供电工程电气供电系统的一次接线ppt课件.ppt

2020/4/28,第三章供电系统的一次接线,3.1供配电电压的选择3.2变电所的设置和变压器的选择3.3变电所的主要电气设备3.4变电所的电气主接线3.5高压配电网的接线方式3.6低压配电网的接线方式3.7高低压配电网的结构和导线截面选择,2020/4/28,第一节供配电电压的选择,一、线路电压损失的计算,(一）一个集中负荷线路的电压损失,供配电电压的高低对供电系统方案、电能质量、电能节约及有色金属消耗等有重大影响。线路电压损失是选择电压等级时要考虑的一个主要因素。,每相电压损失：UUA-UB,线电压损失：U,续上页,（二）带多个集中负荷线路的电压损失,电压损失的百分值：,总的电压损失,若以各负载功率来计算，则公式变换为,若线路全长采用同一截面的电线或电缆,则,二、电压与负荷容量和输送距离的关系,由于受导线截面的限制（240mm2）和线路电压损失的要求（5），每一标称电压下线路的输电能力是有限的。,一般电力用户的高压进线电压多为1035kV（110kV）。用户内部高压配电电压可采用610kV。用户的低压配电电压一般为220/380V。,三、供配电电压的选择,2020/4/28,第二节变电所的设置和变压器的选择,一、变电所的设置,用户变配电所分：35110/10kV总降压变电所、10kV配电所、10/0.38kV变电所及35/0.38kV直降变电所。10/0.38kV变电所在工业企业内又称车间变电所，用户10kV配电所通常和某个10/0.38kV变电所合建又称为变配电所。,二、变电所位置的确定,变配电所的位置应接近负荷中心以减小低压供电半径、降低电缆投资、节约电能损耗、提高供电质量，同时还要考虑进出线方便、设备运输方便、接近电源侧，并注意防尘、防腐、防水、防火、防爆等。影响变配电所位置选择的因素很多，应根据上述要求经技术经济比较后确定。,用户10/0.38kV变电所大多为室内变电所或组合式成套变电站。室内变电所又分独立变电所、附设变电所、车间内变电所、地下变电所等几种类型。,三、变压器的选择,（一）电力变压器的型式选择,电力变压器型式选择是指确定变压器的相数、调压方式、绕组型式、绝缘及冷却方式、联结组别等，并应优先选用技术先进、高效节能、免维护的新产品。,35kV级S9型,10kV级S9型,10kV级S9-M型,续上页,10kV级SCB10型(IP20),10kV级SG10型,10kV级SCB10型（IP00),续上页,D,yn11联接的优点：零序故障电流（单相接地故障电流）大；有利于抑制零序谐波；单相负载能力强。,Y,yno联接绕组接线图及相量图,D,yn11联接绕组接线图及相量图,续上页,（二）变压器的过负荷能力,（三）变压器数量和容量的选择,2、变压器容量的选择,变压器的容量还应满足大型电动机及其它冲击负荷的起动要求。,一般单台车间变容量不宜大于1250kVA。只有在技术经济均合理的情况下，可选用16002000kVA变压器。,变压器过负荷：正常过负荷事故急救过负荷,正常过负荷不得超过20%30%（户外）,1、变压器台数的选择,考虑因素：供电可靠性要求、负荷变化与经济运行、集中负荷容量等。车间变电所变压器一般为12台。,对单台变压器满足条件：SNTSC（应留有1020余量）,对两台变压器（一般为等容量，互为备用）满足条件：SNT0.7Sc且SNTSc+Sc,2020/4/28,第三节变配电所主要电气设备,安全可靠的绝缘,高可靠高性能小型化组合化（模块化）电子化智能化,按供电系统工作要求来改变电压或电流,按供电系统工作要求来控制一次电路的通断,用来对供电系统进行过电流和过电压等的保护,用来补偿供电系统的无功功率，以提高系统的功率因数,一、概述,必要的载流能力,较高的通断能力,良好的机械性能,必要的电寿命,完善的保护性能,功能：不仅能通断正常负荷电流，而且能接通和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除故障。,二、高压电气设备,（一）高压断路器,结构：触头装置、灭弧室、基座框架、传动机构（配操动机构）,以油作为灭弧介质已逐步淘汰,以SF6气体作绝缘介质和灭弧介质，可频繁操作,利用“真空”作绝缘和灭弧介质，可频繁操作,交流或直流操作电源，合闸所需能量小,直流操作电源，合闸所需能量大,直流操作电源，合闸所需能量小,续上页,真空断路器实物图片,功能：主要对高压线路及电气设备进行短路保护，有的也具有过负荷保护功能。,续上页,（二）高压熔断器,原理：当所在电路电流超过规定值并经一定时间后，熔体熔化汽化生弧灭弧(电路分断),保护特性：也称时间电流特性,结构：金属熔体、熔体支持件、熔管及灭弧材料,限流特性：在短路电流尚未达到冲击值之前就切断电路,熔断器时间电流特性,具有反时限特点,续上页,高压限流熔断器实物图片,类型：户内、户外高压限流熔断器,功能：主要用来隔离高压电源以保证其他设备的安全检修。它没有专门的灭弧装置，因此不允许带负荷操作。但它可以用来通断一定的小电流电路等。,续上页,（三）高压隔离开关,高压户内隔离开关实物图片,结构：触头装置、绝缘瓷瓶、底座及传动机构等高压隔离开关一般采用手力操动机构,类型：户内、户外,功能：能通断一定的负荷电流和过负荷电流，但不能断开短路电流，因此它一般与高压熔断器串联使用，借助熔断器来切除短路故障。,续上页,（四）高压负荷开关,（五）高压负荷开关限流熔断器组合电器,功能：兼有负荷开关与限流熔断器的双重功能,结构：主要有产气式、压气式、真空式和SF6式等结构类型操动机构有手动和电动储能弹簧机构等形式。,结构：高压负荷开关与限流熔断器串连组合,续上页,高压负荷开关限流熔断器组合电器实物图片,开关柜是金属封闭开关设备的俗称，是按一定的电路方案将有关电气设备组装在一个封闭的金属外壳内的成套配电装置。,续上页,（六）高压开关柜,用户变配电所采用高压开关柜组合成高压配电系统。,各室间用金属板隔离且接地，如KYN型和KGN型,各室间是用一个或多个非金属板隔离，如JYN型,具有金属外壳，但间隔数目少于铠装式或间隔式，如XGN型,断路器手车本身落地，推入柜内；,手车装于开关柜中部，手车的装卸需要装载车。,续上页,10kV中置式真空断路器手车柜实物图片（多台组合）,10kV负荷开关柜实物图片（一台）,功能：它既能带负荷通断电路，又能在失压、短路和过负荷时自动跳闸，其功能类似于高压断路器。,三、低压电气设备,（一）低压断路器,用途：配电用、电动机保护用、照明用、漏电保护用。,配电用断路器类型：塑壳式断路器和框架式（万能式）断路器,续上页,低压断路器的保护特性曲线,Ir1、Ir2、Ir3、Ir4分别为过电流脱扣器长延时、短延时、瞬时及接地动作电流的整定值。,万能式断路器万能式断路器（又称框架式断路器）一般有一个有绝缘衬垫的钢制框架，所有部件均安装在这个框架底座内。,续上页,万能式断路器主要安装在低压配电柜中作为进线开关、母联开关和大电流出线开关，用于控制和保护低压配电网络。,塑壳式断路器塑料外壳式低压断路器（原称装置式断路器）的主要特征是有一个采用聚酯绝缘材料模压而成的外壳，所有部件都装在这个封闭外壳中，仅在壳盖中央露出操作手柄。,续上页,塑壳式断路器通常装设在低压配电装置之中，作为配电线路或电动机回路的控制与保护开关,模数化微型断路器,原理：当所在电路电流超过规定值并经一定时间后，熔体熔化汽化生弧灭弧(电路分断)。,续上页,（二）低压熔断器,刀形触头熔断器，如NT、RT16、RT17系列螺栓连接式熔断器，如RT12、RT15系列螺旋式熔断器，如RL6、RL7系列圆筒帽式熔断器，如RT14、RT30系列等,功能：主要对低压线路及电气设备进行短路保护，有的也具有过负荷保护功能。,结构：金属熔体、熔体支持件、熔管及灭弧材料。,保护特性：具有反时限特点。,续上页,低压熔断器实物图片,螺旋式熔断器,功能：主要用来隔离低压电源。,续上页,低压隔离开关实物图片,（三）低压隔离开关,结构：触头装置、绝缘子、底座及传动机构等。低压隔离开关一般采用手力操动机构。,续上页,低压熔断器组合电器实物图片,（四）低压熔断器组合电器,熔断器组合电器包括：,功能：用于供电系统的主电源与备用电源的自动转换或两台负载设备的自动转换。,续上页,（五）自动转换开关电器ATS,由一个或多个低压开关设备和相应的控制、测量、信号、保护、调节等电气元件或设备，以及所有内部的电气、机械的相互连接和结构部件组装成的一种组合体，称为低压成套开关设备。,续上页,1、抽出式低压开关柜主要有GCL(K)、GCS、MNS型等可用作动力中心(PC)和电动机控制中心(MCC)。2、固定分隔式开关柜有GLL(K)型等。3、固定式开关柜有GGD、JK型等。,用户变配电所采用低压开关柜组合成低压配电系统。,（六）低压开关柜,续上页,四、电流互感器与电压互感器,结构原理：一次绕组串联在主电路中或直接利用一次母线；二次绕组所接仪表、继电器均串联。,I2N=5A或1A,（一）电流互感器(CT),续上页,准确度级：测量用有0.1、0.2、0.5、1、3、5等级，保护用有5P和10P两级。,高压电流互感器一般制成两个铁心和两个二次绕组，其中准确度级高的二次绕组接测量仪表，其铁心易饱和；准确度级低的二次绕组接继电器，其铁心不应饱和。,续上页,一相式接线反应一次电路对应相的电流。通常用在负载平衡的三相电路中测量电流，或在继电保护中作为过负荷保护接线。,两相V形接线广泛用于中性点不接地的三相三线制电路中，供用于三相电流、电能的测量及过电流继电保护。,三相星形接线反应各相电流，因此广泛用于中性点直接接地的三相三线制特别是三相四线制电路中，用于测量或过电流继电保护等。,续上页,（二）电压互感器(PT),U2N=100伏,结构原理：一次绕组并联在主电路中,二次绕组中仪表，继电器均并联连接。,有的电压互感器具有3个绕组（有2个二次绕组），其图形符号为,续上页,准确度级：有0.2、0.5、1、3等级。,JDZ10-10(RZL)电压互感器实物图片,续上页,1)一个单相电压互感器的接线,2)两个单相电压互感器接成V/V形,常用接线方案有以下几种：,可测量一个线电压,可测量三相三线制电路的各个线电压，它广泛地应用于用户10kV高压配电装置中。,续上页,3）三个单相三绕组电压互感器或一个三相五心柱三绕组电压互感器接成Y0/Y0/L形,接成Y0的二次绕组可测量各个线电压及相对地电压，而接成开口三角形的辅助二次绕组可测量零序电压，可接用于绝缘监察的电压继电器或微机小电流接地选线装置。,2020/4/28,第四节变配电所的电气主接线,主接线是指由电力变压器、各种开关电器及配电线路，按一定顺序连接而成的表示电能输送和分配路线的电路，亦称主电路。,主接线常用主接线图（主电路图）表示，是用国家标准规定的电气设备图形符号并按电流通过顺序排列，表示供电系统、电气设备或成套装置的基本组成和连接关系的功能性简图。由于交流供电系统通常是三相对称的，故一次接线图一般绘制成单线图。,包括设备安全及人身安全,一次接线应符合一、二级负荷对供电可靠性的要求,用最少的切换来适应各种不同的运行方式，检修时操作简便，另外，还应能适应负荷的发展，便于扩建。,尽量做到接线简化、投资省、占地少、运行费用低。,一、主接线图及其要求,二、电气主接线基本形式,（一）有母线的主接线,母线又称汇流排，起着汇集电能和分配电能的作用。,优点是简单、清晰、设备少，但可靠性与灵活性不高。一般供三级负荷，两路电源进线的单母线可供二级负荷。,图a一路电源,图b两路电源一用一备,1、单母线接线,续上页,母线分段后，可提高供电的可靠性和灵活性。,单母线分段接线图,2、单母线分段接线,两路电源一用一备时，分段断路器接通运行。任一段母线故障，分段断路器可在继电保护装置作用下自动断开。,两路电源同时工作互为备用（又称暗备用）时，分段断路器则断开运行。任一电源故障，分段断路器可自动投入。,续上页,双母线接线与单母线接线相比从结构上而言，多设置了一组母线，同时每个回路经断路器和两组隔离开关分别接到两组母线WB1、WB2上，两组母线之间可通过母线联络断路器QF3连接起来。,3、双母线接线,正常工作时一组母线工作（如WB1），一组母线备用（如WB2），各回路中连接在工作母线上的隔离开关接通，而连接在备用母线上的隔离开关均断开。,双母线接线能保证所有出线的供电可靠性，用于有大量一、二级负荷的大型变配电所。,续上页,无母线主接线的特点，是在电源与出线或变压器之间没有母线连接。,图1为几种典型形式。其特点是接线简单，设备少，经济性好，适于只有一台主变压器的小型变电所。,图1线路变压器组单元接线,（二）无母线的主接线,1、线路变压器组单元接线,图c中变压器的高压侧仅设置负荷开关，而未设保护装置。这种接线仅适于距上级变配电所较近的车间变电所采用。,图d是户外杆上变电台的典型接线形式，户外跌落式熔断器FU作为变压器的短路保护，也可用来切除空载运行的小容量变压器。,续上页,当有两路电源进线和两台主变压器时，可采用双回线路变压器组单元接线，再配以变压器二次侧的单母线分段接线，则可靠性大大提高，如图2所示。,图2双回线路变压器组单元接线,正常运行时，两路电源及主变压器同时工作，变压器二次侧母联断路器QF3断开运行。,一旦任一主变压器或任一电源进线故障或检修时，主变压器两侧断路器就在继电保护装置的作用下自动断开，母联断路器QF3自动投入，即可恢复整个变电所的供电。,双回线路变压器组单元接线可供一、二级负荷。,续上页,分内桥和外桥两种，如图所示。,桥式接线图,a)内桥,b)外桥,2、桥式接线,能实现电源线路和变压器的充分利用，如变压器T1故障，可以将T1切除，由电源1和电源2并列给T2供电以减少电源线路中的能耗和电压损失；,若电源2线路故障，可以将电源2切除，由电源1同时给变压器T1和T2供电，以充分利用变压器并减少其能耗。,三、变配电所电气主接线典型方案,（一）变配电所电气主接线的设计与绘制,1、电气主接线的设计一般应遵循如右步骤：,2、电气主接线图（主电路图）的绘制,变配电所主接线中各进线、出线等开关设备及其联接关系通常作成标准高压开关柜和低压配电屏以供选用，因而主接线图的绘制应与柜、屏的实际布局相对应。绘制主接线图时，所有电气设备符号均表示处于不带电状态。,续上页,典型方案如图所示，变压器一次侧采用线路变压器组单元接线。,（二）10kV变电所电气主接线典型方案,一次侧电气主接线图,1、一路外供电源（1）装有一台变压器,二次侧电气主接线图,续上页,二次侧采用单母线接线。,续上页,典型方案如图所示，变压器一次侧采用单母线接线。,为测量高压侧电压和提供交流操作电源而设置的电压互感器，安装于进线柜体内（中置柜有此配置方案）。,1、一路外供电源（2）装有两台或以上变压器,变压器一次侧电气主接线图,二次侧采用单母线分段接线。低压配电屏采用抽出式柜，其插接头可起到隔离开关的作用。两台变压器为互为备用运行方式，正常运行时，低压母联断路器断开。,续上页,变压器二次侧电气主接线图,续上页,典型方案如图所示，已知两路外供电源可供容量相同且可供全部负荷，采用一用一备运行方式，故变压器一次侧采用单母线接线，而二次侧采用单母线分段接线。,2、两路外供电源,变压器一次侧电气主接线图,续上页,低压主接线仍采用单母线分段接线形式，低压进线柜放置在中间，而低压出线柜则放置在两侧，以便于扩建时添加出线柜；低压配电屏采用固定分隔式，断路器为插入式安装。,变压器二次侧电气主接线图,续上页,典型方案如图所示，变电所由两路外供电源供电，其中电源1容量可供全部负荷，电源2容量可供部分重要的负荷，故采用单母线分段接线。,（三）10kV配电所电气主接线典型方案,正常运行时，变电所由两路电源同时供电，母联断路器断开；当电源1线路故障或停电检修时，断开电源1进线断路器，接通母联断路器,则由电源2供电给重要负荷。,电气主接线图,2020/4/28,第五节高压配电网的接线方式,单回路放射式,双回路放射式,放射式线路故障影响范围小，因而可靠性较高，而且易于控制和实现自动化，适于对重要负荷的供电。,HSS总降压变电所HDS高压配电所STS车间变电所,1.放射式放射式接线的特点是配电母线上每路或两路馈电出线仅给一个负荷点单独供电。,续上页,2、树干式树干式接线的特点是配电母线上每路馈电出线给同一方向的多个负荷点供电。,树干式线路及其开关电器数量少，投资省，但可靠性不高，不便实现自动化。单回路树干式只可供三级负荷，双回路树干式可靠性有所提高，可供二级负荷。,HSS总降压变电所HDS高压配电所STS车间变电所高压电缆线路的分支通常采用专用电缆分支箱。,续上页,HSS总降压变电所HDS高压配电所STS车间变电所,3、环式环式接线又称环网接线，其特点是把两回树干式配电线路的末端或中部连接起来构成环式网络,普通环式,续上页,环网线路的分支通常采用由负荷开关或电缆插头组成的专用环网配电设备。为避免环式线路故障时影响整个电网和简化继电保护，环式接线一般采用开环运行。环式接线供电可靠性较高，目前在城市配电网中应用越来越广。,拉手环式,环网柜主接线,2020/4/28,第六节低压配电网的接线方式,a)单回路放射式,1.放射式,b)双回路放射式,用电设备为大容量，或负荷性质重要，或在有特殊要求（指有潮湿、腐蚀性环境或有爆炸和火灾危险场所等）的车间、建筑物内，宜采用放射式配电。,续上页,2.树干式,正常环境的车间或建筑物内，当大部分用电设备为中小容量，且无特殊要求时，宜采用树干式配电。,续上页,3.环式多用于各车间变电所低压侧之间的联络线，彼此连成环式，互为备用。通常备用电源与主供电源不同时供电，即也采用开环运行方式。,4.链式这是一种变形的树干式，适用于从配电箱对彼此相距很近、容量很小的次要用电设备的配电。链式线路只在线路首端设置一组总的保护，可靠性低。,STS车间变电所AP电力配电箱AL照明配电箱,2020/4/28,第七节高低压配电网的结构和导线截面选择,结构：导线（裸绞线）、电杆、横担、拉线、绝缘子和金具等特点：投资省，易维护，但不美观、占空间。型号：铝绞线LJ钢芯铝绞线LGJ铜绞线TJ,1.架空线路,敷设：严格遵守有关规范，选择好路经及导线排列方式，注意线路的档距、弧垂及相邻构件的距离。,一、电网的结构,续上页,2.电缆线路,特点：运行可靠、美观、维护工作量小，但造价高，故障时不易排除。,几根（单根）绞绕的绝缘导线,三相统包绝缘（对地）,高压电缆采用，使各相分布电容及电容电流均衡。,敷设：直接埋地敷设、利用电缆沟、利用电缆桥架室内敷设、利用管道（钢管、塑料管、混凝土管）、利用电缆隧道、海底水中等。,保护屏蔽层、绝缘层,防止较重的外部机械损伤（需要时）,保护铠装层、防腐,应遵守GB50217-94电力工程电缆设计规范,续上页,电缆桥架在室内敷设实例图片。,续上页,3.硬母线,母线槽适用于高层建筑、标准厂房或机床设备密集的车间，对于工艺变化周期短的车间配电尤为适宜。此外还可用于变压器与低压配电柜间的连接。它的容量大、结构紧凑、占空间小、安装方便、使用安全可靠。,硬母线分裸母线和母线槽两种。母线槽按绝缘方式可分为密集绝缘型和空气绝缘型两种。,续上页,4.绝缘导线,绝缘导线的敷设方式，分明敷和暗敷两种。明敷是导线直接用绝缘子或在管子、线槽等保护体内，敷设于墙壁、顶棚的表面及桁架、支架等处。暗敷是导线在管子、线槽等保护体内，敷设于墙壁、顶棚、地坪及楼板等内部。,绝缘导线大量应用于从配电箱至用电设备的配电分支或末端线路，绝缘导线的结构主要由导电芯线（多采用铜导体）、绝缘层（橡皮或塑料）组成。具有护套层的绝缘导线称为护套绝缘导线。,二、导线和电缆截面的选择与校验,（一）选择校验项目及条件,（二）按发热条件选择导线和电缆截面,1.发热条件,2.电压损失条件,3.机械强度条件,4.短路热稳定条件,按发热条件选择三相系统中的相线截面时，应使其允许载流量Ial大于通过相线的计算电流Ic，即IalIc,所谓导线的允许载流量，就是在规定的环境温度条件下，导线能够连续承受而不致使其稳定温度超过允许值的最大电流。,1、中性线(N线)截面的选择,（1）一般三相四线制线路，A00.5A,（2）三相四线制线路分支的两相三线线路和单相线路，A0=A,（3）三次谐波电流相当突出的三相四线制线路，A0A,5.经济电流密度条件,续上页,2、保护线(PE线)截面的选择,3、保护中性线(PEN线)截面的选择,PE线要考虑三相线路发生单相短路故障时的单相短路热稳定度。根据短路热稳定度的要求，PE线的截面APE，按GB50054-1995低压配电设计规范规定：,（1）当A16mm2时APEA（2）当16mm235mm2时APE0.5A,PEN线兼有PE线和N线的双重功能，因此其截面选择应同时满足上述PE线和N线的要求，取其中的最大值。,按发热条件选择导