供配電技術(shù) 課件 第5章-變配電所的電氣主接線及結(jié)構(gòu)

第5章

變配電所電氣主接線及結(jié)構(gòu)

變配電所是供配電系統(tǒng)的核心；電氣主接線是表示變配電系統(tǒng)中電能輸送和分配路線的接線圖。本章內(nèi)容是從事供配電設(shè)計(jì)與運(yùn)行必備的知識。

主要內(nèi)容變電所的任務(wù)和類型變配電所的電氣主接線變配電所的布置與結(jié)構(gòu)

5.1

變電所的任務(wù)和類型供電電壓確定：供配電系統(tǒng)從電力系統(tǒng)所取得的電源電壓。1）電力部門所能提供的電源電壓；2）企業(yè)負(fù)荷大小及距離電源線路遠(yuǎn)近；3）企業(yè)大型設(shè)備的額定電壓決定了企業(yè)的供電電壓。

另，導(dǎo)線的截面積、負(fù)荷功率因數(shù)、電價(jià)制度等。我國目前所用的35~110kv、10kv、6kv。大中型企業(yè)采用35~110kv，中小型企業(yè)廠采用10kv、6kv，其中，采用10kv供電電壓最為常見。變電所電壓的選擇配電電壓：用戶內(nèi)部向用電設(shè)備配電的電壓等級1）高壓配電電壓2）低壓配電電壓由用戶總降壓變電所或高壓配電所向高壓用電設(shè)備的配電電壓；由用戶車間變電所或建筑物變電所向低壓用電設(shè)備的配電電壓；10kv或6kv380v/220v，660v

5.1

變電所的任務(wù)和類型變電所

擔(dān)負(fù)著從電力系統(tǒng)受電，經(jīng)過變壓，然后配電的任務(wù)。配電所：從電力系統(tǒng)受電，然后直接配電。盡可能與領(lǐng)近的車間變電所合建，節(jié)約建筑費(fèi)用。

5.1

變電所的任務(wù)和類型5.1.1

變電所的類型1）總降壓變電所：功能：對大中型企業(yè)，由于負(fù)荷較大，往往采用35~110kv電源進(jìn)線，降壓至10kv或6kv，再向各車間變電所和高壓用電設(shè)備配電。設(shè)置個數(shù)：由地區(qū)供電電源的電壓等級和用戶負(fù)荷的大小及分布情況決定是否設(shè)置。企業(yè)規(guī)模較小，負(fù)荷較小，可不設(shè)置；企業(yè)規(guī)模不太大，負(fù)荷比較集中，盡量設(shè)置1個；企業(yè)規(guī)模較大，有兩個或兩個以上的集中大負(fù)荷用電車間 群，又相距較遠(yuǎn)時(shí)，可考慮設(shè)置2個或2個以上；2）車間變電所利用車間的一面或兩面墻壁，而其變壓器室的大門朝外開。1）車間附設(shè)變電所內(nèi)附式：占用車間面積；不影響車間外觀；外附式：不占或少占用車間面積，便于布置，安全性較高；2）車間內(nèi)變電所位于車間內(nèi)的單獨(dú)房間內(nèi)。處于負(fù)荷中心，可縮短低壓配電距離，減少線路上電能損耗和有色金屬浪費(fèi)；技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好；占用一定生產(chǎn)面積，門朝車間內(nèi)開，對生產(chǎn)安全有一定威脅；適合于負(fù)荷較大的多跨廠房內(nèi)。整個變電所設(shè)在與車間建筑物有一定距離的單獨(dú)區(qū)域內(nèi)。4）獨(dú)立變電所建筑費(fèi)用較貴，除非各車間負(fù)荷相當(dāng)小而分散，或遠(yuǎn)離易燃易爆和有腐蝕性物質(zhì)的場所可以采用外，一般不采用變壓器安裝在車間外面抬高的地面上。3）露天變電所簡單經(jīng)濟(jì)，通風(fēng)散熱好，只要周圍環(huán)境條件正常，無腐蝕性、爆炸性氣體和粉塵的場所可以采用；2）車間變電所5）桿上變電所變壓器安裝在室外電桿上。簡單經(jīng)濟(jì)，適用315KVA及以下變壓器，多用于生活區(qū)供電。2）車間變電所整個變電所設(shè)在地下。6）地下變電所2）車間變電所7）樓上變電所整個變電所設(shè)在樓上。適于高層建筑，要求結(jié)構(gòu)盡可能輕型、安全，其主變壓器通常采用無油的干式變壓器；通風(fēng)散熱條件差，濕度較大，建筑費(fèi)用較高，但相當(dāng)安全。在一些高層建筑、地下工礦、礦井中采用；由電器制造廠按一定接線方案成套制造、現(xiàn)場裝配的變電所。8）成套變電所2）車間變電所9）移動變電所整個變電所設(shè)在可以移動的車上。主要用于坑道作業(yè)及臨時(shí)施工現(xiàn)場供電。

總降壓變電所型式有全戶內(nèi)型、半戶內(nèi)型和戶外型。10/0.38kV變電所室內(nèi)變電所箱式變電站地下變電所多用于大城市繁華地區(qū)。建筑物車間內(nèi)變電所獨(dú)立變電所附設(shè)變電所室內(nèi)變電所的幾種型式5.1.2

變電所的位置選擇1）變電所位置選擇的原則（1）盡量靠近負(fù)荷中心。（2）接近電源側(cè)，對總變、配電所特別要考慮這一點(diǎn)。（3）進(jìn)出線方便，特別是采用架空進(jìn)出線時(shí)要考慮這一點(diǎn)。（4）不應(yīng)妨礙企業(yè)或車間的發(fā)展，并適當(dāng)考慮今后擴(kuò)建的可能。（5）設(shè)備運(yùn)輸方便。（6）盡量避開劇烈震動和高溫場所。有腐蝕性氣體和污穢地段，如無法遠(yuǎn)離時(shí)，則應(yīng)設(shè)在污染源的上風(fēng)側(cè)。（7）變電所屋外配電裝置與其他建筑物之間的防火距離符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB50058-1992《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定。（8）變電所建筑物、變壓器及屋外配電裝置應(yīng)與附近的冷卻塔或噴水池之間距離符合規(guī)定。（9）高壓配電所應(yīng)盡量與車間變電所或有大量高壓用電設(shè)備的廠房合建。負(fù)荷中心如何確定？5.1.2

變電所的位置選擇2）負(fù)荷中心的確定可以用負(fù)荷指示圖或負(fù)荷功率矩計(jì)算方法。

負(fù)荷指示圖負(fù)荷指示圖是將電力負(fù)荷（計(jì)算負(fù)荷P30）按一定比例K（例如以1mm面積代表若干kW）用負(fù)荷圓的形式標(biāo)示在企業(yè)或車間的平面圖上。各車間（建筑）的負(fù)荷圓的圓心與車間（建筑）的負(fù)荷中心大致相符。式中，K為負(fù)荷的比例（kW/mm2）。負(fù)荷圓的半徑r，由車間（建筑）的計(jì)算負(fù)荷得：通過觀察大致確定5.1.2

變電所的位置選擇2）負(fù)荷中心的確定

負(fù)荷功率矩設(shè)有負(fù)荷P1、P2和P3（均表示有功計(jì)算負(fù)荷），它們在任選的直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)已知?，F(xiàn)假設(shè)總負(fù)荷Ｐ=ΣＰｉ＝P1+P2+P3的負(fù)荷中心位于P（X，Y）處。仿《力學(xué)》求重心的力矩方程可得：5.1.2

變電所的位置選擇2）負(fù)荷中心的確定

負(fù)荷電能矩負(fù)荷中心不只與各負(fù)荷的功率有關(guān)，而且還與各負(fù)荷的工作時(shí)間有關(guān)：5.2變配電所的電氣主接線一次回路：變配電所中擔(dān)負(fù)輸送和分配電能任務(wù)的電路。一次設(shè)備：一次回路中所有用到的設(shè)備。主電路、主接線保護(hù)設(shè)備：變換設(shè)備：控制設(shè)備：變壓器及電流、電壓互感器等；各種高低壓開關(guān)等；熔斷器、避雷器等；二次回路：凡用來控制、指示、測量和保護(hù)一次設(shè)備運(yùn)行的電路。二次接線、副接線二次回路通常接在互感器的二次側(cè)補(bǔ)償設(shè)備：并聯(lián)電容器等；5.2變配電所的電氣主接線5.2.1變電所主接線實(shí)現(xiàn)電能輸送和分配的一種電氣接線；5.2.2對變電所主接線的要求應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，充分保證人身和設(shè)備的安全；滿足用電單位對供電可靠性的要求；可靠：安全：適應(yīng)各種不同的運(yùn)行方式，操作檢修方便；應(yīng)簡單，投資少，運(yùn)行管理費(fèi)用低，節(jié)約電能和有色金屬消耗。經(jīng)濟(jì)：靈活：主接線圖：由各種主要電器設(shè)備（包括變壓器、開關(guān)電器、互感器及連接線路等）按一定順序連接而成的接受、分配和傳輸電能的總接線圖；5.2.3

變電所常用主接線1）線路——變壓器組接線只有一路電源供電線路和一臺變壓器

當(dāng)變壓器高壓側(cè)短路容量不超過高壓熔斷器斷流容量，而又允許采用高壓熔斷器保護(hù)變壓器時(shí)，采用方式②③；

當(dāng)電源側(cè)繼電保護(hù)裝置能保護(hù)變壓器且靈敏度滿足要求，采用方式①；一般情況下，采用方式④。優(yōu)點(diǎn)：接線簡單，電氣設(shè)備少，配置簡單，節(jié)約投資；缺點(diǎn)：可靠性不高；適用于小容量三級負(fù)荷，小型企業(yè)或非生產(chǎn)性用戶變壓器容量不大于630KVA變壓器容量不大于1250KVA5.2.3

變電所常用主接線2）單母線接線

只有一路電源進(jìn)線，每路進(jìn)線和出線裝設(shè)一只隔離開關(guān)和斷路器。單母線不分段優(yōu)點(diǎn)：接線簡單，設(shè)備少，經(jīng)濟(jì)性好，操作可靠；缺點(diǎn)：可靠性、靈活性差；可用于對供電連續(xù)性要求不高的三級負(fù)荷用戶，或者有備用電源的二級負(fù)荷匯流排，匯集和分配電能。5.2.3

變電所常用主接線2）單母線接線雙電源供電，可采用隔離開關(guān)或斷路器分段?？煞侄螁为?dú)運(yùn)行也可并列同時(shí)運(yùn)行。單母線分段優(yōu)點(diǎn)：可靠性較強(qiáng)，操作靈活，除母線故障或檢修外，可對用戶連續(xù)供電；缺點(diǎn)：母線故障或檢修時(shí)，仍有50%左右用戶停電可對一、二級負(fù)荷供電；5.2.3

變電所常用主接線3）橋式接線在兩路電源進(jìn)線之間跨接一個斷路器內(nèi)橋式接線：斷路器跨在進(jìn)線斷路器的內(nèi)側(cè)外橋式接線：斷路器跨在進(jìn)線斷路器的外側(cè)a)內(nèi)橋b)外橋a)內(nèi)橋5.2.3

變電所常用主接線3）橋式接線當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)（例T1）：首先QF1、QF3因故障跳閘，打開QS5，然后將QF1、QF3閉合，才能恢復(fù)電源1供電；內(nèi)橋式接線：斷路器跨在進(jìn)線斷路器的內(nèi)側(cè)當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)（例1WL）：首先QF1斷開，打開QS3，變壓器T1由線路2WL經(jīng)橋接斷路器QF3繼續(xù)供電；倒閘操作多，恢復(fù)時(shí)間長；倒閘操作少，恢復(fù)時(shí)間短；適合于線路較長或不需經(jīng)常切換變壓器的場合。b)外橋5.2.3

變電所常用主接線3）橋式接線當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)（例T1）：首先斷開QF1，打開其兩側(cè)隔離開關(guān)，電源1經(jīng)橋接斷路器QF3繼續(xù)使兩路電源進(jìn)線又恢復(fù)并列運(yùn)行。外橋式接線：斷路器跨在進(jìn)線斷路器的外側(cè)當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)（例1WL）：首先斷開QF1、QF3，打開QS1，然后再閉合QF1、QF3，變壓器T1由線路2WL經(jīng)橋接斷路器QF3繼續(xù)供電；倒閘操作少，恢復(fù)時(shí)間短；倒閘操作多，恢復(fù)時(shí)間長；適合于線路較短或需經(jīng)常切換變壓器的場合。外橋5.2.3

變電所常用主接線3）橋式接線高壓側(cè)無母線，沒有多余設(shè)備；由于不用設(shè)母線，4個回路只用了3個斷路器；經(jīng)濟(jì)：接線簡單：無論哪條回路故障或檢修，均可通過倒閘操作迅速切除該回路；每臺斷路器兩側(cè)均有隔離開關(guān)，可形成明顯斷開點(diǎn)；安全：可靠性高：適應(yīng)多種運(yùn)行方式。靈活：對35kV及以上總降變電所，有兩路電源供電及兩臺變壓器時(shí)5.2.4變配電所電氣主接線示例（一）變配電所電氣主接線的設(shè)計(jì)與繪制

1.電氣主接線的設(shè)計(jì)

一般應(yīng)遵循如右步驟：

確定供電電源電壓及其進(jìn)線回路數(shù)選擇主變壓器的臺數(shù)、容量及型式擬定可能采用的主接線形式考慮所用電與操作電源的取得確定電能計(jì)量方式確定配電方式和無功補(bǔ)償方式選擇高低壓開關(guān)電器確定相應(yīng)的配電裝置布置方案通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定最終方案

2.電氣主接線圖（主電路圖）的繪制

主接線圖的繪制應(yīng)與柜、屏的實(shí)際布局相對應(yīng)。

主接線圖應(yīng)詳細(xì)標(biāo)注。（二）10kV變電所電氣主接線示例

以一路外供電源，裝有兩臺及以上變壓器的變電所為例。a)變壓器一次側(cè)電氣主接線

變壓器一次側(cè)采用單母線接線。b)變壓器二次側(cè)電氣主接線

二次側(cè)采用單母線分段接線。低壓配電屏采用抽出式柜，其插接頭可起到隔離作用。（三）10kV配電所電氣主接線示例

設(shè)配電所由兩路外供電源供電，其中電源1容量可供全部負(fù)荷，電源2容量可供部分重要的負(fù)荷。采用單母線分段接線。（四）35～110kV總降壓變電所電氣主接線示例

以35kV雙電源進(jìn)線，裝有兩臺總降壓變壓器的總降壓變電所為例。

變壓器一次側(cè)采用內(nèi)橋式接線35kV配電裝置采用戶內(nèi)鎧裝移開式金屬封閉開關(guān)柜變壓器二次側(cè)采用分段單母線接線。10kV采用戶內(nèi)中置式金屬封閉開關(guān)柜，柜內(nèi)均配置真空斷路器。變電所設(shè)置兩臺10.5/0.4kV所用變壓器。1）對變電所布置的要求便于運(yùn)行和檢修保證運(yùn)行安全便于進(jìn)出線節(jié)約土地和建筑費(fèi)用適應(yīng)發(fā)展要求5.3

變電所的布置和結(jié)構(gòu)變電所總體布置方案應(yīng)滿足下列要求:

(1)35kV戶內(nèi)變電所宜采用雙層布置，6~10kV變電所宜采用單層布置。采用雙層布置時(shí)，變壓器應(yīng)設(shè)在底層；采用單層布置時(shí)，變壓器宜露天或半露天安裝。(2)變電所各室的布置應(yīng)當(dāng)緊湊合理，便于進(jìn)出線設(shè)備的連接，便于設(shè)備的操作、搬運(yùn)、檢修、試驗(yàn)和巡視，還要考慮發(fā)展的可能性。(3)高低壓配電室的位置應(yīng)便于進(jìn)出線，變壓器室的位置應(yīng)便于運(yùn)輸、安裝和維護(hù)。低壓配電室應(yīng)靠近變壓器室，電容器室宜與變壓器室及相應(yīng)電壓等級的配電室相連。變壓器室和電容器室應(yīng)盡量避免西曬，并盡可能利用自然采光和自然通風(fēng)。(4)當(dāng)有兩臺變壓器時(shí)，每臺油量為100kg及以上的三相變壓器，應(yīng)設(shè)在單獨(dú)的變壓器室內(nèi)。干式變壓器和不帶可燃油的高低壓配電裝置，可設(shè)在同一房間內(nèi)。(5)從安全角度考慮，配電室、變壓器室、電容器室的門應(yīng)向外開，相鄰配電室之間有門時(shí)，該門應(yīng)雙向開啟或向低壓室方向開啟。但變電所的門窗不宜直接通向相鄰的酸、堿、蒸汽、粉塵和噪聲嚴(yán)重的