供配电技术 第3章 工厂供配电系统电气主接线.ppt

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1、第3章,工厂供配电系统电气主接线,电气主接线是由多种电气设备通过连接线，按其功能要求组成的接受和分配电能的电路，也称为电气一次接线或电气主系统。电气主接线是工厂供配电系统的重要组成部分，表明了供配电系统中电力变压器、各电压等级的线路、无功补偿设备以最优化的接线方式与电力系统的连接及各种电气设备之间的连接方式。电气主接线的形式，影响着企业内部配电装置的布置、供电的可靠性、运行灵活性和二次接线、继电保护等问题，对变配电所以及电力系统的安全、可靠、优质和经济运行指标起着决定性作用，也是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据。,只有了解、熟悉和掌握变配电所的电气主接线，才能进一步了解电路中各种设

2、备的用途、性能及维护检查项目以 及运行操作的步骤等。因此，学习和掌握供配电系统电气主接线的相关知识和技能，对供配电技术人员至关重要。,了解供配电系统电气主接线设计的基本要求,熟悉工厂供配电系统的基本类型,掌握对供配电线路导线和电缆的选择,要求：,3.1 35kV/10kV变配电所电气主接线,3.1.1 变配电所对电气主接线的评价和基本要求,评价指标：,保证必要的供电可靠性和电能的质量；,可靠性,经济性,灵活性,基本要求：,2.具有一定的运行灵活性；,3.操作应尽可能简单、方便；,4.应具有扩建的可能性；5.技术上先进，经济上合理。,3.1 35kV/10kV变配电所电气主接线,3.1.2 变配

3、电所对电气主接线的选择原则和主要配置,选择原则：,保证必要的供电可靠性和电能的质量；,可靠性,经济性,灵活性,主要配置：,2.具有一定的运行灵活性；,3.操作应尽可能简单、方便；,4.应具有扩建的可能性；5.技术上先进，经济上合理。,3.1 35kV/10kV变配电所电气主接线,3.1.2 变配电所对电气主接线的选择原则和主要配置,选择主要原则：,（1）变电所主接线要与变电所在系统中的地位、作用相适应。即根据变电所在系统中的地位、作用确定对主接线的可靠性、灵活性和经济性的要求。（2）变电所主接线的选择应考虑电网安全稳定运行的要求，还应满足电网出现故障应急处理的要求。（3）各种配电装置接线的选择

4、，要考虑该配电装置所在的变电所性质、电压等级、进出线回路数、采用的设备情况、供电负荷的重要性和本地区的运行习惯等因素。（4）近期接线与远景接线相结合，方便接线的过渡。（5）在确定变电所主接线时要进行技术经济比较。,主要配置：,（1）隔离开关的配置：原则上，各种接线方式的断路器两侧应配置隔离开关，作为断路器检修时的隔离电源设备；各种接线的送电线路侧也应配置隔离开关，作为线路停电时隔离电源之用。此外，多角形接线中的进出线、接在母线上的避雷器和电压互感器等也要配置隔离开关。（2）接地开关和接地器的配置：为保障电气设备、母线、线路停电检修时对人身和设备的安全，在主接线设计中要配置足够数量的接地开关或接

5、地器。（3）避雷器、阻波器、耦合电容器的配置：为保持主接线设计的完整性，按常规要在主接线图上标明避雷器的配置。在610kV配电装置的母线和架空线进线处一般都要装设避雷器。各级电压配电装置的阻波器、耦合电容均要根据系统通信的要求配置。,主要配置：,（4）电流、电压互感器的配置：首先应使变电所内各主保护的保护区与后备保护的保护之间互相覆盖或衔接，以消除保护死区。小接地短路电流系统一般按两相式配置电流互感器，220kV变电所的10kV出线、所用变压器和无功补偿设备通常要在主变压器回路配置两组电流互感器。电压互感器的配置方案，与电气主接线有关，目前国内500kV和220kV变电所，采用双母线接线时通常

6、要在每段母线上装设公用的三相电压互感器，为线路保护、变压器保护、母差保护、测量表计、同期提供母线二次电压。（5）在确定变电所主接线时要进行技术经济比较。,3.1.3 电气主接线有关基本概念,图示配电所共有两路10kV电源进线，架空线WL1，电缆线WL2。最常见的进线方案是一路电源来自发电厂或电力系统变电站，作为正常工作电源，另一路取自邻近单位的高压联络线，作为备用电源，也可两路电源同时供电。,母线是配电装置中用来汇集和分配电能的导体。因为该配电所只采用一路电源工作，一路电源备用，因此母线分段开关通常是闭合的，高压并联电容器对整个配电所进行无功补偿。一旦工作电源发生故障或母线检修时，可切除该路进

7、线后，投入备用电源即可恢复对整个配电所的供电。,每段母线的进线和出线上都接有电流互感器，且电流互感器均有两个二次绕组，其中一个接测量仪表，另一个接继电保护装置。,每段母线上都安装有电压互感器，各段母线上都装设了避雷器。避雷器和电压互感器同装设在一个高压柜内，且共用一组高压隔离开关。,此高压配电所共有6路高压配电出线，分别由左段母线WB1经隔离开关-断路器供车间变电所和供无功补偿用的高压并联电容器组；由右段母线WB2经隔离开关-断路器供高压电动机用电和供车间变电所。由于高压配电线路都是由高压母线分配，因此其出线断路器需在母线侧加装隔离开关，以保证断路器和出线的安全检修。,变电站的主接线模拟图,何

8、谓母线？母线在供配电系统中起什么作用？,你能回答吗？,问题与思考,变配电所对电气主接线的设计一般从哪些方面进行评价？变配电所对电气主接线的基本要求有哪些？,3.2 常用电气主接线方式及特点,3.2.1 单母线接线和单母线分段接线,1、单母线接线,各电源和出线都接在同一公共母线上，其电源在发电厂是发电机或变压器，在变电所是变压器或高压进线回路。,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，发生任一连接元件故障或断路器拒动及母线故障时，都将造成整个供电系统停电。,2、单母线分段接线,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。对重要用户，可从不

9、同母线段引双回路供电。当一段母线发生故障、任一连接元件故障和断路器拒动时，由继电保护动作断开分段断路器，将故障限制在故障母线范围内，非故障母线继续运行，整个配电装置不会全停。,当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开接在该分段上的全部电源和出线，这样就减少了系统的发电量，并使该段单回路供电的用户停电；任一出线断路器检修时，该回路必须停止工作。,2、单母线分段接线,接线简单、操作方便、投资少，当一段母线发生故障时，分段断路器或隔离开关将故障切除，保证正常母线不间断供电，不致使重要的用户停电，提高了供电的可靠性。,优点：,缺点：,一般认为单母线分段接线应用在610kV，出线在6回及6回以上时

10、，每段所接容量不宜超过25MW。,3.2.2 双母线接线,1、普通双母线接线,双母线接线方式适用于35kV出线回路为8回，110220kV出线为4回及以上的220kV母线。,当母线1检修时,当母线检修时,提高了供电的可靠性！,2、双母线带旁母接线,增设旁路母线，特点是具有双母线接线的优点，当线路侧或主变侧的断路器检修时，仍能继续向负荷供电。但旁路的倒换操作比较复杂，增加了误操作的机会，也使保护及自动化系统复杂化，投资费用较大。,当主变侧断路器检修时,进一步提高了供电的可靠性！,当线路侧断路器检修时,2、双母线带旁母接线,加旁路母线虽然解决了断路器和保护装置检修不停电问题，但旁路母线也带来了投资

11、费用较大，占用设备间隔较多等诸多不利因素。近年来，随着供配电技术的飞速发展，系统可靠性进一步提高，新技术、新设备大量投入，继电保护装置实现微机自动化，设备维护工作量大幅度减少，母线连续不检修运行的时间不断增长。特别是双重化配置的保护，可以一套保护运行，另一套保护停用更换插件，不需要旁路保护代替。目前220kV及以下新设计的变电站，一般都按无人值守方式设计。因此，旁路母线的作用已逐渐减弱，作为电气主接线的一个重要方案，带旁路母线的接线已经完成了它的历史作用，新建工程中基本上不再采用带旁路母线的接线方式，这种接线方式很快将成为一种过去式。,3.2.3 桥式接线,当电站只有两台主变和两条输电线路时，

12、为增加供电的可靠性，在两个单元之间接一条桥支路，即构成桥形接线。,桥形接线有两种连接方式：将桥支路接在变压器侧称为内桥接线；将桥支路接在线路侧称为外桥接线。,当电站在系统中担任基荷，主变很少切除或输电线较长且两线路同供相同用户时，多采用内桥接线；,若电站在系统中担任峰荷，发电机组经常开机停机，为减少主变运行中的损耗，有必要经常投入和切除变压器，或者输电线路不长，用两线路送电给不同的地区，则常采用外桥接线。,桥形接线广泛应用于110KV的中型水电站。,3.2.4 10kV/0.4kV变电站的电气主接线,中型工厂的车间变电站和小型工厂变电所以及常在马路边看到的箱式新型变电所，通常都是将610kV的

13、高压降为一般用电设备或用户所需的低压380/220V的终端变电站，其变压器容量通常不超过1000kVA，电气主接线方案比较简单。,1.只装有一台主变压器的小型变电所主接线图,对于户外变电所、箱式变电站或杆上变压器，高压侧可以用户外高压跌落式熔断器，,主接线受跌落式熔断器切断空载变压器容量的限制，一般只适用于630kVA及以下容量的变电所中。,1.只装有一台主变压器的小型变电所主接线图,对户内结构的变电所，高压侧可选用隔离开关和户内式高压熔断器，,隔离开关在检修变压器时切断变压器与高压电源的联系，但仅能切断320kVA及以下变压器的空载电流，因此停电时要先切除变压器低压侧的负荷，然后才可拉开隔离

14、开关。,为加强变压器低压侧保护，变压器低压侧出口总开关尽量采用低压断路器。这种电气主接线仍然存在着在排除短路故障时恢复供电的时间较长缺点，供电可靠性也不高，只适用于三级负荷的变电所。,1.只装有一台主变压器的小型变电所主接线图,变压器容量在5601000kVA时的变电所变压器高压侧选用负荷开关和高压熔断器时，负荷开关可在正常运行时操作变压器，熔断器可在短路时保护变压器。,当熔断器不能满足断电保护条件时，高压侧应选用高压断路器。这种接线方式由于负荷开关和熔断器能带负荷操作，从而使得变电所的停、送电操作更加简便灵活。,1.只装有一台主变压器的小型变电所主接线图,变压器容量在1000kVA以下的变电

15、所的变压器，高压侧可选用隔离开关和高压断路器的接线方案，其中隔离开关作为变压器、断路器检修时隔离电源用，需要装设在断路器之前，而高压断路器则作为正常运行时接通或断开变压器并在变压器故障时切断电源用。,这种接线方案一般也只适用于三级负荷；但如果变电所低压侧有联络线与其他变电所相连时，或另有备用电源时，则可用于二级负荷。,2.装有两台主变压器的变电所主接线图,装有两台主变压器的变电所的电气主接线有三种方案：,图示第1种电气主接线的供电可靠性较高，当任一主变或任一电源进线停电检修或故障时，该变电所通过闭合低压母线分段开关，即可迅速恢复对整个变电所的供电。如果两台主变高压侧断路器装设互为备用，则任一主

16、变高压侧断路器因电源断电或失压而跳闸时，另一台主变高压侧的断路器将自动合闸，恢复整个变电所的供电。这时该变电所可供一、二级负荷。,2.装有两台主变压器的变电所主接线图,图示第2种接线中，任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。但在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍要停电。这时只能供电给三级负荷。如果有与其他变电所相连的高压或低压联络线时，则可供一、二级负荷。,2.装有两台主变压器的变电所主接线图,图示第3种接线中，高低压侧均为单母线分段的主接线，其两段高压母线在正常时可以接通运行，也可以分段运行。任一台主变压器或任一路电源进线停电检修或发生

17、故障时，通过切换操作，均可迅速恢复整个变电所的供电，因此供电可靠性相当高，通常用来供一、二级负荷。,你能回答吗？,问题与思考,10kV/0.4kV变电所的电气主接线有哪些形式？各适用于什么场合？,常见的典型电气主接线方式包括哪些？单母线分段接线有何特点？,内桥式接线和外桥式接线各适用于哪些电压等级及场合？,3.3 低压配电网的基本接线方式,低压配电网通常是系统末端的终端变电所，其高压侧有电力转送，一般采用以下几种较为简单的电气接线方案。,3.3.1 放射式接线,低压放射式接线的特点是每个负荷由一单独线路供电，放射式线路之间互不影响，因此发生故障时影响范围小，可靠性高，控制灵活，易于实现集中控制

18、，但缺点是线路多，所用开关设备多，投资大，因此这种接线多用于供电可靠性要求较高的设备。,3.3.2 树干式接线,树干式接线的特点是多个负荷由一条干线供电，采用的开关设备较少，但干线发生故障时，影响范围较大，所以供电可靠性较低，且在实现自动化方面适应性较差。,树干式接线方式比较适用于供电容量较小，而分布较均匀的用电设备组，如机械加工车间、小型加热炉等。,3.3.3 变压器干线式接线,变压器-干线式接线是一种比较特殊的接线形式，在变压器低压侧不设低压配电屏，只在车间墙上装设低压断路器。,树干式接线方式中总干线采用载流量很大的母线，贯穿整个车间，再从干线经熔断器引至各分支线，因此，非常灵活的适应设备

19、位置的调整，主要应用于设备位置经常调整的机械加工车间。,3.3.4 环形接线,低压环形接线供电的可靠性高，任一线路发生故障或检修时，都不致造成供电中断或暂时中断供电，只要完成切换电源的操作，就能恢复供电。环形接线可使电能损耗或电压损失减少，既能节约电能又容易保证电压质量。但它的保护装置及其整定配合相当复杂，如果配合不当，容易发生误动作而扩大故障停电范围。,3.3.5 链式接线,链式接线是后面设备的电源引自前面设备的端子。特点是线路上无分支点，适用于距配电屏较远又彼此相距较近的不重要小容量用电设备。,链式相连的设备一般不宜超过5台，总容量不宜超过10kW。,你能回答吗？,问题与思考,车间的低压电

20、力线路主要有哪些接线方式？通常哪种方式应用最普遍？为什么？,3.4 供配电线路母线、导线和电缆的选择,母线、导线和电缆都是用来输送和分配电能的导体。在供配电系统中，它们选择的是否恰当，关系到供配电系统能否安全、可靠、优质、经济地运行。,3.4.1 母线、导线和电缆形式的选择,1.硬母线,工厂变电所中，硬母线通常用来汇集和分配电流，因此也被称为汇流排，简称母线。,硬母线按所使用的材料不同分为硬铜母线和硬铝母线、铝合金母线等；按截面形状不同硬母线又分为矩形、圆形和槽形、管形等结构。,3.4.1 母线、导线和电缆形式的选择,1.硬母线,硬铜母线的电阻率较低、机械强度较大、抗腐蚀能力较强，因此在硬母线

21、材料中属于最好的。因其价格较贵，所以实用中仅用于空气中含有腐蚀性气体的屋外配电装置中。,硬铝母线电阻率略高于铜，但铝轻且相对铜母线价格低，因此广泛应用于工厂企业的变电所。硬钢母线的电阻率大，交流电路使用会产生铁损耗，电压损失也较大，但机械强度高且最便宜，所以在工作电流不大于200300A的电路中，尤其在接地装置中，采用钢母线作为接地母线仍较普遍。,3.4.1 母线、导线和电缆形式的选择,1.硬母线,母线的排列方式应考虑散热条件好、且短路电流通过时具有 一定的热、动稳定性。常用的排列方式有水平布置和垂直布置两种。,对于容量不大的工厂变电所多采用矩形截面的母线。另外，母线表面涂漆可以增加热辐射能力

22、，而且有利于散热和防腐。因此，电力系统统一规定：交流母线A、B、C三相按黄、绿、红标示，接地的中性线用紫色，不接地的中性线用蓝色，十分方便识别各相的母线。,母线瑾型号表达说明,3.4.1 母线、导线和电缆形式的选择,2.架空母线,架空导线是构成工厂供配电网络的主要元件，在屋外配置中也常采用架空导线作母线，又称为软母线。高压架空线路，一般采用铝绞线，当挡距较大、电杆较高时，宜采用钢芯铝绞线。,通常架空导线选用裸导线，按其结构不同可分为单股线和多股绞线。绞线又有铜绞线、铝绞线和钢芯铝绞线之分。在工厂中最常用的是铝绞线；在机械强度要求较高的35kV及以上架空线路多采用钢芯铝绞线。,3.电力电缆,电力

23、电缆广泛应用于工厂配电网络，其结构主要由导体、绝缘层和保护层三部分组成。其中导体一般由多股铜线铝线绞合而成，以便于弯曲。线芯成扇形，以减小电缆的外径。绝缘层用于将导体线芯之间及线芯与大地之间良好地绝缘。保护层用来保护绝缘层，使其密封并具有一定的强度，以承受电缆在运输和敷设时所受的机械力，也可防止潮气侵入。,3.4.1 母线、导线和电缆形式的选择,3.电力电缆,电缆的主要优点是供电可靠性高，不受雷击、风害等外力破坏；可埋于地下或电缆沟内，使环境整齐美观；线路电抗小，可提高电网功率因数。缺点是投资大，约为同级电压架空线路投资的10倍；而且电缆线路一旦发生事故难于查寻和检修。,低压穿管线路，一般采用

24、铝芯绝缘线；但特别重要的或有特殊要求的线路，可采用铜芯绝缘线。,3.4.2 母线、导线和电缆截面的选择,1.选择条件,为保证供配电线路安全、可靠、优质、经济地运行，供配电线路的母线、导线和电缆截面的选择必须满足以下几个条件：（1）通过正常最大负荷电流时产生的温度不应超过其正常运行时的最高允许温度。（2）通过正常最大负荷电流时产生的电压损耗，不应超过正常运行时允许的电压损耗。对于厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。（3）35kV及以上高压线路及电压35kV以下但距离长、电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小，企业内的10kV及以下线路可不按此原则选择。

25、（4）裸导线和绝缘导线 截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，由于有内外护套，机械强度一般满足要求，不需校验，但需校验短路热稳定度。除此之外，绝缘导线和电缆截面的选择还要满足工作电压的要求。,3.4.2 母线、导线和电缆截面的选择,2.按发热条件选择截面,电流通过导线时，要产生能耗，使导线发热。裸导线温度过高还会使接头处氧化加剧，增大接触电阻，使之进一步氧化最后可发展到断线。而绝缘导线和电缆的温度过高时，又可使绝缘加速老化甚至烧毁。因此，母线、导线和电缆的截面还应按发热条件来选择。使其允许载流量Ial不小于通过相线的计算电流I30。即：IalI30,在规定的环境温度条件下，导线能够连续承受而不

26、致使其稳态温度超过允许值的最大电流称为导线的允许载流量。导线和电缆的允许载流量可查阅有关设计手册。当给出铝线的载流量时，铜线的载流量可按相同截面的铝线载流量乘以1.29即可得出。,3.4.2 母线、导线和电缆截面的选择,2.按发热条件选择截面,为了满足机械强度的要求，对于室内明敷的绝缘导线，其最小截面不得小于4mm2；对于低压架空导线，其最小截面不得小于16mm2。架空裸导线的最小允许截面见表3-1,表3-1 架空裸导线的最小允许截面 单位：mm2,3.按经济电流密度选择导线和电缆的截面,导线截面大小，直接影响线路投资和年计算费用。根据经济条件选择导线和电缆的截面，应从两个方面来考虑:,1.选

27、择大截面电能损耗降低，投资及维修管理费用高；,2.选择小截面电能损耗增加，投资及维修管理费用降低；,综合上述两方面因素，制定出比较合理的经济效益最好的截面，称为经济截面。对应于经济截面的电流密度称为经济电流密度。我国规定的导线和电缆经济电流密度见下表3-2,（1）选择经济截面,例1,有一条长度为5km的10kV LJ型铝绞线架空线路，已知计算负荷为1380kW，cos=0.7，Tmax=4800h，试选择其经济截面，并检验其发热条件和机械强度。,解,查手册后，初选标准截面为95mm2的LJ-95型铝绞线。,相线计算电流,由表32查得,根据式（3.2）可得导线经济截面为,（2）校验发热条件,例1

28、,有一条长度为5km的10kV LJ型铝绞线架空线路，已知计算负荷为1380kW，cos=0.7，Tmax=4800h，试选择其经济截面，并检验其发热条件和机械强度。,解,从手册中可查到LJ-95型铝绞线的载流量在室外25时等于325A，此值大于相线计算电流114A，显然满足发热条件。,（3）校验机械强度,查表3-1得10kV架空铝绞线的最小截面为35mm2，小于截面，因此所选铝绞线满足机械强度。,（4）按允许线路电压损耗选择导体截面,例1,有一条长度为5km的10kV LJ型铝绞线架空线路，已知计算负荷为1380kW，cos=0.7，Tmax=4800h，试选择其经济截面，并检验其发热条件和

29、机械强度。,解,由于线路阻抗的存在，所以线路通过电流时会产生电压损耗。按规定，高压配电线路的电压损耗一般不超过线路额定电压的5%；从变压器低压侧母线到用电设备受电端的低压配电线路的电压损耗，一般不超过用电设备额定电压的5%；对视觉要求较高的照明线路，则为2%3%。如线路的电压损耗值超过了允许值，则应适当加大导线截面。,IT线路都是三相三线制，选择相线截面即可。,例2,有一条采用BLV-500型铝芯塑料线室内明敷的220/380V的IT线路，计算电流为50A，当地最热月的日最高气温均值为30。试按发热条件选择此线路的导线截面。,解,室内环境温度应为305=35；35时明敷的BLV-500型铝芯塑

30、料线截面为10mm2时，查阅课本表3-3可得绝缘导线明敷现时的允许载流量为Ial=51A，此值大于计算电流50A，满足发热条件。因此，相线截面选10mm2、规格为BLV-500-310。,3.4.3 热稳定与动稳定校验,1.热稳定校验,常用最小允许截面校验其热稳定度，计算公式为：,上式中 是三相短路稳态电流，单位：A,是假想时间，单位：S,C是导体的热稳定系数，单位：As0.5/mm2，铝母线C=87 As0.5/mm2；铜母线C=171 As0.5/mm2。,母线实际截面大于最小允许截面时可满足热稳定要求。,3.4.3 热稳定与动稳定校验,1.动稳定校验,C是母线短路时三相短路冲击电流所产生的最大计算应力。,上式中 是母线材料的最大允许应力，单位：Pa,硬铝母线的,硬铜母线的,你能回答吗？,问题与思考,通常架空导线选用什么类型的导线？这种类型的导线按其结构不同可分为哪两种形式？工厂中最常用的是哪一种？,何谓硬母线？何谓软母线？铜母线、铝母线和钢母线各有何特点？它们分别适应于什么场合？,END谢谢大家！,