供配电系统的构成

第2章供配电系统的构成2.1供配电系统结构要素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。标称供电电压：供电企业与电力用户连接点（PCC－PointofCommonCoupling）所处电网标称电压，也即供配电系统的电源电压。0.38～110kV。标称用电电压：用电设备额定电压。220/380V、6kV、10kV。2.1.2供配电系统的电压层次背景：供电电压与用电电压相同或不同。要求：电力用户可能需要变换电压等级。结果：用户电网也可能有不同的电压等级。为何采用与用电电压不一致的供电电压？技术经济综合平衡结果。不同负荷量值和分布区域（统称系统规模）的用户，适合不同的供电电压。但用电电压绝大多多数固定为220/380V，或10kV，与系统规模无关。1、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。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、二次降压的供配电系统规模大的用户，供电电压可高达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。注意，两次降压通常在不同地点。如工厂，第一次在总降压变电所，目的是获得一个适合在厂区配电传输的电压等级；第二次在车间变配电所，目的是获得用电设备的电压等级。2.1.3供配电系统的电气结构与设施结构电气结构：由变压器、电力线缆、自备发电设备及各种配电设备等构成。电气结构从电网元件这一层面表达了电能传输通道的形成和各环节的功能。设施结构：由变（配）电所、电力线路、自备发电站等构成。设施结构从站所及线路等功能性建筑物、构筑物层面更宏观表达了系统的构成环节。术语解释以下均为业界大致认同的含义，非严格定义。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）：由若干设备及安装构件（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。系统图表达的电气结构配电平面图表达的设施结构•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）复习：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）。2.2电气结构之一——变配电所电气主接线2.2.1变配电所电气主接线概念1）反映变配电所受、馈电方式的一次系统接线，称为变配电所电气主接线。受电：接受电能。馈电：送出电能。变配电所电压等级表明了其作用，容量表明了负荷能力大小，主接线则表明了实现其功能所依据的结构形式。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：通道上如何配置设备。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，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。一般由矩形截面的硬铜排或铝排制作，也有管形等其他形状，还有线状软母线。图用图形符号WA/WC标识代号，高/低压表图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、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。QAVS1-12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VS1－12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。QBQBGN19-10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、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。QB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负荷隔离开关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。可开断部分过负荷电流和短路电流。是一种一次保护电器。FA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。BEBE电流互感器电压互感器BEBE2.2.3构成主接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、备用设置备用设置属于冗余技术之一。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。•小结受/馈电转换、电器组合、备用设置是构成主接线的三个基本要素。2.2.4几种典型主接线介绍1、单母线与单母线分段接线受馈电转换＋开关电器组合。既是一种常用的主接线，又是一种基本的主接线单元，由该单元可衍生出很大一类主接线形式。变化1：双电源单母线。变化2：单母线环网单元。单母线接线单母线接线双电源不能同时投入。技术措施：闭锁。若取消闭锁，#2电源进线改为出至同级另一变电所，则为环网单元接线，中压系统开关电器通常改用负荷隔离开关。双电源不能同时投入的原因双电源单母线接线两个单母线被QA连接起来，QA：联络断路器一个单母线被QA分成两段，QA：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。单母线分段接线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分析。双母线间可设置联络断路器。每段母线都还可以单母线分段。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。QAD0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。QAD0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倒底有何不同？4、常用无母线简化接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）单元式接线单母线接线的简化，当馈线只有一路时，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，这种接线通常为一路架空电源进线带一台变压器，因此又称为线路—变压器组结线，常用于工厂供电。2）桥型接线单母线分段接线的简化，当每段母线馈线均只有一路时，取消母线，形成全桥接线。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”接线。工程上一般不采用全桥。全桥外桥取消进线断路器取消馈线断路器内桥•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。#1电源进线#2电源进线#2电源进线#1电源进线试一试，能认出以下两个主结线吗？2.3电气结构之二——供配电系统网络接线2.3.1供配电系统网络接线的概念处于不同地点的电源与负荷间的电气联系方式问题。电源：变配电所（二次侧配电母线），自备发电站。集中在一处或少数几处。负荷：次级配电设施、装置或用电设备。通常散布在各处。网络接线即通过电力线缆及相应配电设施、装置构建从电源向负荷的电能传输通道。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），Π接（如负荷2）。优、缺点：与放射式相反。2.3.4环式配电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带公共备用的放射式放射式＋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。2.4设施结构之一——供配电系统变配电所•起集中与分配电能、并起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供配电设施，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变配电所的电气主接线分析示例10/0.38kV变配电所。分析：高压侧单电源单母线接线。低压侧工作部分为单母线分段。低压侧设有应急电源和对应的应急母线。应急电源与正常电源设置闭锁，防止并车和倒送电。解释•电流、电压互感器设置。•计量问题。•检修接地开关和带电显示器设置。•补偿装置设置。•避雷器设置。•变压器连接组和中性点接地。2.4.2变配电所电气装置1、（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）结构原理模块化：分析主结线电气结构，提炼典型构成单元，将每种构成单元组装在一个柜体中，称为配电柜，配电柜即基本模块。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。给每种典型单元赋一编号，称为配电柜方案号。标准化：将配电柜尺寸、机械与电气参数、防护条件、安装要求等进行统一规定，形成标准化体系。开放性：配电柜典型方案不可能适合所有主结线，需要时可进行针对性设计，扩充方案库。示例主