供配电专业考试复习讲义2 供配电系统

1、4 110kV及以下供配电系统,4.0.1 概述 -1 本章主要讲供配电系统的设计方案，核心内容是电气主接线。 -2 电气主接线对电力系统的可靠性、经济性和灵活性具有决定意义， 与设备导体选择、变配电所布置、继电保护、自动装置等密切相关。 -3 电能质量和无功补偿，也是供配电系统及其主接线方案的重要内容。 -4 必须正确处理各方面的关系，全面分析各种相关因素，确定合理的 主接线方案。,4.0.2 设计步骤,-1 负荷计算 a. 负荷调查与框算：性质、特点、数量 b. 负荷统计与计算 -2 外电源确定 a. 供电电压、电源方位、线路路由、进线点 b. 供电部门要求、惯例 -3 变电所布点 a.

2、布点依据：负荷分布 b. 要面积：变电所、配电间、竖井、机房 -4 高压供配电系统 -5 低压配电系统 -6 应急电源系统,4.1 供配电系统设计的基本原则,根据GB50052-1995供配电系统设计规范，归纳为5个方面。 -1 电源选择 a、优先由地区电网取得。 b、四种情况下可设自备电源。 c、一定条件下可从邻近单位接第二电源。 -2 电压选择 (A)供电电压：取决于地区电网条件和线路的送电能力（表4-1-1）。 a、多路进线宜采用同级电压，但不排除不同电压。 b、小负荷宜接低压电网。 (B)配电电压：取决于配电范围、负荷大小及分布、用电设备电压。 a、配电电压优先采用10kV；有大量6k

3、V电动机时可考虑用6kV。 b、技术经济合理时，一级配电电压可用35kV（包括直降0.4kV），甚至110kV。 c、低压配电电压应采用220/380V。,供配电系统设计的基本原则(续）,-3 供电可靠性 a、应满足负荷对供电连续性的要求，多路供电线路之一中断时，其余线路应满足全部一级和二级负荷的需要。 b、不考虑检修、故障叠加和罕见故障。 c、主接线应简单可靠。 -4 经济性和灵活性 a、总降 / 配电所宜靠近负荷中心 。 b、设低压联络线。 c、适当考虑发展，远近结合，近期为主。 -5 电能质量 a、电压偏差； b、冲击性负荷 ； c、非线性负荷； d、单相负荷。,4.2 供配电系统的接线

4、方式,4.2.1 变配电所的主接线 421.1 接线方式 -1 基本形式及其适用范围 单母线： 610kV出线5回；3563kV出线3回；110kV出线2回。 分段单母线： 610kV出线6回；3563kV出线48回；110kV出线34回。 双母线： 610kV出线带电抗器时；3563kV出线8回；110kV出线5回。 分段双母线、带旁路母线的接线： 大型重要变电所，企业少见。 -2 其他形式 内桥和外桥、线路变压器组、变压器电动机组。,变配电所的主接线（续）,421.2 变压器的台数和容量选择 a. 35(110)kV主变压器： 一般为两台;有充分理由时可为一台或三台以上。 容量按一台退出时

5、，其余变压器能带全部一级和二级负荷考虑。 b. 10kV配电变压器（不包括专用变）： 每一变电所以两台为宜，负荷密度很高时，可为四台或更多。只装一台者应为负荷小、可靠性要求低或有低压联络线。 c. 专用变压器： 照明（负荷大；IT系统）；冲击性负荷；非线性负荷；季节性负荷； 单相负荷很大时； 36kV电动机。 d. 关于变压器负荷率问题： * 主要偏向是偏低，负荷计算方法仍不合理。 * 按510年预期负荷问题，适用于公用变电所，用户变要具体分析，以近期为主。 * 对经济负荷率应进一步讨论。要考虑负荷计算误差和年利用小时。TOC法可试用。,变配电所的主接线（续）,421.3 设备配置 a. 所用

6、变压器的配置 b. 中性点接地设备（4.2.2) c. 无功补偿设备（4.4） d. 避雷器的配置（11.2.1.） e. 电压互感器的配置：满足测量、保护、自动装置的要求。（如每组母线上、出线外侧、电容器泄能等。） f. 电流互感器的配置：满足测量、保护、自动装置的要求。（如直接接地系统按三相配置，非有效接地系统可两相或三相配置。） g. 隔离开关的配置 ：断路器的两侧均配置；母线上的避雷器和电压互感器合用一组；变压器中性点上的避雷器可不配；跨条上宜两组串联。 h. 接地开关的配置：每组母线上12组（通常在母联处、PT处）；断路器两侧，线路隔离开关外侧等。,4.2.2 高压系统中性点接地方式

7、,-1 概述 电力网中性点接地方式是一个综合性问题：直接影响电网的过电压水平和绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、继电保护配置、对通讯线路的干扰等。 -2 中性点接地方式的比较 见表4-2-2。 -3 中性点接地方式的选择29 a.110kV及以上系统应采用有效接地方式（X03X1，R0 X1 ），通常为直接接地。 b.310kV不直接连接发电机的系统和所有35kV、66kV系统，当单相接地故障电流不超过下列数值时，应采用不接地方式；超过时，应采用消弧线圈接地方式： * 310kV导电电杆架空线路构成的系统和所有35kV、66kV系统，10A； * 310kV非导电电杆架空线路构成的系统：10

8、kV，20A；3和6kV，30A； * 310kV电缆线路构成的系统，30A。（当单相接地故障电流很大时，宜采用低电阻接地方式。） -4 主变压器110kV侧接地的实施60p70 * 中、低压侧有电源时，至少应有一台主变压器直接接地。 * 终端变电所的主变压器一般不接地，但应装设接地用隔离开关。,4.2.3 高压配电方式放射式、树干式、环式、组合式。举例说明,4.2.4 低压配电系统的接线方式,424.1 低压系统设计要点 -1 配电电压应采用220/380；带电导体系统宜采用单相二线制、两相三线制、三相三线制、三相四线制。 -2 低压配电方式： * 树干式：正常环境的室内，大部分用电设备为中

9、小容量，无特殊要求。 * 放射式：用电设备为大容量，或负荷性质重要，或在有特殊要求环境。 * 分区树干式：高层建筑内向各楼层供电。 * 链式：容量很小的次要用电设备。（每路不宜超过5台、10kW。） -3 电力配电系统应与工艺流程密切配合。 同一流水线与平行流水线或互为备用机组，宜不同处理。 -4 照明配电系统应处理好正常、备用、疏散照明的关系。 -5 尽可能减少配电级数，以利保护的上下级配合。 -6 便于运行维护：分路与空间对应；适当设置电源开关，如建筑物进线点附近。 -7 在TN及TT系统中，宜选用D，yn11结线的三相变压器。 424.2 常用低压配电系统接线 见表4-2-4。,4.3

10、电能质量要求及改善措施,4.3.1 概述 见表4-3-1。 4.3.2 电压偏差 4332.1 基本概念 -1 电压偏差：在正常运行方式下，系统各点的实际电压对系统标称电压的偏差U ，以系统标称电压的百分数表示。 -2 产生原因：电流在元件阻抗上的电压损失随负荷变化。 -3 电压降和电压损失：电压降为矢量差；电压损失为代数差。 在工程上作近似计算时，只取电压降的横向分量DE，略去EF。 U = DE = IRcos+ IXsin （最基本的计算式！） -4 系统各点电压偏差的计算应计入变压器等的电压提升（p158） -5 系统各点的电压偏差，由电源向用电设备，逐级加大（喇叭口）。,电压偏差 （

11、续）,432.2 对用电设备的影响 见62 p256 表6-2。 432.3 电压偏差允许值 -1 供电部门与用户分界处的允许值：见4.3.2.3(p160）（10kV10%？） -2 用电设备端子的允许值：见4.3.2.3(p160）（道路照明5%10%？） 上述二者难以兼顾，设计中常采用分段控制电压损失的办法。 -3 线路电压损失允许值：见 62 p259 表6-6、表6-7。 432.4 改善措施 -1 合理选择变压器分接头。 -2 降低系统阻抗。 -3 补偿无功功率。 -4 三相负荷平衡。 -5 下列情况之一，应采用有载调压变压器(包括逆调压方式): * 直接向35kV、10（6）kV

12、电网送电的变压器。 * 35kV降压变电所主变压器，在电压偏差不能满足要求时。 （ 10（6）kV配电变压器不宜有载调压，特殊情况例外。）,4.3.3 电压波动和闪变,433.1 基本概念 -1 定义 a. 电压变动特性d(t)：电压方均根值变动的时间函数，以系统标称电压的百分数表示。 b. 电压变动d：电压变动特性d(t)上，相邻两个极值电压之差。 c. 电压变动频度r：单位时间内电压变动的次数（由大到小或由小到大各算一次）。同一方向的若干次变动，如间隔时间小于30ms，则算一次变动。 d. 电压波动：电压方均根值一系列变动或连续的改变。 e. 闪变：灯光照度不稳定造成的视感。 f. 短时间

13、闪变值Pst ：衡量短时间（若干分钟）内闪变强弱的一个统计量值。 Pst1 为闪变引起视感刺激性的通常限值。 g. 长时间闪变值Plt ：由短时间闪变值Pst 推算出，反映长时间（若干小时）闪变强弱的量值。,电压波动和闪变 （续）,-2 产生原因 电压波动和闪变由波动负荷引起。 常见的波动负荷有：炼钢电弧炉、整流电源与直流传动、交-交变频传动、电弧焊机与电阻焊机、X光机等。 433.2 危害 -1 灯光闪烁，引起视觉疲劳、刺激。 -2 电动机转速不均匀，影响产品质量。 -3 干扰电子设备的工作。 433.3 限值 见表4-3-5表4-3-9 。 433.4 改善措施 -1 将冲击性负荷接入较高

14、电压系统。 -2 改进电弧炉的运行（炉料破碎、错开熔化期）。 -3 装设静补装置（自饱和电抗器、相控电抗器、晶闸管投切电容器型）。 -4 电焊机由专线或专用变压器供电。,4.3.4 三相电压不平衡度,434.1 基本概念 -1 定义 三相电压不平衡度：三相电压的负序分量方均根值与正序分量方均根值之比，以百分数表示。 -2 产生原因 炼钢电弧炉、单相电机车等。 434.2 危害 -1 在发电机转子中产生附加损耗。 -2 在电动机中产生制动转矩、脉动转矩。 -3 继电保护和自动装置误动作。 434-3 允许值 公共连接点：2%，短时不超过4%；每个用户引起的，一般为1.3%。 434.4 改善措施

15、 -1 平衡分配，分散接入。 -2 接入较高电压系统。 -3 装设分相调节的静补装置。,4.3.5 高次谐波,435.1 基本概念 -1 定义 a. 谐波含有率：第h次谐波分量有效值与基波分量有效值之比，以百分数表示。 b. 谐波含量（电压或电流）：所有各次谐波分量有效值的方均根值。 c. 总谐波畸变率：谐波含量与其基波分量有效值之比，百分数表示。 -2 谐波源 a. 炼钢电弧炉：含2、3、4、5、6、7 等次谐波。 b. 整流电源：特征谐波 hkP1；谐波电流 IhI1 / h。 c. 交-交变频器：除产生整数次谐波外，还有非整数倍的旁谐波、低于基波频率的次谐波。 d. 铁心设备：变压器励磁

16、电流中含大量奇次谐波。 e. 气体放电灯：产生奇次谐波，特别是3次谐波。 435.2 谐波电流的危害 -1 电动机中产生附加损耗、脉动转矩。 -2 电容器过载，甚至发生并联谐振。 -3 变压器中产生附加损耗。,高次谐波 （续）,-4 增大测量仪表的误差。 -5 干扰信息装置、电子设备、继电保护的工作。 -6 干扰通信线路。 435.3 谐波电压限值和谐波电流允许值 见表4-3-10、表4-3-11和式4-3-27。 435.4 抑制谐波的措施 -1 增加变流器的脉动数。 -2 非线性负荷集中供电（利用谐波源的相位差）。 -3 采用较高电压级供电。 -4 装设滤波器，包括用静补装置的容性部分。

17、-5 电容器组串联电抗器，抑制对谐波的放大作用。 参见62 p290。 4.3.6 频率偏差 -1 电力系统正常频率偏差的允许值为0.2Hz，系统较小时，可放宽到0.5Hz。 -2 频率偏差基本上由电力系统控制。,4.4 无功补偿设计要求,4.4.1 无功补偿的基本原则5 -1 设计中应采取提高自然功率因数的措施 ，达不到要求时，应采取无功补偿措施，通常采用并联电容器装置。 -2 就地平衡补偿原则 a. 高、低压部分的无功功率宜分别在高、低压侧补偿；无高压负荷时，不在高压侧装设电容器。 b. 基本无功功率宜在变配电所内集中补偿； c. 环境正常的车间内，宜装设低压电容器分散补偿； d. 负荷平

18、稳且经常使用的用电设备，宜单独就地补偿。 -3 电容器的分组原则 a. 在各种容量组合运行时，不得发生谐振；（判据见60p480481。） b. 满足电压偏差的允许范围； c. 与配套设备的技术参数相适应。 -4 投切方式的选择 a. 手动投切：用于补偿基本或稳定无功功率时，或每日投切次数不超过三次时。 b. 自动投切：用于手投不能满足电网技术要求，或自投在经济上合理时。 -5 高压电容器组宜串联适当参数的电抗器。,4.4.2 无功补偿容量的计算,并联电容器补偿容量：QCPjs(tan1 tan2) 为平均负荷系数，可取0.70.8；如按电网高峰负荷时考核功率因数，最不利条件下取1。 4.4.

19、3 并联电容器接线方式 -1 高压电容器接入电网方式: * 分组接入366kV母线； * 经总断路器接入366kV母线； * 经三绕组主变压器的“低压”绕组接入上级系统。 -2 高压电容器组宜采用单星形或双星形接线。在中性点非直接接地电网中，电容器组中性点不应接地。 -3 由多台电容器组合的每相或每一桥臂，应采用先并联后串联的接线方式。 -4 低压电容器组主要采用三角形接线。,4.4.4 并联电容器的配套设备及其连接,-1 高压电容器的分组回路，见图4-4-5。 -2 低压电容器装置的接线，见图4-4-6。 当接触器有限制涌流功能且装置内有谐波超限保护时，可不装设限流线圈和热继电器。 -3 串

20、联电抗器宜装设于电容器组的中性点侧。如装设于电源侧，应校验其动、热稳定。 -4 当电容器配置熔断器时，应每台电容器配一个喷逐式熔断器。 -5 电容器组应装设放电器或放电元件。放电器宜与电容器组直接并联。 -6 高压电容器组的电源侧和中性点侧，宜装设检修接地开关。 -7 高压并联电容器装置的分组回路，宜设置操作过电压保护： a. 断路器仅发生单相重击穿时，可采用中性点避雷器接线方式或相对地避雷器接线方式。 b. 断路器出现两相重击穿的概率极低时，可不设置此保护。当需要限制电容器极间和电源侧对地过电压时，其保护方式应符合下列规定： * 电抗率12%时，可采用避雷器与电抗器并联和中性点避雷器接线。

21、* 电抗率1%时，可采用避雷器与电容器并联和中性点避雷器接线。 * 电抗率为4.5%6%时，避雷器接线方式宜经模拟计算研究决定。,4.4.5 电容器组的电器和导体选择,-1 电容器 a. 选型：* 满足环境条件要求。 * 室内宜选用难燃介质电容器。 * 低压宜采用自愈式电容器。 b. 额定电压： * 电容器承受的长期工频过电压，应不大于其额定电压的 1.1倍。* 应计入电容器接入电网处的运行电压。 * 应计入电抗器引起的电容器运行电压升高（式4-4-4）。 * 应充分利用电容器的容量。 c. 额定容量：根据电容器组设计容量和每相串联、并联台数选择。详见60P508. -2 断路器 a. 特殊要

22、求：* 关合时，触头弹跳时间2ms，预击穿时间3.5ms。 * 开断时不应重击穿。* 应能承受关合涌流，及其与短路电流的联合作用。 * 每天投切超过三次时，应具备频繁操作性能。 b. 高压电容器装置总回路的断路器：应能切除全部电容器组和开断短路电流。分组回路的断路器：条件允许时，可采用真空接触器。 c. 低压电容器的投切开关：接通、分断能力和短路强度，应符合装设点的使用条件。开断时不应重击穿。应具备频繁操作性能。 -3 熔断器 a. 高压电容器保护，宜采用喷逐式熔断器。 b. 特殊要求：应配合电容器外壳的10%爆裂概率曲线。其他要求：应符合 DL/T 442-1991高压并联电容器单台保护用熔

23、断器订货技术条件。 c. 熔体额定电流 I f ：1.43 Ic I f 1.55 Ic 。,电容器组的电器和导体选择（续）,-4 串联电抗器 a. 电抗率选择： * 仅用于限制涌流时，取0.1%1%。 * 用于抑制谐波，背景谐波为5次及以上时，宜取4.5%6%；背景谐波为3次及以上时，宜取12%，亦可采用上述两种电抗率。 b. 合闸涌流限值：宜取电容器组额定电流的20倍。计算见21附录B。 -5 放电器 放电性能：应在5s内将电容器组上的剩余电压降至50V。 -6 避雷器 用于限制操作过电压保护时，应选用无间隙金属氧化物避雷器。 -7 导体 * 接至单台电容器的导线应采用软线，其长期允许电流

24、应不小于电容器额定电流的1.5倍。 *接至并联电容器装置或电容器组的导体，其长期允许电流应不小于 相应额定电流的1.35倍。 * 双星形电容器组的中性点连接线和桥形接线电容器组的桥连接线，其长期允许电流应不小于电容器组的额定电流。,4.4.6 并联电容器的保护和自动投切装置,-1 保护装置 a.电容器内部故障保护：外熔丝或外熔丝加继电保护。 b.电容器组应装设不平衡保护： * 单星形接线电容器组，可采用开口三角电压保护。 * 同上，串联段数为两段及以上者，可采用相电压差动保护。 * 同上，每相能接成四个桥臂者，可采用桥式差电流保护。 * 双星形接线电容器组，可采用中性点不平衡电流保护。 c.高

25、压并联电容器装置，可装设带短延时的速断保护和过电流保护。 d.高压并联电容器装置，宜装设过负荷保护。 e.高压并联电容器装置，应装设母线过电压保护。 f. 高压并联电容器装置，应装设母线失压保护。 g.容量为0.18MVA及以上的油浸电抗器，宜装设瓦斯保护。 h.低压并联电容器装置，应有短路保护、过电压保护、失压保护，并宜有过负荷保护和谐波超值保护。,并联电容器的保护和自动投切装置（续）,-2 自动投切装置 a.以节能为主要目的时，可按无功功率或功率因数投切。 b.无功功率随时间规律变化时，可按时间投切。 c.兼负电网调压的电容器装置，可按电压、无功功率、时间等组合条件投切。 d.主变压器带有载调压时，可对电容器组与变压器分接头进行综合调节。 e.自动投切装置应具有防止保护跳闸时误合电容器组的闭锁功能，以及运行需要的控制、调节、闭锁、联络和保护功能。 f.并联电容器装置，严禁设置自动重合闸。,4.5 应急电源系统,4.5.1 应急电源的种类选择 -1 静止型不间断电源UPS：用于允许中断供电时间为毫秒级的负荷。 -2 机械贮能电机型不间断电源：同上，且启动、冲击电流较大的负荷。 -3 应急电源EPS：用于