《供电一次系统》PPT课件.ppt

第2章 供配电一次系统,供配电技术,南京师范大学电气工程系,2,第2章 供配电一次系统,2.1 供配电系统常用电气设备 2.2 变电所的电气主接线 2.3 变电所的结构与布置 2.4 供配电网络的网络结构 2.5 供电网络的结构与敷设,3,2.1 供配电系统常用电气设备,2.1.1 电力变压器 电力变压器（power transformer）是变电所的核心设备，通过它将一种电压的交流电能转换成另一种电压的交流电能，以满足输电、供电、配电或用电的需要。,4,1. 常用电力变压器的种类 （1）按相数分类：有三相电力变压器和单相电力变压器。大多数场合使用三相电力变压器，在一些低压单相负载较多的场合，也使用单相变压器。 （2）按绕组导电材料分类：有铜绕组变压器和铝绕组变压器。目前一般均采用铜绕组变压器。 （3）按绝缘介质分类：有油浸式变压器和干式变压器。油浸式变压器由于价格低廉而得到了广泛应用；干式变压器有不易燃烧、不易爆炸的特点，特别适合在防火、防爆要求高的场合使用，绝缘形式有环氧浇注式、开启式、六氟化硫（SF6）充气式和缠绕式等。干式变压器现已在中压等级的电网中逐步得到了广泛的应用。,5,2. 常用变压器的容量系列 我国目前的变压器产品容量系列为R10系列，即变压器容量等级是按 为倍数确定的，如：100kVA、125 kVA、160 kVA、200 kVA、250 kVA、315 kVA、500 kVA、630 kVA、800 kVA、1000 kVA、1250 kVA、1600 kVA等。,6,2.1.2 高压开关设备 1. 高压断路器 2. 高压隔离开关 4. 高压负荷开关 5. 高压熔断器,7,高压断路器（circuit-breaker）是带有强力灭弧装置的高压开关设备，是供配电系统中重要的开关设备，它能够开断和闭合正常线路与故障线路，主要用于供配电系统发生故障时与保护装置配合自动切断系统的短路电流。 高压断路器通常按照灭弧介质分类，主要有: 少油断路器（已基本淘汰） 真空断路器 SF6（六氟化硫）断路器 高压断路器的型号含义,8,9,SN10-10型断路器,10,ZN28-12型,ZN28A-12型,VD4型,11,瓷柱式,落地罐式,12,隔离开关的主要功能是隔离电源，当它处于分闸状态时，有着明显的断口，使处于其后的高压母线、断路器等电力设备与电源或带电高压母线隔离，以保障检修工作的安全。由于不设灭弧装置，隔离开关一般不允许带负荷操作，即不允许接通和分断负荷电流（和断路器配合使用时，要严格遵守操作顺序，即停电时，应先使断路器跳闸，后拉开隔离开关；送电时，应先合隔离开关，再闭合断路器）。 但可用来分合一定的小电流，如励磁电流不超过2A的空载变压器、电容电流不超过5A的空载线路以及电压互感器和避雷器等。,13,14,高压负荷开关是一种介乎隔离开关与断路器之间的结构简单的高压电器，具有简单的灭弧装置，常用来分合负荷电流和较小的过负荷电流，但不能分断短路电流。此外，负荷开关还大多数具有明显的断口，具有隔离开关的作用。 负荷开关常与熔断器联合使用，由负荷开关分断负荷电流，利用熔断器切断故障电流。因此在容量不是很大、同时对保护性能的要求也不是很高时，负荷开关与熔断器组合起来便可取代断路器，从而降低设备投资和运行费用。这种形式广泛应用于城网改造和农村电网。,15,真空式,SF6式,油浸式,压气式,16,高压熔断器（fuse）是供配电网络中人为设置的最薄弱的元件。当其所在电路发生短路或长期过载时，它便因过热而熔断，并通过灭弧介质将熔断时产生的电弧熄灭，最终开断电路，以保护电力电路及其他的电气设备。,跌落式熔断器,限流式熔断器,17,低压断路器,刀开关,低压负荷开关,2.1.3 低压开关设备,播放动画,18,2.1.4 互感器 电压互感器（potential transformer）和电流互感器（current transformer）常统称为互感器，从基本结构和原理来说，互感器是一种特殊的变压器。电力系统中的电压及电流，数值相差范围极大。为了减少测量仪表的规格，简化其生产过程，保证测量人员的安全操作，对于高电压、大电流均采用互感器降压、变流后再进行测量。同时互感器也可以作为继电保护和信号装置的电源，以使控制和保护装置与高压回路隔开。,19,电压互感器可以扩大测量范围，相当于是一种降压变压器。它是由两个或者三个互相绝缘的线圈绕在同一个铁芯上构成的，二次侧额定电压为100V。 电压互感器的使用注意事项 电压互感器在使用时，二次侧不能短路。 为了安全起见，电压互感器二次侧必须有一端接地。,20,电流互感器将主回路的大电流变换成小电流，供计量和继电保护用。电流互感器二次侧额定电流通常为5A或1A。 电流互感器的使用注意事项 电流互感器二次侧不允许开路； 电流互感器二次侧必须一点接地； 注意电流互感器二次绕组的极性。,21,2.1.5 组合电器成套装置 1环网供电单元 环网供电单元（The Unit of Ring Network Power Supply）由间隔组成，一般至少有三个间隔组成，即两个环缆进出间隔和一个变压器回路间隔。,22,城网一般用环缆，在用架空线的地方，可将架空线引至环网供电单元旁，再由电缆引进和引出，如图所示。,23,2. 预装式变电站 预装式变电站（prefabricated substation）俗称箱式变电站。预装式变电站就是一种把高压开关设备，配电变压器和低压配电装置按一定线路方案排布成一体的预制型户内、户外紧凑式配电设备。,24,特别适用于城网建设与改造，具有成套性强，体积小，占地少，能深入负荷中心，提高供电质量，减少损耗，送电周期短，选址灵活，对环境适应性强，安装方便，运行安全可靠及投资少，见效快等一系列优点。 预装式变电站三个主要部分（高压配电装置，变压器及低压配电装置）的布置方式一般有两种： “目”字形和 “品”字形。 “目”字形布置接线方便，而 “品”字形布置接线紧凑。,25,26,27,3高压开关柜 开关柜是金属封闭式开关设备的俗称。按照国标GB3906的定义，金属封闭开关设备是指除进出线外，完全被金属外壳包住的开关设备。 高压开关柜（high voltage switchgear）结构紧凑，占地面积小，安装工作量小，使用和维修方便，且有多种接线方案以供选择，故用户使用极为便利。,28,（1）空气绝缘金属封闭开关设备（开关柜） 1）分类 铠装式 各室间用金属板隔离且接地，如KYN1-10型 间隔式 各室间是用一个或多个非金属板隔离，如JYN2-10型 箱式 具有金属外壳，但间隔数目少于铠装式或隔离式，如XGN2-10型,29,30,31,32,2）型式 高压断路器的置放有两种型式： 落地式 断路器手车本身落地，推入柜内。如KYN1-10型和JYN2-10型。 中置式 手车装于柜子中部，如KYN18型中置柜，手车的装卸需要装卸车。目前中置式开关柜越来越多。,33,34,3）高压开关柜的型号含义 高压开关柜型号的表示和含义如下,35,4）“五防”功能 高压开关柜必须装设防止电气误操作的装置，具体功能为： 防止误分、误合断路器； 防止带负荷推拉小车； 防止误入带电间隔； 防止带电挂接地线或合接地开关； 防止接地开关在接地位置时送电。,36,（2）SF6绝缘金属封闭开关设备（充气柜） 以SF6气体绝缘的开关柜简称充气柜。此产品的高压元件诸如母线、断路器、隔离开关、互感器等封闭在充有较低压力（一般0.020.05MPa）的SF6气体的壳体内。最大特点是不受外界环境条件的影响，可用在环境恶劣的场所。还有一个重要特点是：由于使用性能优异的SF6绝缘，大大缩小了柜体的外形尺寸。与空气绝缘相比， SF6充气柜的安装面积为其26%，体积为其27%。同时，由于充气柜配有性能良好的无油开关，大大减少了维修和检修工作量。,37,4低压开关柜 低压开关柜又叫低压配电屏。是按一定的线路方案将有关低压设备组装在一起的成套配电装置。其结构形式主要有固定式、抽屉式两大类。固定式开关柜常见的型号有GGD等。抽出式开关柜常见的型号有GCK、GCL、DOMINO、MNS、SIVACON等。,返回目录,38,2.2 变电所的电气主接线,2.2.1 对主接线的基本要求 1. 主接线的定义 变电所的电气主接线是由电力变压器、各种开关电器、电流互感器、电压互感器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备以一定次序相连接的接受和分配电能的电路。,39,2. 主接线的要求 （1）安全性 必须保证在任何可能的运行方式及检修状态下运行人员及设备的安全。 （2）可靠性 能满足各级用电负荷供电可靠性要求。 （3）灵活性 主接线应在安全、可靠的前提下，力求接线简单运行灵活，应能适应各种可能的运行方式的要求。 （4）经济性 在满足以上要求的条件下，力求达到最少的一次投资与最低的年运行费用最低。,40,2.2.2 有汇流母线的主接线 母线（bus）实质上是主接线电路中接受和分配电能的一个电气联结点，形式上它将一个电气联结点延展成一条线，以便于多个进出线回路的联结。 有汇流母线的主接线是我国目前广泛采用的接线形式，按母线设置组数的不同，又可分为单母线接线和双母线接线两大类。,41,1单母线接线 常用的单母线接线方式有单母线制和单母线分段制。,单母线制 单母线制形式如图所示，是有汇流母线的主接线中结构最为简单的一类。在这种接线中所有电源和引出线回路都连接于同一母线上。 单母线制的可靠性和灵活性都较低，母线或连接于母线上的任一隔离开关发生故障或检修时，都将影响全部负荷的用电。,42,单母线分段接线 为了提高单母线接线的供电可靠性和灵活性，可采用断路器分段的单母线接线，如图所示，图中的QF3称为分段断路器。,43,2. 双母线接线 对于特别重要的负荷，当采用单母线分段接线，可靠性不能满足要求时，可考虑采用双母线接线，如图所示。W1为工作母线，W2为备用母线，其间通过断路器QF连接起来，QF称为母联断路器。,44,2.2.3 无汇流母线的主接线 前面分析的各种有母线的主接线形式中所采用的断路器数目一般都大于连接回路的数目，造成整个配电装置占地面积大，建设成本高。对于一些对经济性要求较高的场合，在满足主接线可靠性要求的前提下，可考虑采用无汇流母线的主接线。 常见的有单元式接线和桥式接线。,45,1. 单元式接线线路-变压器组接线 单元式接线用于只有一回进线和一回出线的场合，只有一种运行方式，如图所示。这种这主接线形式只适用于向三级负荷供电。,46,2. 桥式接线 当只有两台变压器和两条线路时，可以采用桥式接线。桥式接线是单母线分段接线中进出线回路数相同，且取消进线或出线断路器时的特殊情况，将此时的母线分段断路器称为桥断路器。,47,桥式接线按照桥断路器的位置可分为： 内桥式接线 外桥式接线,48,桥断路器在进线断路器的内侧（即变压器侧），则称为内桥式接线，如图(a)所示。 桥断路器在进线断路器的外侧（即进线侧），则称为外桥式接线 ，如图(b)所示。,49,内桥式接线的特点是：线路的投切比较方便，变压器的投切比较复杂，所以内桥式接线适用于进线线路较长，负荷比较平稳，变压器不需要经常投切的场合。 外桥式接线的特点和内桥相反：它适用于进线线路较短、负荷变化较大，变压器需要经常切换的场合。,50,桥式接线有工作可靠、灵活、使用的电器少、装置简单清晰和建设费用低等优点，并且它特别容易发展为单母线分段和双母线接线。因此广泛使用在220kV及以下的变电所中，具有两路电源的工厂企业变电所也普遍采用，还可以作为建设初期的过渡接线。,51,2.2.4 变电所的主接线举例 1. 总降压变电所常见的主接线 负荷大多为一类和二类负荷的化工厂、煤气厂、炼油厂等大型工业企业采用3510kV的线路两回路供电时，一般高压侧多采用内桥式接线，低压侧采用单母线分段接线。如图所示。,52,2. 车间变电所主接线 车间变电所供电线路往往较短，并考虑厂区美化因素，常采用电缆配电。这时车间变电所主接线的典型方案如图所示。图（a）在变压器高压侧不设开关，变压器的操作和保护在总降压变电所馈出线处实现，低压母线故障由低压侧断路器保护。当需要在车间变电所操作空载变压器时，可选用图（b）或图（c）所示方案，其中，图（b）适用于变压器容量不大于630kVA的变电所。,53,当车间变电所由架空线供电时，其典型方案如图所示。图（a）和图（b）适用于变压器容量不大于630kVA的变电所，图（c）则适用于变压器容量较大的变电所。,54,2.3 变电所的结构与布置,2.3.1 变电所的分类及位置的确定 1变电所的分类 （1）在供配电系统中，一般将110kV/10（6）kV或35kV/10（6）kV的变电所称为区域变电所或总降压变电所。 （2）10（6）kV/0.4kV的变配电所称为用户变电所，在工业企业中则称为车间变电所。 （3）10kV配电站又称开闭所，在城市电网中使用较为普遍。,55,2变电所位置的确定 变电所位置的确定遵循以下原则： （1）接近负荷中心 （2）进出线方便 （3）靠近电源侧 （4）满足供电半径的要求 （5）运输设备方便 （6）避免设在有剧烈震动和高温的场所 （7）避免设在多尘或有腐蚀性气体的场所 （8）避免设在潮湿或易积水场所 （9）避免设在有爆炸危险的区域或有火灾危险区域的正上面或正下面,56,2.3.2 成套配电装置 配电装置就是根据主接线的要求连接起来，用来接受和分配电能的若干电气设备的组合。其目的是满足主接线的电气要求。 构成配电装置的电气设备除了主接线图中所表达的一次回路电气设备之外，还包括为使主接线得以正常工作所需的二次回路电气设备，如控制电器、保护电器和测量电器等。,57,目前变电所310kV配电设备及低压配电设备多采用成套配电装置。成套配电装置按主接线要求，将一、二次回路中电气元件按顺序连接组装在有金属框架构成的柜体中。成套配电装置可分为高压成套配电装置（即高压开关柜）及低压成套配电装置（含配电屏、柜、箱）两大类。,58,1高压成套配电装置的使用 同一系列不同规格的开关柜内有不同的元件组合方案。如KYN系列开关柜规格有KYN-10-01，KYN-10-02，KYN-10-03等，其对应的柜内接线方案如图所示。,59,将不同规格的开关柜作适当的组合就可构成一种主接线形式。图（a）所示为一般形式的主接线图，图（b）所示是经过适当变换，由开关柜组合起来的主接线图，又叫做主接线配置图或开关柜排列图。,60,2低压成套配电装置的使用 每种类型开关柜（或配电屏或配电箱）不同规格内有不同的元件组合，同高压开关柜一样，将它们作适当的组合就可构成一种主接线方案。,61,2.3.3 变电所的总体布置 变电所的总体布置主要是指变压器室、高压配电室、低压配电室、电容器室、控制室(值班室)、休息室、工具间等布置方案，对露天变电所来讲，变压器是放置在室外的，不设变压器室。这里主要介绍室内变电所的总体布置方案。,62,变电所总体布置方案应满足下列要求: (1)35kV户内变电所宜采用双层布置，610kV变电所宜采用单层布置。采用双层布置时，变压器应设在底层；采用单层布置时，变压器宜露天或半露天安装。 (2)变电所各室的布置应当紧凑合理，便于进出线设备的连接，便于设备的操作、搬运、检修、试验和巡视，还要考虑发展的可能性。 (3)高低压配电室的位置应便于进出线，变压器室的位置应便于运输、安装和维护。低压配电室应靠近变压器室，电容器室宜与变压器室及相应电压等级的配电室相连。变压器室和电容器室应尽量避免西晒，并尽可能利用自然采光和自然通风。,63,(4)当有两台变压器时，每台油量为100kg及以上的三相变压器，应设在单独的变压器室内。干式变压器和不带可燃油的高低压配电装置，可设在同一房间内。 (5)从安全角度考虑，配电室、变压器室、电容器室的门应向外开，相邻配电室之间有门时，该门应双向开启或向低压室方向开启。但变电所的门窗不宜直接通向相邻的酸、碱、蒸汽、粉尘和噪声严重的场所。 (6)控制室、值班室应尽量靠近高低压配电室，且有门直通，控制室、值班室的大门应朝外开。控制室、值班室和辅助房间的位置应便于运行人员工作和管理。有些工厂变电所的控制室、值班室是合在一起的，为了值班人员的方便，应设置厕所和上、下水设施。 (7)配电室、控制室、值班室等的地面，宜高出室外地面150300mm。当附设于车间内时，则可与车间的地面相平。,64,变电所常用的几种平面布置方案，如图所示。,返回目录,65,2.4 供配电网络的网络结构,供配电网络常用的典型网络结构分为： 放射式 树干式 环式,66,2.4.1 放射式 1. 单回路放射式网络结构 这种供电方式的特点是供电可靠性较高，当任意一回线路故障时，不影响其它回路供电，且操作灵活方便，易于实现保护和自动化。可用于对容量较大、位置较分散的三级负荷供电。此种网络结构在中压和低压系统中均比较常见。,67,2. 双回路放射式网络结构 对于重要的用户，为保证供电回路故障时，不影响对用户供电，可采用双回路放射式接线，如下图所示。 一次投资较大，因此一般仅用于确需高可靠性的用户，并可将双回路的电源端接于不同的电源，以保证电源和线路同时得以备用，可向一、二级负荷供电。此种网络结构在中压和低压系统中均常见。,68,3. 带公共备用线的放射式网络结构 当二级负荷比较分散时，也可采用带公共备用线的放射式接线，以节省投资，如下图所示。此种网络结构一般在中压系统中应用。,69,2.4.2 树干式网络结构 1. 单回路树干式网络结构 如下图所示，树干式网络结构就是由电源端向负荷端配出干线，在干线的沿线引出数条分支线向用户供电。 一般用于向三级负荷供电 。,70,2. 双回路树干式网络结构 对于要求高可靠性的用户，采用双回路干线，使线路互为备用，同时可将双回路引自不同的电源，如图所示，实现电源和线路的两种备用，达到向一、二级负荷供电的目的。这种结构在中、低压系统中均广泛应用。,71,2.4.3 环式网络结构 环式网络结构一般用于中压系统或高压系统，尤其在城市供配电网络中得到广泛应用。可用于对二、三级负荷供电。如图所示，电源可为多个或一个，通常采用开环运行方式。,72,2.4.4 各种网络结构的适用对象 1. 中压系统 （1）对于城市非重要用户及郊区，可靠性要求不高，可采用树干式结构。 （2）对负荷密度大，且供电要求高的用户可采用双电源双回路树干式或环式结构。 （3）对于提供双电源有困难，用户的供电可靠性要求又较高的情况，可采用放射式结构。,73,2. 低压系统 在低压供电系统中，环式结构较少使用，常见的网络结构形式是放射式结构和树干式结构。 （1）对于单台设备容量较大或较重要场合，一般采用放射式结构。 （2）对于非重要用电设备，用电性质相近，又便于线路敷设时，一般采用树干式结构。 （3）对于重要用电设备，可采用双电源双回路树干式结构或双电源双回路放射式结构。,返回目录,74,2.5 供电网络的结构与敷设,2.5.1 架空线 架空线路是用杆塔将导线悬挂在空中，导线利用绝缘瓷瓶支持在杆塔的横担上。架空线路主要由导线（一般为钢芯铝绞线）、杆塔、绝缘瓷瓶和线路金具等基本元件组成。,75,优点： 1）设备简单，造价低。 2）露置空中，易于检修和维护。 3）利用空气绝缘，建造比较容易。 缺点： 1）侵占地面位置，有碍交通。 2）易受环境影响、安全可靠性较差。 3）影响厂区美化 。,76,2.5.2 电缆线路 电缆线路与架空线路相比，具有运行可靠，不易受外界影响，不占地面的优点，但同时也具有投资大，敷设维修困难，难于发现和排除故障的缺点。 1.电缆的结构 电缆主要由导体、绝缘层、护套层和铠装层组成。,77,2.电缆敷设 电缆的敷设路径要求尽量最短，转弯最少，尽量避免与各种地下管道交叉，散热要好。 常用的电缆敷设方式有