供配电系统的构成...ppt

第2章 供配电系统的构成 电气构成：由变压器、电力线缆、自备发电设备及各种配电设备等构成。设施构成：由变（配）电所、电力线路、自备发电站等构成。术语解释。设备（Equipment，Device）：由工厂制造的具有某类特定功能的整体，以产品形式提供。装置（Installation）：由若干台设备（在工作现场）装配起来的具有更复杂功能的整体。设施（Facility）：具有特定功能的一系列设备和（或）装置的组合，连同为这些设备（装置）服务的建、构筑物所构成的整体。第1节 供配电系统的电压层次2.1.1 供配电系统的电源与负荷 电源：变配电所，自备电源（包括自备发电机、电池逆变电源等）。负荷：用电设备。供电电压：供电企业与电力用户连接点（PCCPoint of Common Coupling）所处电网标称电压，也即供配电系统的电源电压。0.38110kV。用电电压：用电设备额定电压。220/380V、610kV。2.1.2 供配电系统按电压层次的分类 供电电压可能与用电电压相同，也可能不同，因此电力用户电网自身也有不同的电压层次，主要有以下几种。1、二次降压的供配电系统 对规模大的用户，供电电压可能高达35110kV，用户电网常需要两次降压来满足电能传输与使用的需求，这种系统称为二次降压系统。常见电压层次有：110/10/0.38kV；35/10（6）/0.38kV。1110kV总降压变电所 2配电所（开闭所）310（6）kV变电所 4高压用电设备二次降压供配电系统结构框图 2、一次降压的供配电系统 对中等规模用户，供电电压为中压10kV，只需一次降压即可。也有少数35kV供电电压直降0.38kV的一次降压系统。住宅小区、单体高层建筑、中小型工厂等常用一次降压系统。3、低压直供供配电系统 由电力企业的公用变配电所供电的380/220V电力用户电网。小结 1）供电电压与用电电压的概念。2）供电电压是由系统规模决定的，用电电压是由用电设备决定的。3）根据供电电压与用电电压的差异及用户具体情况确定供配电系统电压层次。4）供电企业与电力用户的交接点叫电网的公共连接点，缩写PCC（Point of Common Coupling）。第2节 电气结构之变配电所电气主结线2.2.1 变配电所电气主结线基本概念 1）反映变配电所受、馈电方式的一次系统电气连接，称为变配电所电气主结线。受电：接受电能。馈电：输出电能。2）主结线主要包括拓扑结构与设备设置两方面内容。拓扑结构：受、馈电通道是如何形成的。设备设置：通道上应怎样配置设备。3）主结线涉及运行控制、维护检修和造价、占地等问题。基本要求是运行可靠、灵活，检修安全，造价恰当，占地少。2.2.2 主结线上常用设备简介 1、母线 功能：受、馈电转换的枢纽。电气上相当于一个节点（node），空间上提供足够的连接位置。一般由矩形截面的铜排或铝排制作，也有管形等其他形状。除硬母线以外，有些 变配电所还会用到软母线图用图形符号 W 图用文字符号 2、断路器 功能：开、合电路功能，可开合负荷电流，开断短路电 流。特征：灭弧能力强，触头状态多不可见，可被自动控制装置操作开、合。不能以操作开断断路器确认断电！是一种开关电器。QF 符号符号真空断路器真空断路器 VS1-12真空断路器真空断路器绝缘套筒内有真绝缘套筒内有真空灭弧室及触头空灭弧室及触头上接线端子上接线端子下接线端子下接线端子手车式框架手车式框架二次接线插头二次接线插头就地操作箱就地操作箱续上页续上页 VSm12真空断路器（配永磁操动机构）真空断路器（配永磁操动机构）3、中、高压隔离开关 功能：隔离系统带电 与非带电部分。特征：开断时有明显可见的断点，除非人工就地操作，否则会保持开断状态。基本无灭弧能力，不能开断负荷电流，更不能开断短路电流。主要为保证检修安全用。是一种隔离电器。QS 符号符号GN19-10型型实物图片实物图片 GN19-10C型型实物图片实物图片 隔离闸刀隔离闸刀上接线端子上接线端子 下接线端子下接线端子 操作手柄操作手柄 传动机构传动机构 4、中、高压负荷开关 功能：正常情况下 开、合电路功能，可开、合负荷电流，不能开断短路电流。特征：灭弧能力介于断路器与隔离开关之间。有兼具隔离开关功能的负荷开关，简称负荷隔离开关。是一种开关电器。QL 符号符号上隔离开关上隔离开关 真空负荷真空负荷 开关开关 上接线上接线 端子端子 下接线下接线 端子端子 传动机构传动机构 弹簧弹簧 脱扣机构脱扣机构 接地开关接地开关 5、熔断器 功能：过电流时熔断自身以开断电路。特征：不可自复。灭弧能力强。可开断过负荷电流和短路电流。是一种一次保护电器。FU 符号符号接线端子接线端子 绝缘子绝缘子安装卡座安装卡座金属管帽金属管帽 瓷熔管内有瓷熔管内有 金属熔体与石英沙金属熔体与石英沙熔断器底座熔断器底座石英沙石英沙熔断撞针熔断撞针金属熔体缠绕在内瓷管上金属熔体缠绕在内瓷管上瓷熔管剖面瓷熔管剖面户内高压限流熔断器结构户内高压限流熔断器结构 6、电压、电流互感器 功能：测量一次系统电压、电流大小。特征：将高电压、大电流转变成低电压、小电流。与一、二次系统都有连接。是测量电器。TATA 符号符号电流互感器 电压互感器 TVTV 符号符号2.2.3 构成主结线的基本要素 要素的一般解释：1）构成事物必不可少的条件。如：时间、地点、人物、事件是叙述文的四大要素。2）构成事物的基本单元。具有层次性，一要素相对它所在的系统是要素，相对于组成它的要素则是系统。3）构成事物的基本方法。也具有层次性，一般指具有普遍意义的方法。1、受、馈电转换与电能分配 通过进、出线回路在母线上的连接实现。电源进线将电能送到母线上，负荷出线从母线上取得电能，实现了受、馈电转换。多回路出线实现了电能的分配。2、（开关）电器组合 方式a：隔离开关断路器组合。隔离开关保证检修断电，断路器控制投切，并开断短路故障。隔离开关设置在断路器的电源侧。方式b：方式a在移开式开关柜的另一种实现形式。方式c：负荷开关熔断器组合。负荷开关控制投切并保证检修断电，熔断器作短路保护。熔断器与负荷开关间一般有机械联动。3、设置备用 设置备用在工程上有一个更具普遍意义的术语，叫做冗余技术。目的：提高运行可靠性。技术要点：冗余度与可靠性间的平衡。常见方式举例：（n+1）备用，2n备用等，一用一备、互为备用等。工程要求：保证可靠性前提下，尽量简洁、方便切换操作、经济等。小小结 受/馈电转换、电器组合、设置备用是构成主结线的三个基本要素。2.2.4 几种典型主结线介绍 1、单母线结线 受馈电转换开关电器组合。既是一种常用的主结线，又是一种基本的主结线单元，由该单元可衍生出很大一类主结线形式。变化1：双电源单母线。变化2：单母线分段。双电源不能同时投入。技术措施：闭锁。不同电源同时投入同一母线可能出现的问题两个单母线被QF连接起来，QF：联络断路器一个单母线被QF分成两段，QF：分段断路器运行方式：互为备用；一用一备。分析各种运行方式下断路器状态及故障切换。分析双电源闭锁的技术要求。2、双母线结线 单母线母线备用 备用母线应能被进线和每一路出线所利用。工作方式与故障切换问题。3、单母线带旁路 问题的提出：馈出线断路器故障时，要求故障回路不停电。方法：为每一出线断路器均设置一台备用（2 n备用）如图。方法评价：备用太多，不经济。改进思路：因极少两台断路器同时故障，可否只设一台公共备用，需要时被故障回路调用。QF10即公共备用断路器，称为旁路断路器。这是一种（n+1）的备用方式。被故障回路调用时切换操作分析。存在的问题分析。思考：主母线与旁路母线本质上到底有什么不同？4、常用无母线简化结线 当馈线只有一路时，可取消母线，将电源进线与馈线直接连接，并将电源进线开关与馈线开关合并。1）单元式结线 这是单母线结线的简化，当单母线结线只有一路馈线时，取消母线，并将进、出线断路器及隔离开关合并为一组。工程中，这种结线出线通常带变压器，因此又称为线路变压器组结线。2）桥型结线 是单母线分段结线的一种简化。当单母线分段结线每一段馈线均只有一路时，可取消母线，形成全桥结线。根据情况，可选择取消进线或馈线断路器，由此形成“外桥”与“内桥”结线。工程上一般不采用全桥。全桥外桥内桥取消进线断路器取消馈线断路器小结 1）变配电所电气主结线表达的最重要信息是变配电所的受馈电方式，这是分析主结线的最有效着眼点。2）受馈电转换、电器组合、备用设置是构成主结线的基本要素。单母线结线是构成很大一类主结线的基本单元。3）网络拓扑与设备设置是主结线两个相互关联的方面。第3节 电气结构之供配电系统网络结线 2.3.1 供配电系统网络结线的基本概念 本质是电源与负荷的电气联系方式问题。电源：变配电所（二次母线），自备发电站。总是集中在一处或少数几处。负荷：次级配电装置或用电设备。通常散布在各处。网络结线即通过电力线缆及相应配电设备构建电能从电源向负荷传输的通道。2.3.2 放射式配电 特点：一个回路只服务于一个负荷。优缺点：自学。2.3.3 树干式配电 特点：一个回路顺次向若干负荷供电。干线分支作法：T接（如负荷1），接（如负荷2）。优、缺点：与放射式相反。2.3.4 环式配电 是树干式配电的一种演变，将树干式配电干线末端接回电源，即成环式。运行方式：开环、闭环。技术细节：环路开关，开环点的设置。2.3.5 各种配电方式的变通及综合应用示例双电源单环路双电源双环路双电源双回路放射式配电带公共备用的放射式配电放射式树干式小结 1）供配电网络结线又称供配电方式，指处于不同空间位置的电源与负荷之间的电气联系方式。2）供配电方式的确定除考虑负荷等级、类别、量值大小、运行要求等因素外，还应着重考虑负荷的位置分布。3）放射式、树干式是两种最基本的供配电方式，由此可演变或组合出其他很多供配电方式。第4节 供配电设施之变配电所起集中与分配电能、并变换电压等级作用的供配电设施，叫做变（配）电所。只集中与分配电能，但不变换电压等级的配电设施，叫做配电所，或开关站、开闭所。小规模用户低压配电所又称为配电室、配电间等。变配电所是供配电系统的枢纽，系统运行控制、保护等功能大多集中在变配电所中。但近年来配电自动化的发展，已有部分运行控制功能转移到变配电所以外的现场。2.4.1 变配电所的电气设备和装置 1、变压器 2、（成套）配电装置 变配电所主结线是由配电装置构成的，可分为装配式和成套式。前者指在现场安装组合的配电装置，后者指在工厂组装并以模块化形式提供的配电装置。供配电系统大多采用成套配电装置。成套配电装置特点：模块化，标准化，开放性。1）原理结构 （1）模块化与标准化。对主结线的电气结构进行分析，提炼出一些典型的构成单元，将每种构成单元组装在一个柜体中，称为配电柜，这就形成成了模块化的基础。将一个主结线用若干个配电柜（即模块）拼搭组成，即形成模块化结构。给每一种构成单元一个编号，称为配电柜的方案号。将配电柜的尺寸、机械与电气参数等进行统一规定，即形成标准化体系。（2）开放性。典型开关柜方案不可能适合每一种主结线结构，需要时可进行针对性设计，扩充方案库。2）中压配电柜简介。按防护方式分为两类。（1）半封闭式中压配电柜。2.5m以下设备装置在接地金属外壳内，2.5m以上无外壳防护。典型产品GG1A-10等。（2）金属封闭式中压配电柜。又分三种。a、金属铠装式。柜内由金属隔板分隔出若干隔离室，断路器及其两侧所连接的组件必须装在单独隔离室内，其他电器或单独或组合装在不同隔离室内。可靠性高。典型产品如KGN-10等。b、间隔式。与金属铠装式类同，但隔板可采用非金属材料，隔离室的数量相对较少。可靠性较高。典型产品如JYN2-10等。c、箱式。隔离室比上两类更少或没有，隔板防护等级更低。可靠性一般。典型产品如HXGN-10等。按断路器等易损设备的装置方式，又可分为固定式和移开式。移开式将部分设备装在手车上，可方便地推入与拉出，更换检修都很方便。中压配电柜应具有规定的防误操作的措施。3）低压配电柜简介。与中压配电柜类似，可分为以下几种。固定式、固定间隔式、固定间隔插接式、抽出式。1-母线；母线；2-母线隔离开关（母线隔离开关（QS1，GN8-10型）；型）；3-少油断路器（少油断路器（QF，SN10-10型）；型）；4-电流互感器（电流互感器（TA，LQJ-10型）；型）；5-线路隔离开关（线路隔离开关（QS2，GN6-10型）；型）；6-电缆头；电缆头；7-下检修门；下检修门；8-端子箱门；端子箱门；9-操作板；操作板；10-断路器的手动操作机构（断路器的手动操作机构（CS2型）；型）；11-隔离开关的操作机构（隔离开关的操作机构（CS6型）手柄；型）手柄；12-仪表继电器屏；仪表继电器屏；13-上检修门；上检修门；14、15-观察窗口观察窗口 GG-1A（F）-07S型高压开关柜（断路器柜）型高压开关柜（断路器柜）JYN-10型高压开关柜（断路器手车柜未推入）型高压开关柜（断路器手车柜未推入）1-仪表屏仪表屏 2-手车室手车室 3-上触头（兼有隔离开关功能）上触头（兼有隔离开关功能）4-下触头（兼有隔离开关功能）下触头（兼有隔离开关功能）5-SN10-10型断路器手车型断路器手车2.4.2 变配电所平面布置与土建要求 以下只讨论室内变配电所。1、建筑平面 由变压器室、高（中、低）压配电室、电容器室、控制室、值班室、工具间等组成。当变配电所只有中、低压电压等级时，中压配电室也常称为高压配电室。对采用无油设备的中压变配电所，以上有些功能房间可以合并。如中、低压配电室、电容器室和变压器室可公用一个房间。2、设备布置 净距与通道的概念。通道又分为操作、维护、疏散等几种类型。通道的尺寸与人体工学和设备形式有关，相应工程规范中都有明确规定。变配电所平面布置示例如下。1-S9-800/10型电力变压器；型电力变压器；2-PEN线；线；3-接地线；接地线；4-GG-1A（F）型高压开关柜；型高压开关柜；5-GN6型高压隔离开关；型高压隔离开关；6-GR-1型高压电容器柜；型高压电容器柜；7-GR-1型电容器放电柜；型电容器放电柜；8-PGL2型低压配电；型低压配电；9-低压母线及支架；低压母线及支架；10-高压母线及支架；高压母线及支架；11-电缆头；电缆头；12-电缆；电缆；13-电缆保护管；电缆保护管；14-大门；大门；15-进风口（百叶窗）；进风口（百叶窗）；16-出风口（百叶窗）；出风口（百叶窗）；17-接地线及其固定钩接地线及其固定钩 图图4-68所示工厂高压配电所及其附设所示工厂高压配电所及其附设2号车间变电所的平面图和剖面图号车间变电所的平面图和剖面图2.4.3 变配电所的土建要求 1）通风 2）防火抗爆。3）通道设置。4）安装的土建配合。第5节 供配电设施之电力线路介绍建筑物外的电力线路，即通常所说的“外线”。电线、电缆（简称线缆）是电力线路的核心元件，但不是电力线路的全部。按敷设部位，电力线路有架空敷设、地下敷设、水下敷设等。架空敷设一般采用电线（也有少数架空电缆），地下和水下敷设一般采用电缆，此处介绍架空线路和地下电缆线路。2.5.1 架空线路 架空线路是敷设在露天杆塔上的电力线路，由导线、杆塔、绝缘子、金具等构成。1、导线 2、杆塔 作用：支撑导线并维持导线的空间位置。类型：按受力要求，分为直线杆、耐张杆、转角杆、终端杆等；按制造材料可分为木杆、水泥杆、铁塔等。3、横担、绝缘子和金具 横担：安装在杆塔上，用于固定绝缘子。绝缘子（瓷瓶）：固定导线并使导线与杆塔绝缘。金具：连接、紧固导线与杆塔等。2.5.2 电缆线路 以电缆、电缆附件、配线箱、电缆沟（排管、隧道等）等构成。1、电力电缆 电力电缆（cable）与电力电线（wire）的区别：绝缘加强、有护套、还可加铠装、可多芯成缆。现欧盟大多数国家已不再对两者作区分，统称电缆。电力电缆结构：由导体、相绝缘、带绝缘（整体缆芯对地绝缘）、护套、铠装层、外护层等构成，最后两者不一定都有。电力电缆的结构电力电缆的结构交联聚乙烯绝缘电力电缆交联聚乙烯绝缘电力电缆1-缆芯（铜芯或铝芯）缆芯（铜芯或铝芯）2-交联聚乙烯绝缘层交联聚乙烯绝缘层 3-聚氯乙烯护套（内护层）聚氯乙烯护套（内护层）4-钢铠或铝铠（外护层）钢铠或铝铠（外护层）5-聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVC）外护套（外护层）外护套（外护层）2、电缆附件及配线装置 附件：主要是各种电缆头，如中间头、分支头、终端头等。配线装置：分支箱、电压限制器等，一些特殊电缆还有供油、供水等装置。电缆的分支比较困难，单芯电缆可用T接分支头或接分支箱实现，多芯电缆一般只能用接分支箱实现。电缆构成环网时，每一供电点都采用接（又称环入环出），并在环入环出处设置环路开关。3、电缆敷设 可直埋地、电缆沟、电缆隧道、水泥排管等方式敷设。每一种敷设方式都有比较大的土建工程量，还需要相应的土建构件。电缆直接埋地敷设电缆直接埋地敷设1-电力电缆；电力电缆；2-砂；砂；3-保护盖板；保护盖板；4-填土填土电缆在电缆沟内敷设电缆在电缆沟内敷设a)户内电缆沟户内电缆沟 b)户外电缆沟户外电缆沟 c)厂区电缆沟厂区电缆沟1-盖板；盖板；2-电力电缆；电力电缆；3-电缆支架；电缆支架；4-预埋铁件预埋铁件小结 1）从设施层面上，供配电系统主要由变配电所、电力线路、自备发电站等构成。2）从空间分布看，变配电所相当于一个点，电力线路相当于一条线。因此，供配电系统从设施角度上也可以看成是点与边所构成的网络拓扑。3）从电气与设施两方面了解供配电系统的构成，是从不同的层面看同一个事物，可相互比较、对应。总结 1）本章从形象上认识了供配电系统，包括其整体构成及各主要组成部分。2）以下第3、4、5章讨论供配电系统一些基本参数的计算，包括正常工作参数和故障参数。对参数计算的理解正是建立在本章对结构认识的基础之上的。