供配电系统第二篇文档格式.docx

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◆本章学习方法建议及参考资料

学习方法：

1、将学习对象——供配电系统分解为两个构成环节：

变配电所内部，变配电所与用电设备之间。

不要混淆这两个环节各自的内容，同时应领会这两个环节是如何联系起来的。

2、学会从不同视角、不同层面观察同一对象，重要的是不要混淆观察所得的各组成部分。

例如，从设施层面观察，供配电系统由变配电所、自备电站和电力线路等构成；

而从设备与装置层面观察，供配电系统又是由变压器、配电装置、电力线缆等构成的。

如果据此理解为供配电系统由变配电所、变压器、配电装置、电力线路等构成，则为产生了混淆。

3、最好能实地参观变配电所、架空线路、电缆线路等供配电设施。

参考资料：

1、《35～110kV变配电所设计规范》（GB50059-92）．中国计划出版社．1993年4月

2、《10V及以下变配电所设计规范》（GB50053-94）．中国计划出版社．1994年10月

2.1.1供电电压与用电电压

一、供配电系统的电源与负荷

负荷是供配电系统的服务对象，电源是服务得以实施所依赖的资源。

了解负荷与电源，是构造一个供配电系统的前提。

供配电系统的负荷就是用电设备。

用电设备额定电压（简称用电电压）主要有10kV和380/220V两类，过去在工厂中大量使用的6kV电动机，现已逐步被10kV电动机所取代。

供配电系统的电源，主要由电力公司通过供电线路提供，通常称为市电电源，也有部分供配电系统设置有自备电源。

市电电源可以由架空线或电力电缆引入，自备电源有柴油发电机、蓄电池逆变电源系统等。

二、供电电压、用电电压及相互关系

供电企业向电力用户提供的电源的标称电压，称为供电电压。

供电电压量值主要与系统规模有关，这里的系统规模含有负荷量值与分布区域两重含义。

一般来说，系统规模越大，供电电压越高。

常用的供电电压有10kV和380/220V。

另外，6kV、35kV、110kV电压也有所采用。

用电设备的额定电压，称为用电电压。

供电电压通常高于或等于用电电压，供配电系统的电压层次中，必须包含与用电电压相对应的电压等级。

2.1.2三种不同电压层次的供配电系统

当供电电压高于用电电压时，因供配电系统必须具有与用电电压相对应的电压等级，因此需要进行电压等级变换；

而当供电电压等于用电电压时，不需要进行电压等级变换。

根据供电电压与用电电压的差异，以及负荷的规模等因素，产生了供配电系统不同的电压层次结构。

一、二次降压的供配电系统

对于一些大型工业企业或特大型建筑群，一般采用二次降压的供配电系统。

二次降压供配电系统供电电压一般为110kV（老系统多为35kV），经总降压变电所降为10kV（老系统多为6kV）后送至各次级变配电所，再由各次级变配电所降为380/220V向低压用电设备配电，次级变配电所也直接向10kV用电设备配电。

这种系统中，供电电压经过了两次电压等级变换，因此叫做二次降压的供配电系统。

二、一次降压的供配电系统

对中型企业、单体高层建筑或一般规模的建筑小区，大多采用一次降压的供配电系统。

这种系统供电电压一般为10kV，经变配电所降为380/220V后向低压用电设备供电。

一次降压的供配电系统并不一定只有一个变配电所，如高层住宅小区常设置一个10kV公用变配电所，它除了接受电力系统电能、将电压降为380/220V向小区公用设施配电外，还将10kV电能分配至各建筑组团，再由各建筑组团的专用变配电所将电压降为380/220V，供住户使用。

三、低压直供的供配电系统

这种系统主要对商业店面、小型工厂或作坊、零散住户供电，供电电压为380/220V，无变电环节。

出于安全上的原因，有的供配电系统中还使用220V以下的电压，其中主要为50V以下的电压，称为特低电压（ELV）。

特低电压的应用属于用电技术的范畴，可参阅电气安全的相关书籍。

2.2.1主结线所要表达的信息

一、问题的由来

变配电所是供配电系统的重要设施，它除了具有变换电压等级、接受与分配电能的功能以外，还承担着对系统的运行状态进行监视与控制等任务，在供配电系统中起着枢纽的作用。

变配电所的电气系统分为一次与二次系统两部分，电气主结线主要表达的是一次系统的结构特征。

从负荷的角度看，变配电所是一个处于电源地位的供电设施，但这个电源自身并不生产电能，而是接受电力系统的电能，并转供给负荷。

因此，变配电所除了变换电压等级外，还承担了接受电能（简称受电）与供给电能（简称馈电）的双重任务。

针对不同的电源与负荷情况，以及系统对可靠性、经济性、运行灵活性等的不同要求，变配电所应具有不同的电气结构来与之相适应，这就是变配电所电气主结线问题的由来。

二、变配电所电气主结线的含义

简单地说，反映变配电所受、馈电方式的一次系统电气连接，就是变配电所的电气主结线，它主要包括拓扑结构和设备设置两方面内容。

所谓拓扑结构，是指如何构建受、馈电的通道；

而设备设置，则是指需要在这些通道上装设什么电气设备，才能满足运行控制、检修维护等的要求。

2.2.2主结线常用设备简介

此处主要了解一次系统常用的设备名称、图形符号、文字符号及主要功能，这些设备的性能及其他详细情况将在第7章中介绍。

当我们将这些设备看成是电力网络的一个组成部分时，又可将这些设备称为网络元件。

一、母线

母线一般由矩形截面的铜排或铝排构成，电气上相当于一个节点（node），但有充分的长度提供足够的接线位置，是受、馈电转换的枢纽。

母线符号如图2.2.2-1所示。

二、断路器

断路器是一种开关电路的电器，有很强的灭弧能力，除了能投、切正常负荷电流外，还能开断量值很大的短路电流。

因为主触头位于灭弧装置内，不能直接观察到其通、断状态，因此检修时不能以已操作开断断路器来确认断电。

断路器中可装设若干对与主触头状态一一对应的辅助触点，供控制、保护等使用。

断路器符号如图2.2.2-2所示。

三、隔离开关

隔离开关是一种隔离电路带电与非带电部分的电器，断开时有明显可见的断开点，足以确保证检修安全。

隔离开关没有专门的灭弧装置，除投、切很小的电流外，不能投、切负荷电流，更不能断开短路电流。

隔离开关符号如图2.2.2-3所示。

四、负荷开关

负荷开关也是一种开关电路的电器，但灭弧能力不及断路器，只能投、切正常负荷电流和一定程度的过负荷电流，不能开断短路电流。

因为灭弧装置相对简单，负荷开关在断开状态时一般有明显可见的断开点，只要断开点间距等条件符合隔离要求，就可具有隔离开关的功能，这种负荷开关又称为负荷隔离开关。

负荷开关符号如图2.2.2-4所示。

五、熔断器

熔断器是一种过电流保护电器，用于自动切断电流超过正常值的电路，切断电路的时间与电流大小呈反相关性，切断电路后不能自行恢复，必须更换熔体。

熔断器一般具有很强的灭弧能力，可开断短路电流。

熔断器符号如图2.2.2-5所示。

六、电流（电压）互感器

电流（电压）互感器是一种测量电器，将一次系统的大电流（高电压）转换成标准的小电流（低电压），供二次系统使用，并在电气上隔离一、二次系统。

电流互感器符号如图2.2.2-6所示，电压互感器符号如图2.2.2-7所示。

七、避雷器

避雷器是一种过电压保护电器，在供配电系统中用于防止雷电过电压对系统的危害。

避雷器符号如图2.2.2-8所示。

2.2.3构成主结线的基本要素

主结线的形式虽然繁多，但深入分析发现，各种主结线实际上是通过一些简单的要素构成的，掌握了这些要素，就可以化繁为简、化难为易。

一、要素的一般性解释

（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。

此处所谓的要素，主要指上述第（3）种情况。

二、要素1——受电与馈电的转换

主结线的最基本功能就是将一路电源进线转换成多路馈出线，这一转换一般是通过母线实现的，如图2.2.3-1所示。

三、要素2——配电电器组合

开关电器是对电路进行控制的配电设备，是主结线中最重要的设备之一。

开关电器的设置，既要考虑到负荷投切、故障开断等运行问题，又要考虑到检修维护的安全问题，因此常采用以下两种组合方式。

1、隔离开关＋断路器组合

该组合如图2.2.3-2（a）所示，其目的是用断路器投、切正常的负荷电流，并开断短路故障电流，满足运行要求；

检修时通过隔离开关将被检修部分与电源隔离，保证检修安全。

隔离开关应设置在断路器的电源侧，若断路器两侧都有送电的可能，则两侧都应设置隔离开关。

这种组合的操作顺序为：

断开电路时，先断开断路器，再断开隔离开关；

闭合电路时，先闭合隔离开关，再闭合断路器。

这种操作顺序就是要避免隔离开关投、切负荷电流，必须严格遵守，否则可能会烧坏隔离开关，或发生电弧短路等严重事故。

现在的中压系统广泛使用移开式开关柜，断路器装在小车上，两端有插接头，开关柜中有与插接头对应的固定式插接座。

检修断路器时必须将小车拉出柜体，这时插接头和插接座之间脱离了电接触，整个小车明显脱离电路，柜体中两组固定式插接座之间肯定断开。

在这种情况下，因插接头和插接座已具有了隔离电源的功能，就不用再设置隔离开关，如图2.2.3-2（b）所示。

开关柜还具有闭锁功能，在断路器未开断的情况下，小车不可能被拉出，可杜绝带负荷断开插头插座的误操作。

2、负荷开关＋熔断器组合

该组合通常选用带隔离功能的负荷开关，其目的是用负荷开关投、切正常负荷电流，并在检修时隔离电源；

发生短路时，由熔断器开断短路电流，如图2.2.3-2（c）所示。

为了避免系统缺相运行，一般要求只要有一相熔断器熔断，就必须联动断开负荷开关。

四、要素3——设置备用

对主结线中的设备设置备用，主要是为了提高系统可靠性和增强系统灵活性。

设置备用是一种普遍的工程技术，属于冗余设计的范畴，应兼顾可靠性、灵活性和经济性，并避免复杂的切换操作。

就变配电所电气主结线而言，电源进线、断路器和母线都可以设置备用，隔离开关故障率较低，一般不设置备用。

可以说，大多数主结线都是在图2.2.3-1所示网络拓扑的基础上，通过配置电器组合并设置备用演变而来的。

2.2.4常用主结线

一、单母线与单母线分段结线

1、单母线结线

（1）单电源单母线。

最简单的单母线结线见图2.2.4-1，这种主结线将一路电源进线转换为若干路馈出线，实现了电能分配的功能。

图中QF0称为受电断路器或电源进线断路器，QF1～QF3称为馈线或出线断路器。

当馈电线路只有一路时，也可以不采用母线，称为无母线结线，这时可根据情况将受、馈电断路器合并。

实际上，该结线正是由受馈电转换（图2.2.3-1）和开关电器组合（图2.2.3-2）两个要素组合而成的。

（2）双电源单母线。

单母线结线还可以有两路电源进线的形式，如图2.2.4-2所示，这种结线实际上是对电源进线实施了备用。

一般情况下，一路电源（如#1电源）为工作电源，其容量足以负担所有负荷；

另一路电源（如#2电源）为备用电源，其容量可以与工作电源相同，也可以只负担一级或一、二级负荷。

这种结线在母线故障时还是会导致负荷全部停电。

在运行中，应特别谨慎处理两路电源进线的关系。

若不能确保两路电源电压在量值和相位上相同，则一定不能将两路电源进线同时投入到母线上，否则将出现类似短路的情况