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配电网工程基础知识 基础知识纲要 第一节配电网工程概述第二节配电网工程结构第三节配电网工程供电方式第四节配电网主要材料及设备 第一节配电网概述 一 配电网概念配电网是指连接并从输电网 或本地区发电厂 接收电力 就地或逐级向各类用户供给和配送电能的电力网 配电网设施主要包括配电变电站 开关站 配电线路 断路器 负荷开关 配电 杆上 变压器等 配电网及其二次保护 监视 控制 测量设备组成的整体称为配电系统 二 配电网的分类及特点 中压配电网 一 按电压等级分 1 高压配电网高压配电网是指由高压配电线路和相应等级的配电变电站组成的向用户提供电能的配电网 其功能是从上一级电源接收电能后 直接向高压用户供电 或通过变压器为下一级中压配电网提供电源 高压配电网分为110 63 35kV3个电压等级 城市配电网一般采用110kV作为高压配电电压 2 中压配电网中压配电网是由中压配电线路和配电变电站组戌的向用户提供电能的配电网 其电压等级包括20kV 10kV 6 3kV 其功能是从输电网或高压配电网接收电能 向中压用户供电 或向用户用电小区负荷中心的配电变电站供电 再经过降压后向下一级低压配电网提供电源 3 低压配电网低压配电网是指低压配电线路及其附属电气设备组成的向用户提供电能的配电网 其电压等级为0 38kV 0 22kV 以中压配电网的配电变压器为电源 将电能通过低压配电线路直接送给用户 低压配电网的供电路离较近 低压电源较多 一台配电变压器就可以作为一个低压配电网的电源 两个电源点之间的路离通常不超过几百米 低压配电线呼供电容量不大 但分布面广 除一些集中用电的用户外 大量是供给城乡居民生活用电及分散的街道照明用电等 二 按配电线路的形式分 1 架空配电网架空配电网主要由架空配电线路 柱上开关 配电变压器 防雷保护 接地装置等构成 基配电线路是用电杆 铁塔 将导线悬空架设 直接向用户供电 配电线路主要由基础 杆塔 导线 横担 绝缘子 金具组成 2 电缆配电网电缆配电网是指以地下配电电缆和配电变电站组成的向用户供电的配电网 其电缆配电线路一般直接埋设在地下 也有架空敷设 沿墙敷设或水下敷设 主要由电缆本体 电缆中间接头 电缆终端头等组成 还包括相应土建设施 如电缆沟 排翻倒 遂道等 电缆线路一般设在地下 与架空配电网相比 其受外界因素影响较小 但建设投资费用大 运行成本高 故障地点较难确定 有时造成用户长时间停电 3 架空电缆混合配电网以下情况多采用混合配电网 1 城市中受街道 树林 建筑限制 使架空线路无法架设 而城市周边的线路仍然以架空线路为主如图 三 按供电区域或服务对象分 1 城市配电网主要特点 1 深入城市中心地区和居民密集点 负荷相对集中 2 用户对供电质量要求高 3 配电网设计标准较高 4 配电网的接线较复杂 5 对供电管理水平要求较高 6 对配电设施要求较高 2 农村配电网主要特点 1 供电线路长 分布面积广 负荷小面分散 2 用电季节性强 设备利用率低 3 农电用户多数是乡镇企业 农业排灌和农民生活用电 用户安全用电知识贫乏 严重影响安全供电 第二节配电网结构 配电网结构是指配电网中各主要元气件的电气连接形式 分类为如下四大类 放射式配电网 图2 6 树干式配电网 环网式配电网 多回路式 环式图2 8 混合式配电网 一 放射式配电网放射式配电网是指一路配电线路自配电变电站 简称配电站 引出 按照负荷的分布情况 呈放射式延伸出去 线路没有其他可连接电源 所有用电的电能只能通过音单一的路径供给 这种电网主要由降压变电站3 10kV侧引出许多单独线路组成 每一种单独线路和均向一个或几个配电变电站供电 放射式配电网的特点是配电线可根据用户随时扩展 就近接电 维护方便 保护简单 但供电可靠性不高 灵活性较差 总线路长 不经济 当线路及设备发生故障或检修时 需要中断供电 因而放射式配电网一般用于负荷密度不高 用户分布散或供电用户属一般用户的地区 如一般居民区 小城市近郊 农村地区等 二 树干式配电网树干式配电网是指高压电源母线上引出的每路出线 沿线要分别连接到若干个负荷点或用电设备 这种网络是由降压变电站3 10kV侧引出一条或几条主干线路 每条主干线路可供几个配电变电站 树干式配电网的特点是接线比较灵活 易于增加或减少配电变电站的数目 比放射式配电网使用的 可使网络简化 任何一个配电站中的变压器均有开断设备 当某一台配电变压器故障时 并不影响其他配电站的供电 当主干线上发生故障时 连接这条主干线上的负荷均要停电 树干式配电网通常用来配电给三级负荷 每条干线上安装的变压器约5台以内 总容量不超过2000kVA 三 环网式配电网 一 多回路式多回路式配电网是指自配电站引出多回配电线路和 一般是平行敷设的 连接到受电端 正常时各条配电线路并列运行 平均分担全部负荷 当一条配电线路有故障时 可自动将其切断隔离 其余配电线路有足够容量承担全部负荷 多回路式配电网至少有两回配电一路 但一般为3 4路或更多回路 多回路式配电网比放射式配电网可靠性高 一回配电线路故障时 不会造成用户停电 有需要时还可达到在第二回配电线路故障时不造成用户停电的要求 电缆配电网故障测寻和故障修复时间长 故常采用这种多回线的结构 多回路式配电网的主要缺点是继电保护装置比放射式配电网的复杂 二 环式环式配电网是指自配电站的线路连接成环形 每个用电点各自环上不同部位接出 简单的环式配电网是两回配电线路自同一 或不同 配电变电站的母线引出 利用联络断路器 或分段断路器 连接成环 每个用电点自环上T形或II形支接 当环上某区段发生故障时 利用分段断路器切换隔离后 其他区段上的负荷可继续供电 这是环式配电网的特点 环式配电网的联络断路器平时断开 只有当某区段发生故障或停电作业时才倒换为闭合的运行方式 称为常开环路方式 而联络断路器经常闭合的运行方式自然保护区为常闭环路方式 环网正常运行时一般采用开环运行 其优点是可提高供电可靠性 减少短路电流 降低线损 四 混合式配电网网络的接线具有公共备用干线和工作干线的配电网称为混合式配电网 正常运行时由3 10kV的各条工作干线供电给各配电变电站 公共备用干线经常处于不带电状态 当工作干线的每一段发生故障或检修时 将分段断路器和该段进线端断路器断开 手动或自动投入备用干线 即可恢复供电 具有公共备用干线的混合式配电网的特点是供电可靠 可满足II级负荷的需要 如果备用干线由另一电源供电 而用采用自动投入装置时 可满足I级负荷的需要 其缺点是敷设线路和建造配电变电站需要的投资很大 所以在选择这种网络接线时 一定要进行经济技村方面的比较 第三节配电网供电方式 一 供电要求1 基本要求配电网的第一要求是保证持续配电 因为电能的生产 供应和用电几乎是瞬间同时完成的 电能的中断或减少直接影响国民经济生产各部门及人们生活需要 因此必须对配电设备和用户实施不间断供电 配电网的第二要求是及时发现网络的非正常运行情况和设备存在的缺陷情况 因为网络处于异常运行情况或设备存在某些缺陷时 配电网还是可以继续运行一段时间 但是不及时发现这些问题就会使运行环境恶化 导致发生电力事故 配电网的第三要求是能够迅速隔离故障 最大限度地缩小停电范围 满足灵活供电需要 由于有一回线路发生故障 如短路 时断路器就会跳闸 如果重合不成就会造成较大面积的停电 此时需要迅速发现并隔离故障 缩小停电范围 保证其他用户可以继续安全 可靠用电 2 电能质量要求衡量电能质量的指标通常是电压 频率和波形 1 电压 各级电压等级应维持在额定值附近 但允许有一个偏差 a 20 10kV的中压配电网和电力用户为 5 b 380V的低压配电网和电力用户为 7 c 220V的电力用户为 10 7 2 频率 我国频率的额定值是50Hz 频率偏差一允许为 0 2Hz 维持电网频率的任务应该由发电厂的一次调频和二次调频系统来完成 3 波形 三相电压和三相电流的波形应该是对称的正弦波形 3 经济运行要求在保证持续供电 用户接受合格电能的同时 要求配电网在最经济的状态下运行 这样可以使得配电网的网损最小 不仅可以降低运行成本 还可以提高一小部分供电能力 可以从下列几方面加以考虑 1 根据负荷变化情况改变配电网的供电方式 2 根据负荷变化情况改变变压器的运行方式 使之处于经济运行状态 3 降低变压器铁芯损耗 使用节能型变压器 4 结合工程改变供电路径 使用节能设备 器材 避免迂回供电 二 供电方式类型电源数量 单电源供电形式 双电源供电形式电源相数 三相三线制 三相四线制 单相两线制 单相三线制供电回路数中性点接地方式 a 中性点非有效接地 1 中性点不接地方式 2 中性点经消弧线圈接地 3 中性点经大电卫接地方式b 中性点有效接地 第四节配电网主要材料及设备 第一节主要材料 一 导线 作用与要求作用 传递电能 要求 良好的导电性能机械强度要高 各种风 雪荷载 抗腐蚀性能 耐振性能好 空气中的有害气体 密度要小 常用导线类型裸导线 铜绞线 TJ 铝绞线 LJ 镀锌钢绞线 GJ 钢芯铝绞线 LGJ LGJQ LGJJ 铝合金线及稀土铝导线绝缘导线 分相式绝缘导线 低压集束型绝缘导线 高压集束型号绝缘导线常用导线的规格是按导线的导电部分的截面积 平方毫米 来区分 我国常用的导线系列有 185 630 720等 绝缘导线对比裸导线有以下优点 1 可解决架空配电线路走廊问题 2 可大幅度降低因外力影响而引发的事故 偍高供电可靠性 3 可方便施工 减少维修工作量等 二 母线 作用与要求作用 汇集 分配 传送电能 要求 母线材料 截面形状及截面面积需符合安全经济运行要求 母线类型 软母线 常用铝绞线 截面50 70 95 120 150 240mm2硬母线 由金属管或金属型材组成并用支柱绝缘子支撑的母线 有铝母线 铜母线 常用规格50 5 60 6 80 8 100 10 120 12mm2母线伸缩节 补偿母线受热冷伸缩 起调节作用 分母线与设备伸缩节及母线与母线伸缩节铜铝过渡板 防止铜质端子与铝质端子连接产生电化学腐蚀作用的过渡接触板件绝缘热缩管 对母线起绝缘防护作用低压封闭式母线槽 由金属板为保护外壳 导电排 绝缘材料及有关附件组成的母线系统封闭式母线槽分接箱 由母线向外引线箱 开关等附件组成 图1 1硬母线 图1 2母线与母线伸缩节 图1 3铜铝过渡板 图1 4绝缘热缩管 图1 5封闭式母线槽分接箱 三 电缆 电缆附件及其附属构件 作用与分类电缆作用 传输电 磁 能 信息和实现电磁能转换 电缆分类 电力电缆 控制电缆 通信电缆及光缆 1 电力电缆分类 用以传输和分配大功率电能的电缆 按材质 铜芯电缆 铝芯电缆按电压等级 低压电缆 1kV以下 高压电缆 10kV以上 按电缆导线芯截面积 2 58 4 6 10 16 35 50 70 95 120 150 185 240 300 400 500mm2按导电线芯数 单芯 二芯 三芯和多芯按绝缘材料 油浸纸绝缘 塑料绝缘 橡皮绝缘 阻燃聚氯乙烯绝缘按结构特征 统包型 分相型 钢管型 扁平型 自容型 2 控制电缆 用于开关控制 仪表 保护装置等方面信号 控制导线作用 承担信号传输 机构操作 元件控制 3 通信电缆 传输电信信息的电缆 4 光缆 一定数量的光纤按照一定方式组成缆心 外包有护套用以实现光信号传输的一种通信电缆 5 电缆附件作用 恢复电缆原有的导电线芯 恢复绝缘 屏蔽 密封保护功能要求 导电性能好 绝缘可靠 机械强度足够高 密封性能好 防腐 阻燃及热性能良好 a 热缩式电缆附件 b 冷缩式电缆附件 c 预制式电缆附件 e 电缆中间接头 d 电缆终端头 6 附属材料及构件种类 电缆支架 电缆桥架 电缆防火材料 a 电缆支架 b 电缆桥架 四 绝缘子 作用与要求作用 支持导体或设备 承担导线垂直方向的荷重与水平方向拉力 要求 良好绝缘性能 足够机械强度 足够抵御和抗腐蚀能力 a 针式绝缘子 a 针式绝缘子 c 蝶式绝缘子 b 柱式绝缘子 五 金具 作用作用 连接组合线路上各类装置 防护作用 传递机械 电气负荷作用 c 蝶式绝缘子 b 耐张线夹 a 悬垂线夹 c 球头挂环 e U型挂环 d 碗头挂环 e 防振锤 f 抱箍 六 铁塔 电杆 作用及分类作用 支撑导线及附件 c 蝶式绝缘子 f 抱箍 铁塔 钢管杆 水泥杆 直线杆 按材料分 按作用分 直线杆 直线塔 转角塔 转角杆 七 混凝土及其原材料 混凝土功能 混凝土材料是线路基础和设备基础的主要材料 混凝土原材料 水泥砂子石子 第二节主要设备 一 配电变压器 作用与分类作用 变换电压电流 传输电能 户外高压油浸式变压器 按电源相数分 单相变压器 三相变压器按变压器本身绕组数 双绕组变压器 三绕组变压器按变压器绝缘材料 油浸式变压器 环氧树脂浇注的干式变压器 SF6气体变压器按变压器的铁芯材质分 硅钢片 非晶合金变压器按冷却方式 自冷式 风冷式 水冷式按油循环方式 自然循环 强迫循环两类 变压器型号表示方法 基本型号 设计序号 额定容量 kVA 高压侧电压如S9 630 10 表示三相 油浸 自冷 自然循环 双绕组 无励磁调压 铜导线 设计序号为9容量为400kVA 高压侧额定电压为10kV的油浸式电力变压器 二 断路器 作用与分类作用 接通和断开电路 断路器分类 ZW20 12户外真空断路器 按灭弧介质 油断路器 真空断路器 SF6断路器按使用场所 户内断路器 户外断路器 三 隔离开关 作用与分类作用 断开无负荷电流的电路 隔离电源 其中无专门的灭弧装置 不能切断负荷电流及短路电流