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第三章工厂供电系统 第一节概述第二节电压的选择第三节变电所的设置和变压器的选择第四节变电所的电气主结线第五节变电所的二次接线第六节高压配电网的接线方式第七节低压配电系统 1 第一节概述 一 什么是工厂供电系统从电力电源进线到厂内高低压用电设备进线端 将这个系统称之为 二 典型系统 2 二 典型系统 3 第二节电压的选择 选择原则 1 负荷大小和距离电源远近 负荷距 p33表3 2 2 考虑以下的因素用电设备对电压的要求导线的横截面大小工厂的生产班次和负荷曲线的均衡程度工厂的供电功率因数高低电价制度工厂设备的折旧率等 折旧等费用在设计时占投资额的百分比贷款利息 国家规定的还本年限3 尽量减少工厂内电压等级 一 供电电压的选择 从电力网 总降压变电所 有两种电源可供选择 35KV 110KV 4 第二节电压的选择 二 厂区高压线配电电压 6 10KV 广泛使用10KV 选择依据 该地区原有供电条件和备用电源获取情况高压电动机及其它高压用电设备等级 数量和分布 在供电线路传输功率相同的条件下 一般在500KW 10KV比6KV节约金属40 还可减少出线回路 额定电压6KV 10KV的开关设备 当其切断容量相同时 价格相差不大 导线的电流密度相同时 10KV比6KV线路功率损失和电压损耗约少40 对大型企业 当计算负荷超过5600KVA时 不设总变电所 直接将35 110KV变为0 4KV 高压线深入负荷中心的供电方式 优点和缺点 配电电压 指用户内部向用电设备配电的电压等级 高压配电电压 由用户总降压变电所向高压用电设备配电的配电电压 低压配电电压 由用户车间变电所或建筑物变电所向低压用电设备配电的配电电压 5 第二节电压的选择 三 低压配电电压选择原则 依据用电设备性质决定直接选择380V 220V低压等级潮湿地方 36V煤矿等 660V 1140V英 美 法 500V 6 变电所的类型变电所是接受电能 变换电压 分配电能的环节 是供配电系统的重要组成部分 变电所按其在供配电系统中的地位和作用分为总降压变电所 独立变电所 车间变电所 杆上变电所 建筑物及高层建筑物变电所 1 总降压变电所35 110 6 10kV用户是否要设置总降压变电所 是由地区供电电源的电压等级和企业负荷大小及分布情况定 对大中型用户 由于负荷较大 往往采用35KV 或以上 供电 再降压至10kV或6kV 向各车间变电所和高压用电设备配电 这种降压变电所称为总降压变电所 第三节变电所的设置和变压器的选择 7 2 独立变电所6 10 0 4 0 23kV 设置独立变电所主要是因为相邻几个车间负荷较大 将变电所建到某一车间不适宜 或由于车间环境的限制 如制药车间 化工车间之间由于管道较多或有腐蚀性气体 易燃易爆气体等环境限制 必须建立独立变电所 或中小型用户负荷不太大 建立一个用户独立变电所 向负荷供电 第三节变电所的设置和变压器的选择 独立变电所与车间位置关系 8 3 车间变电所6 10 0 4 0 23kV 附设变电所利用车间的一面或两面墙壁 而其变压器室的大门朝外开 车间附设变电所又分内附式和外附式 车间内变电所位于车间内的单独房间内 地下或梁架上变电所 4 杆上变电所变电器安装在室外电杆上 适用于315KVA及以下变压器 常用于居民区 用电负荷小的用电单位 第三节变电所的设置和变压器的选择 9 5 建筑物及高层建筑物变电所 建筑物及高层建筑物变电所是民用建筑中经常采用的变电所形式 楼内建筑物变电所高层建筑物多采用楼内建筑物变电所 置于高层建筑物的地下室或中间某层 地下室和高层 地下室 中间某层和高层 变压器一律采用干式变压器 辅助建筑物变电所与独立变电所相似 辅助建筑物变电所置于离开高层建筑物的辅助建筑物内 变压器采用油浸式变压器 第三节变电所的设置和变压器的选择 10 6 箱式变电所 第三节变电所的设置和变压器的选择 11 第三节变电所的设置和变压器的选择 12 第三节变电所的设置和变压器的选择 一 总降变电所位置的确定 1 变电所位置选择原则 变电所的位置选择应根据选择原则 从安全 经济 方便等方面来综合考虑 经技术 经济比较后确定 1 尽量接近负荷中心 以降低配电配电系统的电能损耗 电压损耗和有色金属消耗量 2 接近电源侧 特别是工厂的总降压变电所和高压配电所 3 进出方便 特别是要便于架空进出线 4 设备运输方便 特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输 5 不应设在有剧烈振动或高温的场所 当无法避开时 应有防振和隔热的措施 6 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所 无法远离时 不应设在污染源的下风侧 13 第三节变电所的设置和变压器的选择 一 总降变电所位置的确定 1 负荷指示图 2 负荷功率矩法确定负荷中心 3 按负荷电能矩法确定负荷中心 变电所选址尽量靠近负荷中心是供电设计的一项基本原则 可以按负荷矩法确定负荷中心 1 变电所位置选择原则 7 不应设在厕所 浴室和其他经常积水场所的正下方 且不宜与上述场所相贴邻 8 不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方 且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方 当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时 应符合现行国家标准GB50058 1992 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 的规定 9 不应设在地势低洼和可能积水的场所 14 第三节变电所的设置和变压器的选择 一 变电所位置的确定 2 确定负荷中心的方法 1 按负荷功率矩法确定负荷中心 负荷中心的计算不必十分精确 这种方法只考虑了各负荷的功率和位置 而未考虑各负荷的工作时间 因而负荷中心被认为是固定不变的 设有负荷 均表示有功计算负荷 在任选的直角坐标系中分别取P1 x1 y1 P2 x2 y2 P3 x3 y3 现假设总负荷的负荷中心位于坐标P x y 处 负荷中心的坐标为 15 第三节变电所的设置和变压器的选择 2 负荷指示图 负荷指示图是将电力负荷按一定比例用负荷圆的形式标示在企业或车间的平面图上 各车间的负荷圆的圆心位于车间的负荷 重心 负荷中心 在负荷均匀分布的车间 负荷中心就是车间的中心 在负荷分布不均匀的车间内 负荷中心应偏向负荷集中的一侧 由车间的计算负荷得负荷圆的半径式中K为负荷圆的比例 kW mm2 Pc为计算负荷 工厂负荷指示图可以直观地大致确定工厂的负荷中心 但还必须结合其他条件 综合分析比较几个方案 最后择其最佳方案来确定变配电所的所址 16 3 负荷电能矩法 动态负荷中心计算法 第三节变电所的设置和变压器的选择 事实上 各负荷的工作时间不同 因而负荷中心不可能是固定不变的 负荷中心不只是与各负荷的功率有关 而且与各负荷的工作时间有关 因而提出了负荷电能矩来确定负荷中心的方法 类似负荷功率矩法的公式 按负荷电能矩法确定负荷中心的公式为式中 Pi为各负荷的有功计算负荷 Ai为各负荷的年有功电能消耗量ti为各负荷在同一时间内的实际工作时间 应采用各负荷的年最大负荷利用小时 需要指出 负荷中心原则并不是确定变电所位置的惟一因素 且负荷中心也是会随机变动的 因此大多数工厂变电所的位置都是靠近负荷中心偏向电源侧 17 第三节变电所的设置和变压器的选择 3 总降变压器设置数量和容量1 车间厂房负荷集中 设置一台变压器 2 企业非常大 且有两个或以上的集中大负荷用电车间群 而彼此之间相距又较远时 设立两个或两个以上的总降压变电所 设置两台总降变压器 3 季节性负荷或昼夜负荷比较大时 宜采用经济运行方式 技术经济合理时 可设2台主变压器 4 三级负荷 少量的一 二级负荷 可以从临近企业取备用电源 设一个总降变电所且只用一台变压器 5 一 二级负荷比重大而且比较集中 设置一个总降变电所 且2台主变压器 两台变压器关系 明备用 一台用 另一台备用 互为备用 SN SC暗备用 两台都占承担50 负荷 一台故障 另一台承担100 负荷 容量选择 1台变压器 SN 1 15 1 4 SC 2台变压器 SN 0 6 0 7 SC并且SN SC 18 第三节变电所的设置和变压器的选择 二 车间变电所位置及变压器选择 在计算得出车间总计算负荷的基础上 按分散布置并接近负荷中心的原则确定车间变电所的位置 便于低压电网的备用联络 同时车间变电所位置选择还要考虑 进出线方便 靠近电源测 运输方便等 车间变电所变压器数量选择 1 对有二 三级负荷的车间 设置一台变压器 2 一二级负荷比重大 负荷比较分散 可设两个变电所 每一个变电所有一台变压器 若一二级负荷比重大 负荷集中 则设一个有两台变压器的变电所 19 第三节变电所的设置和变压器的选择 3 负荷不大时视负荷大小及距邻近车间变电所的距离决定是否设车间变电所 容量选择 1台变压器 应能满足全部用电设备的计算负荷S30 留有余量 并考虑变压器的经济运行 SN SC 2台变压器 SN 0 6 0 7 SC其中SN SC 单台容量不宜超过1000KVA 由邻近车间变电所供电的容量和距离 20 例4 1 某10 0 4kV车间变电所 总计算负荷为1350kVA 其中一 二级负荷680kVA 选择变压器的台数和容量 解 该车间变电所有一 二级负荷 故宜选择两台变压器 任一台变压器单独运行时 要满足60 70 的负荷 即SN 0 6 0 7 1350kVA 810kVA 954kVA且任一台变压器应满足SN 680kVA 因此 可选两台容量均为1000kVA的变压器 具体型号为S9 1000 10 第三节变电所的设置和变压器的选择 21 三 变电所的布置和结构 第三节变电所的设置和变压器的选择 1 变电所的布置变电所的布置型式有户内 户外和混合式三种 变电所一般采用户内式 户内式又分为单层布置和双层布置 视投资和土地情况而定 35kV户内变电所宜采用双层布置 6 10kV变配电所宜采用单层布置 变电所的布置主要由变压器室 高压配电室 低压配电室 电容器室 控制室 值班室 休息室 工具间等组成 22 三 变电所的布置和结构 1 高压配电室 2 变压器室 3 低压配电室 4 值班室 5 高压电容器室 第三节变电所的设置和变压器的选择 23 第三节变电所的设置和变压器的选择 2 变电所的布置要求 1 室内布置应紧凑合理 便于值班人员操作 检修 试验 巡视和搬运 配电装置安放位置应保证所要求的最小允许通道宽度 考虑今后发展和扩建的可能 2 合理布置变电所各室位置 高压电容器室与高压配电室 低压配电室与变压器室应相邻近 高 低压配电室的位置应便于进出线 控制室与值班室的位置应便于运行人员工作和管理 3 变压器室和高压电容器室 应避免西晒 控制室和值班室应尽量朝南方 尽可能利用自然采光和通风 4 配电室的设置应符合安全和防火要求 对电气设备载流部分应采用金属网板隔离 5 高 低压配电室 变压器室 电容器室的门应向外开 相邻的配电室的门应双向开启 6 变电所内不允许采用可燃材料装修 不允许热力管道 可燃气管等各种管道从变电所内经过 24 三 变电所的布置和结构 第三节变电所的设置和变压器的选择 1 变压器室变压器室的结构设计要考虑变压器的安装方式 地平抬高方式或不抬高 变压器的推进方式 宽面推进或窄面推进 进线方式 架空或电缆 进线方向 高压侧进线开关 通风 防火和安全以及变压器的容量和外型尺寸 1 变压器室的尺寸 变压器外轮廓与墙壁的净距 2 变压器室的通风 3 贮油池 4 变压器室的门朝外开 5 变压器室的防火 6 每台变压器都放在独立的变压器室里 2 变电所的结构 25 a 剖面图 b 平面图 第三节变电所的设置和变压器的选择 26 2 高压配电室高压配电室的结构主要取决于高压开关柜的数量 布置方式 单列或双列 安装方式 靠墙或离墙 等因素 1 高压配电室的尺寸 各种通道的最小宽度 高度 电缆沟 2 高压配电室的门应向外开 相邻配电室之间有门时 应能双向开启 长度超过7米时应设两个门 3 高压配电室的耐火等级不应低于二级 第三节变电所的设置和变压器的选择 27 3 低压配电室低压配电室的结构主要取决于低压开关柜的数量 尺寸 布置方式 单列或双列 安装方式 靠墙或离墙 等因素 1 低压配电室的尺寸 各种通道的最小宽度 高度 电缆沟 2 低压配电室的门应向外开 长度超过8米时应设两个门 3 低压配电室的耐火等级不应低于三级 4 高压电容器室电容器室的结构主要取决于电容器柜的数量 布置方式 双列或单列 安装方式 靠墙或离墙 等因素 1 高压电容器室的尺寸 各种通道的最小宽度 高度 电缆沟 2 高压电容器室的门应向外开 相邻配电室之间有门时 应能双向开启 长度超过7米时应设两个门 3 高压电容器室的耐火等级不应低于二级 5 控制值班室控制室通常与值班室合在一起 控制屏 中央信号屏 继电器屏 直流电源屏 所用电屏安装在控制室 第三节变电所的设置和变压器的选择 28 第四节变电所的电气主接线 1 变配电所电气主接线是指将各种开关设备 电力变压器 母线 电流互感器以及电压互感器 导线或电缆和避雷器等主要电气设备 按照一定顺序用导线连接而成的 用以接受和分配电能的电路 也称为主电路 一次电路中的所有电气设备 称为一次元件或一次电气设备 电气主接线中的设备用标准的图形符号和文字符号表示的电路图称为电气主接线图 因为三相交流电气设备的每相结构一般是相同的 所以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 若有中性线 或接地线 可用虚线表示 使主接线清晰易看 一 变配电所主接线概述 29 注 一次接线与二次接线由电压互感器和电流互感器相关连 第四节变电所的电气主接线 3 二次接线 回路 控制 指示 监测 保护一次设备运行的电路 二次回路中所有电气设备都称为二次设备或二次元件 如仪表 继电器 操作电源等 2 变配电所的主接线有两种表示形式 1 系统式主接线该主接线仅表示电能输送和分配的次序和相互的连接 不反映相互排位置 主要用于主接线的原理图中 2 配置式主接线该主接线按高压开关柜或低压配电屏的相互连接和部署位置绘制 常用于变配电所的施工图中 在变电所的控制室内 为了表明变电所主接线实际运行状况 通常设有电气主接线的模拟图 运行时 模拟图中的各种电气设备所显示的工作状态必须与实际运行状态相符 30 31 4 对主接线的基本要求电气主接线的形式 将影响配电装置的布置 供电可靠性 运行灵活性和二次接线 继电保护等问题 电气主接线对变电所以及电力系统的安全 可靠和经济的运行起着重要作用 因此 对变配电所主接线有下列基本要求 1 安全 应符合有关国家标准和技术规范的要求 能充分保证人身和设备的安全 2 可靠 应满足电力负荷特别是其中一 二级负荷对供电可靠性的要求 3 灵活 应能适应必要的各种运行方式 便于切换操作和检修 且适应负荷的发展 4 经济 在满足上述要求的前提下 尽量使主接线简单 投资少 运行费用低 并节约电能和有色金属消耗量 第四节变电所的电气主接线 32 第四节变电所的电气主接线 二 总降压变电所的主接线1 单电源进线 1 线路 变压器组接线 结构 变压器高压侧无母线 低压侧通过开关接成单母线接结线供电 特点 接线简单 所用电气设备少 配电装置简单 节约建设投资 该单元中任一设备发生故障时 变电所全部停电 可靠性不高 33 2 一次侧单母线不分段 二次侧单母线分段主接线 单电源进线两台变压器时 总降压变电所主接线采用一次侧单母线不分段 二次侧单母线分段接线 能提高了供电可靠性 但单电源供电的可靠性还是不高 因此这种接线适用于负荷昼夜变化大三级负荷及部分二级负荷 第四节变电所的电气主接线 34 由于采用双回电源进线 总降压变电所主变压器一般都在两台或两台以上 1 一二次侧均采用单母分段主接线 由于进线开关和母线分段开关均采用了断路器控制 操作十分灵活 供电可靠性较高 适用于大中型企业的一 二级负荷供电以及一 二次侧进出线较多的总降压变电所 第四节变电所的电气主接线 2 双回电源进线 35 第四节变电所的电气主接线 1 内桥式这种主接线的运行灵活性较好 供电可靠性较高 适用一 二级负荷的工厂 如果某路电源例如L1线路停电检修或发生故障时 则断开lQF 投入3QF 其两侧QS先合 即可由L2恢复对变压器T1的供电 2 桥式接线 适用于 供电线路长 线路故障几率大 负荷比较平稳 主变压器不需要频繁切换操作 没有穿越功率的终端总降压变电所 36 第四节变电所的电气主接线 2 外桥式这种主接线的运行灵活性也较好 供电可靠性也较高 适用于一 二级负荷的工厂 如果某台变压器例如T1停电检修或发生故障时 则断开lQF 投入3QF 其两侧QS先合 使两路电源进线又恢复并列运行 这种外桥式接线适用于电源线路较短而变电所昼夜负荷变动较大 适于经济运行需经常切换变压器的总降压变电所 当一次电源线路采用环形接线时 也宜于采用这种接线 使环形电网的穿越功率不通过断路器lQF和2QF 这对改善线路断路器的工作及其继电保护的整定都极为有利 适用于 供电线路短 线路故障几率小 负荷变化大 主变压器需要频繁切换操作 有穿越功率流经 37 第四节变电所的电气主接线 双母线接线较之采用单母线接线 供电可靠性和运行灵活性大大提高 问题 工厂变电所中是否可以采用双母线接线 开关设备也相应大大增加 从而大大增加了初期投资 因此 双母线接线在工厂变电所中很少应用 主要应用于电力系统中的枢纽变电站 38 三 独立变电所主接线 6 10 0 38kV 1 一次侧线路 变压器组接线 二次侧单母线不分段主接线 独立变电所单电源一台变压器时 采用一次侧线路 变压器组接线 二次侧单母线不分段主接线 这种接线比较简单 可靠性也不高 适用于三级负荷的小型变电所 第四节变电所的电气主接线 对于三级负荷且负荷不太大的企业变电所常采用单电源进线 39 独立变电所单电源装二台变压器 配变 时采用一次侧单母线不分段 二次侧单母线分段主接线 这种接线可靠性不高 适用于三级负荷 2 一次侧单母线不分段 二次侧单母线分段主接线 三 独立变电所主接线 6 10 0 38kV 第四节变电所的电气主接线 双电源进线独立变电所的主接线一般采用一 二次侧单母线分段接线 这种接线适用于有一 二级负荷的企业 变电所有两台或两台以上变压器 40 第四节变电所的电气主接线 四 车间变电所的一次接线 1 单台变压器的车间变电所主接线 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 41 2 双回路进线两台变压器的车间变电所主接线 第四节变电所的电气主接线 四 车间变电所的一次接线 一次侧双线路 变压器组接线 二次侧单母线分段接线 42 总降变电所主接线 43 独立变电所主接线 44 补充 组合式变电所主接线 组合式变电所愈来愈多地应用于中小型企业 住宅小区 高层建筑 组合式变电所是将高 低压开关柜 电力变压器等组合为一体的接线方式 典型组合式变电所主接线如图4 30所示 是由高压组合单元 低压组合单元和变压单元组成 a 户内组合式变电所 b 户外组合式变电所 45 46 二次接线概述操作电源回路测量和绝缘监视回路断路器的控制回路中央信号回路变电所综合自动化 第五节变电所的二次接线 47 一 二次接线概述 1 定义 用来控制 指示 监测和保护一次电路运行的电路 2 按功能分类 操作电源回路 断路器控制回路 信号回路 测量回路 中央信号回路 监测回路 继电保护和自动装置回路等 第五节变电所的二次接线 二次设备 测量表计 控制和信号设备 继电保护装置 自动装置和运动装置 48 第五节变电所的二次接线 49 3 二次接线图的表示方法 第五节变电所的二次接线 二次接线图主要有归总式原理接线图 展开接线图和安装接线图 1 总归式原理接线图原理接线图 是用来表示继电保护 测量仪表和自动装置等工作原理的一种二次接线图 特点 二次回路中的元件及设备以整体形式表示 同时将相互联系的电气部件和连线画在同一张图上 给人以明确的整体概念 其优点是便于初学者学习 但是在这种图中 交直流电流 电压 以及控制 信号 测量等回路都画在一起 逻辑性较差 不便于阅读 特别是对于复杂的电路更显得杂乱 因此仅用于简单的二次回路 说明 QS 隔离开关 QF 断路器 KA 电流继电器 KT 时间继电器 KS 信号继电器 归总式原理接线图和展开式原理接线图均用于二次回路原理的表述 50 第五节变电所的二次接线 51 归总式原理图 52 2 展开接线图展开接线图 简称展开图 用来说明二次回路的动作原理 在现场使用极为普遍 特点 将每套设备的主要部件解体 按其所在供电电源的性质不同分别画在相应的电气回路接线图中 如交流电流回路 交流电压回路和直流回路分开表示 也就是说同一个仪表或继电器的电流线圈 电压线圈和接点分别画在不同的回路里 为了避免混淆 将同一个元件及设备的线圈和结点采用相同的文字标号表示 展开接线图 第五节变电所的二次接线 53 第五节变电所的二次接线 54 第五节变电所的二次接线 55 3 安装接线图它是反映二次设备及其连接和实际安装位置的图纸 主要用于变配电所二次回路的安装接线 以及运行试验中对二次线路的检查 维修和故障处理等的主要参考图 它是制造厂加工制造屏 屏盘 和现场施工安装所必不可少的图 安装接线图包括屏面布置图 屏背面接线图和端子排图三个组成部分 它们相互对应 相互补充 第五节变电所的二次接线 56 1 屏面布置图 屏面布置图是说明屏上各个元件及设备的排列位置和其相互间距离尺寸的图 它是二次设备在屏上安装的依据 要求按照一定的比例尺准确地绘制 屏面设备的排列布置一般应满足下列要求 1 便于观察 在运行中需经常监视的仪表 一般布置在离地面1 8m上下 属于同一电路的相同性质的仪表 布置时应互相靠近 信号设备的布置要显而易辨 2 便于操作和调整 控制开关 调节手轮 按钮的高度一般距地0 8 1 5m 3 检修试验安全 方便 4 设备布置要紧凑合理 协调美观 第五节变电所的二次接线 57 1 屏面布置图 图5 31为110kV线路控制屏的屏面布置图 电流表 功率表位于最上几排 距地面高度为1 5 2 2m左右 下面为光字牌 转换开关 同期开关等 再下面为模拟母线 隔离开关位置指示器 信号灯具以及控制开关等 为了便于运行管理和设计 通常将二次设备 器具和接线 划分为不同的安装单位 或称单元 通常将属于可独立运行的一个一次电路的二次设备 划分为一个安装单元 图5 31中 110kV线路的控制屏有两个安装单元 图5 32为继电保护屏的屏面布置图 图中一些不需经常观察的继电器 皆布置在屏的上部 而运行中需要监视和检查的继电器 应位于屏的中部 离地面高度约为1 5m 通常按电流继电器 电压继电器 中间继电器的顺序 由上而下依次排列 下面放置较大的继电器和信号继电器 最下面布置连接片和试验部件 第五节变电所的二次接线 58 在传统变电站中光字牌是运行人员监视站内设备运行状况 保护动作情况等的重要的信号 其主要由现场继电器等硬件接点触发 通过中央信号屏上的小灯照亮对应的字牌而反映 随着中央信号屏的取消 在综自站 传统光字牌也被监控后台机 工程师站 的虚拟光字牌取代 由于虚拟光字牌的信号即可取自现场硬件接点 又可通过监控系统内部软件判断逻辑触发 因此其提供给运行人员的信息内容比传统光字牌丰富的多 第五节变电所的二次接线 59 图5 31110kV线路控制屏的屏面布置图图5 32为继电保护屏的屏面布置图 60 屏面布置图 61 2 端子排图 什么是接线端子 端子排和端子排图 在各种控制 保护 信号等二次屏屏后的左右两侧 均装设有接线端子排 它由各种型式的接线端子组合而成 接线端子和端子排是二次接线中专用来接线的配件 凡屏内设备与屏外设备及屏顶小母线接连时 必须经过端子排 同一屏内不同安装单位的设备互相连接时 也要经过端子排 而同一屏内同一安装单位的设备互相连接时 则不需经过端子排 端子排图表示屏上需要装设的端子数目 类型及排列次序以及它与屏外设备连接情况的图 第五节变电所的二次接线 62 根据结构形式和用途 接线端子可以分成下列几种类型 1 一般端子 又称普通端子 用于同一个回路导线的直接连接 为用量最多的端子 其导电片如图5 33a所示 2 连接端子 通过绝缘座上部的中间缺口 用导电片把相邻的端子连在一起 用于连接有分支的二次回路导线 其外形如图5 33b所示 导电片如图5 33c所示 3 试验端子 用于运行试验时不允许断开的电流互感器回路中 如图5 33e所示 4 连接型试验端子 它同时具有试验端子和连接端子的作用 和试验端子相似 所不同的是其绝缘座上部的中间有一缺口 应用在彼此连接的电流试验回路中 5 特殊端子 用于需要很方便断开的二次回路中 如图5 33d所示 6 终端端子 用于固定或分离不同安装单元的端子 2 端子排图 第五节变电所的二次接线 63 2 端子排图 图4 46接线端子型式及端子排表示方法图4 46f为端子排的表示方法 在端子排中 每个端子要按 定的规律进行排列 同时还要按排列顺序进行编号 端子排的排列应遵照如下原则 不同安装单位的端子应分别排列 不得混杂在一起 端子排一般采用竖向排列 且应排列在靠近本安装单位设备的那一侧 每一个安装单位端子排的端子应按一定次序排列 以便于寻找端子 其排列次序为 交流电流回路 交流电压回路 信号回路 控制回路 其他回路 第五节变电所的二次接线 64 图5 33接线端子型式及端子排表示方法 a 一般端子 又称普通端子 b 连接端子 c 导电片 d 试验端子 e 特殊端子 65 端子排图 66 3 屏后接线图 屏后接线图标明了屏上各设备引出端子之间的连接情况 以及设备与端子排之间的连接情况 它是在屏上配线所必需的图 是二次屏组装过程中配线的依据 也是现场安装施工 调试试验和运行时的重要参考图纸 它是以展开图 屏面布置图和端子排图为依据绘制的 绘制屏后接线图的基本原则和方法如下 A 屏后接线图是背视图 看图者的位置应在屏后 所以左右方向正好与屏面布置图相反 B 屏上各设备的实际尺寸已由平面布置图决定 所以画屏后接线图时 设备外形可采用简化外形 如方形 圆形 矩形等表示 必要时也可采用规定的图形符号表示 图形不要按比例绘制 但要保证设备间的相对位置正确 各设备的引出端子应注明编号 并按实际排列顺序画出 设备内部接线一般不必画出 或只画出有关的线圈和触点 从屏后看不见的设备轮廓 其边框应用虚线表示 第五节变电所的二次接线 67 3 屏后接线图 C 设备与设备 设备与端子排等之间 连接导线的表示方法有两种 连续线表示法 表示两端子之间导线的线条是连续的 图5 34a所示 这种表示法线条较多 只适用于较简单接线的情况 中断线表示法 表示两端子之间导线的线条是中断的 在中断处采用 相对编号法 如甲乙两端子相连 则在甲处标乙 在乙处标甲 如图5 34b所示 由图可见 端子排X2的11号端子与继电器K5的2号端子连接 X2的12号端子与K5的8号端子连接等 如果一个端子需引出两根导线 那么 在它旁边就标出所要连接的两个端子编号 中断线表示法省略了导线的线条 使接线图清晰 故在工程实际中广泛应用 单线表示法 对于导线组 二次电缆及线束等 可用单线表示 如图5 34c所示 D 屏上设备间的连接线 应尽可能以最短线连接 不应迂回曲折 第五节变电所的二次接线 68 图5 34连接导线的表示方法a 连续线表示法b 中断线表示法c 单线表示法 第五节变电所的二次接线 69 图5 3510kV线路定时限过电流保护原理图和继电保护屏屏后接线图 70 第五节变电所的二次接线 71 屏后接线图 72 二 操作电源 1 直流操作电源 1 蓄电池组直流操作电源 蓄电池的运行方式充电 放电运行方式和浮充电运行方式 第五节变电所的二次接线 2 硅整流直流操作电源优点 价格便宜 与铅酸蓄电池比较占地面积小 维护工作量小 体积小 不需充电装置 缺点 电源独立性差 可靠性受交流电源影响 需加装补偿电容和交流电源自动投切装置 二次回路复杂 作用 供给各二次系统的工作电源 计算器及其他重要设备的事故电源 73 1 取自所用电变压器 2 交流操作电源 第五节变电所的二次接线 74 第五节变电所的二次接线 2 取自电流互感器 电压互感器的二次侧 保护 控制 信号回路的容量不大 优点 接线简单 投资低廉 维修方便 缺点 交流继电器性能没有直流继电器完善 不能构成复杂的保护 交流操作电源在小型变配电所中应用较广 而对保护要求较高的中小型变配电所采用直流操作电源 2 交流操作电源 75 三 测量和绝缘监视回路 1 计费测量2 主要供运行人员了解和掌握电气设备及动力设备的工作情况 以及电能的输送和分配情况 以便及时调整 控制设备的运行状态 分析和处理事故 3 对交 直流系统的安全状况如绝缘电阻 三相电压是否平衡等进行监测 1 目的 第五节变电所的二次接线 1 测量回路 因此 测量监察回路对保证电能质量 保证变配电所的安全运行 具有十分重要的作用 由各种电气测量仪表 监测装置 切换开关及其网络构成 其作用是指示或记录主要电气设备和输电线路的运行参数 监察绝缘状况 作为生产调度和值班人员掌握主系统的运行情况 进行经济核算和故障处理的主要依据 76 2 测量仪表 1 仪表的准确度等级a 交流电流 电压表 功率表可选用1 5 2 5级 直流电路中电流 电压表可选用1 5级 频率表0 5级 b 电度表及互感器准确度配置见表 c 仪表的测量范围和电流互感器变流比的选择 宜满足当电力装置回路以额定值运行时 仪表的指示在标度尺的2 3处 第五节变电所的二次接线 测量是通过测量仪表实现的 而测量仪表又要通过互感器反映一次系统状况 所以要实现测量与监察 需要正确地配置互感器和仪表 77 第五节变电所的二次接线 78 2 互感器的配置a 电流互感器的配置 凡装有断路器的回路均应装设电流互感器 未装断路器的变压器中性点以及变压器的出口等回路中 也应装设电流互感器 装设电流互感器的数量应满足测量仪表 继电保护和自动装置的要求 在中性点直接接地的三相电网中 电流互感器按三相配置 在中性点非直接接地的三相电网中 电流互感器按二相配置 变压器回路按三相配置 继电保护用电流互感器 应尽可能减小或消除不保护区 同一网络中各线路的电流互感器 均应配置在同名相上 b 电压互感器的配置 电压互感器的配置 除应满足测量仪表 继电保护和自动装置的要求外 还应考虑绝缘监察装置的要求 每段母线都必须装设电压互感器 供测量 保护等用 6 10kV母线装设一只三相五柱式或三只单相电压互感器 35kV以上母线一般装设三只单相电压互感器 79 3 测量仪表的配置a 在变配电所的每一段母线上 应装设电压表4只 b 35 110 6 10kV变压器应在高压侧或低压侧装设电流表 有功 无功功率表 有功 无功电度表各一只 6 10 0 4KV的电力变压器 在高压侧装设电流表和有功电度表各一只 如为单独经济核算单位的变压器 还应装设一只无功电度表 c 3 10kV配电线路上 装设电流表 有功 无功电度表各一只 d 低压动力线上应装一只电流表 照明和动力混合供电的线路上照明负荷占总负荷15 20 以上时 应在每相上装一只电流表 e 并联电容器总回路上 每相装设一只电流表 并应装设一只无功电度表 f 在供配电系统每一条电源进线上 必须装设计费用的有功电度表和无功电度表及反映电流大小的电流表 通常采用标准计量柜 计量柜内有计算专用电流 电压互感器 第五节变电所的二次接线 80 2 母线6 10KV中性点不接地的三相系统 应装设三只电压表测量各相对地电压用以绝缘监测 1KV以上系统 电压表接于电压互感器二次侧 500V以下 直接接入 三相对称 无零序电压三相不对称 90 100V零序电压 1 电源进线装三相有功和无功电度表 第五节变电所的二次接线 配置详细说明 81 装设一只电流表监视负荷 计量电能 再装设一只三相有功电度表和一只无功电度表 3 6 10KV高压配电线路 4 低压配电线路三个电流表 一块电压表计算电能 有功 无功电度表 5 并联补偿电容器三只电流表 一块电压表计算无功电能 无功电度表 第五节变电所的二次接线 82 3 三相电路功率的测量 三相三线制电路 双瓦特法 1 有功功率的测量 第五节变电所的二次接线 先要认清电度表的电压绕组和电流绕组 83 第五节变电所的二次接线 84 三相四线制电路 三只单相功率表 第五节变电所的二次接线 85 2 无功功率的测量 跨相90接线方法 第五节变电所的二次接线 86 第五节变电所的二次接线 87 第五节变电所的二次接线 88 第五节变电所的二次接线 89 第五节变电所的二次接线 90 第五节变电所的二次接线 91 第五节变电所的二次接线 92 4 电能的测量 三相三线制电路 第五节变电所的二次接线 93 三相四线制电路 第五节变电所的二次接线 94 2 直流绝缘监视回路 第五节变电所的二次接线 95 对断路器控制回路的基本要求 l 应能监视电源及跳 合闸回路的完好性 2 跳合闸完成后 应能自动解除跳合闸命令脉冲 3 应能指示断路器正常合闸和跳闸的位置状态 并在自动合闸和自动跳闸时有明显的指示信号 4 断路器事故跳闸时 能自动发出事故跳闸信号 断路器事故跳闸信号的起动回路 应按 不对应原则 接线 当断路器采用电磁操作机构或弹簧操作机构时 利用控制开关的触点与断路器的辅助触点构成不对应关系 即控制开关在合闸位置而断路器已跳闸时 起动事故跳闸信号 5 能够防止断路器的跳跃现象发生 6 接线应力求简单可靠 在变电所内对断路器的控制 按控制地点分为 10KV以下 就地操作 35KV以上 集中操作 四 高压断路器控制回路 第五节变电所的二次接线 96 四 高压断路器控制回路 1 动作原理框图 第五节变电所的二次接线 97 在变电所中常用的是LW2型系列自动复位控制开关 控制开关有六个位置 1 控制开关 预备合闸 合闸 合闸后 预备跳闸 跳闸 跳闸后 其中 跳闸后 和 合闸后 为固定位置 其它为操作时的过渡位置 LW2型控制开关外形结构图 第五节变电所的二次接线 2 操作机构 断路器控制回路的直接控制对象为断路器的操动 作 机构 操动机构主要有电磁操动机构 CD 弹簧操动机构 CT 液压操动机构 CY 等 98 2 断路器控制回路展开图 99 100 第五节变电所的二次接线 3 断路器控制回路分析1 手动合闸合闸前 断路器处于 跳闸后 位置 断路器辅助触点QF1闭合 SA触点11 10导通 绿灯GN亮 说明合闸回路良好 但由于限流电阻R的作用 流过合闸接触器KO的电流不足以使其动作 转动控制开关SA至 预合闸 位置 然后再顺时针转45度到 合闸 位置 5 8触点导通 正电源经 WC SA5 8触点 QF1 流经KO 负电源 WC构成通路 KO得电 接通合闸线圈YO 使高压断路器合闸 辅助接点QF1打开 切断合闸电源保证短时通电 同时QF2闭合 松开手柄后 开关至 合闸后 位置 开关SA13 16触点导通 红灯RD亮 表示断路器处于合闸状态 101 第五节变电所的二次接线 2 手动分闸转动控制开关SA至 预跳闸 位置 然后再逆时针转动45度到 跳闸 位置此时SA6 7触点导通 正电源 WC SA6 7 QF2 YR WC形成回路 断路器跳开 动合辅助触点QF2打开 切断分闸回路 动断辅助触点QF1闭合 绿灯亮 3 自动合闸控制开关4 自动跳闸5 防跳跃装置 102 五 中央信号回路 1 中央信号系统供配电系统中 保护装置或监测装置动作后都要通过信号系统发出相应的信号提示运行人员 这个信号系统称为中央信号系统 第五节变电所的二次接线 1 信号的类型按表示方法分 灯光信号 音响信号 按用途分 位置信号 事故信号 预告信号 中央信号装置按复归方法 就地复归中央复归动作性能 能重复动作不能重复动作 由信号发送机构 接收显示元件及其网络构成 其作用是准确 及时地显示出相应一次设备地工作状态 为运行人员提供操作 调节和处理故障的可靠依据 103 五 中央信号回路 1 中央信号系统 第五节变电所的二次接线 2 对中央信号回路的要求1 任一断路器事故跳闸后立即发出音响和灯光信号 2 任一电路发生故障时能按要求 瞬时或延时 发出音响和灯光信号 3 音响信号能手动或自动复归 解除 音响 灯光信号及其它指示信号应保持到消除故障为止 4 接线应简单 可靠 应能监视信号回路的完好性 5 应能对事故信号 预告信号及其光字牌是否完好进行试验 104 3 三种信号的含义1 位置信号 指示开关电器 控制电器位置状态的信号 如前页图中的红绿灯信号 2 事故信号 当电气设备发生事故时 应使故障回路的断路器立即跳闸 并发出事故信号 事故信号由音响和灯光两部分组成 音响信号一般是指蜂鸣器或电喇叭发出较强的音响 同时断路器位置指示灯发出闪光指明事故对象 3 预告信号 当电气设备出现不正常的运行状态时 并不使断路器立即跳闸 但要发出预告信号 帮助值班人员及时地发现故障及隐患 以便采取适当的措施加以处理 以防故障扩大 预告信号也有音响和灯光两部分构成 即由警铃发出的音响信号和标有故障性质的光字牌灯光信号 常见的预告信号有 变压器过负荷 断路器跳合闸线圈断线 变压器轻瓦斯保护动作 变压器油温过高 变压器通风故障 电压互感器二次 五 中央信号回路 第五节变电所的二次接线 105 2 中央事故信号回路 第五节变电所的二次接线 106 3 中央预告信号回路 第五节变电所的二次接线 107 108 中央复归不能重复动作的事故信号装置 第五节变电所的二次接线 109 中央复归能重复动作的事故音响信号装置 第五节变电所的二次接线 110 中央复归不能重复动作的预告信号装置 第五节变电所的二次接线 111 六 变电所综合自动化 1 监控子系统 一 基本功能 2 保护子系统 3 通信功能 第五节变电所的二次接线 112 1 监控子系统 包括模拟量 开关量和电能量数据采集 事件顺序记录SOE 故障记录 故障录波和测距 操作控制功能 安全监视功能 人机联系功能 打印功能 数据处理与记录功能 谐波分析与监视 2 微机保护子系统 包括变压器 输电线 电容器组 母线等的保护和不完全接地系统的单相接地选线 3 电压 无功综合控制子系统 包括补偿电容器 电抗和有载调压变压器等的微机电压无功综合控制装置 4 电力系统的低频减负荷控制 5 备用电源自投控制 6 变电站综合自动化系统的通信 包括内部现场级间的通信和自动化系统与上级调度的通信两部分 前者有并行通信 串行通信 局域网络和现场总线等多种方式 后者以部颁通信规约 如POLLING CDT等规约 与上级调度通信完成遥测 遥信 遥调 遥控等四遥功能 一 变电站综合自动化系统的基本功能 第五节变电所的二次接线 113 第五节变电所的二次接线 114 第五节变电所的二次接线 115 集中式综合自动化系统硬件结构框图 二 硬件结构 1 集中式结构形式 2 分散分布式结构形式 第五节变电所的二次接线 116 分散分布式综合自动化系统硬件结构框图 第五节变电所的二次接线 117 下位机主要完成模拟量 开关量 脉冲量的采集 输入 开关量的输出控制 断路器跳 合闸操作与信号输出 向上位机传输数据等功能 上位机软件主要完成图象显示 打印记录 对断路器进行操作 远方通信及与下位机之间的数据传送等功能 三 软件系统 第五节变电所的二次接线 118 一 配电所主接线 每个配电所的馈电线路一般不少于4 5回 配电所一般为单母线制 根据负荷的类型及进出线数目可考虑将母线不分段或分段 第六节工厂高压配电网 119 第六节工厂高压配电网 一 高压配电网常用电气主接线形式 高压配电网常用电气主接线形式放射式 树干式和环形等基本接线方式 高压放射式接线 1 高压放射式接线如下图所示 放射式线路之间互不影响 因此供电可靠性较高 而且便于装设自动装置 保护装置也较简单 但是其高压开关设备用得较多 且每台高压断路器须装设一个高压开关柜 从而使投资增加 而且在发生故障或检修时 该线路所供电的负荷都要停电 要提高其供电可靠性 可在各车间变电所的高压侧之间或低压侧之间敷设联络线 如果要进一步提高其供电可靠性 可采用来自两个电源的两路高压进线 然后经分段母线 由两段母线用双回路对重要负荷交叉供电 120 第六节工厂高压配电网 2 高压树干式接线如下图所示 树干式接线与放射式接线相比具有以下优点 多数情况下 能减少线路的有色金属消耗量 采用的高压开关数少 投资较省 但有下列缺点 供电可靠性较低 当干线发生故障或检修时 接于干线的所有变电所都要停电 且在实现自动化方面适应性较差 要提高供电可靠性 可采用双干线供电或两端供电的接线方式 高压树干式接线 121 单母线分段双树干供电接线 两端供电接线 第六节工厂高压配电网 122 第六节工厂高压配电网 3 高压环形接线 如图所示实质上是两端供电的树干式接线 这种接线在现代城市电网中应用很广 为了避免环形线路上发生故障时影响整个电网 也为了便于实现线路保护的选择性 因此大多数环形线路采取 开口 运行方式 即环形线路中有一处开关是断开的 为了便于切换操作 环形线路中的开关多采用负荷开关 实际上 工厂的高压配电线路往往是几种接线方式的组合 视具体情况而定 不过对大中型工厂 高压配电系统宜优先考虑采用放射式 因为放射式接线供电可靠性较高 且便于运行管理 但放射式采用的高压开关设备较多 投资较大 因此对于供电可靠性要求不高的辅助生产区和生活住宅区 可考虑采用树干式或环形配电 这比较经济 123 1 低压放射式接线 第七节工厂380V及以下低压配电系统 一 380V 220V低压配电网的基本接线方式对于工厂380V 220V低压配电网的基本接线方式也有放射式 树干式 变压器 干线式 环形 链式接线等 低压放射式接线如图所示 放射式接线的特点是其引出线发生故障时互不影响 因此供电可靠性较高 但在一般情况下 其有色金属消耗量较多 采用的开关设备较多 低压放射式接线多用于设备容量较大或对供电可靠性要求较高的设备配电 124 2 低压树干式接线 低压树干式接线如图所示 树干式接线的特点正好与放射式接线相反 一般情况下 树干式接线采用的开关设备较少 有色金属消耗量也较少 但当干线发生故障时 影响范围