第2章 供配电系统的构成

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所处电网标称电压，也即供配电系统的电源电压。0.38～110kV。用电电压：用电设备额定电压。220/380V、6～10kV。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35～110kV，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。1－110kV总降压变电所2－配电所（开闭所）3－10（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（PointofCommonCoupling）。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图用文字符号表图2-11表图2-12表图2-13表图2-14表图2-15表图2-110表图2-19表图2-18表图2-17表图2-162、断路器功能：开、关电路功能，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符号真空断路器VS1-12真空断路器绝缘套筒内有真空灭弧室及触头上接线端子下接线端子手车式框架二次接线插头就地操作箱续上页VSm－12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GN19-10型实物图片GN19-10C型实物图片隔离闸刀上接线端子下接线端子操作手柄传动机构4、中、高压负荷开关功能：正常情况下开、关电路功能，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符号上隔离开关真空负荷开关上接线端子下接线端子传动机构弹簧脱扣机构接地开关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符号接线端子绝缘子安装卡座金属管帽瓷熔管内有金属熔体与石英沙熔断器底座石英沙熔断撞针金属熔体缠绕在内瓷管上瓷熔管剖面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符号电流互感器电压互感器TVTV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。负荷出线电源进线受电馈电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。c)b)a)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。电源进线负荷侧馈线负荷侧馈线#1电源进线#2电源进线(t)2uu1(t)1UU2Ut(t)uu2(t)tt(t)1u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#2电源进线#1电源进线I段母线负荷侧馈线II段母线负荷侧馈线母线I段母线II段两个单母线被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。负荷侧馈线电源进线QF1QS0QF0QS11QS12QS22QS21QF2QS32QS31QF3QS01QS02母线I段母线II段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（2n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。电源进线QF11QS0QF0QF01QF02QF12QF03QF13#3馈线#2馈线#1馈线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？QF13QS131QS132QS130QF12QS121QS122QS120QF10QS101QS102QS112QF0QS0QS111QF11电源进线QS110#1馈线#2馈线#3馈线主母线旁路母线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。QF0QS01QS02电源进线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。QFQS12QF12至＃1变压器#1电源进线QF11QS11QS011QF01QF02QS021QS012QS022#2电源进线QS1QS2至＃2变压器全桥QS2QS1#2电源进线QS02QS01QS11QF11#1电源进线QF12QS12QFQFQS12#1电源进线QS11QS011QF01QF02QS021QS012QS022#2电源进线QS1QS2至＃1变压器至＃2变压器至＃2变压器至＃1变压器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。变配电所电源负荷1负荷2负荷3负荷4负荷1负荷2负荷3负荷4负荷工作场所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），Π接（如负荷2）。优、缺点：与放射式相反。负荷工作场所负荷4负荷3负荷2负荷1电源变配电所负荷1负荷2负荷3负荷42.3.4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。负荷2负荷1变配电所电源负荷1负荷2负荷3负荷4负荷工作场所隔离开关F负荷3负荷42.3.5各种配电方式的变通及综合应用示例负荷工作场所变配电所负荷1负荷2负荷4负荷3电源1电源2隔离开关电源1负荷4负荷1变配电所负荷3负荷2电源2负荷工作场所隔离开关双电源单环路双电源双环路负荷工作场所电源2负荷1负荷2变配电所电源1隔离开关负荷工作场所工作电源变配电所负荷1备用电源负荷2负荷3隔离开关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