配电网及一次设备课件

第二章配电网及一次设备第2章配电网及一次设备2.1配电网接线2.1.1放射式接线2.1.2网格式接线2.1.3环式接线2.2配电网一次设备2.2.1配电变压器2.2.2断路器2.2.3负荷开关2.2.4隔离开关2.2.5熔断器2.3开闭所2.4环网柜和电缆分支箱2.4.1环网柜2.4.2电缆分支箱2.5配电站和箱式变2.5.1配电站2.5.2箱式变压器2.5.3高压开关柜2.6配电网的接地方式2.1配电网接线配电网自动化对一次接线的要求如下：（1）配电自动化实施区域的网架结构应布局合理、成熟稳定，其接线方式应满足Q/GDW156《城市电力网规划设计导则》和Q/GDW370《城市配电网技术导则》等标准要求；（2）一次设备应满足遥测和（或）遥信要求，需要实现遥控功能的还应具备电动操动机构；（3）实施馈线自动化的线路应满足故障情况下负荷转移的要求，具备负荷转供路径和足够的备用容量。（4）配电自动化实施区域的站、所应提供适用的配电终端工作电源，进行配电网电缆通道建设时，应考虑同步建设通信通道。一、放射式接线

图2-2单回路放射式接线

图2-3双回路放射式接线图2-4树枝式接线每个电杆上都架有两回线路，每个客户都能由两路供电，即常说的双“T”接线二、环式接线--“N—1”接线N—1”接线一般都是有N条线工作，有一条线备用，所有线路的末端通过联络开关连接，线路的平均负载率是（N-1）/N。N越大，负载率越高，但运行操作复杂，一般N最大取5。（一）“N—1”接线（一）“N—1”接线1.“2—1”手拉手接线图2-6手拉手接线当有一个电源故障时，与故障电源相连的分段开关打开，联络开关闭合，负荷转移到另外一个电源上。（2）首端环网接线（3）末端环网接线在不同电源线路间进行末端环网，相对首端环网接线减少了各分片环网的环网电缆长度。电源切换柜将三个回路的末端接入，并引一条线路接至附近变电站作三个回路的备用电源T4实现环网。一般情况下，各同方向环网末端用户间的距离远小于到变电站的距离。

3.“4—1”接线（二）多分段多联络接线架空线路两分段两联络分段的数目大于联络的数目，分段数目越多，故障停电和检修停电的时间越少，则网络的可靠性越高，所以分段数影响供电可靠性。而联络线的数目不仅影响可靠性，还影响线路的负载率。架空线路三分段三联络（二）多分段多联络接线三、网格式接线网格接线目前在欧美大城市负荷密集区的低压配电网用得比较多。根据负荷情况，在网格中的适当位置引入一定数量电源，每个用户都可以从多个方向获得电源。所有0.4kV低压配电线路沿街布置，在街口连接起来，构成一个个的格子。该接线有4个电源点，6条手拉手线路组成，任何两个电源点间都存在联络或可转供通道。当任意两个元件发生故障仍能保证正常供电。（三）“4×6”接线方式2.2配电网一次设备配电网一次设备是指用来接受、输送和分配电能的电气设备；包括：变压器、断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、电压互感器、电流互感器等。配电网自动化对一次设备的要求：（1）需要实现遥信功能的开关设备，应至少具备一组辅助触点；需要实现遥测功能的一次设备，应至少具备电流互感器；需要实现遥控功能的开关设备，应具备电动操作机构。（2）一次设备的建设与改造应考虑预留安装配电终端所需要的位置、空间、工作电源、端子及接口等。（3）需获取配电终端的供电电源时，应配置电压互感器或电流互感器，容量满足配电终端运行和开关操作等需求。（4）配电网站所内应配置配电终端用后备电源，保证在主电源失电的情况下能够维持配电终端运行一定时间和开关分合闸一次。四遥：遥测(遥测信息)：远程测量。采集并传送运行参数，包括各种电气量（线路上的电压、电流、功率等量值）和负荷潮流等。遥信(遥信信息)：远程信号。采集并传送各种保护和开关量信息。遥控(遥控信息)：远程控制。接受并执行遥控命令，主要是分合闸，对远程的一些开关控制设备进行远程控制。遥调(遥调信息)：远程调节。接受并执行遥调命令，对远程的控制量设备进行远程调试，如调节发电机输出功率。

遥测：采集模拟量（如电流电压等）遥信：采集开关状态（如断路器状态，地刀状态）遥控：远方控制开关分合

遥调：调整设备运行参数（如变压器档位，保护整定值等参数）一、配电变压器配电变压器通常是指电压为35kV及以下、容量为2500kVA以下、直接向终端用户供电的电力变压器。它的作用有以下两个：1)满足用户用电电压等级的需要。配电变压器的作用是把35kV、20kV或10kV的电压变成适合于用户生产和照明用的三相400V或单相220V电压。2)向广大用户提供电能。根据用户用电量的大小，安装不同容量的配电变压器满足用户的用电需求。按照应用场合来分，配电变压器分成公用变压器（简称“公变”）和专用变压器（简称“专变”）。（1）公变由电力部门投资、管理，比如安装在居民小区的变压器、市政工程用变压器等；（2）专变一般是业主投资，电力部门代管，只给投资的业主自己使用，比如安装在大中型企业的变压器等。按照材料、制造工艺来分：普通油侵式变压器密封式油侵变压器卷铁芯变压器等配电变压器的主要技术参数：（1）额定容量（2）额定电流（3）额定电压（4）阻抗电压（5）空载电流（6）空载损耗（7）负载损耗作用：使用：分类：分合正常的负荷电流，包括一定范围内的过负荷电流（频繁操作）。负荷开关与高压熔断器相配合，正常时：操作由负荷开关完成；故障时：操作由熔断器完成。灭弧方式分：产气式、压气式、SF6型、真空型、油型；安装地点分：户内式、户外式。工作过程是：分闸时，在分闸弹簧的作用下，主轴顺时针旋转，一方面通过曲柄滑块机构使活塞向上移动，将气体压缩；另一方面通过两套四连杆机构组成的传动系统，使主闸刀先打开，然后推动灭弧闸刀使弧触头打开，气缸中的压缩空气通过喷口吹灭电弧。由于负荷开关不能开断短路电流，故常与限流式高压熔断器组合在一起使用2.组成结构图2-18柱上隔离开关隔离开关的主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。隔离开关用于各级电压，用作改变电路连接或使线路或设备与电源隔离，它没有断流能力，只能再用其它设备将线路断开后再操作。一般带有防止开关带负荷时误操作的联锁装置，有时需要销子来防止在大的故障的磁力作用下断开开关。熔断器依靠熔体或熔丝的特性，在电路出现短路电流或不被允许的大电流时，由电流流过熔体或熔丝产生的热量将熔体或熔丝熔断，使电路开断，保护电气设备。图2-19户外式跌落式熔断器限流式熔断器具有安装使用方便，价格低，限流性能好等优点。在环网柜和箱式变中被广泛采用。限流式熔断器可在10ms内开断电路，较断路器动作时间60ms（内含继电器保护动作时间）更快。四、熔断器高压熔断器FU原理：熔断过程：优点：缺点：时间电流曲线：详解：由电流流过熔体或熔丝产生的热量将熔体或熔丝熔断，断开电路。熔体发热到开始熔化→开始熔化到电弧产生→电弧产生到熄灭安装方便、价格低、限流性能好。每动作一次需要更换熔管。高压熔断器户内/户外/低压负荷开关与高压熔断器相配合五、断路器断路器具有可靠的灭弧装置，它不仅能通断正常的负荷电流，而且能接通和承担一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。图2-15真空断路器外形图1.技术参数额定电压：表征断路器绝缘强度的参数，是断路器长期工作的标准电压。

2)最高工作电压：较额定电压约高15%左右。

3)额定绝缘水平：反映工频电压下的耐压水平，是断路器最大额定工作电压。

4)额定电流：断路器允许连续长期通过的最大电流。

5)额定短路开断电流：在额定电压下，断路器能保证可靠开断的最大电流。

6)额定短路开断次数：反映断路器开断故障电流(小于额定短路开断电流)性能，当断路器的实际开断次数小于额定短路开断次数时，其性能能够保持完好。

7)额定动稳定电流(峰值)：断路器在合闸状态下或关合瞬间，允许通过的电流最大峰值，又称为极限通过电流。8)热稳定电流：反映断路器承受短路电流热效应的能力。

9)机械寿命：主要指弹簧、转轴、连动杆等构成机械传动控制系统的各个机械部件的整体使用寿命，任一部件损坏则使用机械寿命终止，至少允许10000次开断。“真空断路器”因其灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空而得名；其具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，在配电网中应用较为普及。六、重合器QR1.重合器的性能特点和分类定义：功能：硬件包括：Recloser，集断路器、继电保护、操动机构为一体，具有控制和保护功能的开关。进行故障电流的检测和按预先整定的分合操作次数自动完成分合操作，并在动作后能记忆动作次数、自动恢复、闭锁和手动复位。灭弧部分与控制部分分类：相数分：灭弧介质可：控制方式不同分：结构：单相、三相；油重合器、真空重合器、SF6重合器；

液压控制式、电子控制式；

布式结构、整体式结构。ESR型整体式结构重合器的断面图1—瓷套；2—导电杆；3—上盖；4—固定环；5—箱体；6—转轴；7—绝缘隔板；8—静触头9—动触头；10、11—动触头支撑架；12—线圈；13—支撑架；14、15—绝缘架；16—机构；17—密封垫；18—互感器；19—连杆；20—充放气阀；21—手动操作轴；22—护盖；23—机构轴连板分布式结构重合器图1.套管端子2.硅橡胶套管罩3.真空灭弧室4.壳体5.箱体6.永磁机构7.驱动绝缘子8.分闸弹簧9.电压和电流互感器10.辅助开关重合器与断路器的比较注意：重合器独有，断路器没有的两个问题：1）时间—电流特性曲线TCC（time-currentcurver）2）重合器的操作顺序重合器断路器结构由灭弧室、操动机构、控制系统和高压合闸线圈组成由灭弧室和操动机构组成功能识别故障，断开故障电流，多次重合、分闸闭锁断开故障电流，电路分合闸动作方式自身具有检测故障电流功能，自动分闸，再次重合，无需通信通道和接受命令只能接受保护信号动作分闸和控制室遥控命令分合闸开断特点具有双时限和双时性开断特性开断、重合均由控制保护系统决定一安装地点可安装于变电站内或架空线路上一般安装于变电站内1）时间—电流特性曲线TCC定义：重合器开断时间与开断电流的关系曲线根据t-I曲线分为：快速动作特性曲线（瞬动特性）；慢速动作特性曲线（延时动作特性）。重合器时间—电流特性曲线TCC：15s0.1s快速超延时延时2）重合器的操作顺序定义：进入分闸闭锁状态前，在规定的重合闸间隔、t-I特性等参数下应完成的分合闸次数。典型操作顺序为：分→合分→合分→分；“几快几慢”指分闸间隔时间。实例：多个重合器与熔断器配合实现保护功能设定条件：（1）QR3整定为“一快一慢”，QR2整定为“一快二慢”，QR1整定为“一快三慢”；（2）QR1QR2QR3快速动作特性、动作电流、重合时间整定相同；（3）熔断器特性位于相邻电源侧重合器快速与慢速动作特性曲线之间；（4）断路器QF的动作电流和时间都比重合器大。瞬时性故障分析：f处故障：（1）f处故障→QR1QR2QR3快速分闸/熔断器FU4不熔断→t2后QR1QR2QR3合闸→正常供电永久性故障分析：f处故障（1）f处故障→QR1QR2QR3快速分闸/熔断器FU4不熔断→t2后QR1QR2QR3合闸→t2后t3前FU4熔断→故障切除→正常区域恢复供电永久性故障分析：d处故障：（2）d处故障→QR1QR2QR3快速分闸→t2后QR1QR2QR3合闸→t3后QR3分闸后闭锁→t4后QR1QR2合闸→正常区域恢复供电永久性故障分析：c处故障：（3）c处故障→QR1QR2快速分闸→t2后QR1QR2合闸→t3后QR1QR2分闸→t4后QR1QR2合闸→t5后QR2分闸闭锁/QR1分闸→t6后QR1合闸→正常区域恢复供电永久性故障分析：b处故障：（4）b处故障→QR1快速分闸→t2后QR1合闸→t3后QR1分闸→t4后QR1合闸→t5后QR1分闸→t6后QR1合闸→t7后QR1分闸闭锁永久性故障分析：a处故障：（5）a处故障→QF分闸（控制保护系统）重合器户内真空重合器户外重合器的安装实例：七、分段器定义：Sectionalizer，一种能够自动判断线路故障和记忆线路故障电流开断的次数，并在达到整定的次数后，在无电压或无电流下自动分闸的开关设备。功能：当发生永久性故障时，分段器在预定次数的分合操作后闭锁于分闸状态。与重合器区别：没有时间—电流特性曲线TCC；不能开断短路电流（不能单独做为保护开关使用）关键部件:故障检测继电器（FDR:FaultDetectingRelay）。分类：按相数分：按灭弧介质：按控制方式：按动作原理分：判断故障方式分类：单相、三相分段器；油、空气、六氟化硫分段器；液压控制、电子控制式分段器；跌落式、重合式分段器；过流脉冲计数型分段器、电压—时间型分段器（重点）。1.过流脉冲计数型分段器原理：通过检测线路过电流次数来判断故障，并进行分闸操作；如果未达到过电流整定次数，则经一定延时后计数清零，复位至初始状态。外观：除跌落式外，其余同重合器2.电压—时间型分段器原理：检测网络电压，并以电压的有无来关合和切断电路；根据加压、失压时间长短控制闭锁。PVS:PortedVacuumSwitchSPS:SourcepowersupplyFIS:FaultSectionInstructionRelayK触点闭合条件：S2在手动合或建压后SB延时触点闭合K触点闭合条件：S1在手动开或分段器失压组成：开关本体、电源变压器、故障检测继电器、故障区段指示器（部分无）功能：FDR整定参数：X时限：分段器电源侧加压至该分段器合闸的时延。Y时限：分段器合闸后未超过Y时限的时间内又失压，则该分段器分闸并被闭锁在分闸状。Y时限又称故障检测时间。第一套功能：用于常闭状态的分段开关，用于辐射、树状网；要求：X时限>Y时限>电源端断路器跳闸时间。第二套功能：用于常开状态的联络开关，用于环网联络开关常开状态；要求：XL时限>失压端断路器重合闸重合时间+失压侧各分段器X总和；Y时限>失压端断路器重合闸跳闸时间。2.3远方终端单元1.定义及分类远方终端单元：RTU(RemoteTerminalUnit)分类：变压器远动终端单元TTU(TransformerTerminalUnit)；变电站远动终端单元DTU(DistributionTerminalUnit)；馈线远动终端单元FTU(FeederTerminalUnit)，包括有柱上FTU、环网柜FTU、开闭所FTU(即DTU)；中压监控单元（配电自动化管理子站）。功能：远方数据采集和远方控制FTU定义：安装在配电室或馈线上的智能终端设备。FTU与传统RTU的区别：FTURTU体积小、数量多、交流采样、适应恶劣环境一般在变电站内，环境要求高数据量小、通信要求低、有人工采集数据量大、通信要求高除了RTU的“四遥”功能，还有现场继电保护功能已学2.FTU的功能及性能要求1）FTU基本功能（1）遥信：柱上开关的位置、通信是否正常、储能完成情况；（2）遥测：线路电压、电流、有功、无功、电源电压及剩余容量；（3）遥控：远方命令控制分合闸、起动储能过程（4）统计：开关动作次数、时间；（5）对时（6）SOE：状态量发生变化的时刻和先后顺序；（7）事故记录：记录事故前后的电网状态；（8）定值远方修改和召唤定值（9）自检和自恢复（10）远方控制闭锁和手动操作（11）通信选配功能：（1）电量采集（2）微机保护（3）故障录波2）FTU的性能要求（1）抗恶劣环境：雷电、温度、防雨、防湿、风沙、振动、电磁干扰；（2）良好维修性（3）可靠电源3.FTU的组成及实现组成：控制器、充电器、蓄电池、机箱外壳4.三类FTU的安装及特点1）柱上FTU：安装配件耐恶劣环境、可靠的接地、工作电源连接2）环网柜FTU3）开闭所FTU5.配电变压器远方终端单元TTU：测量电压、电流、功率因素、负荷指数6.中压监控单元：集结所在区域内大量分散的配电终端设备的信息电网中FTUDTUTTURTU的区别

FTU（FeederTerminalUnit）：馈线开关监控终端是装设在馈线开关旁的开关监控装置。这些馈线开关指的是户外的柱上开关，例如10kV线路上的断路器、负荷开关、分段开关等;主要作用是采集各开关所在线路的电气参数，并将这些信息向上级系统传输；监视线路运行状况，当线路故障时及时上报，等待上级系统发来的指令进行开关开/合控制，执行主站遥控命令。

DTU（DistributionTerminalUnit）：是安装在常规开闭站（所）、户外小型开闭所、环网柜、小型变电站、箱式变电站等处的数据采集与监控终端装置。它的作用是完成对开闭所等组成开关设备的位置信号，执行主站遥控命令，对开关进行分、合闸操作。

FTUFTUDTU

TTU（TransformerTerminalUnit）：是装设在配电变压器、箱变等变压器设备旁，监测变压器运行状况的终端装置。TTU的主要作用是采集并处理配电变压器低压侧的各种电量等参数，并将这些参数向上级传输，监视变压器运行状况，当变压器发生故障时及时上报，还可增加对电容器组实现就地和远程集中无功自动补偿及其他控制功能。

RTU（RemoteTerminalUnit）：是自动化系统的基本单元，它主要用于配电系统变压器、断路器、重合器、分段器、柱上负荷开关、环网柜、调压器和无功补偿电容器的监视及控制，与主站系统通信，提供配电系统运行及管理所需的数据，执行主站系统对远方设备发出的控制调节指令。TTURTU

开闭所是是将高压电力分别向周围的几个用电单位供电的电力设施，位于电力系统中变电站的下一级。其特征是电源进线侧和出线侧的电压相同；简单讲变电站10kV母线的延伸，是母线和开关的组合体。当负荷离变电站较远，采用直供方式需要比较长的线路时，可在这些负荷附近建设一个开闭所，然后由开闭所出线来保证这些负荷的正常供电。开闭所承担着接受和重新分配10kV出线，减少了高压变电所的10kV出线间隔和出线走廊，从而使发生故障的概率相对较低开闭所”一般应采用断路器进，负荷开关出。可用作配电线路间的联络枢纽，还可为重要用户提供双电源。2.4开闭所

1.设置原则1)由于开闭所能加强对配电网的控制，提高配电网供电的灵活性和可靠性，因此在重要用户附近或电网联络部位应设立开闭所，如政府机关、电信枢纽、重要大楼及有多条10kV线路供电的十字路口等。

2)由于开闭所具有变电站10kV母线延伸的功能，对电能进行二次分配，为周边用户提供供电电源，因此在用户比较集中的地区应设立开闭所，如大型住宅区、商业中心地区、工业园区等。

3)因为城市建设及城市景观的需要，旧城改造及城市道路拓宽改造大规模开展，原先的架空线路需“下地”改造为电缆线路。

4)开闭所应设置在通道通畅、巡视检修方便、电缆进出方便的位置。图2-20开闭所常见接线方式

a)单母线接线b)单母线分段接线c)双母线接线2.主接线一、环网柜环网柜是环网运行方式的重要设备，是将一组高压开关设备安装于铠装结构柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备。其核心部分采用负荷开关和熔断器，具有结构简单、体积小、价格低、可提高供电参数和性能以及供电安全等优点。它被广泛使用于城市住宅小区、高层建筑、大型公共建筑、工厂企业等负荷中心的配电站以及箱式变电站中。2.5环网柜和电缆分支箱

为了提高供电可靠性，使用户可以从两个方向获得电源，通常将供电网连接成环形。这种供电方式简称为环网供电。在工矿企业、住宅小区、港口和高层建筑等交流10kV配电系统中，因负载容不大，其高压回路通常采用负荷开关或真空接触器控制，并配有高压熔断器保护。该系统通常采用环形网供电，所使用高压开关柜一般习惯上称为环网柜图2-21双侧电源环网供电图（一）环网柜的基本组成单元柜（壳）体母线负荷开关熔断器（或负荷开关—熔断器组合电器）断路器隔离开关电缆插接件二次控制部件等（二）环网柜配电单元组成结构一般由3个间隔组成，包括两个进出线间隔和变压器间隔，进出线间隔主要用于故障线路的隔离，以及通过调整电源方向来恢复正常供电；变压器间隔则通过组合电器来对变压器内部短路故障进行快速切除。在1989年国际配电网会议上，从理论上阐述了负荷开关—限流熔断器组合电器对小型变压器的有效保护作用，欧洲一些电力公司还从实践说明了这点，认为其比断路器更有效。（三）实例应用图2-23环网供电系统一次接线图a）正常运行图2-23环网供电系统一次接线图b）故障隔离后电缆分支箱（又称“电缆分接箱”）是完成配电系统中电缆线路的汇集和分接功能的专用电气连接设备。图2-2410kV环网柜—电缆分支箱组成的电缆环网结构图可以和环网柜配合使用，构成电缆环网结构二、电缆分支箱10kV电缆分支箱主要由箱体外壳、套管（母线）、带电指示器和硅橡胶预制式电缆接头组成。（一）组成结构（二）主要分类1.普通分支箱单盖式所有进线盒出线电缆都分相地连接到内部电气并联的母排板上三芯电缆的分相跨接比较困难双盖式中间隔板装有三相的双向穿壁套管，两端均可连接电缆附件其优点是三相器件相距小，分相跨接容易。高级分支箱内含有开关设备，既可起普通分支箱的分接、分支作用，又可起供电电路的控制、转换以及改变运行方式的作用。图2-28门箱式电缆分支箱箱壳上有若干个活动的门，有的门为开关设备的操作而设，有的门是为电缆连接器件的安装施工或维护检修而设的。（二）主要分类2.高级分支箱10kV配电站是指将一路或两路10kV电源变成0.4kV，送至各建筑物给用电设备供电。配电站由配电变压器、高压开关柜、低压开关柜、母线及其辅助设备组成，起到变换电压和分配电能作用。2.6配电站和箱式变压器一、配电站配电站应用实例图2-29某工厂配电站一次电气接线图箱式变压器（又称“箱式变电站”、“预装式变电站”）是一种将变压器、高低压开关按照一定的结构和接线方式组合起来的一种预装式配电装置。二、箱式变压器变压器、高压开关、铠装母线、进出线、避雷器、电流互感器等电气单元。箱式变电站=高压开关柜+变压器+低压开关柜好象是1座变电所被做在“集装箱”里。三、高压开关柜高压开关是指用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用，电压等级在3.6kV~550kV的电器产品，主要包括高压断路器、高压隔离开关与接地开关、