第三章-工厂供配电系统的电气主接线PPT课件

第三章工厂供配电系统的电气主接线 本章内容本章围绕工厂内部的供配电系统 介绍电气主接线基本概念的基础上 详细讨论了变压器台数 容量的选择原则和方法 重点讲解了变电所 配电所的电气主接线形式 以及电力线路的接线方式等内容 主要包括以下几个内容 电气接线图的基本概念电气主接线电气主设备电压选择供配电电压的选择原则 考虑因素变配电所配置变配电所类型及特点 变压器的选择变压器型号的选择变压器台数及容量的选择变压器容量及过负荷能力变配电所电气主接线变对变电所电气主接线的要求电所常用的主接线总降压变电所主接线独立变电所主接线车间变电所主接线配电所主接线主接线实例的 第四章工厂供配电系统的电气主接线 第一节基本概念 一工厂供电系统的组成变电所 transformersubstation 受电 变电 配电配电所 distributionsubstation 受电 配电 第一节基本概念 二电气接线图描绘主要电气设备之间的电气联系的示意图 包括一次接线图和二次接线图 描述了整个变电所的供配电系统结构 犹如人体的骨骼框架 直接关系到整个系统的安全和稳定 第一节基本概念 1一次接线 电气主接线 一次接线图 又称为电气主接线 一次回路 主回路 将各种主要电气设备按照一定顺序连接而成的接受 传输和分配电能的总电路 即供配电系统中承担接受 输送和分配电能任务的电路 负荷电流直接流过的电路 特点 一般用单线表示对称的三相 特殊时 标出三相 第一节基本概念 一次设备 一次接线中所有的电气设备 一次设备主要包括 变换设备 变压器 互感器 PT CT 等控制设备 高低压开关 断路器等保护设备 熔断器 避雷器等补偿设备 并联电容器成套设备 高低压开关柜 低压配电屏 动力和照明配电箱等配电线路 母线 电缆 架空线路 第一节基本概念 总降压变电所 车间变电所 如图所示 电气主接线将各种主要的直接参与电能接受 电能变换 电能分配的电气设备连接成有机的整体 第一节基本概念 2二次接线二次接线 用来测量 控制 信号指示 保护和自动调节一次设备运行的电路 又称为二次回路 主要为一次回路服务 并不直接参与电能的输送和分配 但又是保证一次设备正常运行所必不可少的 二次设备 二次回路中的所有设备 主要有 各种仪表 测量元件 保护继电器 操作电源等 一 二次设备之间的连接 互感器注意 电压互感器 电流互感器归属于一次设备 是一次设备 二次设备之间联系的桥梁 第二节电压的选择 一供电电压确定供电电压 供配电系统从电力系统所取得的电源电压 电源进线的电压等级 供电电压的选择考虑三个因素 电力部门提供的电源电压 外部因素 充分考虑设计的经济性 第二节电压的选择 企业负荷的大小及距离电源线路的远近内外部因素的结合 考虑不同电压等级的线路具有供电容量以及供电距离的限制 当容量较大距离较远时 为了减少损耗 采用较高的供电电压 企业内部大型设备的额定电压决定了企业的供电电压 内部因素 也可采用较高的电压经过降压后再供电 一般来讲 大中型企业常采用35KV 110KV作为供电电压 中小型企业常采用10KV 6KV作为供电电压 其中10KV作为供电电压较为常见 总之电压等级的确定考虑综合因素 第二节电压的选择 二配电电压配电电压 指用户内部向用电设备配电的电压等级 针对设备 第三节变电所变压器的选择 一变电所的类型变电所作用 接受电能 变换电能 分配电能按照其在供配电系统中的作用和地位进行分类 总降压变电所车间变电所独立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35KV 110KV电源 10KV 6KV 送车间变电所或者高压用电设备 第三节变电所变压器的选择 2车间变电所10KV 6KV电压等级 380V 220V 供给用电设备 第三节变电所变压器的选择 3独立变电所10KV 6KV电压等级 380V 220V 供给各车间用电设备当相邻的几个车间负荷都比较大 不适于将变电所建到一个车间里 车间环境的限制 如制药 化工车间之间由于腐蚀气体 易燃易爆气体等环境限制 必须建独立变电所 中小型企业 建立全厂独立变电所 给全厂供电 第三节变电所变压器的选择 第三节变电所变压器的选择 4杆上变电所安装在室外电杆上 常用于居民区以及用电负荷较小的单位 如油田井场等 5建筑物及高层建筑物变电所民用建筑物中使用 考虑安全性 干式变压器 真空断路器等 对于高层建筑物而言 一般装在楼内 地下室 中层或者高层 第三节变电所变压器的选择 二变压器型号的选择1变压器 文字符号T 双绕组 三绕组变压器图形符号分别如图所示 主要完成电压等级的变换 第三节变电所变压器的选择 2分类按功能分 升压变压器和降压变压器按相数分 单相和三相变压器绕组导体的材料 铜绕组和铝绕组铜绕组电阻率小 但价格贵铝绕组电阻率大 但价格便宜冷却方式和绕组绝缘 油浸式和干式油浸式 油浸自冷式 油浸风冷式 油浸水冷式 强迫油循环冷却式等干式变压器主要包括 浇注式 开启式 充气式 SF6 按用途分 普通变压器和特种变压器调压方式 无载调压变压器和有载调压变压器 第三节变电所变压器的选择 3变压器型号表示如S9 1000 10表示三相铜绕组油浸式 自冷式 变压器 设计序号为9 容量为1000kVA 高压绕组额定电压为10kV 直接从型号上分析变压器的类型和特性 决定是否符合现场的需要 第三节变电所变压器的选择 4变压器类型的选择注意的几点 选择原则 选择低损耗节能型 如S9系列或者S10系列 在多尘或者具有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场合 选择密闭型或者防腐型变压器 供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变电所常采用三相油浸式自冷式电力变压器 对于高层建筑 地下建筑 发电厂 化工厂等单位对消防要求较高的场所 宜采用干式变压器 对于电网电压波动比较大的场合 为改善电能质量应采用有载调压电力变压器 第三节变电所变压器的选择 三变压器台数及容量的选择变电所分成两类进行讨论 第三节变电所变压器的选择 一 总降压变电所主变压器台数和容量的确定考虑因素 供电条件 负荷性质 用电容量 运行方式等1变压器台数的确定 满足用电负荷对供电可靠性的要求 在有一 二级负荷的变电所中 选择两台甚至多于两台主变 第三节变电所变压器的选择 对于季节性负荷或者昼夜负荷变化较大的宜采用经济运行方式的变电所 技术经济合理时可以采用两台主变 即根据负荷的季节性变化或者昼夜性变化的特点 合理安排变压器并列运行的台数 保证可靠供电的前提下 减少电能的损失 以达到最佳的经济效益 三级负荷一般选择一台主变 负荷较大时也可以选择两台主变 一般下列情况下设置一台主变 只有一路电源进线变电所可以通过附近的低压电网 6KV 10KV 获取备用电源工厂所带负荷绝大多数为三级负荷 且少量的一 二级负荷满足备用电源获取的条件 第三节变电所变压器的选择 2变压器容量的确定 1 装单台变压器时 其额定容量SN应能够满足全部用电设备的视在计算负荷SC 考虑到冗余性及变压器的经济运行 容量满足 其中 所有用电设备的计算容量之和 第三节变电所变压器的选择 2 装设两台主变时 其中任意一台主变容量SN应该同时满足下列两个条件 任意一台主变单独运行时 应该能够满足总计算负荷的60 70 的要求 即 任意一台主变单独工作时 应该能够满足全部一 二级负荷SC 的需要 即 一般而言 变压器容量和台数的确定与变电所主接线方案一起确定 在设计主接线时需要考虑到用电单位对变压器台数和容量的选择 第三节变电所变压器的选择 二 车间变电所变压器台数和容量的选择原则1车间变电所变压器台数的确定 考虑因素 与总降压变电所基本相同 即在保证电能质量的前提下 应该尽量减少投资 运行费用和有色金属的消耗量 1 带一 二级负荷 一二级负荷较多时 装设两台或两台以上的变压器只有少量一二级负荷 且可以从附近的车间变电所获取低压备用电源时 可以采用一台变压器 第三节变电所变压器的选择 2 带三级负荷 负荷较小时 采用一台负荷较大时 采用两台及两台以上季节性负荷或昼夜变化较大的负荷 一般采用两台 3 负荷不大的车间按照与其他变电所的距离 以及本身负荷的大小来决定是否单独设立变压器 考虑负荷大小以及输送距离 第三节变电所变压器的选择 4 特殊情况 单相负荷较重 使得三相负荷的不平衡超过25 时 应该设立单相变压器 动力和照明一般共用一台变压器 若此会影响照明质量及灯泡寿命 现场电压很高 240V 可以专门装设照明变压器 如果有较大的冲击负荷 且严重影响电能质量时 应该装设专门的变压器对冲击负荷进行供电 第三节变电所变压器的选择 2车间变电所变压器容量的选择车间变电所变压器容量的确定方法与总降压变电所变压器容量的选择相同 另注意 单台变压器容量小于1000KVA 主要考虑 低压开关设备的断流能力及短路稳态性要求 使变压器接近负荷中心 减小线损 对于装设在二层楼上的干式变压器 容量不宜大于630KVA 第三节变电所变压器的选择 例某一车间变电所 10kV 0 4kV 总计算负荷为1350kVA 其中一 二级负荷680kVA 试选择变压器的台数和容量 解 根据车间变电所变压器台数及容量选择要求 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 945kVA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 第三节变电所变压器的选择 四变压器的容量及过负荷能力电力变压器的额定容量 在标准规定的环境温度下 最高气温 年平均温度 和使用年限 一般20年 内 安装在室外 所能连续输出的最大视在功率 KVA 第三节变电所变压器的选择 1变压器的实际容量计算由于现场使用环境的平均温度与标准的温度规定有差异 使得变压器的实际容量与额定容量并不相等 一般规定 如果变压器安装地点的年平均气温时 则年平均气温每升高1 变压器的容量应相应减少1 对应着每低1 变压器容量应相应增加1 因此 变压器的实际容量 出力 应计入一个温度校正系数 第三节变电所变压器的选择 对室外变压器 通风条件好 易于散热 其实际容量为 其中 为变压器的额定容量 为温度校正系数对室内变压器 由于散热条件较差 变压器进风口和出风口间大概有15 的温差 因此处在室内的变压器环境温度比户外温度大约高8 因此其容量要减少8 即 第三节变电所变压器的选择 2变压器的正常过负荷变压器的过负荷能力 是指它在保证变压器规定使用年限内 在较短时间内所能输出的最大容量 对于油浸式变压器 其允许过负荷包括两部分 环境温度 使用年限一定 输出最大功率 容量按照最大负荷确定 有冗余 负荷昼夜 季节性变化 存在过负荷潜力 实际中 第三节变电所变压器的选择 1 由于昼夜负荷不均匀而考虑的过负荷如果变压器的日负荷率小于1 则由日负荷率 填充系数 和最大负荷持续时间确定允许过负荷能力 负荷系数以及日最大负荷持续时间 如图说明 当填充系数越小 日最大负荷持续时间越短 允许负荷系数越大 第三节变电所变压器的选择 2 由于夏季欠负荷而在冬季考虑的过负荷 1 规则 如果在夏季 6 7 8月份 平均日负荷曲线中的最大负荷 每低于变压器额定容量1 SNT 则在冬季 12 1 2月份 可以以过负荷1 SNT 但是最大不能超过15 SNT 3 可以综合考虑上述二者的影响 但是对于户外变压器而言 不得超过30 SNT 户内变压器不得超过20 SNT 干式变压器一般不考虑正常过负荷 第三节变电所变压器的选择 3变压器的事故过负荷能力一般来讲 变压器在运行时最好不要过负荷 但是在事故情况下 可以允许时间较大幅度地过负荷运行 当工厂供电系统发生故障时 在较短时间内让变压器多带些负荷 保证供电的连续性要求 主要考虑 过负荷的大小以及允许时间 见表 第三节变电所变压器的选择 五变压器的并联运行条件两台及以上的变压器并列运行时 必须满足以下三个条件按 额定一次 二次电压必须对应相等 否则会出现环流 所有变压器的阻抗电压 短路电压 对应相等 保证负荷分配均匀 联结组别相同 保证相序和相位相同 第四节变配电所的电气主接线 一电气主接线的基本形式电气主接线 主要反映系统中电能接受 输送和分配的电路 电气主接线是整个供配电系统的骨架 决定着整个系统的总体结构 与系统的可靠性 灵活性 经济性等密切相关 选择电气主接线形式是相当重要的 母线 理论上等电位点 实际上汇流排 完成电能的汇集和分配 即功率的汇总和分配点 在任何变电所中 总是进线少 出线多 由于进出线各回路之间需有一定的电气安全间隔 所以无法从一处同时引出多个回路 形式上母线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 采用母线装置能保证电路接线的安全性和灵活性 第四节变配电所的电气主接线 电力系统中通常按照母线的形式对电气主接线进行分类 中小型变配电所常用的电气主接线形式 第四节变配电所的电气主接线 变电所主接线的要求 安全 主接线设计符合国家的有关技术规范 充分保证人身和设备的安全 可靠 满足用电单位对供电可靠性的要求 灵活 利用最少的切换 适应各种不同的运行方式 操作检修方便 经济 满足以上要求的条件下 设计简单 投资少 运行管理费用低 节约电能和有色金属的消耗量 第四节变配电所的电气主接线 一 线路 变压器组单元接线特点 一条进线 一台变压器 电气设备少 接线简单 配电装置简单 节约投资 占地面积小 但当任一设备检修时 全部设备停止工作 根据变压器高压侧所接设备的不同 采取的方案 一般高压侧装设一台隔离开关和一台断路器高压侧只装隔离开关 供电线路较短 变压器故障能够使得线路首端的断路器断开 或者供电端变电所的继电保护能够动作 高压侧采用跌落式熔断器 保证变压器高压侧断路容量不超过高压熔断器的断流容量 但又允许采用高压熔断器保护变压器 也可以采用负荷开关 熔断器的方式 第四节变配电所的电气主接线 注意 适用对象 当高压侧装设负荷开关时 变压器容量不大于1250KVA 高压侧装设隔离开关或者跌落式熔断器时 变压器容量一般小于630KVA 由开关设备的断流能力限制 适用于小容量的三级负荷 小型企业或者非生产用户 第四节变配电所的电气主接线 第四节变配电所的电气主接线 二 单母线接线 1单母线不分段接线用于只有一回电源进线的情况优点 接线清晰 设备少 经济性较好 不易误操作缺点 可靠性和灵活性差 当电源进线 母线或者母线隔离开关发生故障或者进行检修时 必须断开所有回路的电源 造成全部用户供电中断 适用范围 单电源进线的三级负荷以及具有备用电源的二级用户 2单母线分段接线形式在双电源进线的情况下 通常采用单母线分段接线 可以通过QS或者QF进行分段 两段母线可以独立运行 也可以并联运行 第四节变配电所的电气主接线 第四节变配电所的电气主接线 1 分段独立运行特点 正常时 采用分段独立运行时 各段相当于单母线不分段接线运行 各段之间相互不影响 故障时 当任一段母线发生故障或者检修时 仅停止对该段母线所带负荷的供电 当一个电源进线发生故障停电时 如果另一电源能够负担全部馈出线负荷时 则可以通过倒闸操作恢复该母线所带负荷的供电 否则故障电源所带的负荷应该停止运行或者部分停止运行 第四节变配电所的电气主接线 2 并联运行的特点 遇到一端电源进线故障或者检修时 无需母线停电 只需断开故障电源的断路器和隔离开关 将负荷调整到另一端电源进线上即可 但是某段母线故障或者检修时 会使对应的负荷短时停电 第四节变配电所的电气主接线 单母线分段接线的优缺点以及使用条件优点 可靠性和灵活性得到提高 电源进线故障或者检修时 可实现用户的连续供电 缺点 在一段母线 母线上的隔离开关发生故障或者检修时 该段母线的负荷停电 约50 的用户停电 适用场合 具有双电源进线的条件下 采用该方式对一二级负荷供电 较为优越 特别时装备了备用电源自动投入装置后 更加提高了用断路器分段的单母线供电的可靠性 该方式广泛用于10KV及以下的变配电所 第四节变配电所的电气主接线 QS与QF的区别 QS只是起到电气隔离的作用 提供明显的断开点 但是不能带负荷操作 QF具有完善的灭弧装置 能够投切负荷电流 可以带负荷操作 可以断开短路电流 倒闸操作当电气主接线从一种运行状态转换到另一种运行状态时 按照一定顺序对隔离开关和断路器进行接通或者断开的操作 倒闸操作注意事项隔离开关不能带负荷操作 没有灭弧能力 而断路器可以 倒闸操作原则接通电路时 先闭合QS 后闭合QF切断电路时 先断开QF 后断开QS 第四节变配电所的电气主接线 三 桥形接线主要适用于两路电源进线和两台变压器的降压变电所特点 四个回路只有三个断路器 接线简单 高压侧没有母线 没有多余设备 经济性 四个回路只用三个断路器 省去1 2个断路器 节约投资 可靠性高 无论哪条回路故障或者检修 均可以通过倒闸操作迅速切除故障回路 不致使二次侧负荷长时间断电 安全 每台断路器的两侧都设有隔离开关 可以形成明显的断开点 以保证设备的安全检修 灵活 操作灵活 能够适应多种运行方式 第四节变配电所的电气主接线 根据桥的位置可以分为内桥接线和外桥接线 注意四个回路正常工作时 桥臂上的断路器和隔离开关是闭合的 1内桥接线 跨桥靠近变压器侧 特点 灵活性好 供电可靠性高 适用于一二级负荷 当任一电源回路检修或者故障时 经过相应的倒闸操作后 不影响正常线路的运行 2外桥接线 跨桥靠近电源进线侧 特点 灵活性好 供电可靠性高 适用于一二级负荷 对变压器检修和故障的处理比较方便 第四节变配电所的电气主接线 对于桥式接线主要适用场合 35KV及以上的总降压变电所 有两路进线及两台主变 内外桥接线的具体适用场合内桥接线适用场合 电源线较长 因而容易发生故障和停电检修的机会比较多 并且变压器不需要经常切换的总降压变电所 对供电线路的检修和故障处理比较方便 正常运行时 两边的功率相对比较平衡 没有穿越功率 外桥接线适用场合 电源线路较短 并且故障发生的几率小 而且变电所负荷变动较大 适于经济运行需要经常切换的总降压变电所 第四节变配电所的电气主接线 第四节变配电所的电气主接线 二总降压变电所的电气接线形式一般大中型企业采用35 110KV电源进线时 都设置总降压变电所 将电压降至6 10KV后分配给各车间变电所 总降压变电所主接线形式 线路 变压器组 单母线 内桥式 外桥式等 按电源进线方式介绍总降压变电所常用的主接线 单电源进线的总降压变电所主接线双电源进线总降压变电所主接线 一 单电源进线的总降压变电所主接线 1一次侧 线路 变压器组二次侧 单母线不分段 总降压变电所为单电源进线一台变压器 该主接线又称为一次侧无母线 二次侧单母线不分段 进线开关可采用隔离开关和跌落式熔断器 第四节变配电所的电气主接线 2一次侧 单母线不分段二次侧 单母线分段 第四节变配电所的电气主接线 总降压变电所为单电源进线两台变压器 特点 轻负荷时可以停用一台 当其中一台变压器因故障或需停运检修时 接于该母线上的负荷 可通过母线联络开关QF6来获得电源 提高了供电可靠性 但单电源供电的可靠性不高 所以只适用于三级负荷及部分二级负荷 二 双电源进线的总降压变电所主接线 1一次侧 单母线分段二次侧 单母线分段 特点 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 由于采用双回路电源进线 总降压变电所主变压器一般都在两台或两台以上 现以两台主变介绍常用的主接线 第四节变配电所的电气主接线 2一次侧 内桥制二次侧 单母线分段 1 分析 当线路1发生故障或检修时 断路器QF1断开 变压器T1由线路2经桥接断路器QF3继续供电 同理 当线路2发生故障或检修时 变压器T2可由线路1继续供电 第四节变配电所的电气主接线 2 特点 提高了供电的可靠性和灵活性 但变压器检修或故障时 须进行倒闸操作 操作比较复杂 耗时长 当变压器T1发生故障时 QF1和QF3因故障跳闸 此时 打开QS3后 合上QF1 QF3 恢复线路1的工作 这种接线适用于大中型企业的一 二级负荷供电 内桥接线制适用于以下条件的总降压变电所 所谓穿越功率 是指某一功率由一条线路流入并穿越横跨桥又经另一个线路流出的功率 供电线路长 线路故障几率大负荷比较平稳 主变不需要频繁操作没有穿越功率的终端总降压变电所 第四节变配电所的电气主接线 3一次侧 外桥制二次侧 单母线分段 特点 变压器回路装断路器 线路1 2只装隔离开关 任一变压器检修或发生故障时 如T1发生故障 QF1断开 打开其两侧的隔离开关 使两路电源进线恢复并列运行 第四节变配电所的电气主接线 外桥主接线适用于以下条件的总降压变电所 供电线路短 线路故障几率小用户负荷变化大 主变需要频繁切换操作有穿越功率流经的中间变电所 因为采用外桥式主接线 总降压变电所运行方式的变化将不影响公共电力系统的潮流 即当一次侧电源采用环形接线时 环形电网的穿越功率不通过进线断路器QF1 QF3 这对于改善断路器的工作及其继电保护的整定都是十分有利的 第四节变配电所的电气主接线 独立变电所通常为6 10KV将压到0 38 0 22KV变电所 其主接线有单电源进线和双电源进线两种情况 一 单电源进线独立变电所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 第四节变配电所的电气主接线 三独立变电所主接线常用方案 1一次侧 单母线不分段二次侧 单母线分段 独立变电所装两台变压器配电时 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 第四节变配电所的电气主接线 2一次侧 线路 变压器组接线二次侧 单母线不分段 当独立变电所只有一台变压器时采用 接线简单 可靠性不高 适用于三级负荷的小型变电所 第四节变配电所的电气主接线 二 双电源进线独立变电所主接线 一般采用一 二次侧单母线分段接线 适用于有一 二级负荷的企业 变电所有两台或两