左右。我国一些大城市已明确提出对主城区的终端220kV站、110kV站、35kV站必须采用全户内型，对于边缘城区有条件的也要采用全户内型。

分布式变电站自动化系统的采用，电缆大量减少，主控楼在活动地板下敷设电缆，取消电缆夹层，主控楼建筑面积减少。另外，针对一些110kV及以下变电站实现无人值班，设计中取消了与运行人员有关的建筑和设施，建筑面积更是大为减少。

1.2 原始资料及分析

1、110kV渭北变所设计最终规模为两台110/10kV主变，线路变压器组接线，变压器容量为40MV A。110kV渭北变设备布置为110kV配电装置户内布置，位于开关室二楼，10kV配电装置砖墙间隔位于开关室底层，主变压器室外安装也预留有场地。

2、可行研究报告中变压器调压预测结果需用有载调压方式方可满足配电电压要求，有载调压开关选用德国MR公司M型开关，#2主变型号SZ9-40000/110，

110＋5

－3×2%/10.5kV，YNd11，Uk%=10.5。

3、110kV配电装置隔离开关GW5-110ⅡDW/630；断路器3AP1-FG-145kV，

3、150A﹑40kA；复合绝缘干式穿墙套管带CT 2×300/5；中心点隔离开关

GW13-63/630，避雷器HY5W-108/268及中心点HY1.5WZ-72/186。

4、出八回线路、10kVⅡ段母线设备﹑变二侧开关分段以及电容补偿。10kV断路器选用ZN28E-12一体化弹簧储能操作，支架落地安装；主变10kV侧及分段隔离开关用GN22-10G手动操作；10kV线路及电容器隔离开关用GN19-10Q手动操作；出线CT两相式，二组次级绕组，用作测量和保护；电容器回路三相式；变二侧CT三组次级用作测量﹑纵差﹑过流及无流闭锁

1.3 本论文的设计任务及主要工作

主接线设计：分析原始资料，根据任务书的要求拟出各级电压母线的接线方式、选择变压器型式及连接方式，通过技术经济比较选择主接线最优方案。

短路电流计算：根据所确定的主接线方案，选择适当的计算短路点计算短路

电流并列表表示出短路电流的计算结果。

主要电气设备选择

1）选择 110kV 主变侧、10kV 主变侧的断路器及隔离刀闸。

2）选择 110kV主变低压侧母线。

3）选择 10kV 主母线的支持绝缘子及穿墙套管。

4）选择限流电抗器〔如有必要装设〕及 10kV 最大一回负荷的出线电缆。

5）选择 10kV 主母线电压互感器。

6）。选择 10kV 出线电流互感器。

电气设备配置

1）各电压等级电压互感器配置

2）各回路电流互感器配置

3）各电压等级避雷器配置

所用电设计

1）根据要求计算所用电负荷

2）选择所用变压器型式、台数、及容量

3）设计所用电接线

2 电气主接线设计

2.1 电气主接线基本要求

现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线必须满足以下基本要求。

根据变电所的性质和所在系统中的地位和作用不同，对变电所的主接线可靠性宜提出不同的要求。

主接线的可靠性是接线方式一次、二次设备可靠性的综合。对主接线可靠性可以作定量的计算，但需要各种设备的可靠性指标、各级线路、母线故障率等原始依据。一般情况下，在主接线设计时缺乏准确的可靠性计算所需的原始资料，而且计算方法各异，也不成熟，故通常不作定量计算，及时进行了可靠性计算，其结果也只做参考。通常采用定性分析来比较各种接线的可靠性，一般比较以下几项：

2.1.1 可靠性

（1）断路器停电检修时，对供电的影响程度。

（2）进线或出线回路故障，断路器拒动时，停电范围和停电时间。

（3）母线故障或母线检修时，停电范围和停电时间。

（4）母线联络断线器或母线分段断路器故障的停电范围和停电时间；

（5）全停的机率。

2.1.2 灵活性

主接线的灵活性主要体现在正常运行或故障情况下都能迅速改变接线方式，具体情况如下：

（1）满足调度正常操作灵活的要求，调度员根据系统正常运行的需要，能方便、灵活地切除或投入线路、变压器或无功补偿装置，是电力系统处于最经济、最安全的运行状态。

（2）满足输电线路、变压器、开关设备停电检修或设备更换方便灵活的要求。设备停电检修引起的操作，包括本站内的设备检修和系统相关的厂、站设备检修引起的站内的操作是否方便灵活。

（3）满足接线过度灵活。一般变电所都是分期建设的，从初期接线到最终接线的形成，中间要经过多次扩建。主接线设计要考虑接线过渡过程中停电范围最少，停电时间最短，一次、二次设备接线的改动最少，设备的搬迁最少或不进行搬迁。

（4）满足处理事故的灵活性。变电所内部或系统发生故障后，能迅速地隔离故障部分，尽快恢复供电操作的方便和灵活性，保障电网的安全稳定。

2.1.3 经济性

经济性是满足接线可靠性、灵活性要求前提下，尽可能地减少与接线方式有关的投资。主要内容如下：

（1）采用简单的接线方式，少用设备，节省设备上的投资。在投产初期回路数较少时，更有条件采用设备用量较少的的简化接线。能缓装的设备，不提前采购装设。

（2）在设备形式和额定参数的选择上，要结合工程情况恰到好处，避免以大代小，以高代低。

（3）在选择接线时，要考虑到设备布置的占地面积大小，要力求减少占地，节省配电装置征地的费用。

变电所电气主接线的可靠性、灵活性和经济性是一个综合概念，不能单独强调其中的某一种特性，也不能忽略其中一种特性。但根据变电所在系统中的地位和作用不同，对变电所电气主接线的性能要求也有不同的侧重。

2.2 各种接线形式及特点

2.2.1 变压器一线路组接线

如图2.2是一台变压器与一条线路构成一个接线单

元。

优点：变压器—线路组接线是最简单的接线方式，

设备最少、高压配电装置简单、占地面积小、本回路故

障对其它回路没有影响。

缺点：可靠性不高；线路故障或检修时，变压器停

运；变压器故障或检修时，线路停运。

图2-2 线路变压器电器主接线形式2.2.2 桥接线

图2-3双断路器桥型接线原理

当有两个变压器—线路接线的回路时，在其中加一连桥，则成为桥型接线。

优点：内桥的优点是连接桥断路器接在线路断路器的内侧，线路的投入和切除比较方便，当线路发生故障时，仅线路断路器都断开，不影响其它回路的运行。外桥的优点外桥接线只能用于线路短、检修和故障少的线路中。在变电所中有穿越功率经过时也采用外侨。

缺点：内桥的缺点当变压器发生故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了一回未发生故障线路的运行。外桥的缺点当线路发生故障时需动作与之相连的两台断路器，从而影响一台为发生故障的变压器的运行。

2.2.3 单母线接线

图2-4双电源供电单母线接线方式

单母线接线是一条汇流母线，电源线和负荷线均通过一台断路器接到母线上。

优点：接线简单、清晰，采用设备少、造价低、操作方便、扩建容易。

缺点：可靠性不高，担任一连接组件故障，断路器拒动或母线故障，将造成整个配电装置全停，母线或母线隔离开关检修，整个配电装置亦将全停。

2.2.4 单母线分段接线

图2-5单母线分段接线方式

单母线分段用断路器将母线分段，分段后母线和母线隔离开关可分段轮流检修。

优点：这种接线形式简单、清晰，采用设备少，操作方便、扩建容易，可靠性高。

缺点：当分段断路器故障时，整个配电装置会全停母线和母线隔离开关检修时，该段母线上连接的组件都要在检修期内停电。

2.2.5 双母线接线

图2-6双母线不分段接线方式

这种接线形式每一组件通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组母线上，两组母线通过联络断路器连接。

优点：灵活性可靠性高，运行和调度灵活，扩建方便。

缺点：增加一条母线和母线隔离开关，增加了设备及相应的构支架，加大了配电装置的占地和工程投资；母线和母线隔离开关检修时，倒闸操作复杂，容易发生误操作；隔离开关操作闭锁接线复杂；母线联络断路器故障，整个配电装置将全停。

2.2.6 带旁路母线的母线制接线

图2-7带旁路母线的单母线接线

带旁路的母线的接线可分为单母线带旁路、单母线分段带旁路、双母线带旁路、双母线分段带旁路。

优点：解决了断路器和保护装置检修不停电的问题

缺点：增加了配电装置的设备，增加了占地，也增加了工程投资旁路断路器代替各回路断路器的倒闸操作复杂，容易产生误操作，酿成事故。

2.3 变电站主接线的选择

主接线方案的比较与确定

电气主接线是电力系统设计的主要组成部分，它不仅标明了各主要设备的规格、数量，而且反映了各设备的作用、连接方式和回路间相互关系，是变电所电气部分的主体，直接影响着配电装置的布置和继电保护配置选择，对电力系统的运行可靠性、灵活性和经济性起决定作用。

我国《变电所设计技术规程》SDJ2-79规定：“变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠、简单灵活、操作方面和节约投资等要求。”

变电所电气主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。

1、供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先必须满足这个要求，具体如

下：

（1）、断路器检修时，不宜影响供电。

（2）、断路器、母线故障及母线检修时，尽量减少停运出线的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。

（3）、尽量避免出现变电所全部停运的情况。

2、主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性，具体要求为：

（1）、调度灵活，操作简便。应能灵活地投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。

（2）、检修时应能方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的运行及对用户的供电。

（3）、扩建时，应能容易地从初期过度到最终接线，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装线路而不互相干扰，并且对一次、二次部分的扩建工作量最少。

3、主接线在满足可靠性和灵活性的要求前提下应做到经济合理，具体要求为：

（1）、投资节省。主接线应力求简单，合理减少断路器等一次设备的数量。主接线应使继电保护不过于复杂，并能限制短路电流，以减低设备造价。

（2）、节约占地。土地是国家宝贵的资源，主接线设计要为配电装置布置创

造条件，尽量使占地面积减少。特别是尽量不要占用良田。

（3）、降低电能损失。应通过合理选择变压器种类、容量、数量来避免出现多环节降压而增加电能损失。

待设计的110KV变电所共有110KV进线2回，出线2回； 10KV出线8回。电气主接线的基本形式有单母线接线、单母线分段接线、双母线接线、双母线分段接线、增设旁路接线、桥式接线等。

现就本变电所2个电压等级的主接线方案进行比较选择.

(1)、110KV系统：本变电所110KV系统进线2路，出线2路，内桥和外侨接线都不适用，单母线接线方式对于2路电源进线没有意义，应采用多段母线方式，双母线及双母线分段接线设备投资和土建投资均有较大增加，且运行操作中出现较多倒闸操作，比较复杂，容易发生误操作事故。双母线（分段）接线能保证任一段母线检修时维持对所有用户的供电，这对于本变电所来说并无必要。所以单母线带旁路母线是比较好的选择。

综上所述，单母线带旁路母线能满足110KV系统运行可靠、灵活的要求，且比较经济，本变电所110KV进线出线均已确认继而避开了单母线带旁路母线的缺点。故选择单母线带旁路母线作为本变电所110KV系统的主接线方式。

（2）、10KV系统。本变电所10KV系统进线2路，出线8路，有重要用户需双电源供电。由于存在重要用户，因此可靠性较差的单母线接线不能使用。