供配电技术（第4版）（微课版）课件 项目四 工厂供配电系统电气主接线

项目四电气主接线

电气主接线的形式，影响着企业内部配电装置的布置、供电的可靠性、运行的灵活性和二次接线、继电保护等问题，对变电站以及电力系统的安全、可靠、优质和经济运行指标起着决定性作用。同时，电气主接线也是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据，只有了解、熟悉和掌握变电站的电气主接线，才能进一步了解电路中各种设备的用途、性能、维护检查项目和运行操作步骤等。因此，学习和掌握供配电系统电气主接线的相关知识和技能，对供配电技术人员至关重要。项目概述变电站都是由一次回路和二次回路共同构成。(1)一次回路一、电气主接线基本知识也称主电路。承担供配电系统中的输送和分配电能的任务。回路中的一次设备主要有电力变压器、断路器、互感器等。用来对一次回路的设备进行控制、指示、监测和保护。二次回路的设备包括仪表、继电器、操作电源等。(2)二次回路变电站的电气主接线又称为一次电路图。主接线中，将各种开关电器、变压器、母线、导线、电力电缆、并联电容器等设备有序地连接起来，只表示相对电气连接关系而不表示实际位置，且以单线来表示三相系统。1.系统式电气主接线系统式电气主接线仅表示电能输送和分配的次序和相互之间的连接，不反映相互位置，主要用于主接线的原理图中。装置式主接线按高压开关柜或低压开关柜的相互连接和部署位置绘制，通常用于变电站的施工图中。2.装置式电气主接线3.电气主接线的要求①安全性：②

可靠性：充分保证人身和设备的安全。应满足用电单位对供电可靠性的要求。3.变电站对电气主接线的基本要求③灵活性：④经济性：能适应各种不同的运行方式，且操作检修方便。主接线设计应简单，投资少，运行管理费用低。1.主接线电气设备的配置二、电气主接线的组成（1）隔离开关的配置各种接线方式的断路器，原则上其两侧均应配置隔离开关，作为断路器检修时隔离电源的设备；各种接线的送电线路侧也应配置隔离开关，作为线路停电时隔离电源之用途。此外，多角形接线的进出线、接在母线上的避雷器和电压互感器等也要配置隔离开关。（2）接地开关和接地器的配置为保障电气设备、母线、线路停电检修时人身和设备的安全，在主接线设计中要配置足够数量的接地开关或接地器。为保持主接线设计的完整性，按常规要在主接线图上标明避雷器的配置。6~10kV配电装置的母线和架空线进线处一般都要装设避雷器。各级电压配电装置的阻波器、耦合电容均要根据系统通信的要求合理配置。电力电容器（3）避雷器、阻波器、耦合电容的配置阻波器避雷器（4）电流、电压互感器的配置电压、电流互感器的配置应使变电站内各主保护的保护区与后备保护的保护之间互相覆盖或衔接，以消除保护死区。小接地短路电流系统一般按两相式配置电流互感器，220kV变电站的10kV出线、站用变压器和无功补偿设备通常要在主变压器回路配置两组电流互感器。电压互感器的配置方案，与电气主接线有关，目前国内500kV和220kV变电站，采用双母线接线时通常要在每段母线上装设公用的三相电压互感器，为线路保护、变压器保护、母差保护、测量表计、同期提供母线二次电压。2.电气主接线始读图示高压配电站共有两路10kV电源进线，架空线WL1，电缆线WL2。最常见的进线方案是一路电源来自发电厂或电力系统变电站，作为正常工作电源，另一路取自邻近单位的高压联络线，作为备用电源，也可两路电源同时供电。母线是配电装置中用来汇集和分配电能的导体。因为该配电站只采用一路电源工作，一路电源备用，因此母线分段开关通常是闭合的，高压并联电容器对整个配电站进行无功补偿。一旦工作电源发生故障或母线检修时，可切除该路进线后，投入备用电源即可恢复对整个配电站的供电。

每段母线的进线和出线上都接有电流互感器，且电流互感器均有两个二次绕组，其中一个接测量仪表，另一个接继电保护装置。

每段母线上都安装有电压互感器，各段母线上都装设了避雷器。避雷器和电压互感器同装设在一个高压柜内，且共用一组高压隔离开关。

此高压配电站共有6路高压配电出线，分别由左段母线WB1经隔离开关-断路器供车间变电站和供无功补偿用的高压并联电容器组；由右段母线WB2经隔离开关-断路器供高压电动机用电和供车间变电站。由于高压配电线路都是由高压母线分配，因此其出线断路器需在母线侧加装隔离开关，以保证断路器和出线的安全检修。电气主接线图一般绘成单线图，只是在局部需要表明三相电路不对称连接时，才将局部绘制成三线图。电气主接线中有中性线时，可用虚线表示，使主接线清晰易看。在大、中型企业变电站的控制室内，为了表明其主接线实际运行状况，通常设有电气主接线的模拟图，如下图所示。任务一认识变电站常用主接线【任务陈述】中型工厂的车间变电站和小型工厂变电站及常见的新型组合式变电站，通常都是将6～10kV的高压降为一般用电设备或用户所需要的低压380V/220V的终端变电站，其变压器的容量一般不超过1

000kV·A，其电气主接线方案比较简单。通过本任务，学生应了解变电站的常用主接线形式，理解和掌握线路-变压器组接线方式、单母线接线方式、桥式接线方式；理解和掌握总降压变电站的电气主接线、电力网的基本接线方式，掌握车间变电站的主接线。一、

电力系统我国电力发展的基本方针是：提高能源效率，保护生态环境，加强电网建设，大力开发水电，优化发展煤电，积极推进核电建设，适度发展天然气发电，鼓励新能源和可再生能源发电，带动装备工业发展，深化体制改革。此方针指导下的4个鲜明特点：1.自动化水平逐步提高，安全性和可靠性得到充分重视2.经济、高效和环保。3.结构调整力度继续加大。4.技术进步和产业升级步伐进一步加快。【知识准备】630kVA及以下户外变电站接线一、

线路-变压器组接线对于户外变电站、箱式变电站或杆上变压器，高压侧可以用户外高压跌落式熔断器，跌落式熔断器可以接通和断开630kVA及以下的变压器空载电流，如图所示。1.变压器容量在630kVA及以下的户外变电站在检修变压器时，拉开跌落式熔断器可以起到隔离开关的作用；在变压器发生故障时，又可作为保护元件自动断开变压器。这种主接线的低压侧必须装设带负荷操作的低压断路器。【知识准备】对于户内结构的变电站、高压侧可选用隔离开关和户内式高压熔断器，其中隔离开关用于检修变压器时切断变压器与高压电源的联系，但隔离开关仅能切断320kVA及以下变压器的空载电流，因此停电时要先切除变压器低压侧的负荷，然后才可拉开隔离开关。如图所示。2.变压器容量在320kVA及以下的户内外附设式车间变电站为了加强变压器低压侧的保护，变压器低压侧出口处总开关尽量采用低压断路器。这种电气主接线仍然存在着在排除短路故障时恢复供电的时间较长，供电可靠性不高等缺点，一般也只适用于三级负荷的变电站。320kVA及以下车间变电站接线3.变压器容量在560~1000kVA时的变电站这种主接线方式，其中的负荷开关和熔断器均能带负荷操作，从而使得变电站的停、送电操作方便、灵活。变电站中的变压器，高压侧选用负荷开关和高压熔断器相配合，负荷开关可在正常运行时操作变压器，熔断器可在短路时保护变压器。如图所示。4.变压器容量在1000kVA以下的变电站这种主接线方案，一般也只适用于三级负荷；但如果变电站低压侧有联络线与其他变电所相连时，或另有备用电源时，则可用于二级负荷。这类变电站中的变压器高压侧选用隔离开关和高压断路器的接线方案，其中隔离开关作为变压器、断路器检修时的隔离电源用，需要装设在断路器之前；高压断路器则作为正常运行时接通或断开变压器并在变压器故障时切断电源用，方案如图所示。二、单母线接线1.单母线不分段接线这种接线方式中，各电源和出线都接在同一公共母线上，在发电厂电源是发电机或变压器，在变电站是变压器或高压进线回路。优点接线简单、清晰，采用设备少、造价低、操作方便、扩建容易。缺点可靠性不高，发生任一连接元件故障或断路器拒动及母线故障时，都将造成整个供电系统停电。母线又称汇流排，用于汇集和分配电能。2.单母线分段接线这种接线方式中，用断路器将母线分段，分段后母线和母线隔离开关可分段轮流检修。特点接线简单清晰，使用设备少，经济性较好，发生误操作的可能性小，可靠性和灵活性差。当电源线路、母线或母线隔离开关发生故障或进行检修时，全部用户供电中断。适用于三级负荷，有备用电源的二级负荷。当一段母线发生故障时，继电保护将断开分段断路器，将故障限制在故障母线范围内，非故障母线仍能继续运行。三、

桥式接线1.内桥式接线断路器跨在进线断路器的内侧，靠近变压器，称为内桥式接线。特点内桥式接线简单、经济、安全、可靠、灵活。线路检修或故障时，另一路电源仍能供电。变压器检修或故障时经倒闸操作可恢复供电。适用于电源进线线路较长，负荷平坦的Ⅰ级、Ⅱ级负荷。桥式接线指两线路—变压器组接线的高压侧间跨接一个断路器，犹如一座桥。2.外桥式接线断路器跨在进线断路器的外侧，靠近电源侧，称为外桥式接线。特点外桥式接线简单、经济、安全、可靠、灵活。变压器检修或故障时不影响供电。线路检修或故障时经倒闸操作，变压器由另一路外桥供电。适用于线路短，负荷变化大的Ⅰ级、Ⅱ级负荷。四、

总降压变电站主接线1.单电源进线的总降压变电站主接线（1）高压侧无母线、低压侧单母线分段接线总降压变电站为单电源进线且一台变压器时，高压侧线路无母线，具有单台变压器；低压侧为单母线分段主接线。这种电气主接线供电可靠性较高，当任一主变压器或任一电源进线停电检修或发生故障时，该变电站通过闭合低压母线分段开关，即可迅速恢复对整个变电站的供电。对于一、二级负荷或用电量较大的变电站，应采用两独立回路作电源进线，如图所示。（2）高压侧单母线，低压侧单母线分段接线这种主接线方式，任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电站的供电。但在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电站仍会停电。这种主接线方式只能供电给三级负荷。如果有与其他变电站相连的高压或低压联络线，方可供电给一、二级负荷。2.

双电源进线的总降压变电站主接线双电源进线的总降压变电站主接线通常采用高、低压侧均为单母线分段的电气主接线，这种主接线的两段高压母线正常时可以接通运行，也可以分段运行。任一台主变压器或任一路电源进线停电检修或发生故障时，通过切换操作，均可迅速恢复整个变电站的供电，因此供电可靠性相当高，通常用来供电给一、二级负荷。工厂中的双电源变电站，其工作电源常常一路引至本厂或车间的低压母线，备用电源则引至邻近车间220/380V配电网。五、

电力网的基本接线方式电力网是供配电系统的重要组成部分，担负着输送和分配电能的重要任务，对电力网的基本要求是：供电安全可靠、操作方便、运行灵活、经济和有利发展。1.放射式接线电力网按电压高低之分，有1kV以上的电压电网，和1kV以下的低压电网，常用的接线类型有三种类型：放射式、树干式和环式。放射式接线的每个负荷均由一回线路单独供电，各支线电路之间互不影响。某支线发生故障时不会影响其他支线正常运行，可靠性高，控制灵活，易于实现集中控制；缺点是支线多，站用开关设备多，投资大。特点：放射式接线常用于一级负荷配电、大容量设备配电、潮湿或腐蚀、有爆炸危险环境的配电。2.树干式接线指由变电站高压母线上或低压配电屏引出的配电干线上，沿线支接了几个车间变电站或负荷点的接线方式。多个负荷由一条干线供电，采用的开关设备较少。但干线发生故障时，影响范围较大，所以供电可靠性较低，且在实现自动化方面适应性较差。特点：树干式接线方式比较适用于供电容量较小，而分布较均匀的用电设备组，如机械加工车间、小型加热炉等。3.环式接线环式接线是树干式接线的改进，两路树干式接线连接起来就构成了环式接线。特点：环式接线供电可靠性高，任一线路发生故障或检修时，都不致造成供电中断或暂时中断供电，只要完成切换电源的操作，就能恢复供电。环式接线可使电能损耗或电压损失减少，既能节约电能又容易保证电压质量。但它的保护装置及其整定配合相当复杂，如果配合不当，容易发生误动作而扩大故障停电范围。六、

车间变电站主接线1.单台变压器的车间变电站主接线电缆进线一次侧线路--变压器组接线、二次侧单母线不分段接线架空进线一次侧线路-变压器组接线、二次侧单母线不分段接线2.双回路进线的车间变电站主接线车间变电站为双回路进线且有两台变压器时，采用一次侧双线路-变压器组接线、二次侧单母线分段接线。［任务实施］分析工厂车间变电站的电气主接线。从图所示车间变电站的电气主接线图可看出，该车间变电站采用了双回路供电系统，因此供电可靠性高，可以供一级、二级负荷用电。两个供电回路上均装设了高压隔离开关、高压断路器、具有接地装置的电力变压器、电流互感器等一次设备。无论哪一供电回路，其二次回路均采用了三相四线制的供电系统，可直接对车间内的三相电动机或单相设备供电。分析：任务总结1.工厂的电气主接线是表明了工厂的高压电气设备之间相互连接关系以及传送电能的电路。电气主接线应满足安全性、可靠性、灵活性和经济性的要求。电气主接线又称为电气一次接线图。2.工厂变电站的常用主接线通常有线路－变压器接线、单母线接线和桥式接线3种形式。3.总降压变电站主接线的类型通常分有单电源进线的主接线和双回电源进线的主接线。4.工厂有高压和低压电力网，其接线方式主要有放射式、树干式和环形接线等。实际应用时，应简单可靠，往往是根据具体情况采用不同的接线方式进行组合。5.车间变电站主接线通常比较简单。分有电缆进线和架空进线单台变压器的车间变电站的主接线，它们均为一次侧线路-变压器组接线类型，二次侧为单母线接线。还有双回路进线两台变压器的主接线，通常为一次侧双回路－变压器接线、二次侧单母线分段接线。任务二母线、导线和电缆的选择【任务陈述】

母线、导线和电缆都是用来输送和分配电能的导体。在供配电系统中，它们选择得恰当与否，关系到供配电系统能否安全、可靠、优质、经济地运行。一

母线、导体和电缆的选择1.硬母线硬母线按所使用的材料不同分为硬铜母线和硬铝母线、铝合金母线等；按截面形状不同硬母线又分为矩形、圆形和槽形、管形等结构。母线的排列方式应考虑散热条件好，且短路电流通过时具有一定的热、动稳定性。常用的排列方式有水平布置和垂直布置两种。硬母线用来汇集和分配电流，又称为汇流排，简称母线。电力系统统一规定：交流母线A、B、C三相按黄、绿、红标示，接地的中性线用紫色标示，不接地的中性线用蓝色标示，以方便识别各相的母线。母线的选择母线都用支柱绝缘子固定，母线的种类有管形和矩形，如图示。型号的选择目前变电站的母线除大电流采用铜母线外，一般尽量采用铝母线。变电所高压柜上的高压母线，通常选用硬铝矩形母线。硬母线动稳定校验

(1)短路时母线承受很大的电动力，因此，母线最大允许应力σal

应大于或等于母线短路冲击电流产生的最大计算应力σc。即：其中：硬铝母线的最大允许应力σal=70MPa；硬铜母线σal=140MPa。母线截面选择

(1)母线允许的载流量Ial

应大于或等于汇集到母线上的计算电流IC。

(2)母线的经济截面积Sec应等于计算电流IC与经济电流密度jec的比值。上式中：M为母线通过ish(3)时受到的弯曲力矩；W为母线截面系数；Fc(3)为三相短路时，中间相受到的最大电动力；l产挡距；K为系数，当挡距为1~2时K=8，挡距>2时，K=10；b为母线截面宽度；h为母线截面垂直高度。当母线实际截面大于最小允许截面时，满足热稳定要求。母线热稳定校验母线截面应不小于热稳定最小允许截面，即：式中：i∞(3)是三相短路稳态电流；tima为假想时间；C为导体的热稳定系数，铝母线C=87，铜母线C=171。(2)钢芯铝绞线：通常用于机械强度要求较高的场合和35kV及以上的架空线路上。(3)铜绞线：价格较高，但导电性能好、机械强度高，是否选用根据用户实际需要来定。(1)铝绞线：多用于6~10kV线路，因受力不大，杆距不超过100~125m。(4)防腐钢芯铝绞线：一般用在沿海地区、咸水湖及化工工业地区等周围有腐蚀性物质的高压和超高压架空线路上。架空导线又称为软母线，是构成工厂供配电网络的主要元件。6kV及以上户外架空线路一般采用裸导线，380V电压等级一般采用绝缘导线。裸导线常用的型号及适用范围如下：2.架空导线3.电力电缆电力电缆广泛应用于工厂配电网络，主要由导体、绝缘层和保护层三部分组成。其中导体一般由多股铜线铝线绞合而成，以便于弯曲。线芯成扇形，以减小电缆的外径。绝缘层用于将导体线芯之间及线芯与大地之间良好地绝缘。保护层用来保护绝缘层，使其密封并具有一定的强度，以承受电缆在运输和敷设时所受的机械力，也可防止潮气侵入。塑料绝缘电力电缆中聚氯乙烯护套电缆可用于10kV线路，交联聚脂乙烯护套可用于110kV线路。油浸纸滴干绝缘铅包电缆可敷设在电缆沟等；阻燃电缆主要用于高层建筑、公共建筑、人员密集场所。4.常用绝缘导体型号及选择建筑物或车间内采用的配电线路及从电杆上引进户内的线路一般采用绝缘导体。塑料绝缘导体的绝缘性能良好，价格低，主要用于室内。常用的塑料绝缘导体型号有：BLV、BLVV、BVR。型号中B表示布线，V表示聚氯乙烯，R表示软导体，L表示铝芯，铜芯不表示。二、

母线、导体和电缆截面的选择为保证供配电线路安全、可靠、优质、经济地运行，供配电线路的母线导线和电缆的选择必须满足以下几条原则：母线、导体和电缆的选择是供配电设计中的重点，须认真对待(4)裸导线和绝缘导线截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，由于有内外护套，机械强度一般满足要求，不需校验，但需校验短路热稳定度。除此之外，绝缘导线和电缆截面的选择还要满足工作电压的要求。(3)35kV及以上高压线路及电压35kV以下但距离长、电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小，企业内的10kV及以下线路可不按此原则选择。(2)通过正常最大负荷电流时产生的电压损耗，不应超过正常运行时允许的电压损耗。对于厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。(1)通过正常最大负荷电流时产生的温度不应超过其正常运行时的最高允许温度。2.按发热条件选择母线、导线和电缆的截面由于绝缘导线和电缆温度过高时，可使绝缘加速老化甚至烧毁导线，因此母线、导线和电缆的截面应按发热条件来选择，即：使通过相线的计算电流IC不得超过其允许载流量Ial。导体和电缆的环境温度及敷设方式与参考环境温度及敷设方式不一致时，通过相线的计算电流IC应不超过其实际允许载流量Iʹal。即：IC≤Iʹal2.若实际环境温度与规定的环境温度不一致时，允许载流量须乘上温度修正系数Kθ以求出实际的允许载流量。即：按允许载流量选择截面时须注意以下几点：式中：

θal是导体的正常发热最高允许温度；θ0是导体或电缆允许载流量的参考环境温度；θʹal是导体或电缆敷设为最热月的日最高温度平均值。IC≤Ial（1）线路中电流的计算有一条220/380V的三相四线制线路，采用BV型铜芯塑料穿钢管埋地敷设，当地最热月平均最高气温为15℃。该线路供电给一台40kW的电动机，其功率因数为0.8，效率为0.85，试按允许载流量选择导体截面。例解

按SPEN≥0.5Sφ的要求，选SPEN=16mm2，所以选择BV型铜芯塑料导体BLV-500-3*25+1*16。

（2）相导体截面的选择查表A-12–2得，4根单芯线穿钢管敷设的每相芯线截面为25mm2的BV型导体，在环境温度为25℃时的允许载流量为85A，其正常最高允许温度为70℃。温度校正系数为：导体的实际允许载流量为：所选相线截面25mm2满足允许载流量的要求。（3）中性导体S0的选择3.按经济电流密度选择导线和电缆的截面导体和电缆截面的大小，直接影响线路投资和年计算费用。根据经济电流密度选择导线和电缆的截面，应从两个方面来考虑:1.选择大截面电能损耗降低，投资及维修管理费用高；2.选择小截面电能损耗增加，投资及维修管理费用降低；综合上述两方面因素，制定出比较合理的经济效益最好的截面，称为经济截面。对应于经济截面的电流密度称为经济电流密度。我国规定的导线和电缆经济电流密度见表5-2。

线路类别导线材料年最大负荷利用小时数（h）3000以下3000~50005000以上架空线路(A/mm2)铜3.002.251.75铝1.651.150.90电缆线路(A/mm2)铜2.502.252.00铝1.921.731.54（1）选择经济截面有一条长度为5km的10kVLJ型铝绞线架空线路，已知计算负荷为1380kW，cosφ=0.7，Tmax=4800h，试选择其经济截面，并检验其发热条件和机械强度。解查手册后，初选标准截面为95mm2的LJ-95型铝绞线。相线计算电流由表5-2查得：可得导线经济截面为：例（2）校验发热条件查表5-1可知，LJ-95型铝绞线在室外温度为25℃时允许载流量为325A。此值大于相线计算电流114A，满足发热条件。（3）校验机械强度查表5-1可得10kV架空铝绞线的最小截面积是35mm2，此值小于计算的截面积，因此满足机械强度。4.按允许线路电压损耗选择导线截面由于线路阻抗的存在，所以线路通过电流时会产生电压损耗。按规定，高压配电线路的电压损耗一般不超过线路额定电压的5%；从变压器低压侧母线到用电设备受电端的低压配电线路的电压损耗，一般不超过用电设备额定电压的5%；对视觉要求较高的照明线路，则为