電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)課件資料

1、1 電力系統(tǒng)概述 2 電力負(fù)荷的計(jì)算 3 變電所位置及變壓器臺(tái)數(shù)和容量選擇 4 變配電所高低壓一次設(shè)備 5 變配電所的主電路圖 6 低壓供配電線路的接線方式 7 供電系統(tǒng)的防雷與接地 1 表1.1 我國(guó)交流電力網(wǎng)和電氣設(shè)備的額定電壓 電力變壓器額定電壓 /KV 分類 電網(wǎng)和用電設(shè)備 電壓 /KV 發(fā)電機(jī)額定 電壓 /KV 一次繞組 二次繞組 低壓 0.38 0.66 0.40 0.69 0.38 0.66 0.40 0.69 高壓 3 6 10 35 66 110 220 330 500 750 3.15 6.3 10.5 13.8, 15.75, 18,20,22,24,26 3 及 3.1

2、5 6 及 6.3 10 及 10.5 13.8, 15.75, 18,20,22,24,26 35 66 110 220 330 500 750 3.15 及 3.3 6.3 及 6.6 10.5 及 11 38.5 72.6 121 242 363 550 820 2 2） 電力設(shè)備的額定電壓 用電設(shè)備的額定電壓規(guī)定與同級(jí)電網(wǎng)的額定電壓相同。 發(fā)電機(jī)的額定電壓規(guī)定高于同級(jí)電網(wǎng)額定電壓的 5， 以補(bǔ)償線路上 的電壓損失。 變壓器的額定電壓分為一次繞組額定電壓和二次繞組額定電壓。 （1） 變壓器一次繞組額定電壓分兩種情況：當(dāng)變壓器直接與發(fā)電機(jī) 相連時(shí)，如圖1.2中的變壓器T1，其額定電壓與發(fā)電

3、機(jī)額定電壓相同，即高 于同級(jí)電網(wǎng)額定電壓的 5；當(dāng)變壓器連接在線路上時(shí)，如圖 1.2中的變壓 器T2，成為電網(wǎng)上的一個(gè)負(fù)荷，其一次繞組額定電壓與電網(wǎng)額定電壓相同。 圖1.2 電力變壓器的額定電壓說明 3 （2） 變壓器的二次繞組額定電壓也分兩種情況：當(dāng)變壓器二次側(cè)供電 線路較長(zhǎng)時(shí)，如圖 1.2中的變壓器T1，其額定電壓應(yīng)高于同級(jí)電網(wǎng)額定電 壓的10，5%用來補(bǔ)償變壓器二次繞組的內(nèi)阻抗壓降， 5%用來補(bǔ)償線路上 的電壓損失；當(dāng)變壓器二次側(cè)供電線路不太長(zhǎng)時(shí)，如圖 1.2中的變壓器T2， 其額定電壓只需高于電網(wǎng)額定電壓的 5即可，用于補(bǔ)償變壓器內(nèi)部的電 壓損耗。 圖1.2 電力變壓器的額定電壓說明

4、4 3 供電的可靠性要求 保證供電系統(tǒng)的安全可靠性是電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求。 所謂供電的可靠性，是指確保用戶能夠隨時(shí)得到供電。這就要 求供配電系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)都安全、可靠運(yùn)行，不發(fā)生故障，以 保證連續(xù)不斷地向用戶提供電能。 不同的用戶對(duì)供電可靠性的要求是不一樣的。根據(jù)對(duì)供電 可靠性的要求及中斷供電造成的損失或影響的程度，將電力用 戶負(fù)荷分為三類。 5 1） 一級(jí)負(fù)荷 一級(jí)負(fù)荷是指中斷供電將造成人身傷亡危險(xiǎn)，或造成重 大設(shè)備損失且難以修復(fù)，或給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來重大損失，或在 政治上造成重大影響的電力負(fù)荷。 礦井一級(jí)電力負(fù)荷有主要通風(fēng)機(jī)、井下主排水設(shè)備、下山開采的采區(qū)排水 設(shè)備升降人員的主井提升機(jī)、抽放

5、瓦斯設(shè)備（包括井下移動(dòng)抽放泵站設(shè)備）。 一級(jí)負(fù)荷要求由兩個(gè)獨(dú)立電源供電，當(dāng)其中一個(gè)電源發(fā) 生故障時(shí)， 另一個(gè)電源應(yīng)不致同時(shí)受到損壞。對(duì)一級(jí)負(fù)荷中 特別重要的負(fù)荷，除上述兩個(gè)電源外， 還必須增設(shè)應(yīng)急電源。 常用的應(yīng)急電源有：獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組、專門的供 電線路、 蓄電池、干電池等。 6 2）二級(jí)負(fù)荷 二級(jí)負(fù)荷是指中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成較大損 失的電力負(fù)荷， 如主要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報(bào)廢、連續(xù)生 產(chǎn)過程被打亂需較長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)、重點(diǎn)企業(yè)大量減產(chǎn)等。 礦井的二級(jí)電力負(fù)荷有主井提升機(jī)、經(jīng)常升降人員的斜井提升設(shè)備、副井井口及井 底操車設(shè)備、主要空氣壓縮機(jī)、主井裝卸設(shè)備、大巷帶式輸送機(jī)、井下主

6、要電機(jī)車運(yùn)輸設(shè) 備、井下運(yùn)輸信號(hào)系統(tǒng)、礦井信息系統(tǒng)、安全監(jiān)測(cè)及生產(chǎn)監(jiān)控設(shè)備、綜合機(jī)械化采煤及其 運(yùn)輸設(shè)備、礦燈充電設(shè)備、礦井行政通信及調(diào)度通信設(shè)備、井筒保溫及其供熱設(shè)備、有熱 害礦井的制冷站設(shè)備、運(yùn)煤索道的驅(qū)動(dòng)機(jī)、配有備用泵的消防泵、無事故排出口的礦井污 水泵、地面生產(chǎn)系統(tǒng)、生產(chǎn)流程中的照明設(shè)備、鐵路裝車設(shè)備、單臺(tái)蒸發(fā)量為4t/h以上的 鍋爐。 7 二級(jí)負(fù)荷要求由雙回路供電，供電變壓器也應(yīng)有兩臺(tái)， 當(dāng)其中有一條回路或一臺(tái)變壓器發(fā)生常見故障時(shí)，二級(jí)負(fù)荷 應(yīng)不致中斷供電，或中斷供電后能迅速恢復(fù)供電。 3） 三級(jí)負(fù)荷 三級(jí)負(fù)荷為一般電力負(fù)荷， 所有不屬于上述一、二級(jí)負(fù) 荷者均為三級(jí)負(fù)荷。 由于三級(jí)負(fù)

7、荷為不重要的一般負(fù)荷， 因 而它對(duì)供電電源無特殊要求。 8 2 電力負(fù)荷的計(jì)算 2.1 計(jì)算負(fù)荷及設(shè)備容量 1. 計(jì)算負(fù)荷的概念 根據(jù)用電設(shè)備的安裝容量，采用一定的計(jì)算方法得出的 負(fù)荷，稱為計(jì)算負(fù)荷。計(jì)算負(fù)荷是一個(gè)假想負(fù)荷，其熱效應(yīng) 和實(shí)際負(fù)荷產(chǎn)生的熱效應(yīng)相等。 如以計(jì)算負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行，根 據(jù)計(jì)算負(fù)荷選擇的電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜其發(fā)熱溫度不會(huì)超過 允許值。 9 導(dǎo)體通過電流達(dá)到穩(wěn)定溫升的時(shí)間大約為 (34) ， 為發(fā)熱時(shí)間常數(shù)。 截面在16 mm2及以上的導(dǎo)體，其 10 min。 因此，載流導(dǎo)體大約經(jīng)30 min后可達(dá)到穩(wěn)定溫升值，計(jì)算負(fù)荷 也就是半小時(shí)最大負(fù)荷。分別用P 30 、Q 30 、S 3

8、0 和I 30 表示有功計(jì) 算負(fù)荷、無功計(jì)算負(fù)荷、視在計(jì)算負(fù)荷和計(jì)算電流。 計(jì)算負(fù)荷是分析和設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是選擇供電系統(tǒng) 導(dǎo)線、變壓器、開關(guān)電器等設(shè)備的依據(jù)。如計(jì)算負(fù)荷過大， 則將使電器和導(dǎo)線電纜選得過大，造成投資和有色金屬的浪費(fèi)； 如計(jì)算負(fù)荷過小，又將使電器和導(dǎo)線電纜處于過負(fù)荷下運(yùn)行， 增加電能損耗，產(chǎn)生過熱，導(dǎo)致絕緣過早老化甚至燒毀。因此， 正確確定計(jì)算負(fù)荷意義重大。 10 2.2 按需要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷按需要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷 1. 三相用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定三相用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定 用電設(shè)備組是由工藝性質(zhì)相同、需要系數(shù)相近的用電設(shè)備 合并組成的。 用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷是指

9、用電設(shè)備組從供電 系統(tǒng)中取用的半小時(shí)最大負(fù)荷， 其基本公式為 ed30 PKP? （2.1） 11 Kd為需要系數(shù)，反映用電設(shè)備組中投入運(yùn)行的設(shè)備性質(zhì)、 容量、線路損耗、設(shè)備效率及操作人員的技能等諸多因素， 是一個(gè)綜合系數(shù)。用電設(shè)備組設(shè)備臺(tái)數(shù)較少時(shí)，Kd值適當(dāng)取大 些，如只有12臺(tái)設(shè)備時(shí)，取Kd1。當(dāng)只有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)， P 30=P N/ , PN為電動(dòng)機(jī)額定容量， 為電動(dòng)機(jī)的效率。Pe為用 電設(shè)備組中各設(shè)備容量之和（不包括備用設(shè)備）。 12 在求出有功計(jì)算負(fù)荷P 30 后，可按下列各式分別求出無功 計(jì)算負(fù)荷、 視在計(jì)算負(fù)荷和計(jì)算電流。 無功計(jì)算負(fù)荷為 ?tan 3030 PQ? （2.2）

10、式中：tan 為對(duì)應(yīng)于用電設(shè)備組cos 的正切值。 視在計(jì)算負(fù)荷為 ?cos 30 30 P S? （2.3） 式中：cos 為用電設(shè)備組的平均功率因數(shù)。 13 計(jì)算電流為 N 30 30 3U S I? （2.4） 式中:UN為用電設(shè)備組的額定電壓。 負(fù)荷計(jì)算中常用的單位：有功功率為“千瓦”(kW)，無功 功率為“千乏”(kvar)，視在功率為“千伏安”(kVA)，電流為 “安”(A)， 電壓為“千伏”(kV)。 14 4 變配電所高低壓一次設(shè)備變配電所高低壓一次設(shè)備 變配電所中承擔(dān)輸送和分配電能任務(wù)的電路稱為一次電 路或稱主電路 (主接線)。一次電路中所有的電氣設(shè)備稱為一 次設(shè)備或一次元件

11、。 一次設(shè)備按其功能分為以下幾類： （1） 變換設(shè)備，其功能是按電力系統(tǒng)工作的要求來改 變電壓或電流，例如電力變壓器、電流互感器、電壓互感器 等。 (2) 控制設(shè)備，其功能是按電力系統(tǒng)工作的要求來控制 一次電路的通、斷，例如各種高低壓開關(guān)。 15 (3) 保護(hù)設(shè)備，其功能是用來對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行過電流和過 電壓等的保護(hù)，例如熔斷器和避雷器等。 (4) 成套設(shè)備， 它是按一次電路接線方案的要求，將有 關(guān)一次設(shè)備及二次設(shè)備組合為一體的電氣裝置，例如高壓開 關(guān)柜、 低壓配電屏、 動(dòng)力和照明配電箱等。 16 4.1 高壓一次設(shè)備高壓一次設(shè)備 1. 高壓斷路器高壓斷路器QF 1) 高壓斷路器的功能 高壓斷路

12、器是高壓電器中最重要的設(shè)備，是電力系統(tǒng)一 次設(shè)備中起控制和保護(hù)作用的關(guān)鍵電器。高壓斷路器在電網(wǎng)中 起兩方面的作用：一是控制作用，即根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的需要， 將部分電氣設(shè)備或線路投入或退出運(yùn)行；二是保護(hù)作用，即在 電氣設(shè)備或電力線路發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)自動(dòng)裝置發(fā)出跳閘 信號(hào)，起動(dòng)斷路器，將故障部分設(shè)備或線路從電網(wǎng)中迅速切除， 確保電網(wǎng)中無故障部分電路的正常運(yùn)行。 17 2) 高壓斷路器的分類 高壓斷路器一般按滅弧介質(zhì)的不同分為： (1) 油斷路器，指采用變壓器油作為滅弧介質(zhì)的斷路器。 它又分為多油斷路器和少油斷路器。多油斷路器的油除了作滅 弧介質(zhì)和觸頭開斷后的絕緣外，還作為帶電部分對(duì)地的絕緣。 少油

13、斷路器的油只作為滅弧介質(zhì)和觸頭開斷后的絕緣，而帶電 部分對(duì)地絕緣采用瓷件或其他介質(zhì)。和多油斷路器相比，少油 斷路器具有用油量少，體積小，重量輕，運(yùn)輸安裝方便， 有利 于防火等優(yōu)點(diǎn)。 在610 kV戶內(nèi)配電裝置中常用的有SN1010 型少油斷路器。 18 (2) 真空斷路器，指采用真空的高絕緣強(qiáng)度來滅弧的斷路 器。這種斷路器的動(dòng)靜觸頭密封在真空泡內(nèi)，利用真空作為滅 弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)。它的特點(diǎn)是體積小，壽命長(zhǎng)，維修工作量 小，主要用于頻繁操作的場(chǎng)所。常用的真空斷路器有ZN12 12、 ZN28A12型戶內(nèi)高壓真空斷路器，其外形如圖 4.1所示。 19 圖4.1 ZN1212型戶內(nèi)高壓真空斷路器 2

14、0 (3) 六氟化硫(SF6)斷路器，指利用具有優(yōu)異的絕緣性能和 滅弧性能的SF6氣體作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)的斷路器。 SF6氣 體是無色、無臭、不燃燒、無毒的惰性氣體，它的絕緣能力約 高于空氣2.5倍，而滅弧能力則高達(dá)百倍。SF6斷路器比少油斷 路器串聯(lián)斷口要少，可使制造、安裝、調(diào)試和運(yùn)行比較方便和 經(jīng)濟(jì)。它的特點(diǎn)是滅弧能力強(qiáng)，絕緣強(qiáng)度高，開斷電流大， 燃弧時(shí)間短， 檢修周期長(zhǎng)，斷開電容電流或電感電流時(shí)無重 燃，過電壓低等。 SF6斷路器主要用于需頻繁操作及有易燃、 易爆危險(xiǎn)的場(chǎng)所，特別用于全封閉組合電器中。常用的 SF6斷 路器為L(zhǎng)N2型。 真空斷路器、六氟化硫斷路器是現(xiàn)在和未來重點(diǎn)發(fā)展與

15、使 用的斷路器。 21 2. 隔離開關(guān)隔離開關(guān)QS 1) 隔離開關(guān)的功能 隔離開關(guān)的作用主要有以下三方面： (1) 隔離電源，保證安全。利用隔離開關(guān)將高壓電氣裝置 中需要檢修的部分與其他帶電部分可靠隔離， 隔離開關(guān)斷開后 有明顯可見的斷開間隙， 能充分保證人身和設(shè)備的安全。 22 (2) 倒閘操作。隔離開關(guān)經(jīng)常用來進(jìn)行電力系統(tǒng)運(yùn)行方 式改變時(shí)的倒閘操作。例如，當(dāng)主接線為雙母線時(shí)，利用隔 離開關(guān)將設(shè)備或線路從一組母線切換到另一組母線。 特別強(qiáng)調(diào)，隔離開關(guān)沒有專門的滅弧裝置，在任何情況 下，均不能接通或切斷負(fù)荷電流和短路電流，并應(yīng)設(shè)法避免 可能發(fā)生的誤操作。 當(dāng)隔離開關(guān)與斷路器配合操作時(shí)，其順序應(yīng)

16、為：斷電時(shí)， 先拉開斷路器，再拉開隔離開關(guān)；送電時(shí)，先合隔離開關(guān)， 再合斷路器。總之，隔離開關(guān)與斷路器配合操作時(shí)，隔離開 關(guān)必須在斷路器處于斷開（分閘）位置時(shí)才能進(jìn)行操作。 23 2) 隔離開關(guān)的分類 按裝設(shè)地點(diǎn)的不同， 隔離開關(guān)分為戶內(nèi)和戶外兩種。 戶內(nèi)隔離開關(guān)（型號(hào)為 GN）的額定電壓一般在35 kV以下。 工廠供配電系統(tǒng)常用的高壓戶內(nèi)隔離開關(guān)為 GN19、 GN22和 GN24型等， 其外形如圖4.2所示。 24 圖4.2 GN2212戶內(nèi)高壓隔離開關(guān) 25 戶外隔離開關(guān)（型號(hào)為 GW）由于觸頭暴露在大氣中， 工作條件比較惡劣，因而一般要求有較高的絕緣等級(jí)和機(jī)械 強(qiáng)度。戶外隔離開關(guān)的額定

17、電壓一般在 35 kV以上，常用的 有GW435G（D）和GW4110D型。 26 3. 高壓負(fù)荷開關(guān)高壓負(fù)荷開關(guān)QL 1) 高壓負(fù)荷開關(guān)的功能 高壓負(fù)荷開關(guān)具有簡(jiǎn)單的滅弧裝置， 因此能通斷一定的 負(fù)荷電流和過負(fù)荷電流。 但它不能斷開短路電流，負(fù)荷開關(guān) 斷開后，與隔離開關(guān)一樣， 具有明顯可見的斷開間隙，因此， 它也具有隔離電源、保證安全檢修的功能。 它一般與高壓熔斷器串聯(lián)使用，借助熔斷器來進(jìn)行短路 保護(hù)。 27 2) 高壓負(fù)荷開關(guān)的分類 高壓負(fù)荷開關(guān)按安裝地點(diǎn)的不同分為戶內(nèi)式和戶外式； 按滅弧方式的不同分為產(chǎn)氣式、壓氣式、油浸式、真空式和 SF6式。高壓負(fù)荷開關(guān)目前主要用于10 kV及以下配電

18、系統(tǒng)中， 常用的型號(hào)有戶內(nèi)壓氣式 FN210(R)型、FN310(R)型（R表示 帶有熔斷器）和戶外產(chǎn)氣式的FW510型等。戶內(nèi)高壓真空負(fù)荷 開關(guān)ZFN2110的外形如圖4.3所示。 28 圖4.3 高壓真空負(fù)荷開關(guān) 29 4.4. 高壓熔斷器高壓熔斷器 1) 熔斷器的功能 熔斷器FU是最簡(jiǎn)單和最早使用的一種保護(hù)電器，它串聯(lián) 在電路中使用，當(dāng)所在電路短路或過載時(shí)，熔斷器自動(dòng)斷開 電路， 使其它電氣設(shè)備得到保護(hù)。 30 2) 熔斷器的分類 熔斷器按安裝地點(diǎn)不同，分為戶內(nèi)式和戶外式按電壓的高 低，分為高壓熔斷器和低壓熔斷器；按滅弧方式及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的 不同，分為瓷插式、封閉填料式和產(chǎn)氣縱吹式等。 目前

19、常見的戶內(nèi)高壓熔斷器有 RN1、 RN2、 RN3、 RN5和 RN6等管式熔斷器，用于635 kV的戶內(nèi)配電裝置中， 其外形 見圖4.4。 它們均為填充石英砂的限流式熔斷器。 31 圖4.4 高壓限流式熔斷器 32 5.5. 高壓開關(guān)柜高壓開關(guān)柜 高壓開關(guān)柜是按一定的線路方案將有關(guān)一、二次設(shè)備組 裝在一起而形成的一種高壓成套配電裝置，在發(fā)電廠和變配 電所中用于控制和保護(hù)發(fā)電機(jī)、變壓器和高壓線路，也可用 于大型高壓交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和保護(hù)，其中安裝有高壓開關(guān) 設(shè)備、保護(hù)電器、監(jiān)測(cè)儀表和母線、絕緣子等。 高壓開關(guān)柜內(nèi)配用的主開關(guān)為真空斷路器、 SF6斷路器和 少油斷路器。目前少油斷路器已逐漸被真空

20、斷路器和 SF6斷路 器所取代。 33 4.2 低壓一次設(shè)備 1. 低壓熔斷器 低壓熔斷器的功能主要是實(shí)現(xiàn)低壓配電系統(tǒng)的短路保護(hù)， 有的熔斷器也能實(shí)現(xiàn)過負(fù)荷保護(hù)。 34 2. 低壓刀開關(guān)低壓刀開關(guān)QK 低壓刀開關(guān)的分類方式很多。低壓刀開關(guān)按其操作方式 分，有單投和雙投兩種；按其極數(shù)分，有單極、雙極和三極三 種；按其滅弧結(jié)構(gòu)分，有不帶滅弧罩和帶滅弧罩兩種。 不帶滅 弧罩的刀開關(guān)一般只能在無負(fù)荷下操作， 作隔離開關(guān)使用。 35 3. 低壓負(fù)荷開關(guān)低壓負(fù)荷開關(guān)QL 低壓負(fù)荷開關(guān)是由帶滅弧裝置的刀開關(guān)與熔斷器串聯(lián)組 合而成、 外裝封閉式鐵殼或開啟式膠蓋的開關(guān)電器。低壓 負(fù)荷開關(guān)具有帶滅弧罩刀開關(guān)和熔斷

21、器的雙重功能， 既可帶 負(fù)荷操作， 又能進(jìn)行短路保護(hù)。 36 4. 低壓斷路器低壓斷路器QF 低壓斷路器又稱低壓自動(dòng)開關(guān)。它既能帶負(fù)荷通斷電路， 又能在短路、過負(fù)荷和低電壓 (或失壓)時(shí)自動(dòng)跳閘， 其功能 與高壓斷路器類似。 配電用低壓斷路器按保護(hù)性能分，有非選擇型和選擇型兩 類。非選擇型斷路器一般為瞬時(shí)動(dòng)作，只作短路保護(hù)用；也有 的為長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作，只作過負(fù)荷保護(hù)用。選擇型斷路器分為兩段 保護(hù)、三段保護(hù)和智能化保護(hù)。兩段保護(hù)分為瞬時(shí)（或短延時(shí)） 與長(zhǎng)延時(shí)特性兩段。三段保護(hù)分為瞬時(shí)、短延時(shí)與長(zhǎng)延時(shí)特性 三段。其中瞬時(shí)和短延時(shí)特性適于短路保護(hù)，而長(zhǎng)延時(shí)特性適 于過負(fù)荷保護(hù)。智能化保護(hù)斷路器的脫扣器的

22、微機(jī)控制，其保 護(hù)功能更多，選擇性更好。 37 配電用低壓斷路器按結(jié)構(gòu)形式分，有塑料外殼式和萬能 式兩大類。 塑料外殼式斷路器的外形如圖4.5所示。萬能式斷 路器的外形如圖4.6所示。 圖4.5 塑料外殼式斷路器 38 圖4.6 DW45系列智能型萬能斷路器 39 5. 低壓配電屏低壓配電屏 低壓配電屏是按一定的線路方案將有關(guān)一、二次設(shè)備 組裝在一起而形成的一種低壓成套配電裝置，在低壓配電 系統(tǒng)中作動(dòng)力和照明配電之用。低電配電屏的每個(gè)柜中分別 裝有自動(dòng)空氣開關(guān)、 刀開關(guān)、接觸器、 熔斷器、 儀用互感 器、 母線以及信號(hào)和測(cè)量裝置等設(shè)備。 低壓配電屏的結(jié)構(gòu)型式，有固定式和抽屜式兩大類，不 過抽屜

23、式價(jià)格昂貴，一般中小工程多用固定式。 40 表4.1 常用一次設(shè)備的圖形符號(hào)和文字符號(hào) 序號(hào) 設(shè)備名稱 圖形符號(hào) 文字符 號(hào) 序號(hào) 設(shè)備名稱 圖形符號(hào) 文字符號(hào) 1 雙繞組變 壓器 T 或 TM 13 斷路器 QF 2 三繞組變 壓器 T 或 TM 14 隔離開關(guān) QK 3 電抗器 L 15 負(fù)荷開關(guān) QL 4 分裂電抗 器 L 16 隔離插頭 或插座 Q 或 QS 5 避雷器 F 17 熔斷器 FU 6 火花間隙 F 18 跌落時(shí)熔 斷器 FU 41 表表4.1 常用一次設(shè)備的圖形符號(hào)和文字符號(hào)常用一次設(shè)備的圖形符號(hào)和文字符號(hào) 7 電力電容 器 C 19 熔斷器式 負(fù)荷開關(guān) Q 8 有一個(gè)二

24、 次繞組電 流互感器 TA 20 熔斷器式 隔離開關(guān) Q 9 具有兩個(gè) 二次繞組 的電流互 感器 TA 21 接觸器 K 或 KM 10 電壓互感 器 TV 22 電纜終端 頭 W 11 三繞組電 壓互感器 TV 23 輸電線路 WL 或 L 12 母線 WB 24 接地 42 5 變配電所的主電路圖 5.1 概述概述 主電路圖是指變電所中一次設(shè)備按照設(shè)計(jì)要求連接起來， 表示供配電系統(tǒng)中電能輸送和分配路線的電路圖，亦稱為主接 線圖或一次電路圖。主電路圖一般繪成單線圖，圖中設(shè)備用標(biāo) 準(zhǔn)的圖形符號(hào)和文字符號(hào)表示。 主電路圖的形式將影響配電裝置的布局、供電的可靠性、 運(yùn)行的靈活性以及二次接線、繼電保

25、護(hù)等問題。 典型的電氣主電路圖可分為有母線和無母線兩種形式。 有母線主電路圖主要包括單母線接線和雙母線接線方式；無母 線主要有橋形接線等方式。 43 5.2 5.2 電氣主電路圖的基本形式 1. 單母線接線 如圖5.1所示，單母線接線的特點(diǎn)是整個(gè)配電裝置只有一 組母線，所有電源進(jìn)線和出線都接在同一組母線上。每一回 路均裝有斷路器QF和隔離開關(guān)QS。斷路器用于在正?；蚬收锨?況下接通與斷開電路，隔離開關(guān)當(dāng)停電檢查斷路器時(shí)作為隔離 電器隔離電壓。 44 單母線接線的特點(diǎn)是接線簡(jiǎn)單， 操作方便，投資少，便于擴(kuò)建；但 可靠性和靈活性較差，當(dāng)母線和母 線隔離開關(guān)檢修或故障時(shí)，各支路 都必須停止工作，當(dāng)引

26、出線的斷路 器檢修時(shí)，該支路要停止供電。因 此，單母線接線不能滿足不允許停 電的重要用戶的供電要求，只適用 于不重要負(fù)荷的中、小容量的變電 所。 圖5.1 單母線接線 45 2.2. 單母線分段接線單母線分段接線 如圖5.2所示，當(dāng)引出線數(shù)目較多時(shí)，為提高供電可靠性， 可用斷路器將母線分段，即采用單母線分段接線方式。正常 工作時(shí)，分段斷路器可以接通也可以斷開。如果正常工作時(shí) 分段斷路器QF是接通的，則當(dāng)任意段母線故障時(shí)，母線繼電保 護(hù)動(dòng)作跳開分段斷路器和接至該母線段上的電源斷路器，這 樣非故障母線段仍能工作。當(dāng)一個(gè)分段母線的電源斷開時(shí)， 連接在該母線上的出線可通過分段斷路器 QF從另一段母線上

27、得 到供電。 如果正常工作時(shí)分段斷路器 QF是斷開的，則當(dāng)一段 母線故障時(shí)，連在故障母線段上的電源斷路器在繼電保護(hù)的作 用下跳開，非故障母線段仍能照常工作；但當(dāng)一分段母線的電 源斷開時(shí)， 連接在該母線上的出線會(huì)全部停電。 46 圖5.2 單母線分段接線 47 3.3. 雙母線接線雙母線接線 如圖5.3所示，雙母 線接線有兩組母線 (母線 和母線)，兩組母線 之間通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器 QF(以下簡(jiǎn)稱母聯(lián)斷路器 ) 連接；每一條引出線和電 源支路都經(jīng)一臺(tái)斷路器與 兩組母線隔離開關(guān)分別接 至兩組母線上。 圖5.3 雙母線接線 48 雙母線接線的特點(diǎn)為： (1) 可輪流檢修母線而不影響正常供電。 (2)

28、 檢修任一母線側(cè)隔離開關(guān)時(shí)， 只影響該回路供電。 (3) 工作母線發(fā)生故障后，所有回路短時(shí)停電并能迅速 恢復(fù)供電。 (4) 出線回路斷路器檢修時(shí)，該回路要停止工作。 雙母線接線有較高的可靠性，廣泛用于出線帶電抗器的 610 kV配電裝置中，當(dāng)3560 kV配電裝置的出線數(shù)超過8回 和110 kV配電裝置的出線數(shù)為5回及以上時(shí)，也采用雙母線接 線。 49 4.4. 橋形接線橋形接線 如圖5.4所示，橋形接線適用于僅有兩臺(tái)變壓器和兩條出 線的裝置中。橋形接線僅用三臺(tái)斷路器，根據(jù)橋回路(QF3)的 位置不同，可分為內(nèi)橋和外橋兩種接線方式。橋形接線正常運(yùn) 行時(shí)， 三臺(tái)斷路器均閉合工作。 50 圖5.4

29、 橋形接線 (a) 內(nèi)橋接線； (b) 外橋接線 51 1) 內(nèi)橋接線 內(nèi)橋接線如圖5.4（a）所示，橋回路置于線路斷路器內(nèi)側(cè) (靠變壓器側(cè) )，此時(shí)線路經(jīng)斷路器和隔離開關(guān)接至橋接點(diǎn)， 構(gòu)成獨(dú)立單元。而變壓器支路只經(jīng)隔離開關(guān)與橋接點(diǎn)相連，是 非獨(dú)立單元。 52 內(nèi)橋接線的特點(diǎn)為： (1) 線路操作方便。如線路發(fā)生故障，僅故障線路的斷路 器跳閘，其余三回路可繼續(xù)工作，并保持相互的聯(lián)系。 (2) 正常運(yùn)行時(shí)變壓器操作復(fù)雜。如變壓器T1檢修或發(fā)生 故障，則需斷開斷路器 QF1、QF3，使未故障線路 L1供電受到 影響，需經(jīng)倒閘操作，拉開隔離開關(guān) QS1后，再閉合QF1、QF3 才能恢復(fù)線路L1工作，

30、 這將造成該側(cè)線路的短時(shí)停電。 53 (3) 橋回路故障或檢修時(shí)全廠分列為兩部分，使兩個(gè)單 元之間失去聯(lián)系；同時(shí)，出線斷路器故障或檢修時(shí)，造成該 回路停電。 內(nèi)橋接線適用于較小容量的發(fā)電廠，對(duì)一、二級(jí)負(fù)荷供 電，并且變壓器不需要經(jīng)常切換運(yùn)行或線路較長(zhǎng)、故障率高 的變電所。 54 2) 外橋接線 如圖5.4（b）所示，橋回路置于線路斷路器外側(cè) (遠(yuǎn)離變 壓器側(cè))，此時(shí)變壓器經(jīng)斷路器和隔離開關(guān)接至橋接點(diǎn)，構(gòu)成 獨(dú)立單元；而線路支路只經(jīng)隔離開關(guān)與橋接點(diǎn)相連，是非獨(dú)立 單元。 外橋接線的特點(diǎn)為： (1) 變壓器操作方便。當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)，僅故障變壓 器回路的斷路器自動(dòng)跳閘，其余三回路可繼續(xù)工作，并保

31、持相 互的聯(lián)系。 55 (2) 線路投入與切除時(shí)，操作復(fù)雜。當(dāng)線路檢修或發(fā)生故 障時(shí)，需斷開兩臺(tái)斷路器，并使該側(cè)變壓器停止運(yùn)行，需經(jīng)倒 閘操作恢復(fù)變壓器工作，這會(huì)造成變壓器短時(shí)停電。 (3) 當(dāng)橋回路發(fā)生故障或檢修時(shí)全廠分列為兩部分，使兩 個(gè)單元之間失去聯(lián)系。當(dāng)出線側(cè)斷路器發(fā)生故障或檢修時(shí)， 造成該側(cè)變壓器停電。 外橋接線適用于容量較小的發(fā)電廠，對(duì)一、二級(jí)負(fù)荷供電， 并且線路較短、故障率小或變壓器需要經(jīng)常切換的變電所。 56 5.3 車間（或小型工廠）變電所的主電路圖 1. 只裝有一臺(tái)主變壓器的小型變電所 主電路圖 只有一臺(tái)主變壓器的小型變電所， 其高壓側(cè)一般采用無母線接線。高 壓側(cè)采用隔離開

32、關(guān)斷路器的變電 所主電路如圖5.5所示。這種主電 路由于采用了高壓斷路器，因而變 電所的停、送電操作十分靈活方便。 同時(shí)，高壓斷路器都配有繼電保護(hù) 裝置，在變電所發(fā)生短路和過負(fù)荷 時(shí)均能自動(dòng)跳閘。由于只有一路電 源進(jìn)線，因而此種接線一般只用于 三級(jí)負(fù)荷； 如果變電所低壓側(cè)有聯(lián) 絡(luò)線與其它變電所相連，則可用于 二級(jí)負(fù)荷。 圖5.5 高壓側(cè)采用隔離開關(guān)斷路 器的變電所主電路 57 2.2. 裝有兩臺(tái)主變壓器的小型變電所主電路圖裝有兩臺(tái)主變壓器的小型變電所主電路圖 高壓側(cè)無母線、低壓側(cè)單母線分段的變電所主電路如圖5.6所示。這種 主電路的供電可靠性較高。當(dāng)任一主變壓器或任一電源線停電檢修或發(fā)生 故障

33、時(shí)，該變電所通過閉合低壓母線分段開關(guān)，即可迅速恢復(fù)對(duì)整個(gè)變電 所的供電。這種主電路可供一、二級(jí)負(fù)荷。 圖5.6 58 高壓側(cè)單母線、低壓側(cè)單母線分段的變電所主電路如圖 5.7所示。這 種主電路適用于裝有兩臺(tái)及以上主變壓器或具有多路高壓出線的變電 所，其供電可靠性也較高。當(dāng)任一主變壓器檢修或發(fā)生故障時(shí)，通過 切換操作，可很快恢復(fù)整個(gè)變電所的供電，此電路可供二、三級(jí)負(fù)荷； 有聯(lián)絡(luò)線時(shí)，可供一、 二級(jí)負(fù)荷。 圖5.7 59 5.45.4 總降壓變電所主電路圖總降壓變電所主電路圖 對(duì)于電源進(jìn)線電壓為 35 kV及以上的大、中型工廠，通常 先經(jīng)工廠總降壓變電所將電壓降為610 kV的高壓配電電壓， 然后

34、經(jīng)車間變電所降為一般用電設(shè)備所需的電壓(如220 V/380 V)。工廠總降壓變電所一般設(shè)變壓器12臺(tái)，電源進(jìn)線12回， 電壓為35110 kV/610 kV。 60 1.1. 一次側(cè)采用橋形接線、 二次側(cè)采用單母線分段的總降 壓變電所主電路 一次側(cè)采用橋形接線、二次側(cè)采用單母線分段的總降壓變 電所主電路如圖5.8所示。在這種主電路中，一次側(cè)的高壓斷 路器QF 10 跨接在兩路電源進(jìn)線之間，內(nèi)橋形接線斷路器處在線 路斷路器QF 11 和QF 12 的內(nèi)側(cè)，靠近變壓器；外橋形接線斷路器 處在線路斷路器 QF 11 和QF 12 的外側(cè)，靠近電源方向。這種主電 路的運(yùn)行靈活性較好，供電可靠性較高，

35、適用于一、二級(jí)負(fù) 荷的工廠。 61 圖5.8 一次側(cè)采用內(nèi)橋形接線、二次側(cè)采用單母線分段的 總降壓變電所主電路 62 2. 一次、 二次側(cè)均采用單母線分段的總降壓變電所主 電路 一、 二次側(cè)均采用單母線分段的總降壓變電所主電路如 圖5.9所示， 這種主電路兼有上述橋式接線運(yùn)行靈活的優(yōu)點(diǎn)， 但所用高壓開關(guān)設(shè)備較多， 可供一、 二級(jí)負(fù)荷， 適于一、 二次側(cè)進(jìn)出線較多的總降壓變電所。 63 圖5.9 一、 二次側(cè)均采用單母線分段的總降壓變電所主電路 64 6 低壓供配電線路的接線方式 6.16.1 放射式接線 圖6.1所示為低壓放射式接線。此接 線方式由變壓器低壓母線上引出若干條回 路，再分別配電給

36、各配電箱或用電設(shè)備。 放射式接線的特點(diǎn)是：供電線路獨(dú)立，引 出線發(fā)生故障時(shí)互不影響， 供電可靠性較 高，但是一般情況下有色金屬消耗量較多， 采用的開關(guān)設(shè)備也較多。放射式接線多用 于設(shè)備容量大或?qū)╇娍煽啃砸筝^高的 場(chǎng)合，例如大型消防泵、電熱器、 生活水 泵和中央空調(diào)的冷凍機(jī)組等。 圖6.1 低壓放射式接線 65 6.26.2 樹干式接線樹干式接線 圖6.2所示為兩種常見的低壓樹干式接線。 樹干式接線從變電所低壓母線上引出干線，沿 干線再引出若干條支線， 然后再引至各用電設(shè) 備。 樹干式接線的特點(diǎn)正好與放射式接線相反。 一般情況下，樹干式接線采用的開關(guān)設(shè)備較少， 有色金屬消耗量也較少，但干線發(fā)

37、生故障時(shí)的 影響范圍大，因此供電可靠性較低。樹干式接 線在機(jī)械加工車間、工具車間和機(jī)修車間中應(yīng) 用比較普遍，而且多采用成套的封閉型母線， 使用靈活、方便，也比較安全，很適于供電給 容量較小而分布較均勻的用電設(shè)備，如機(jī)床、 小型加熱爐等。圖 6.2(b)所示的“變壓器干 線組”接線還省去了變電所低壓側(cè)的整套低壓 配電裝置， 從而使變電所結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，投 資大為降低。 圖6.2 低壓樹干式接線 (a) 低壓母線放射式接線； (b) “變壓器干線組”接線 66 圖6.3(a)和(b)所示為一種變形的樹干式接線，通常稱為鏈?zhǔn)浇泳€。鏈 式接線的特點(diǎn)與樹干式基本相同，適于用電設(shè)備彼此相距很近而容量均較 小

38、的次要用電設(shè)備。鏈?zhǔn)较噙B的設(shè)備一般不超過 5臺(tái)； 鏈?zhǔn)较噙B的配電箱 不宜超過3臺(tái)，且總?cè)萘坎灰顺^10kW。 圖6.3 低壓鏈?zhǔn)浇泳€ (a) 連接配電箱； (b) 連接電動(dòng)機(jī) 67 6.36.3 環(huán)形接線環(huán)形接線 圖6.4所示為由一臺(tái)變壓器供電的低壓 環(huán)形接線方式。環(huán)形接線實(shí)質(zhì)上是兩端供 電的樹干式接線方式的改進(jìn)型。一個(gè)工廠 內(nèi)的一些車間變電所低壓側(cè)也可以通過低壓 聯(lián)絡(luò)線相互連接成為環(huán)形。環(huán)形接線供電可 靠性較高，任一段上的線路發(fā)生故障或檢修 時(shí)，都不致造成供電中斷；或只短時(shí)停電， 一但切換電源的操作完成，即能恢復(fù)供電。 環(huán)形接線可使電能損耗和電壓損耗減少，但 是環(huán)形系統(tǒng)的保護(hù)裝置及其整定配合

39、比較復(fù) 雜，如配合不當(dāng)，容易發(fā)生誤動(dòng)作， 反而會(huì) 擴(kuò)大故障停電范圍。 圖6.4 低壓環(huán)形接線 68 3.3. 變配電所的防雷措施變配電所的防雷措施 1）裝設(shè)避雷針 室外配電裝置應(yīng)裝設(shè)避雷針來防護(hù)直接雷擊。 2）高壓側(cè)裝設(shè)避雷器 高壓側(cè)裝設(shè)避雷器主要用來保護(hù)主變壓器，以免雷電沖 擊波沿高壓線路侵入變電所，損壞變電所的關(guān)鍵設(shè)備。為此， 要求避雷器應(yīng)盡量靠近主變壓器，安裝避雷器的接地端應(yīng)與 變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)及金屬外殼等連接在一起接地，如圖 7.1 所示。 69 圖7.1 高壓配電裝置中避雷器的裝設(shè) 70 3）低壓側(cè)裝設(shè)避雷器 這種防雷措施主要用在多雷區(qū)，用來防止雷電波沿低壓 線路侵入而擊穿電力變壓

40、器的絕緣。當(dāng)變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn) 不接地時(shí)，其中性點(diǎn)可裝設(shè)閥式避雷器或金屬氧化物避雷器 作保護(hù)間隙。 71 7.2 接地保護(hù) 1. 接地的概念 電氣設(shè)備的某部分與土壤之間作良好的電氣連接，稱之 為接地。埋入地中并直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體稱為接地體， 連接接地體和電氣設(shè)備接地部分的導(dǎo)線稱為接地線。接地線 和接地體合稱為接地裝置。 72 2.2. 接地的種類接地的種類 工廠供電系統(tǒng)和電氣設(shè)備的接地按其功能分為工作接地、 保護(hù)接地以及重復(fù)接地三大類。 1） 工作接地 工作接地是為了電力系統(tǒng)和用電設(shè)備正常工作而進(jìn)行的 接地, 如變壓器、發(fā)電機(jī)、中性點(diǎn)接地以及防雷接地等都屬 該類接地。 73 2） 保護(hù)接

41、地 保護(hù)接地是為了人身安全、防止間接觸電而對(duì)設(shè)備的外露 可導(dǎo)電部分進(jìn)行的接地，如設(shè)備外殼的直接接地，電流、電壓 互感器二次線圈的接地以及配電屏、控制柜框架的接地等。 我國(guó)220/380 V低壓配電系統(tǒng)采用的是中性點(diǎn)直接接地運(yùn) 行方式，引出中性線 N、保護(hù)線PE和保護(hù)中性線 PEN。中性線N 的作用是用來接單相設(shè)備，傳導(dǎo)三相系統(tǒng)不平衡電流和單相電 流并減少中性點(diǎn)偏移；保護(hù)線PE的作用是將設(shè)備外殼、外露可 導(dǎo)電部分連接到電源的接地點(diǎn)去，當(dāng)設(shè)備發(fā)生單相接地故障時(shí) 形成單相短路，使設(shè)備或系統(tǒng)的保護(hù)裝置動(dòng)作，切除故障設(shè)備， 保護(hù)人身安全；PEN線具有中性線N和保護(hù)線PE的雙重功能。 74 保護(hù)接地的形式

42、有兩種：一種是設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分經(jīng) 各自的PE線直接接地；另一種是設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分經(jīng)公共 的PE線或PEN線接地。根據(jù)供電系統(tǒng)的中性點(diǎn)及電氣設(shè)備的接 地方式， 保護(hù)接地可分為三種不同類型： IT類、TN類以及TT 類。 75 (1) IT系統(tǒng)。IT系統(tǒng)是在中性點(diǎn)不接地的三相三線系統(tǒng) 中采用的保護(hù)接地方式，電氣設(shè)備的不帶電金屬部分直接經(jīng) 接地體接地， 如圖11.7.2所示。 圖7.2 低壓配電的IT系統(tǒng) 76 （2) TN系統(tǒng)。TN系統(tǒng)是中性點(diǎn)直接接地的三相四線制系統(tǒng) 中采用的保護(hù)接地方式。根據(jù)電氣設(shè)備的不同接地方法，TN 系統(tǒng)又分為以下三種形式。 TNC系統(tǒng)：配電線路中性線 N與保護(hù)線PE接在一起，電 氣設(shè)備不帶電金屬部分與之相接，如圖 7.3(a)所示。在這種 系統(tǒng)中，當(dāng)某相線因絕緣損壞而與電氣設(shè)備外殼相碰時(shí)，形 成較大的單相對(duì)地短路電流，引起熔斷器熔斷切除故障線路， 從而起到保護(hù)作用。該接線保護(hù)方式適用于三相負(fù)荷比較平 衡且單相負(fù)荷不大的場(chǎng)所，在工廠低壓設(shè)備接地保護(hù)中使用 相當(dāng)普遍。 77 TNS系統(tǒng)：配電線路中性線 N與保護(hù)線PE分開