電力系統(tǒng)電壓等級與變電站種類

電力系統(tǒng)電壓等級與變電站種類

電力系統(tǒng)電壓等級有220/380VC0.4kV）,3kV、6kV、10kV、

20kV、35kV、66kV、HOkV.220kV、330kV、500kVo隨著電

機制造工藝的提高，10kV電動機已批量生產，所以3kV、6kV

已較少使用，20kV、66kV也很少使用。供電系統(tǒng)以10kV、

35kV為主。輸配電系統(tǒng)以llOkV以上為主。發(fā)電廠發(fā)電機有

6kV與10kV兩種，現(xiàn)在以10kV為主，用戶均為220/380V

（0.4kV）低壓系統(tǒng)。

根據(jù)《城市電力網(wǎng)規(guī)定設計規(guī)則》規(guī)定：輸電網(wǎng)為500kV、

330kV、220kV.llOkV,高壓配電網(wǎng)為UOkV、66kV,中壓配

電網(wǎng)為20kV、10kV、6kV,低壓配電網(wǎng)為0.4kV（220V/380V）o

發(fā)電廠發(fā)出6kV或10kV電，除發(fā)電廠自己用（廠用電）

之外，也可以用10kV電壓送給發(fā)電廠附近用戶，10kV供電

范圍為10Km.35kV為20~50Km、66kV為30~100Km、llOkV

為50~150Km、220kV為100~300Km、330kV為200?600Km、500kV

為150"850Kmo

2.變配電站種類

電力系統(tǒng)各種電壓等級均通過電力變壓器來轉換，電壓

升高為升壓變壓器（變電站為升壓站），電壓降低為降壓變

壓器（變電站為降壓站）。一種電壓變?yōu)榱硪环N電壓的選用

兩個線圈（繞組）的雙圈變壓器，一種電壓變?yōu)閮煞N電壓的

選用三個線圈（繞組）的三圈變壓器。

變電站除升壓與降壓之分外，還以規(guī)模大小分為樞紐站,

區(qū)域站與終端站。樞紐站電壓等級一般為三個（三圈變壓器）,

550kV/220kV/110kVo區(qū)域站一般也有三個電壓等級（三圈

變壓器），220kV/110kV/35kV或110kV/35kV/10kVo終端站

一般直接接到用戶，大多數(shù)為兩個電壓等級（兩圈變壓器）

110kV/10kV或35kV/10kVo用戶本身的變電站一般只有兩個

電壓等級（雙圈變壓器）110kV/10kV.35kV/0.4kV、

10kV/0.4kV,其中以10kV/0.4kV為最多。

3.變電站一次回路接線方案

1）一次接線種類

變電站一次回路接線是指輸電線路進入變電站之后，所

有電力設備（變壓器及進出線開關等）的相互連接方式。其

接線方案有：線路變壓器組，橋形接線，單母線，單母線分

段，雙母線，雙母線分段，環(huán)網(wǎng)供電等。

2）線路變壓器組

變電站只有一路進線與一臺變壓器，而且再無發(fā)展的情

況下采用線路變壓器組接線。

3）橋形接線

有兩路進線、兩臺變壓器，而且再沒有發(fā)展的情況下,

采用橋形接線。針對變壓器，聯(lián)絡斷路器在兩個進線斷路器

之內為內橋接線，聯(lián)絡斷路器在兩個進線斷路器之外為外橋

接線。

4）單母線

變電站進出線較多時，采用單母線，有兩路進線時，一

般一路供電、一路備用（不同時供電），二者可設備用電源

互自投，多路出線均由一段母線引出。

5）單母線分段

有兩路以上進線，多路出線時，選用單母線分段，兩路

進線分別接到兩段母線上，兩段母線用母聯(lián)開關連接起來。

出線分別接到兩段母線上。

單母線分段運行方式比較多。一般為一路主供，一路備

用（不合閘），母聯(lián)合上，當主供斷電時，備用合上，主供、

備用與母聯(lián)互鎖。備用電源容量較小時，備用電源合上后，

要斷開一些出線。這是比較常用的一種運行方式。

對于特別重要的負荷，兩路進線均為主供，母聯(lián)開關斷

開，當一路進線斷電時，母聯(lián)合上，來電后斷開母聯(lián)再合上

進線開關。

單母線分段也有利于變電站內部檢修，檢修時可以停掉

一段母線，如果是單母線不分段，檢修時就要全站停電，利

用旁路母線可以不停電，旁路母線只用于電力系統(tǒng)變電站。

6）雙母線

雙母線主要用于發(fā)電廠及大型變電站，每路線路都由一

個斷路器經過兩個隔離開關分別接到兩條母線上，這樣在母

線檢修時，就可以利用隔離開關將線路倒在一條件母線上。

雙母線也有分段與不分段兩種，雙母線分段再加旁路斷路器,

接線方式復雜，但檢修就非常方便了，停電范圍可減少。

4.變配電站二次回路

1）二次回路種類

變配電站二次回路包括：測量、保護、控制與信號回路

部分。測量回路包括：計量測量與保護測量?？刂苹芈钒ǎ?/p>

換開關。

(2)防跳回路

當合閘回路出現(xiàn)故障時開展分閘，或短路事故未排除，

又開展合閘(誤操作)，這時就會出現(xiàn)斷路器反復合分閘，

不僅容易引起或擴大事故，還會引起設備損壞或人身事故，

所以高壓開關控制回路應設計防跳。防跳一般選用電流啟動,

電壓保持的雙線圈繼電器。電流線圈串接于分閘回路作為啟

動線圈。電壓線圈接于合閘回路，作為保持線圈，當分閘時，

電流線圈經分閘回路起動。如果合閘回路有故障，或處于手

動合閘位置，電壓線圈起啟動并通過其常開接點自保持，其

常閉接點馬上斷開合閘回路，保證斷路器在分閘過程中不能

馬上再合閘。防跳繼電器的電流回路還可以通過其常開接點

將電流線圈自保持，這樣可以減輕保護繼電器的出口接點斷

開負荷，也減少了保護繼電器的保持時間要求。

有些微機保護裝置自己已具有防跳功能，這樣就可以不

再設計防跳回路。斷路器操作機構選用彈簧儲能時，如果選

用儲能后可以開展一次合閘與分閘的彈簧儲能操作機構(也

有用于重合閘的儲能后可以開展二次合閘與分閘的彈簧儲

能操作機構)，因為儲能一般都要求10秒左右，當儲能于關

經常處于斷開位置時，儲一次能，合完之后，將儲能開關再

處于斷開位置，可以跳一次閘；跳閘之后，要手動儲能之后

才能開展合閘，此時，也可以不再設計防跳回路。

(3)試驗與互投聯(lián)鎖與控制

對于手車開關柜，手車推出后要開展斷路器合分閘試驗,

應設計合分閘試驗按鈕。進線與母聯(lián)斷路，一般應根據(jù)要求

開展互投聯(lián)鎖或控制。

（4）保護跳閘

保護跳閘出口經過連接片接于跳閘回路，連接片用于保

護調試，或運行過程中解除某些保護功能。

（5）合分閘回路

合分閘回路為經合分閘母線為操作機構提供電源，以及

其控制回路，一般都應單獨畫出。

4）信號回路

（1）開關運行狀態(tài)信號由合閘與分閘指示兩個裝于開

關柜上的信號燈組成：經過操作轉換開關不對應接線后接到

正電源上。采用微機保護后，轉換開關取消了不對應接線，

所以信號燈正極可以直接接到正電源上。

（2）事故信號有事故跳閘與事故預告兩種信號，事故

跳閘報警也要通過轉化開關不對應后，接到事故跳閘信號母

線上，再引到中央信號系統(tǒng)。事故預告信號通過信號繼電器

接點引到中央信號系統(tǒng)。采用微機保護后，將斷路器操作機

構輔助接點與信號繼電器的接點分別接到微機保護單元的

開關量輸入端子，需要有中央信號系統(tǒng)時，如果微機保護單

元可以提供事故跳閘與事故預告輸出接點，可將其引到中央

信號系統(tǒng)。否則，應利用信號繼電器的另一對接點引到中央

信號系統(tǒng)。

（3）中央信號系統(tǒng)為安裝于值班室內的集中報警系統(tǒng)，

由事故跳閘與事故預告兩套聲光報警組成，光報警用光字牌,

不用信號燈，光字牌分集中與分散兩種。采用變電站綜合自

動化系統(tǒng)后，可以不再設計中央信號系統(tǒng)，或將其簡化，只

設計集中報警作為計算機報警的后備報警。

5.變配電站繼電保護

1）變配電站繼電保護的作用

變配電站繼電保護能夠在變配電站運行過程中發(fā)生故

障（三相短路、兩相短路、單相接地等）和出現(xiàn)不正常現(xiàn)象

時（過負荷、過電壓、低電壓、低周波、瓦斯、超溫、控制

與測量回路斷線等），迅速有選擇性發(fā)出跳閘命令將故障切

除或發(fā)出報警，從而減少故障造成的停電范圍和電氣設備的

損壞程度，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2）變配電站繼電保護的基本工作原理

變配電站繼電保護是根據(jù)變配電站運行過程中發(fā)生故

障時出現(xiàn)的電流增加、電壓升高或降低、頻率降低、出現(xiàn)瓦

斯、溫度升高等現(xiàn)象超過繼電保護的整定值（給定值）或超

限值后，在整定時間內，有選擇的發(fā)出跳閘命令或報警信號。

根據(jù)電流值來開展選擇性跳閘的為反時限，電流值越大,

跳閘越快。根據(jù)時間來開展選擇性跳閘的稱為定時限保護，

定時限在故障電流超過整定值后，經過時間定值給定的時間

后才出現(xiàn)跳閘命令。瓦斯與溫度等為非電量保護。

可靠系數(shù)為一個經驗數(shù)據(jù)，計算繼電器保護動作值時，

要將計算結果再乘以可靠系數(shù)，以保證繼電保護動作的準確

與可靠，其范圍為L3?1.5。

發(fā)生故障時的最小值與保護的動作值之比為繼電保護

的靈敏系數(shù)，一般為1.2~2,應根據(jù)設計規(guī)范要開展選擇。

3）變配電站繼電保護按保護性質分類

4）變電站繼電保護按被保護對象分類

（1）發(fā)電機保護

發(fā)電機保護有定子繞組相間短路，定子繞組接地，定子

繞組匝間短路，發(fā)電機外部短路，對稱過負荷，定子繞組過

電壓，勵磁回路一點及兩點接地，失磁故障等。出口方式為

停機，解列，縮小故障影響范圍和發(fā)出信號。

（2）電力變壓器保護

電力變壓器保護有繞組及其引出線相間短路，中性點直

接接地側單相短路，繞組匝間短路，外部短路引起的過電流，

中性點直接接地電力網(wǎng)中外部接地短路引起的過電流及中

性點過電壓、過負荷，油面降低，變壓器溫度升高，油箱壓

力升高或冷卻系統(tǒng)故障。

（3）線路保護

線路保護根據(jù)電壓等級不同，電網(wǎng)中性點接地方式不同,

輸電線路以及電纜或架空線長度不同，分別有：相間短路、

單相接地短路、單相接地、過負荷等。

（4）母線保護

發(fā)電廠和重要變電所的母線應裝設專用母線保護。

（5）電力電容器保護

電力電容器有電容器內部故障及其引出線短路，電容器

組和斷路器之間連接線短路，電容器組中某一故障電容切除

后引起的過電壓、電容器組過電壓，所連接的母線失壓。

（6）高壓電動機保護

高壓電動機有定子繞組相間短路、定子繞組單相接地、

定子繞組過負荷、定子繞組低電壓、同步電動機失步、同步

電動機失磁、同步電動機出現(xiàn)非同步沖擊電流。

6.微機保護裝置

1）微機保護的優(yōu)點

（1）可靠性高：一種微機保護單元可以完成多種保護

與監(jiān)測功能。代替了多種保護繼電器和測量儀表，簡化了開

關柜與控制屏的接線，從而減少了相關設備的故障環(huán)節(jié)，提

高了可靠性。微機保護單元采用高集成度的芯片，軟件有自

動檢測與自動糾錯功能，也有提高了保護的可靠性。

（2）精度高，速度快，功能多，測量部分數(shù)字化大大

提高其精度。CPU速度提高可以使各種事件以ms來計時，軟

件功能的提高可以通過各種復雜的算法完成多種保護功能。

（3）靈活性大，通過軟件可以很方便的改變保護與控

制特性，利用邏輯判斷實現(xiàn)各種互鎖，一種類型硬件利用不

同軟件，可構成不同類型的保護。

（4）維護調試方便，硬件種類少，線路統(tǒng)一，外出接

線簡單，大大減少了維護工作量，保護調試與整定利用輸入

按鍵或上方計算機下傳來開展，調試簡單方便。

（5）經濟性好，性能價格比高，由于微機保護的多功

能性，使變配電站測量、控制與保護部分的綜合造價降低。

高可靠性與高速度，可以減少停電時間，節(jié)省人力，提高了

經濟效益。

2）微機保護裝置的特點

微機保護裝置除了具有上述微機保護的優(yōu)點之外，與同

類產品比較具有以下特點：

（1）品種齊全：微機保護裝置，品種特別齊全，可以

滿足各種類型變配電站的各種設備的各種保護要求，這就給

變配電站設計及計算機聯(lián)網(wǎng)提供了很大方便。

（2）硬件采用最新的芯片提高了技術上的先進性，CPU

采用80cl96KB,測量為14位A/D轉換，模擬量輸入回路多

達24路，采到的數(shù)據(jù)用DSP信號處理芯片開展處理，利用

高速傅氏變換，得到基波到8次的諧波，特殊的軟件自動校

正，確保了測量的高精度。利用雙口RAM與CPU變換數(shù)據(jù),

就構成一個多CPU系統(tǒng)，通信采用CAN總線。具有通信速率

高（可達100MHZ,一般運行在80或60MHZ）抗干擾能力強

等特點。通過鍵盤與液晶顯示單元可以方便的開展現(xiàn)場觀察

與各種保護方式與保護參數(shù)的設定。

（3）硬件設計在供電電源，模擬量輸入，開關量輸入

與輸出，通信接口等采用了特殊的隔離與抗干擾措施，抗干

擾能力強，除集中組屏外，可以直接安裝于開關柜上。

（4）軟件功能豐富，除完成各種測量與保護功能外，

通過與上位處理計算機配合，可以完成故障錄波（1秒高速

故障記錄與9秒故障動態(tài)記錄），諧波分析與小電流接地選

線等功能。

（5）可選用RS232和CAN通信方式，支持多種遠動傳

輸規(guī)約，方便與各種計算機管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

(6)采用寬溫帶背景240X128大屏幕LCD液晶顯示器,

操作方便、顯示美觀。

(7)集成度高、體積小、重量輕，便于集中組屏安裝

和分散安裝于開關柜上。

3)微機保護裝置的使用范圍

(1)中小型發(fā)電廠及其升壓變電站。

(2)110kV/35kV/10kV區(qū)域變電站。

(3)城市10kV電網(wǎng)10kV開閉所

(4)用戶110kV/10kV或35kV/10kV總降壓站。

(5)用戶10kV變配電站

4)微機保護裝置的種類

(1)微機保護裝置共有四大類。

(2)線路保護裝置

微機線路保護裝置微機電容保護裝置微機方向線路保

護裝置

微機零序距離線路保護裝置微機橫差電流方向線路保

護裝置

(3)主設備保護裝置

微機雙繞組變壓器差動保護裝置微機三繞組變壓器差

動保護裝置

微機變壓器后備保護裝置微機發(fā)電機差動保護裝置微

機發(fā)電機后備保護裝置

微機發(fā)電機后備保護裝置微機電動機差動保護裝置微

機電動機保護裝置

微機廠（站）用變保護裝置

（4）測控裝置

微機遙測遙控裝置微機遙信遙控裝置微機遙調裝置微

機自動準同期裝置

微機備自投裝置微機PT切換裝置微機脈沖電度測量裝

置

微機多功能變送測量裝置微機解列裝置

（5）管理裝置單元

通信單元管理單元雙機管理單元

5）微機保護裝置功能

微機保護裝置的通用技術要求和指標（工作環(huán)境、電源、

技術參數(shù)、裝置構造）以及主要功能（保護性能指標、主要

保護功能、保護原理、定值與參數(shù)設定，以及外部接線端子

與二次圖）詳見相關產品說明書。

7.220/380V低壓配電系統(tǒng)微機監(jiān)控系統(tǒng)

1）220/380V低壓配電系統(tǒng)特點

（1）應用范圍廣，現(xiàn)在工業(yè)與民用用電除礦井、醫(yī)療、

危險品庫等外，均為220/380V,所以應用范圍非常廣泛。

（2）低壓配電系統(tǒng)一般均為TN—S,或TN—C—S系統(tǒng)。

TN—C系統(tǒng)為三個相線（A、B、C）與一個中性線（N）,N線

在變壓器中性點接地或在建筑物進戶處重復接地。輸電線為

四根線，電纜為四芯，沒有保護地線（PE）,少一根線。設

備外殼，金屬導電部分保護接地接在中性線（N）上，稱為

接零系統(tǒng)，接零系統(tǒng)安全性較差，對電子設備干擾大，設計

規(guī)范已規(guī)定不再采用。

TN—S系統(tǒng)為三個相線，一個中性線（N）與一個保護地

線（PE）oN線與PE線在變壓器中性點集中接地或在建筑物

進戶線處重復接地。輸電線為五根，電纜為五芯。中性線（N）

與保護地線（PE）在接地點處連接在一起后，再不能有任何

連接，因此中性線（N）也必須用絕緣線。中性線（N）引出

后如果不用絕緣對地絕緣，或引出后又與保護地線有連接,

雖然用了五根線，也為TN—C系統(tǒng)，這一點應特別引起注意。

TN—S或TN—C—S系統(tǒng)安全性好，對電子設備干擾小，可以

共用接地線（CPE）,,采用等電位連接后安全性更好，干擾

更小。所以設計規(guī)范規(guī)定除特殊場所外，均采用TN—S或TN

—C—S系統(tǒng)。

（3）220/380V低壓配電系統(tǒng)的保護現(xiàn)在仍采用低壓斷

路器或熔斷器。所以220/380V只有監(jiān)控沒有保護。監(jiān)控包

括電流、電壓、電度、頻率、功率、功率因數(shù)、溫度等測量

（遙測），開關運行狀態(tài)，事故跳閘，報警與事故預告（過

負荷、超溫等）報警（遙信）與電動開關遠方合分閘操作（遙

控）等三個內容（簡稱三遙），而沒有保護。

（4）220/380V低壓配電系統(tǒng)一次回路一般均為單母線

或單母線分段，兩臺以上變壓器均為單母線分段，有幾臺變

壓器就分幾段，這是因為用戶變電站變壓器一般不采用并列

運行，這是為了減小短路電流，降低短路容量，否則，低壓

斷路器的斷開容量就要加大。

（5）220/380V低壓配電系統(tǒng)進線、母聯(lián)、大負荷出線

與低壓聯(lián)絡線因容量較大，一般一路（1個斷路器）占用一

個低壓柜。根據(jù)供電負荷電流大小不同，一個低壓開關柜內

有兩路出線（安裝兩個斷路器），四路出線（安裝四個斷路

器），以及五、六、八與十路出線，不象高壓配電系統(tǒng)一個

斷路器占用一個開關柜。因此低壓監(jiān)控單元就要有用于一路、

兩路或多路之分，設計時要根據(jù)每個低壓開關的出線回路數(shù)

與低壓監(jiān)控單元的規(guī)格來開展設計。

（6）低壓斷路器除手動操作外，還可以選用電動操作。

大容量低壓斷路器一般均有手動與電動操作，設計時應選用

帶遙控的低壓監(jiān)控單元，小容量低壓斷路器，設計時，大多

數(shù)都選用只有手動操作的斷路器，這樣低壓監(jiān)控單元的遙控

出口就可以不接線，或選用不帶遙控的低壓監(jiān)控單元。

2）220/380V低壓配電系統(tǒng)微機監(jiān)控系統(tǒng)的設計

（1）220/380V低壓配電系統(tǒng)微機監(jiān)控系統(tǒng)首先根據(jù)一

次系統(tǒng)及用戶要求開展遙測、遙信及遙控設計。

（2）測量回路設計

A測量部分的二次接線與高壓一樣，電流回路串聯(lián)于電

壓互感器二次回路，電壓回路并聯(lián)于電壓測量回路。由于

220/380V低壓配電系統(tǒng)沒有電壓互感器，電壓測量可以直接

接到220/380V母線上，和電度表電壓回路一樣一般可以不

加熔斷器保護，但柜內接線應盡量短，有條件時最好加熔斷

器保護，以便于檢修。

B電度測量可選用自帶電源有脈沖輸出的脈沖電度表，

對于有計算功率與電度功能的低壓監(jiān)控單元，只作為內部計

費時，可以不再選用脈沖電度表。

C選用有顯示功能的低壓監(jiān)控單元，可以不再設計電流、

電壓表，選用不帶顯示功能的低壓監(jiān)控單元時還應設計電流

或電壓表，不應兩種都設計。

(3)信號回路設計

設計時，低壓斷路器要增加一對常開接點接到低壓監(jiān)控

單元開關狀態(tài)輸入端子上。有事故跳閘報警輸出接點的，再

將其接到低壓監(jiān)控單元事故預告端子上。

(4)遙控回路設計

低壓監(jiān)控系統(tǒng)的遙控設計比較簡單，電動操作的低壓斷

路器都有一對合分閘按鈕，只要將低壓監(jiān)控單元合分閘輸出

端子分別并在合分閘按鈕上即可，必要時，可設計一個就地

與遙控操作轉換開關，防止就地檢修開關時，遙控操作引起

事故。

(5)供電電源與通信電纜設計

低壓監(jiān)控單元電源為交流220V供電，耗電量一般只有

幾瓦，設計時將其電源由端子上引到一個220V/5A兩極低壓

斷路器上，再引到開關柜端子