供配电网络及设备Word文档格式.docx

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断开电路时，先断QF，再断QS。

特点：

单母线接线具有简单清晰、设备少、投资小、运行操作方便且有利于扩建等优点，但可靠性和灵活性较差。

当母线或母线隔离开关发生故障或检修时，必须断开母线的全部电源。

它只适用于容量较小和对供电可靠性要求不高的场所。

2．单母线分段接线

为了改善单母线接线的工作性能，可利用分段断路器ＱFd将母线适当分段，如图所示。

当对靠性要求不高时，也可利用分段隔离开关进行分段。

单母线分段接线

（1）母线分段的数目，决定于电源的数目、容量、出线回数、运行要求等，一般分为2～3段。

应尽量将电源与负荷均衡地分配于各母线段上，以减少各分段间的功率交换。

（2）单母线分段接线可以提供单母线运行、各段并列运行、各段分列运行等运行方式，母线发生故障时，仅故障段停止工作，非故障段仍可继续工作，缩小了母线故障的影响范围。

显暑提高了运行灵活性与供电可靠性。

（3）若分段断路器平时断开，则当任一段母线失去电源时，可由备用电源自动投入装置使分段断路器合闸，继续保持该母线段的运行。

（4）对双回路供电的重要用户，可将双回路分别接于不同母线分段上，保证对重要用户供电。

（5）当一段母线故障或检修时，必须断开接在该分段上的全部电源和引出线，并使该段单回线路供电的用户停电。

（6）任一出线的断路器检修时，该回路必须停止供电。

这种接线形式，广泛应用于出现回路大于等于4回的一、二级负荷。

3．单母线分段带旁路母线接线

如欲在检修任一出线断路器时不中断对该线路的供电，可以采用如图所示的单母线分段带旁路母线接线。

WL1

单母线分段带旁路母线接线

图中增设了一组旁路母线ＷＰ及各出线回路中相应的旁路隔离开关QSp，旁路断路器QFp，旁路隔离开关QS11和QS12。

平时旁路母线不带电，主接线系统按单母线分段方式运行。

当需要检修某一出线断路器（如QF1）时，可通过倒闸操作，由旁路断路器代替出线断路器，操作步骤如下：

（1）合上QFp两侧的隔离开关

（2）合上QFp

（3）合上出线WL1的旁路隔离开关QSp

（4）断开出线WL1的出线断路器QF1

（5）断开QF1两侧的隔离开关

此时，线路WL1经过QSp、旁路母线、QFp而接于Ⅰ段母线上，继续正常供电。

并且在整个操作过程中，该回路都没有停电。

4．双母线接线

如图所示为双母线接线，它有两组母线，I母线和II母线，每一回路都经过一台断路器和两组隔离开分别与两组母线相连，两组母线之间通过母线联络断路器QFc连接，有两组母线以后，运行的可靠性、灵活性大为提高。

双母线接线

其优点是：

（1）运行方式灵活。

可以采用将电源和出线均衡地分配在两组母线上，母联断路器合闸的双母线同时运行方式；

也可以采用任意一组母线工作，另一组母线备用，母联断路器分闸的单母线运行方式，所有回路均不中断工作。

（2）检修母线时不中断供电。

只需将欲检修母线上的所有回路通过倒闸操作均换接至另一组母线上，即可不中断供电地进行检修。

当任一组母线故障时，也只需将接于该母线上的所有会路均换接至另一组母线，便可迅速地全面恢复供电。

（3）检修任一回路母线隔离开关时，只中断该回路。

这时，可将其它回路均换至另一组母线继续运行，然后停电检修该母线隔离开关。

如果允许对隔离开关带电检修，则该回路也可不停电。

（4）检修任一线路断路器时，可用母联断路器代替其工作。

双母线接线的主要缺点如下：

（1）变更运行方式时，需利用母线隔离开关进行倒闸操作，操作步骤较为复杂，容易出现误操作，从而导致设备或人身事故。

（2）检修任一回路断路器时，该回路仍需停电或短时停电。

（3）增加了大量的母线隔离开关及母线的长度，配电装置结构较为复杂，占地面积与投资都增多。

这种接线形式适用于容量大，对供电可靠性及灵活性要求高，出线回数多的工厂总降压变电所35~110kV母线系统。

5．供配电所实例

某一工厂的电气主接线图。

上图为某大型企业35/6~10KV总降压变电所的主接线图，适用于一二级负荷占相当的比重，负荷总容量也比较大的情况。

受电于两回35KV架空线或者电缆线，T3和T4为主变压器，35KV母线由断路器QF7分段，TV1、TV2为电压互感器，TA为电流互感器。

主变压器的二次测6-10KV采用单母线分段，用成套配电装置配电，T5为所内低压动力变压器，F1~F4为避雷器，C1~C2为补偿电容。

6.供配电所的变压器

变压器是供配电所的主要电器，其作用就是把电力系统供给的高压电能经过降压后，变成各种用电设备所需要的较低电压的电能。

低电压电能经过配电装置和线路将电能传递到各用电设备。

7.母线

母线是构成电气主接线的主要设备。

在电力系统中，将大型电气设备（如发电机、变压器等）与各种电器之间连接的导线称为母线。

母线起着汇集和分配电能的作用。

分类：

（1）按所使用的材料可分为铜母线、铝母线和钢母线。

不同材料制作的母线具有各自不同的特点和适用范围。

（2）按截面形状可分为矩形、圆形、槽形和管形等。

母线的截面形状应保证集肤效应系数尽可能小，同时散热条件好，机械强度高，安装简单和连接方便。

（3）母线还可分为软母线和硬母线，软母线指多股铜绞线或钢芯铝绞线，应用于较高（35kV以上）的户外配电装置。

过去硬母线主要应用于电压较低（35kV及以下）的户内配电装置，现在较高电压、尤其是超高压也多用硬母线。

（4）母线的着色

对室内放置母线进行着色有其实际意义，它可以增强热辐射能力，有利于母线的散热，母线着色后允许负荷电流提高12～15%。

钢母线着色还可防止生锈。

同时，为了使工作人员便于识别直流的极性及交流的相别，母线可涂以不同的颜色标志。

直流装置：

正极-----红色；

负极-----兰色。

交流装置：

U相------黄色；

V相-----绿色；

W相------红色。

中性线：

不接地中性线----白色；

接地中性线-----紫色。

二、供配电网络的故障、短路电流计算

短路故障是电力系统中常见的、并且对系统正常运行产生严重影响的故障。

短路将使系统的电压急剧下降，短路回路中的电流大大增加，可能使电力系统的稳定运行遭到破坏和电气设备损坏。

（一）短路的的概念和基本类型

所谓短路是指电力系统中带电部分与大地（包括设备的外壳、变压器的铁芯、低压线路的中线等）之间，以及不同相的带电部分之间的不正常连接。

这种不正常的连接可能是通过小阻抗回路形成的，也可能是以电弧的形式形成的。

三相系统中短路的基本类型及代表符号为：

三相短路—K（3）、两相短路—K

（2）、单相接地短路—K

（1）、两相接地短路一K（1.1）。

下图为各种短路的示意图，图中X表示电路的电抗，R为电阻。

为区别各种短路的电流、电压、功率等，图中表示这些量的文字符号的右上角也同时注明了相应形式的短路符号。

短路的基本类型

（a）三相短路（b）两相短路（c）单相接地短路（d）两相接地短路

三相短路时,由于短路回路中各相的阻抗相等,尽管三相的短路电流比正常时的电流大幅度增大,电压也比正常时急剧降低,但三相系统仍然保持对称,故称之为对称短路。

除三相短路外,其他几种形式的短路，短路时各相电流、电压的数值并不相等,相位角也不相同，三相系统的对称性遭到破坏，所以，这些类型的短路也就称为不对称短路。

运行经验表明，在中性点直接接地系统中，以单相接地短路故障为最多。

根据电力系统有关资料统计，不同短路故障发生的概率大约为：

单相接地短路83%，两相短路4%，两相接地短路8%，三相短路5%。

虽然各种相间短路所占比例较小，但并不能因此而轻视相间短路，特别是三相短路。

这是因为三相短路所造成的后果最严重。

（二）短路的原因和危害

短路的主要原因是电气设备载流部分间的绝缘被损坏。

引起绝缘损坏的原因有：

过电压、绝缘的自然老化和污秽、运行人员维护不周及机械损伤。

电力系统其他一些故障也可能导致短路，如输电线路断线和倒杆、运行人员违章操作、鸟或小动物等跨接裸导体等，都可能造成短路。

短路对电力系统的危害主要有以下几方面：

（1）电力系统发生短路时，短路回路的电流急剧增大，这个急剧增大的电流称为短路电流。

短路电流可能达到正常负荷电流的十几倍甚至几十倍，数值可能达到几十千安甚至几百千安。

巨大的短路电流通过导体时，一方面会使导体严重发热，造成导体过热甚至熔化，进一步损坏设备绝缘；

另一方面，巨大的短路电流还会产生很大的电动力作用于导体，使导体遭到机械方面的损坏，包括变形。

（2）短路时往往伴随有电弧的产生，能量极大、温度极高的电弧不仅可能烧坏故障元件本身，还可能烧坏周围设备或危及人身安全。

（3）电力系统发生短路时，由于短路电流来势迅猛，电路中的阻抗主要是感性的，因此，短路电流基本上是感性的，它所产生的去磁的电枢反应，使发电机的端电压下降。

同时巨大的短路电流会增大电力系统中各元件的电压损失，使系统电压大幅度下降，严重时可能造成电力系统电压崩溃直至系统瓦解，出现大面积停电的严重事故。

（4）短路时，电力系统中功率分布的突然变化和电压严重下降，可能破坏各发电机并列运行的稳定性，使整个系统被分裂成不同步运行的几个部分。

这时某些发电机可能过负荷,因此必须切除部分负荷，另一些发电机可能由于功率送不出去而被迫减少出力。

短路时，电压下降得越大、持续时间越长，系统运行的稳定性受到破坏的可能性就越大。

（5）不对称短路将产生负序电流和负序电压。

汽轮发电机长期运行允许的负序电压一般不得超过发电机额定电压的8%~10%，异步电动机长期允许的负序电压一般不得超过其额定电压的2%～5%。

过大的负序电压将严重影响汽轮发电机和异步电动机的安全运行和使用寿命。

（6）某些类型的不对称短路，非故障相的电压将超过额定值，引起过电压，从而增大了系统的过电压水平。

（7）不对称接地短路故障将产生零序电流，它会在邻近的通讯线路内产生感应电动势，造成对通讯线路和讯号系统的干扰。

（三）短路电流的计算

初步学会用有名值和标幺值计算短路电流。

短路电流的计算有有名值和标幺值两种方法，其计算步骤基本相同，即首先绘制计算电路图，然后对各元件依次进行编号，并注上额定参数，计算出各个元件的等值阻抗，再根据短路点绘出等效电路，化简电路，求出短路回路的总阻抗，即可计算出短路电流及短路容量。

1.短路电流实用计算的基本假设

短路电流实用计算的基本假设为：

（1）电力系统在短路前，正常运行时，三相是对称的。

（2）电力系统中所有发电机电动势的相位在短路过程中都同相，频率与正常运行时相同。

（3）电力系统在短路过程中，各元件的磁路不饱和，也就是各元件的电抗值与所流过的电流的大小无关，因此，在计算中可以应用迭加原理。

（4）电力系统中各元件的电阻，在高压电路中都略去不计。

但是，在计算短路电流非周期分量的衰减时间常数时应计及电阻的作用。

此外,在计算低压网络的短路电流时，也应计及元件的电阻，但可以不计算复阻抗，而是用阻抗的绝对值进行计算。

（5）变压器的励磁电流略去不计，相当于励磁回路开路，以简化变压器的等值电路。

（6）输电线路的分布电容忽略不计。

实际上，当短路发生时由于系统阻抗的突然变化，发电机的输出功率也随之发生变化；

电力系统电压的下降，也导致发电机提供的短路电流减少。

因此，用实用计算法计算短路电流，所得的结果，要比实际的短路电流略大。

2.用有名值计算短路电流

在无限大容量系统中发生三相短路时，三相短路电流可按下式计算

（1）

式中，Uc为短路点的短路计算电压（平均额定电压），由于线路首端短路时后果最严重，因此按线路首端电压考虑，即短路计算电压取比线路额定电压UN高5％的值，我国电压标准有0.4、0.69、3.15、6.3、10.5、37、69、……kV等；

ZΣ为短路回路的总阻抗值。

如果不计电阻，则三相短路电流的有效值为

（2）

三相短路容量为

（3）

（1）电力系统的阻抗计算

电力系统的电阻相对于电抗来说很小，一般不予考虑。

电力系统的电抗，可用电力系统变电所高压线路出口断路器的断流容量Sk来进行估算，因此电力系统的电抗为

（4）

式中Uc一一电力系统馈电线的短路计算电压，为了免去阻抗换算的麻烦，可直接采用短路点的短路计算电压即平均额定电压（用于计算时的线路电压），kV；

Soc一一出口断路器的断流容量，MVA，可由产品手册或产品样本查得。

如果只有断路器的开断电流Ioc数据，则其断流容量

，UN为断路器的额定电压。

（2）电力变压器的阻抗计算

变压器的电阻RT

可由变压器的短路损耗ΔPk近似计算

因

故

（5）

式中Uc——短路点的短路计算电压；

ΔPk——变压器的短路损耗，可由产品手册或产品样本查得；

SN——变压器的额定容量，MVA；

变压器的电抗XT

可由变压器的短路电压Uk％近似计算

故

（6）

式中Uk％——变压器的短路电压（阻抗电压）百分值，可由产品手册或产品样本查得；

（3）电力线路的阻抗计算

1）线路的电阻RL

可由导线或电缆的单位长度电阻R0值求得

RL＝R0L（7）

式中R0——导线或电缆的单位长度电阻，Ω，可查有关手册或产品样本；

L——电力线路的长度，km。

2）线路的电抗XL

XL=X0L（8）

式中X0——导线或电缆的单位长度电抗，Ω/km，可查表1；

表1电力线路每相的单位长度电抗平均值

类别

35kV及以上

6～10kV

220/380V

架空线路

0.40

0.35

0.32

电缆

0.12

0.08

0.066

当求出各元件的等值电抗后，可进行化简电路并计算出短路回路总阻抗，然后按式

（1）或

（2）计算短路电流。

应当指出，在计算短路回路的总阻抗时，如果电路内含有变压器或系统含有多个电压等级，则应将各元件的阻抗统一换算到短路点的短路计算电压去，阻抗等效换算的条件是元件的功率损耗不变。

由公式ΔP＝U2/R和Q=U2/X可知，元件的阻抗值与电压的平方成正比，所以，阻抗的换算公式为

（9）

（10）

式中，R、X和Uc为换算前的电阻、电抗和元件所在处的短路计算电压；

R＇、X＇和Uc＇为换算后元件的电阻、电抗和短路点的短路计算电压。

元件的阻抗，只有线路才需要进行换算。

而电力系统和变压器的阻抗，由于它们的计算公式中都含有电压平方的因子，因此，在计算这些元件的阻抗时，可直接将短路点所在电压等级的平均额定电压代入，不必再进行换算了。

计算短路电流的步骤如下：

（a）作出计算电路图。

（b）对各元件依次进行编号，并注上额定参数。

（c）确定短路点、绘出相应的等值电路图，计算出各个元件的等值阻抗。

（d）化简电路，求出短路回路的总阻抗，即可计算出短路电流及短路容量。

【例1】系统如图所示，已知电力系统的短路容量为300MVA，求变电所高压侧k1及低压侧k2点的短路电流和短路容量。

例1接线图

解

（1）当k1点短路时：

1）电力系统的等值电抗

（Ω）

2）计算架空线路的等值电抗，查表4—1得X0=0.35Ω/km，则

X2=X0L=0.35×

5=1.75（Ω）

3）绘制k1点短路时的等值电路如图4—3所示，并计算短路回路总电抗

图4—3k1点短路时的等值电路

XΣk1=X1+X2=0.368+1.75=2.118（Ω）

4）计算k1点短路时的三相短路电流和三相短路容量

三相短路电流为

（kA）

.07（MVA）

（2）当k2点短路时：

2）计算架空线路的等值电抗，并按式（4-10）换算，得

3）变压器的等值电抗（Uk％按5％计算）

（Ω）

4）绘制k2点短路时的等值电路如图4—4所示，并计算短路回路总电抗

图4—4k2点短路时的等值电路

（mΩ）

5）计算k2点短路的三相短路电流和三相短路容量

（kA）

（MVA）

3、用标幺值计算短路电流

用标幺值计算短路电流的方法即为标幺值法。

标幺制是一种相对单位制。

短路电流实用计算中常用到的物理量如电流、电压、电抗和视在功率等，都采用无单位的相对数值即标幺值表示并进行计算。

（1）标幺值

标幺值是一个物理量的实际有名值与一个预先选定的具有相同量纲的基准值的比值。

一般表达式为

标么值是无单位的数值，标么值实际上就是某物理量的有名值对基准值的倍数。

当选取的基准值不同时，同一有名值的标么值也不相等。

一般来说，基准值是任意选取的。

因此说到某一个量的标么值时，必须首先说明它的基准值，否则没有意义。

（2）基准值的选择

按标幺制法进行短路计算时，一般是先选定基准容量Sj和基准电压Uj。

基准容量，工程设计中通常取Sj=100MVA。

基准电压，通常取元件所在处的短路计算电压，即取Uj＝Uc。

选定了基准容量Sj和基准电压Uj以后，基准电流Ij则按下式计算：

（11）

基准电抗Xj则按下式计算：

（12）

（3）供电系统主要元件的电抗标幺值（取Sj=100MVA，Uj＝Uc）

短路电流实用计算中，一般只考虑各主要元件的电抗，如电力系统、电力变压器、电力线路。

对于母线、不长的连接导线、断路器和电流互感器等元件的阻抗，则忽略不计。

一个元件的等值电路往往随短路的类型不同也有所不同，这里所介绍的各元件的等值电路和等值电抗，仅是对三相短路而言的。

1）电力系统的电抗标幺值

（13）

2）电力变压器的电抗标幺值

（14）

3）电力线路的电抗标幺值

（15）

短路电路中各主要元件的电抗标幺值求出以后，即可利用其等效电路图进行电路化简，求出总电抗标幺值

。

由于各元件均采用相对值，与短路计算点的电压无关，因此电抗标幺值无需进行电压换算。

无限大容量系统三相短路电流的标幺值按下式计算：

（16）

由此可得三相短路电流为：

（17）

三相短路容量的计算公式为：

（18）

【例2】试用标幺值法计算【例1】中k1和k2点短路时的三相短路电流和短路容量。

解

（1）确定基准值

取Sj=100MVA，Uc1=10.5kV，Uc2=0.4kV

有

kA

（2）计算各元件等值电抗的标么值

2）架空线路的电抗标幺值

3）变压器的电抗标幺值（Uk％=5％）

（3）作出等值电路图并化简，如图4—5所示。

例2的简化等值电路（标幺值法）

（4）计算k1点的短路电路总电抗的标幺值及三相短路电流和短路容量

1）总电抗标幺值

2）三相短路电流

3）三相短路容量

（5）计算k2点的短路电路总电抗的标幺值及三相短路电流和短路容量

由上结果可知，采用标幺值计算法计算的结果与例4-1的基本相同。

三、电气设备的选择及运行维护

（一）高压电气设备的选择

电气设备的选择是电力系统规划的主要内容之一，是工程上的具体应用。

各种电气设备由于它们的用途和工作条件不同，故选择时都有具体的选择条件和校验项目。

1.高压电气设备的选择及校验

（1）电气设备选择的一般原则

尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但它们的基本要求却是相同的。

一般电气设备选择应满足以下原则：

1）按正常的工作条件选择；

2）选择导线时应尽是减少品种；

3）应与工程的建设标准协调一致，使新老型号一致；

4）应考虑远景发展。

5）按短路状态校验其动稳定和热稳定；

6）必须在正常运行和短路时都能可靠地工作；

2.按正常工作条件选择电气设备

1）额定电压和最高工作电压

电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压UＮ，所以所选电气设备允许最高工作电压Uymax不得低于所接电网的最高运行电压Ugmax，即

Uymax≥Ugmax（19）

实际电网运行的最高运行电压Ugmax一般不超过电网的额定电压UNw的1.1倍，因此在选择设备时，一般可按照电气设备的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNw的条件选择，即

UN≥UNw（20）

2）额定电流

电气设备的额定电流即长期允许电流Iy应不小于该回路的最大持续工作电流Igmax，即应满足条件

Iy≥Igmax（21）

此外，还应按安装的地点、使用条件、检修和运行的要求，选择电气设备的种类和型式。

3）按当地环境条件校核

选择电气设备时，应按当地环境条件进行校核。

当气温、风速、温度、海拔、地震、污秽、覆冰等环境条件超出一般电气设备的基本使用条件时，应通过技术经济比较，并向制造部门提出要求或采取相应的措施。

如采用加装减震器、设计时考虑屋内配电装置等等。

对于断路器、隔离开关、电