供配电系统及其电气设备第十三章用户变电所

1、第13章 用户(yngh)变电所共七十五页13.1 概述(i sh)一、用户变电所的分类：用户变电所都是降压变电所。根据服务对象可分为：工厂企业变电所、矿山变电所、牵引变电所、农村变电所、一般(ybn)单位变电所。共七十五页二、确定变电所位置和数量的一般原则原则：供电(n din)安全可靠、经济。出现方便、接近负荷中心；避开空气污秽、有剧烈振动的场所；地势较高；尽量建在室内，与厂房等建筑物合建，减少投资数量：总降压变电所，一般用户只建一个，个别用户可多于一个。13.1 概述(i sh)共七十五页原则：尽量减少变压器台数，提高单台容量。（各种接线方式下的容量选择不同）原因：变压器单台容量可以做的

2、很大，而且单位容量的造价随单台容量的增加而下降。台数的减少，与之相配套的配电设备相应减少。使配电装置结构(jigu)简化，布置清晰，减少占地面积。一、变压器容量(rngling)和台数的确定原则13.2 变配电所变压器的选择与运行方式共七十五页1单元接线的主变压器（1）发电机变压器单元接线（即：发电机容量扣除(kuch)本机组的厂用电负荷后，留有10%的裕度。）（2）扩大单元接线：（尽量采用分裂绕组变压器）共七十五页2具有发电机电压母线接线的主变压器容量的确定应考虑的因素：(1)当发电机全部投入运行时，在满足发电机电压供电的日最小负荷，并扣除厂用负荷后，主变压器应能将发电机电压母线上的剩余有功

3、和无功容量送入系统。(2)当接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或者因供热机组热负荷变动而需限制本厂出力时，主变压器应能从电力系统倒送功率(gngl)，保证发电机电压母线上最大负荷的需要。(3)若发电机电压母线上接有2台及以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其他主变压器应能输送母线剩余功率的70以上。共七十五页2具有发电机电压母线接线的主变压器台数：（1）具有发电机电压母线的发电厂，接于发电机电压母线上的主变压器不应少于2台；（2）对于利用工业生产的余热发电(fdin)的中、小型电厂，可只装1台主变压器与电力系统构成弱连接。 共七十五页3、连接两种升高电压母线的联络变压器容

4、量的确定： (1)联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下有功功率和无功功率交换。(2)联络变压器容量一般不应小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量，以保证最大一台机组故障或检修(jinxi)时，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求；同时，也可在线路检修(jinxi)或故障时，通过联络变压器将剩余容量送入另一系统。台数：一般只设置1台，最多不超过2台共七十五页4、变电站主变压器容量的确定：一般应按510年规划负荷来选择。根据(gnj)城市规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定其容量。对重要变电站，应考虑当1台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足类及类负

5、荷的供电；对一般性变电站，当1台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的7080。共七十五页4、变电站主变压器台数：对于枢纽变电站在中、低压侧已形成环网的情况下，变电站以设置(shzh)2台主变压器为宜；对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站，可设3台主变压器，以提高供电可靠性。共七十五页1、相数：（1）容量为300MW及以下机组单元连接的主变压器和330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。但由于变压器的制造条件和运输条件的限制，特别是大型(dxng)变压器，需要考察其运输可能性。若受到限制时，可选用单相变压器或用两台小容量的三相变压器代替一台大容量三相变压器。（2）容

6、量为600MW机组单元连接的主变压器和500kV电力系统中的主变压器，可采用单相组成三相变压器。二、变压器型式和结构的选择(xunz)原则 共七十五页2、绕组数与结构（1）发电厂中有一种升高电压等级时，只能选用双绕组变压器；发电厂中有两种升高电压等级时，可选用两台双绕组、三绕组、自耦变压器。 （2）最大机组容量为125MW及以下的发电厂多采用三绕组变压器，但三绕组变压器的每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的15及以上。，在一个发电厂或变电站中采用三绕组变压器一般不多于3台，以免由于(yuy)增加了中压侧引线的构架，造成布置的复杂和困难。 共七十五页（3）机组容量为2MMW以上的发电厂采用

7、发电机双绕组变压器单元接线接入系统，而两种升高电压级之间加装联络变压器更为合理。联络变压器宜选用三绕组变压器(或自耦变压器)，低压绕组可作为厂用备用电源或厂用启动电源，亦可连接无功补偿(bchng)装置。（4） 扩大单元接线的主变压器，应优先选用低压分裂绕组变压器，可以大大限制短路电流。（5）在110kV及以上中性点直接接地系统中，凡需选用三绕组变压器的场所，均可优先选用自锅变压器，其损耗小、价格低，但注意自耦变压器限制短路电流的效果较差。共七十五页3、绕组接线组别： 变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，否则，不能并列运行(ynxng)。提示：我国110kV及以上电压：变压器三相绕

8、组都采用YN接地；35kV电网：变压器采用“Y”联结，中性点多通过消弧线圈接地；35kV以下高压电网：变压器都采用“D”联结。共七十五页4、调压方式：调压方式有两种：不带电切换（无激磁调压），范围：22.5%以内带电切换（有载调压），范围：30%（价格较贵）下列情况采用有载调压变压器：(1)接于出力变化大的发电厂的主变压器，特别是潮流方向不固定，且要求变压器二次电压(diny)维持在一定水平时；(2)接于时而为送端，时而为受端，具有可逆工作特点的联络变压器，为保证供电质量，要求母线电压恒定时。共七十五页5、冷却方法：随变压器型式和容量不同而不同。冷却的类型有：自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环

9、水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。自然风冷却及强迫风冷却：适用于中、小型变压器；强迫油循环水冷却：在发电厂水源充足的情况(qngkung)下，为压缩占地面积可采用。强迫油循环风冷却：一般大容量变压器采用；强迫油循环导向冷却：是大型变压器采用的高效率的冷却方式。共七十五页一、主接线的定义电气主接线指发电厂或变电站中的一次设备按照设计要求连接起来，表示生产、汇集(huj)和分配电能的电路，也称主电路。电气主接线中的设备用标准的图形符号和文符号字符号表示的电路图称为电气主接线图。13.3 变电所主接线(ji xin)13.3.1 概述共七十五页二、主接线电路图：（1）采用规定的图形符号和

10、文字符号（2）开关电器都按断开位置(wi zhi)画出。另：挂在控制室的主接线图是随实际运行状态变换的；（3）一般绘成单线图，需要表明三相电路不对称连接时，才绘制成局部的三线图；中性线（接地线），可用虚线表示。共七十五页三、电气主接线的重要性：（1）电气主接线图是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据。（2）电气主接线图表明了发电机、变压器等电气设备的数量、规格、连接(linji)方式及可能的运行方式；（3）电气主接的好坏直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济的运行。共七十五页四、基本要求：必须保证发供电的安全可靠性 分析和评估可靠性从以下几个方面考虑： (1)发电厂或变电站在电力系

11、统中的地位(dwi)和作用； (2)负荷性质和类别；各级负荷不能孤立地看待，一个企业中只要有一个一级负荷，则该企业的总降压变电所对于上级供电部门来说就是一级负荷。 (3)设备的制造水平； (4)长期实践运行经验。共七十五页定性分析和衡量主接线可靠性： 断路器检修时，能否不影响供电； 线路、断路器或母线故障与检修时，停运回路数多少和停电时间的长短，以及(yj)能否保证对I、类负荷的供电； 发电厂或变电站全部停电的可能性； 大机组突然停运，对系统稳定运行影响与后果。共七十五页应具有一定的灵活性 涵义(hn y)：指电气主接线能适应各种运行方式（正常、检修、事故及处理、特殊、投切设备、增减负荷等）的

12、变化。具体衡量要求操作的方便性；（在满足可靠性下，尽可能地使操作步骤少）调度的方便性；（正常运行时，方便地改变运行方式；事故时，能尽快切除故障）扩建的方便性。（应留有发展扩建的余地） 变化过程短、影响范围小并保证人员安全。共七十五页3.经济性。（经济上应合理） (1)节省一次投资； (2)占地面积少； (3)电能损耗少。（主要是变压器）主接线(ji xin)是电气部分的主体，设计的主要环节，其方案的必须根据工程的地位、负荷的性质等条件，经技术经济比较确定。 典型的电气主接线，可分为无母线和有母线两类。 共七十五页接线图见右。它是将发电机、变压器和线路直接串联，中间除了(ch le)自用电外没有

13、其他分支引出。这种接线实际上是发电机一变压器单元和变压器一线路单元的组合。常用于12台发电机、一回输电线路，且不带近区负荷的梯级开发的水电站，把电能送到梯级开发的联合开关站。13.3.2发电机变压器线路(xinl)单元接线 共七十五页 桥形接线适用于仅有两台变压器和两条出线的装置中。桥形接线仅用三台断路器，根据桥回路的位置不同，可分为内桥和外桥两种接线。桥形接线正常运行时，三台断路器均闭合工作。桥形接线接线简单清晰，设备少，造价低，易于发展成为单母线分段或双母线接线。为节省投资，在发电厂或变电站建设初期，可先采用(ciyng)桥形接线，并预留位置，随着发展逐步建成单母线分段或双母线接线。13.

14、3.3 桥形接线(ji xin) 共七十五页 内桥接线如右图。桥回路置于线路断路器内侧(靠变压器侧)，此时线路经断路器和隔离开关接至桥接点，构成(guchng)独立单元；而变压器支路只经隔离开关与桥接点相连，是非独立单元。一、内桥接线(ji xin) 共七十五页内桥接线的特点(1)线路操作方便。(2)正常运行时变压器操作复杂。(3)桥回路(hul)故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元之间失去联系；同时，出线断路器故障或检修时，造成该回路(hul)停电。适用范围：内桥接线适用于两回进线两回出线且线路较长、故障可能性较大和变压器不需要经常切换运行方式的发电厂和变电站中。共七十五页 外桥接线(j

15、i xin)如右图。桥回路置于线路断路器外侧(远离变压器侧)，此时变压器经断路器和隔离开关接至桥接点，构成独立单元；而线路支路只经隔离开关与桥接点相连，是非独立单元。二、外桥接线(ji xin) 共七十五页外桥接线的特点(1)变压器操作方便。(2)线路投入与切除(qich)时，操作复杂。(3)桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元之间失去联系；同时，出线侧断路器故障或检修时，造成该侧变压器停电。适用范围：外桥接线适用于两回进线两回出线且线路较短故障可能性小和变压器需要经常切换，而且线路有穿越功率通过的发电厂和变电站中。共七十五页主接线的总体分类，有母线类： 单母线接线 母线也称为汇流排

16、。它是起着汇集和分配电能的作用。每一条进出(jnch)线回路都组成一个接线单元，每个接线单元都与母线相连，电源回路将电能送至母线，引出线从母线得到电能。 单母线接线是指只采用一组母线的接线。 13.3.4 单母线(mxin)接线 共七十五页一、不分段单母线接线（1）接线方法及工作要求主母线的作用：保证电源并列(bngli)工作；使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。电源：可以是发电机也可以是变压器。发电机与出口断路器之间一般可不装隔离开关，但有时为了对发电机单独调试，也可装隔离开关。出线开关电器的配置：每一个回路中都装有断路器和隔离开关。 共七十五页断路器与隔离开关操作原则：合：QSBQSL

17、QF ；分：QFQSLQSB。 原则：隔离开关先合后断。母线侧隔离开关先合后断！（2）特点 优点： 简单、经济。 接线简单（设备少）、清晰、明了； 布置、安装简单，配电装置(pi din zhun zh)建造费用低； 断路器与隔离开关间易实现可靠的防误闭锁， 操作安全、方便，母线故障的几率低； 易扩建和采用成套式配电装置。 共七十五页（2）缺点： 不够灵活可靠。 主母线、母隔故障或检修，全厂停电； 任一回路断路器检修，该回路停电。 （3）适用范围 小型骨干(ggn)水电站台以下或非骨干(ggn)水电站发电机电压母线的接线；10kV出线（含联络线）回路回； 35kV出线（含联络线）回路回；110

18、kV出线（含联络线）回路回。共七十五页（1）接线方法， 见右图 当引出线数目较多时，为提高供电可靠性，可用断路器将母线分段(fn dun)。在可靠性要求不高时，也可用隔离开关分段(fn dun)。二、单母线分段(fn dun)接线共七十五页分段作用：可以提高供电可靠性和灵活性。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电。分段数目：取决于电源数量和容量。段数分的越多，故障时停电范围越小，但配电装置的运行(ynxng)越复杂。（一般以2-3段为宜）共七十五页（2）特点 优点(yudin) 可采用双回路供电给一级负荷，可靠性大为提高； 母线、母线隔离开关检修仅停一半，提

19、高了灵活性。 缺点 主母线、母线隔离开关故障或检修停电一半； 任一回路断路器检修，该回路停电。（3）适用范围 中小容量的发电厂和变电站的6-10kV接线中，单母线不分段接线不满足时采用。 共七十五页接线方法，见右图。为了克服回路(hul)断路器检修时，该回路(hul)必须停止工作的缺点，可采用增设旁路母线的方法。三、单母线(mxin)带旁路母线(mxin)接线 共七十五页（1）单母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线，见右图。优点：检修任一断路器时，该回路都不停电，提高了供电的可靠性。缺点(qudin)：多装了断路器和隔离开关，增加了投资。四、单母线分段(fn dun)带旁路母线接线 共七十五

20、页（2）分段断路器兼做旁路断路器的旁路母线(mxin)接线，见右图。优点：节省一台断路器 四、单母线分段带旁路(pn l)母线接线 共七十五页（3）旁路断路器兼做分段断路器的旁路母线(mxin)接线，见右图。优点：节省一台断路器，节省一台隔离开关。四、单母线分段带旁路(pn l)母线接线 共七十五页（4）单母线分段带旁路母线的接线的适用范围：35kV及以上的电气主接线中，也就是说向特殊重要的一、二类用户供电，不允许停电检修断路器时，才加设旁路母线；一般电压为35kV而出线在8回以上，110kV出线6回以上，220kV出线4回以上的户外装置(zhungzh)，考虑加装带专用旁路断路器的旁路母线。

21、四、单母线分段带旁路(pn l)母线接线 共七十五页（1）接线方式：每一条引出(yn ch)线和电源支路都经1台断路器与2组母线隔离开关分别接至两组母线。 两组母线之间的联络，通过母联断路器QFj联结。 13.3.5 双母线(mxin)接线 不分段的双母线 共七十五页（2）运行方式： QFj断开，一组母线工作，一组母线备用。正常运行时，所有电源盒引出线均接于工作母线上。备用母线不带电。（相当于单母线接线） QFj闭合，双母线同时运行（常用）电源与负荷平均分配在两组母线上，两组母线并联运行，亦称固定连接方式运行。若一组母线发生故障，只会引起接至故障母线上的部分电源盒引出线停电，经倒闸操作可迅速地

22、将停电部分转移到另一组母线上，便可以(ky)恢复工作。 QFj断开，两组母线同时运行， QFj处于热备用状态。相当于分裂为两部分，各向系统输送功率。共七十五页（3）双母线接线特点：供电可靠性：检修任一组母线都不必停止对用户供电；一组母线故障后能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关时，只需停运该回路和与此回路相连的该组母线，其它回路均可通过另一组母线继续运行。调度灵活：各个电源盒出线课任意分配到某一组母线上，可灵活的适应系统中各种运行方式的调度扩建方便(fngbin)：向双母线左右任何方向扩建，均不影响两组母线的电源盒负荷的自由分配，也不会造成原有回路停电。共七十五页（3）双母线(mxin)

23、接线特点：可利用母线断路器替代(tdi)引出线断路器工作。见右图。由于双母线接线的设备较多，配电装置复杂，运行中需要用隔离开关切换电路，容易引起误操作；同时投资和占地面积也较大。共七十五页旁路母线设置的原则总原则：当不允许因检修断路器而长时期停电时，需设置旁路母线。总的发展趋势：逐步取消旁路设施。（1）110kV出线在6回及以上(yshng)、220kV出线在4回及以上(yshng)时,宜采用带专用旁路断路器的旁路母线。（2）在出线回数较少的情况下，为节省投资，采用母联断路器或分段断路器兼作旁路断路器的接线方式。共七十五页（3）下列情况下，可不设置旁路设施：1)允许断路器停电检修时(如双回路供

24、电的负荷；每条回路有2条断路器供电如角形、一台半断路器接线等)；2)中小型水电站枯水季节允许停电检修出线断路器时；3)采用六氟化硫(SF6)断路器及封闭组合电器(dinq)(GIS)时。变电站主变压器可靠性较高，通常不需检修,但是高压侧断路器有定期检修需要，则应接入;发电厂升压变压器高压侧断路器的定期检修,可安排在发电机组检修期同步进行，则不需接入。共七十五页（4）35-60kV配电装置中：采用单母线分段接线且断路器无条件停电检修时，可设置不带专用旁路断路器的旁路母线接线；采用双母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件时，可设置旁路隔离开关；采用35kV单母线手车式成套开关柜时，由于断路器可迅速置

25、换，可不设旁路设施(shsh)。（5）6-10kV配电装置一般不设置旁路母线但6-10kV单母线接线及单母线分段接线的配电装置，当采用固定式成套开关柜时，由于容易增设旁路母线，可考虑装设。共七十五页它相当于将单母线分段按电源和出线数目分段，然后连接成一个(y )环形的接线。比较常用的有三角形、四角形接线。13.5.6 多角形接线(ji xin) 共七十五页 多角形接线的特点：可靠性和灵活性较高，操作简便且易实现自动化，但开环运行(ynxng)时可靠性降低，设备选择难，保护复杂，不便于扩建。适用范围 大中型水力发电厂发展可能性很小的110kV及以上母线的接线。共七十五页13.4 配电装置(pi

26、din zhun zh)和变电所的布置 配电装置的类型及基本要求配电装置的概念：它是按电气主接线的要求，由开关电器(dinq)、载流导体和必要的辅助设备所组成的电工建筑物，在正常情况下用来接受和分配电能；发生事故时能迅速切断故障部分，以恢复非故障部分的正常工作。配电装置按电气设备的安装地点分为屋内配电装置和屋外配电装置。 共七十五页 2. 屋内配电装置的特点：(1)由于允许的安全净距小，能分层布置，因而占地面积比屋外布置小。(2)维修、操作和巡视都在户外(h wi)进行，不受气候条件的影响。(3)电气设备不易受外界污秽空气环境的影响，维护工作量小。(4)电气设备之间的距离小，通风散热条件差，且

27、不便于扩建。(5)房屋建筑投资大，但可采用价格较低的屋内型设备，能减设备的投资。共七十五页3. 屋外配电装置(pi din zhun zh)的特点：(1)无需配电装置室，节省建筑材料和降低土建费用，一般建设周期短。(2)相邻设备之间距离大，减少故障蔓延的危险性，且便于带电作业。(3)巡视设备清楚，且便于扩建。(4)易受外界气候条件的影响，设备运行条件差，须加强绝缘。(5)气候变化给设备维修和操作带来困难。(6)占地面积，对于水电站可能使投资增大。共七十五页适用范围：一般情况下，35kV及以下、2级及以上污秽地区或市区的110kV配电装置宜采用屋内型；110kV及以上采用屋外配电装置。4. 配电

28、装置的基本要求： (1)保证工作的可靠性。 (2)保证运行安全和操作巡视方便。 (3)节约用地。 (4)节约投资和运行费用。 (5)便于(biny)扩建和分期过渡。共七十五页13.4.1 配电装置(pi din zhun zh)的最小安全净距安全(nqun)净距：是以保证不放电为条件，该电压允许的在空气中的物体边缘的最小电气距离。共七十五页共七十五页共七十五页13.4.2 屋内配电装置的结构型式屋内配电装置的结构型式与电气主接线、电压等级和采用的电气设备的型式密切有关。目前屋内配电装置的主要型式有装配式和成套式两种结构型式。装配式：为了将设备的故障影响限制在最小范围内，使故障的电路不致影响到相

29、邻的电路；在检修一个电路中的电器时，避免检修人员与邻近电路的电器接触(jich)，在屋内配电装置中将一个电路内的电器与相邻电路的电器，用防火墙隔开形成一个间隔。布置方式采用三层装配式布置、两层装配式布置以及两层装配与成套式混合布置。共七十五页共七十五页成套式：是由制造厂成套供应的设备。一个柜就是一个间隔。分为：低压成套配电装置，高压成套配电装置，SF6全封闭组合电器。 7.2.2 屋内低压成套配电装置 屋内低压成套配电装置，适用于交流50Hz，额定( dng)电压在500 kV以下，额定( dng)电流在3150A以下的三相配电系统中，作动力、照明及配电设备的电能转换、分配与控制之用。共七十五

30、页13.4.3 屋外配电装置(pi din zhun zh)的结构型式根据电器和母线布置高度,屋外配电装置可分为中型、半高型和高型三种: (1) 中型布置是将所有电器安装在一个(y )水平面内,与母线、跳线成三种不同高层的布置方式。(2) 半高型布置是将断路器、电流互感器布置在相邻的一组母线下方,该组母线布置升高的布置方式。(3) 高型布置是将断路器、电流互感器布置在旁路母线下方,同时两组工作母线重叠布置的布置方式。 共七十五页屋外配电装置按照电气主接线要求，一般由下列间隔组成：电力变压器间隔（进线间隔）；出线间隔；电压互感器和避雷器间隔；母线分断间隔每一个间隔应包括该部分(b fen)电路的

31、全部设备。间隔的横向和纵向尺寸主要有配电装置的电压等级决定。共七十五页110kV母线及隔离(gl)开关布置图共七十五页110kV断路器布置图共七十五页13.4.4 成套(chng to)配电装置一、低压配电屏布置：屏面：测量仪表；中部：闸刀开关的操作手柄；柜内：断路器、二次端子、电度表；屏后：空气开关(kigun)和电流互感器优点：结构简单，布置紧凑，占地面积小，检修维护方便。共七十五页高压开关柜系列较多，如JYN系列、KYN系列、GBC系列、KGN系列、XGN系列、XYN系列等。 分类：按主开关的安装方式分为：固定式和移开式（手车式）。按开关柜隔室结构分为：铠装(ki zhun)型、间隔型和箱型。按柜内绝缘介质分为：空气绝缘和复合绝缘。二、 高压(goy)开关柜共七十五页（1）固定式高压开关柜。该型开关柜是具有“五防”要求(yo