10KV高压配电设计

课题310kV高压配电设计3.1供电电源3.2常用高压主接线3.3电力变压器的选择3.4发电机作为备用电源的主接线3.5高压供配电系统设计案例3.1供电电源(1)一级负荷的供电电源应符合下列规定：①一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。②一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。3.1.1按负荷级别确定供电电源下列电源可作为应急电源：独立于正常电源的发电机组。供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路。蓄电池。干电池。根据允许中断供电的时间可分别选择下列应急电源：允许中断供电时间为15s以上的供电，可选用快速自启动的发电机组。自投装置的动作时间能满足允许中断供电时间的，可选用带有自动投入装置的独立于正常电源的专用馈电线路。允许中断供电时间为毫秒级的供电，可选用蓄电池静止型不间断供电装置、蓄电池机械贮能电机型不间断供电装置或柴油机不间断供电装置。应急电源的工作时间应按生产技术上要求的停车时间考虑。当与自动启动的发电机组配合使用时，不宜少于10min。（2）二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100%的二级负荷。（3）三级负荷的供电系统对电源没有特别的要求。随着负荷密度的增加，城市高压配电变电所的容量随之加大，而变电所的中压馈线数量由于路径的条件而受到限制，因而影响了变电所的输出容量。为解决这个问题，在城市负荷密集地区推行“卫星式”网络，即在城市变电所中压配电馈线设置开闭所。开闭所根据负荷分布密集程度设置，其转送容量可为8000～10000kV·A。每个开闭所均为单母线分段接线方式，电源分别来自变电所的两台主变压器。开闭所每段母线可以有馈线10～20路，从而可以满足部分一、二级负荷的供电，如图3.1和图3.2所示。3.1.2按网络的接线方式确定供电电源随着城市建设的发展，城市中的中压配电网逐步由架空线路改变为电缆线路。根据电缆线路的特点，电缆线路均构成环形网，形成沿街道分布的环形网络，如图3.3所示。用电单位供电方式包括：（1）由二次变电所直接供电，一般用于供电容量大、距变电所相对距离较近的单位。（2）由中压开闭所供电。（3）由电缆环网供电。（4）对中小型用电单位或不属于一、二级负荷的用电单位，亦可由干线式架空线路供电。图3.1卫星式中压配电网示意图图3.2中压开闭所接线方式图图3.3电缆环形网络示意图对用电容量在250kV·A以下的用电单位，采用低压(220／380V)供电方式。系统形式根据负荷性质可分为三相四线式、三相三线式和单相二线式。低压供电的电源一般为公用配电变压器，也可以根据负荷性质的区别，设置专用的配电变压器。3.1.3低压供电电源为保证电压质量，由公用配电变压器和低压配电网供电的低压用户，送电距离一般不超过250m。用电容量较大时，还应适当缩短送电距离，或采用大截面导线。对设置专用变压器的用户，变压器应设置在距受电端尽可能近的位置，以减少电压损耗。另外，在用电单位中，除前面所述的重要的、政治性的负荷外，还有一些负荷性质特殊的用户，这些用户负荷的存在会影响电网的供电质量。因此，对于特殊的用户负荷（如冲击性负荷），要采取相应的措施。3.2常用高压主接线3.2.1与主接线有关的概念1.高压供配电系统高压供配电系统是指建筑物及其附属建筑物的各类电气系统的设计与施工以及所有产品、材料、技术的生产和开发的总和，它以电能、电气设备、电气系统和电气技术为手段，满足工业和民用建筑物对电气方面的要求，并能创造、维持和改善空间环境。高压供配电系统的主要组成部分是变、配电所，其一次接线（即主接线）主要是指变、配电所内各设备和线路的连接图，所以高压供配电系统主接线又称为变、配电所主接线，研究的内容也主要是变、配电所的主接线方案。建筑高压供配电系统所包含的变电所和配电所为生产和生活提供安全、稳定的电源。区域变电所的供电电压等级一般是35～220kV，通过企业总降压变电所或者城区变电所将电压降为6～10kV，然后输送到小区变电所或者厂区、车间变电所（配电所），再将电压降为380/220V，供企业或民用建筑的用户使用。建筑高压供配电系统一般是从城市电力网取得高压10kV作为电源供电，然后将电能分配到各用电负荷处。电源和负荷之间用各种设备(变压器、变配电装置和配电箱)、元件(导线、电缆、开关等)连接起来，组成建筑物的供配电系统。2.供配电系统主接线供配电系统主接线（即一次接线）是指电力系统对建筑物内各用户供电、配电的电路部分，它表明了供配电系统中发电机、变压器、断路器和线路等电气设备的数量、规格、连接方式以及可能的运行方式，直接关系到建筑电气工程中各种电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是建筑电气安装工程部分投资大小的决定性因素。供配电系统主接线是整个变电所和配电所电气部分的主干，它直接关系到整个供配电系统的安全、稳定、灵活和经济运行，也直接影响到工业生产和人民生活。3.电气主接线图供配电系统电气主接线图是由各种电气元件（如发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、电缆、线路等）按照一定的要求和顺序连接起来，并用国家统一规定的图形和外文符号表示的供、配电（接受和分配电能）的电路图。电气主接线图中常用字符见表3.1（见P44）所示。4.供配电系统的主接线形式供配电系统的主接线形式接线、单母线接线、双母线接线和桥式接线。（1）可靠性（2）稳定性（3）灵活性（4）方便性（5）经济性（6）扩展性3.2.2高压供配电系统主接线的基本要求采用一条电源线路与变压器连接成组，即单回路、单变压器供电的接线方式称为线路－变压器组接线。变电所中的变压器高压侧普遍采用线线路－变压器组接线方式具有接线简单、清晰，需用电气设备少，不易误操作，投资少等优点；它的缺点是供电可靠性和灵活性较差，当线路、变压器、电气设备中任何一处发生故障或者检修时，整个供配电系统全部停电。3.2.3线路－变压器组接线小区变电所以及工厂车间降压变电所将供电电压等级由6～10kV降为380/220V,电源进线采用电力电缆敷设或者架空线路（应装设避雷器）引至变压器室，经开关设备接入电力变压器，再经过低压侧的低压断路器（即自动开关）、刀开关将电能送给用户。根据变压器一次侧选用的开关设备不同，常如图3.4所示。图3.4小区降压变电所、车间降压变电所线路－变压器组接线方式（a）隔离开关引入；（b）跌落式熔断器引入；（c）电力电缆直接引入；（d）隔离开关与接地开关组引入；（e）负荷开关与熔断器引入；（f）隔离开关与断路器引入变电所内电力变压器与馈线之间采用一根母线连接的方式称为单母线接线。单母线接线方式根据母线分段与否可以分为不分段接线和分段接线两种；根据进线回数（电源回数）又可以分为一回进线、双回进线、三回进线等单母线接线方式。3.2.4单母线接线1.单母线不分段接线在变电所主接线中，单母线不分段接线形式最简单，如图3.5所示。单母线不分段接线的优点是：①结构简单清晰，操作简便，不易误操作；②使电气设备少，配电装置投资省，占地少；③便于扩建。但其可靠性和灵活性较差。单母线不分段接线只适用于对供电可靠性和连续性要求不高的三级负荷，或有备用电源的二级负荷用户。2.单母线分段接线为了提高供电系统的灵活性，将图3.5所示的单母线不分段接线中的母线分为两段及以上，结果如图3.6所示。3.两回进线的单母线分段接线方式在两回进线的条件下，可以采取单母线分段接线，即采用隔离开关(QS)或断路器(QF)将母线分段的接线方式，如图3.7所示。这种接线方式可以克服单母线不分段接线方式的缺点，其可靠性和灵活性比不分段接线都有所提高，适用于一、二级负荷用户。根据电源的数目、功率和电网的接线情况来确定单母线的分段数。通常每段母线要接1～2回电源，引出线再分别从各段上引出。（1）用隔离开关分段的单母线接线用隔离开关分段的单母线接线如图3.7（a）所示，适用于双回电源供电、可靠性要求不高且允许短时停电的二级负荷用户。相对于用断路器分段而言，它可以节省一台断路器和一台隔离开关，但在母线分段发生故障或检修时全部装置仍会短时停电。这种接线方式可以分段单独运行，也可以并列同时运行。①采用分段单独运行时，各段相当于单母线不分段接线的运行状态，各段母线的电气系统互不影响。当任一段母线发生故障或检修时，仅停止对该段母线所带负荷的供电（如分两段，仅对约50％负荷停止供电)。当任一回电源线路发生故障或检修时，假如其余运行电源容量能负担全部引出线负荷时，则可经过“倒闸操作”恢复对全部引出线负荷的供电，但在操作过程中须对母线做短时停电。“倒闸操作”是指：接通电路时，先闭合隔离开关，后闭合断路器；切断电路时，先断开断路器，后断开隔离开关。这是因为带负荷操作过程中要产生电弧，而隔离开关没有灭弧能力，所以隔离开关不能带负荷操作。例如，在图3.7（a）中，当需要检修电源Ⅰ时，先断开断路器QF1、QF2，然后再断开隔离开关QS1～QS4，这时，再合上母线隔离开关QSW，闭合QS3、QS4，最后再闭合QF2，恢复全部负荷供电(当电源Ⅱ不能承担全部负荷时，可先把部分引出回路的非重要负荷切除)。②采用并列同时运行时，当某一电源发生故障或检修时，则无须母线停电，只须切断该回路电源的断路器及隔离开关，并对另外电源的负荷做适当调整就行。但是，当母线发生故障或检修时，将会引起正常母线段短时停电。（2）用断路器分段的单母线接线分段断路器QFW除具有分段隔离开关QSW的作用外，还具有相应的继电保护作用，当某一分段母线发生故障时，QFW在保护作用下会首先自动跳开，保证非故障分段母线的持续、正常供电。当某段母线发生故障时，分段断路器QFW与电源进线断路器(QF1或QF2)将同时切断，非故障段母线仍保持正常工作。当对某段母线进行检修时，可操作分段断路器QFW和相应的电源进线断路器、隔离开关按程序切断，而不影响其余各段母线的正常运行，减少母线故障影响范围。所以采用断路器分段的单母线接线比采用隔离开关分段的单母线接线供电可靠性明显提高，但投资费用也相应地增加。4.带旁路母线的单母线接线方式在图3.7所示的单母线分段接线方式中，不管是用断路器还是隔离开关进行分段，当母线发生故障或检修时会使接在该母线段上的用户停电；另外，在检修引出线断路器时，该引出线上的用户必须停电。为了克服这一缺点，可采用单母线加旁路母线的接线形式，如图3.8所示。根据主母线是否分段，带旁路母线的单母线接线方式可分为主母线不分段接线和主母线分段接线两种。（1）主母线不分段接线这种接线方式如图3.8（a）所示，它与单母线不分段接线的区别在于增设了一条旁路母线和旁路断路器QF2，旁路母线通过旁路隔离开关（如QS7）与每一出线连接，提高了供电可靠性和连续性。正常运行时，旁路断路器QF2和旁路隔离开关是断开的。这种接线方式主要用于不能短时停电检修断路器的重要场合，在工业企业及民用建筑中应用得很少。（2）主母线分段接线这种接线方式如图3.8（b）所示。它与主母线不分段接线方式的区别在于增设了三个隔离开关，主母线通过一个隔离开关QSW分段，旁路断路器QFW同时还兼作分段断路器。在提高供电可靠性和连续性的前提下，节省了投资。正常运行时，旁路母线不带电，分段断路器QFW和隔离开关QS8、QS10处在闭合状态，隔离开关QS9、QS11、QSW均断开，此时QFW起分段作用，以单母线分段方式运行。当检修某一回出线的断路器（如QF3）时，断路器QFW作为旁路断路器运行，将断路器QFW和隔离开关QS7、QS9、QS10闭合（QS8、QS11均断开），旁路母线接至Ⅱ段主母线，由电源Ⅱ继续向馈线L1供电。同理，旁路母线也可以接在Ⅰ段主母线上。当隔离开关QSW闭合时，两组母线并联运行，此时母线为单母线运行方式。这种接线方式主要用