变配电基础知识

第8章 变配电基础知识8-1什么是电力系统？什么是电力网？随着电力事业的飞速发展，电能的应用已极为普及，电灯发光、电动机转动、电炉发热以及电视机那无比美妙的动画和声响效果，都离不开电能。电能一般来自于发电厂的发电机。然而发电厂一般要建立在能源丰富的地方，如火力发电厂要建立在燃料资源丰富的地方；水力发电厂要建立在有大的水位落差的地方；风力发电厂要建立在一年四季风力强劲的地方。可是发电厂距离大城市和用电的负荷中心很远，这就必须设法将电能进行远距离的输送。由于电压等级越高，电能输送的距离越远，所以由发电机发出的电能一般又需经过升压变压器将电压升高。电压升高后的电能再经过输电线路进行远距离的输送。当到达用电负荷中心后再进行配电,而配电又分为高压配电和低压配电，最后将电能送到我们所使用的各种电器和电气设备。也就是说，由发电、变电、输电、配电和用电这五个环节所组成的电能生产、变换、输送、分配和消费的整体，就叫做电力系统。在电力系统中，这五个环节应环环相扣、时时平衡、缺一不可，又几乎是在同一时刻完成的。在电力系统中，除发电和用电这两个环节以外的部分，即具有变电、输电和配电三个环节的整体称为电力网。电力网又简称为电网。电力网是连接发电厂和用户的中间环节，是传送和分配电能的装置。电力网是由不同电压等级的输配电线路和变电所组成的，按其功能的不同常分为输电网和配电网两大部分。输电网是由35kV及以上的输电线路和与其连接的变电所组成，是电力系统的主要网络，其作用是将电能输送到各个地区的配电网或直接送给大型企业用户。而配电网则由10kV及以下的配电线路和配电变压器所组成，其作用是将电能馈送至各类电能的用户。8-2什么是发电？发电厂的类型有哪些？利用发电动力装置将位能（水的落差）、热能（煤、油、天然气等）、核能、以及风能（风力）、地热能、海洋能（潮汐）、太阳能等一次能源转换为二次能源（电能），用以满足各种各样的电器与电气设备的需要，就称之为发电。具体发电的场所称为发电厂。简单地说，发电厂就是生产电能的工厂。发电厂发出的电压一般为3.1520kV左右。根据电厂的容量大小及其供电的范围，可分为区域性发电厂、地方性发电厂和自备电厂等。区域性发电厂大多兴建在水利资源丰富的江河流域或煤矿蕴藏量较大的地方。这类发电厂的容量大，距离用电负荷中心较远，需要通过超高压输电线路远距离输电。兴建大容量的区域发电厂可以经济合理地利用国家的动力资源。地方性发电厂一般是中小型电厂，往往建在用户附近。而自备电厂则建在大型厂矿的内部作为自备电源。它可以对大型厂矿企业和电力系统起到后备和保证作用。地方性发电厂和自备电厂基本都是火力发电厂，一般采用热、电联合生产的形式。即除了发电以外，还需要向用户供热，这种工厂称为热电厂。8-3什么是变电？变电所的功能有哪些？变电所是如何分类的？在电力系统中，通过电压变换装置将低电压变换为高电压或将高电压变换为低电压的过程称为变电。它是电力系统中的重要组成部分。变电所是接受电能、变换电压和分配电能的枢纽，是发电厂和用户间的重要环节。变电所一般由电力变压器、室内外配电装置、继电保护、自动装置以及监控系统等组成。当仅有配电装置用来接受电能和分配电能，无须变压器进行电压的变换时，则称为配电所或开闭站。变电所有升压和降压之分。升压变电所通常与发电厂连接在一起，在发电厂的电气部分中安装有升压变压器。发电厂的发电机所发出的电能，由于电压较低，远远不能满足输电的要求，为了实现远距离输电的目的，一般采用升压变压器将较低的电压升为高电压，而且其电压等级越高，输电的效率越高、输送的距离越远，一般将发电机发出的低电压通过升压变压器升高为35k500kV及以上的电压等级作为输电电压。而降压变电所一般设在用电负荷中心，将高压电能适当降压后，供给用户使用。由于供电范围的不同，变电所可分为一次（枢纽）变电所和二次变电所。工厂企业的变电所可分为总降压变电所（中央变）和车间变电所。一次变电所简称一次变，它是由110kV以上的主要网络受电，将电压降低到35110kV，供给一个较大区域的用户。一次变通常采用双绕组变压器，也有些采用三绕组变压器将高电压降为两种不同的电压，与相应电压级别的网络连接起来。一次变的供电范围较大，是系统与发电厂连接的枢纽，故有时也称其为枢纽变电所。二次变电所多由35kV110kV网络一次变受电，有些也由地方性发电厂直接受电。将35kV110kV电压降为6kV10kV向一般为数千米范围的用户供电。总降压变电所是对工厂企业供电的枢纽，故又称为中央变电所，它与二次变电所的情况基本相同，也是由一次变单独引出的35kV110kV网络直接受电经电力变压器降压至3kV10kV对工厂企业内部供电。对于中、小型企业可一个或多个企业共设一个总降压变电所。车间变电所是从总降压变电所引出的6kV10kV厂区高压配电线路受电，将电压降到380V/220V对各类用电设备供电。8-4什么是输电？由于发电厂与用电负荷中心一般相距很远，将发电厂发出的电能通过升压变压器升压（变电）至35500kV后，在高压架空输电线路上进行远距离的输送，直至用电负荷中心的全过程称为输电。输电是电力系统的重要组成部分，它使得电能的开发和利用超越了地域的限制。很长的输电线路有可能经过不同的气候、不同的海拔高度，有可能跨越大山、跨越河流或湖泊、跨越道路或桥梁，有时条件十分恶劣。但电能与其他能源的输送方式相比，具有效益高、损耗小、污染少，且易于调节和控制等特点。另外，高压输电线路还可以将不同地点的发电厂连接起来，构成大规模的联合电力系统，以使得电能的质量进一步提高，同时起到互相支援、互为补充的作用。它已成为现代社会的能源大动脉。按照输送电流的性质来分，有交流输电和直流输电两种。目前较为广泛应用的是交流输电，但近年来直流输电也愈来愈受到人们的重视。按照输电线路的结构来分又有架空线路和直埋敷设两种形式。8-5什么是配电？通过高压输电线路的远距离输送，在到达用电负荷中心后，就需要将电能分别配送至各个用户，这一电能的分配过程称为配电。配电又分为高压配电和低压配电。所谓高压配电的电压通常是指3kV、6kV、10kV、35kV电压等级的配电。通过综合的技术经济指标分析，以10kV电压等级较为合理；但是当用户有大量的6kV高压电动机时，可采用6kV作为配电电压；当有大量的3kV高压电动机时，目前一般也采用10kV作为配电电压，因为3kV作为配电电压不太经济；如果用户距离上级变电站较远时，传统上采用35kV电压等级作为配电电压。随着我国电力工业的迅速发展，用电容量急剧增加，从技术经济指标分析，将逐步取消35kV电压等级。同时也有将10kV电压等级提高为20kV的考虑。所谓低压配电的电压等级通常是指 380/220V和 660/380V电压等级的配电。在我国传统上采用380/220V的三相四线制的配电方式。这种配电方式可以供出光（照明）、力（动力）合一的混合负载。但是随着用电容量的不断增大，在煤炭部门已经升压为660/380V，冶金、化工部门也正在进行测算。8-6工厂变配电所的作用有哪些？车间变电所是如何分类的？为了减少损耗、加大输电距离和供电的容量，一般都尽量采用高压或超高压输电，然而由电力系统引来的高压或超高压电能是不能直接应用于各种低电压的电气设备和生产机械的。因此必须设立工厂变、配电所。工厂变电所担负着由电力系统受电、经过变换电压后再分配到各个用电部门的任务，而工厂配电所则由较低电压的电网受电，然后再分配到各个用电部门。不难看出，工厂变电所的作用是接受电能、变换电压和分配电能，而工厂配电所的作用只是接受电能和分配电能。一般工厂变电所属于降压变电所，分为总降压变电所和车间变电所。对于大型工厂企业通常受电电压为35kV110kV，经过总降压变电所后将电压降为6kV10kV分别馈送至多个车间变电所。总降压变电所一般设在室外。中小型工厂企业一般只设车间变电所。车间变电所按照变压器安装位置的不同可分为：（1） 附设式变电所 这种变电所利用车间的一面或两面墙作为车间变电所的公用墙，变压器的大门向着车间外开。根据变压器位于车间的墙内或墙外又分为内附式和外附式。（2） 独立变电所 这种变电所设在和车间建筑无直接联系的独立建筑物内。主要用于负荷分散或防火、防爆、防尘要求较高或环境条件受限制的场合。 （3） 车间内变电所 变压器设在车间内部，可以做到距离用电负荷中心较近，特别适用于建筑物的跨度较大、设备配置较为稳定以及有一般环境要求的场合。这种变电所需要占用较大的空间，但近年发展起来的干式变压器和全封闭组合电器，可以使得变电所实现小型化，这就使得车间内变电所的应用日益受到人们的欢迎。 （4） 地下变电所 这种变电所适用于车间生产面积受到限制，又希望变电所距离用电负荷中心较近的场合。这种变电所宜采用干式变压器或全封闭组合电器。（5） 户外变电所 这种变电所安装于户外露天地面上，简单经济，一般常用于小型工厂。但其安全性和可靠性均较差，且有碍观瞻，同时受到环境条件的限制。（6） 箱式变电站 这种变电站是近年发展起来的一种新型的变电站。它把各种变配电装置以高压室、变压器室和低压室的间隔箱体在生产厂家预制成几个分体，运输到现场后进行简单的组装即可。它使得工期短、见效快、安装方便、无须占用建筑物等优点。8-7电力系统有哪些特点？对电力系统的基本要求是什么？大规模联合电力系统有哪些优点？电力系统中在电能的生产、变换、输送、分配和应用的过程中具有以下特点：（1） 电能的生产、变换、输送、分配和应用，几乎是在同一时刻完成的。也就是说电能不能大量的储存（在近年来国内外已有较大规模的抽水蓄能电站）；（2） 电能的生产与国民经济系系相关，与人民生活密不可分；（3） 电力系统的过渡过程非常短暂，必须采用各种自动装置；（4） 电力系统是随着用电容量的增加而不断发展的。根据电力系统所具有的特点，对其提出以下基本要求：（1） 电力系统中应选用高质量的电气元件，以保证供电的可靠性；（2） 电力系统应具有较高的运行管理水平；（3） 应随时保证良好的电能质量；（4） 要有足够的经济性；（5） 应能最大限度地满足不同用户对用电需求。随着用电容量的不断扩大，各个电力系统之间通过联络线并网，以形成大规模的联合电力系统。它的主要优点是：（1） 各个电力系统之间可以互相支援，减低负荷的峰谷差，从而可以减少装机容量； （2）可减少各个电力系统的备用容量； （3）联合电力系统便于安装大容量机组； （4）便于开发和利用大型动力资源； （5）可以提高供电的可靠性；（6） 可以提高电能质量；（7） 可以提高运行的经济性。8-8什么是电气设备的额定电压？我国交流电力网和电气设备的额定电压标准是如何规定的？ 电气设备的额定电压是指能够保证电气设备正常运行并能获得最佳经济效益的电压，它也是电气设备设计的依据。我国交流电力网和电气设备的额定电压标准如表1-1所示。表1-1 我国交流电力网和电气设备的额定电压标准分类电力网和电气设备额定电压(kV)发电机额定电压（kV）电力变压器额定电压（kV）一次绕组二次绕组低压0. 220. 380.661. 230. 40.691. 220. 380.661. 230. 40.69高压3610-35631102203305002. 156.310.513.8,15.75,18,20-3,3.156,6.310,10.513.8,15.7518,2035631102203305003. 15,3.36.3,6.610.5,11-38.569121242363500注：根据国标GB156-80额定电压的规定，额定电压分为受电设备和供电设备两大类。 表中用电设备和变压器一次绕组相当于受电设备，而发电机和变压器的二次绕组相当于供电设备。但在表中关于变压器的一、二次绕组额定电压的依据，是我国变压器生产厂家的标准产品规格。8-9电力系统中电能质量的含义是什么？ 在电力系统中的电能质量是按照国家标准或规范对电压偏差、电压波动和波形畸变率的一种质量鉴别。 （1）电压偏差 它是指用电设备实际的端电压U与其额定电压UN之差，一般以其对额定电压UN之比的百分值来表示，即 我国电力系统的用户受电端的电压变动幅度不应超过下述数值：35kV及以上供电和对电压质量有特殊要求的用户为额定电压的；10kV及以下高压供电和低压电力用户为额定电压的；低压照明用户为额定电压的+5-10%。（2） 频率偏差 我国电力系统的额定频率是50，规定的容许偏差为：电网容量在300万kW及以上者为；电网容量在300万kW以下者为。（3） 波形畸变率 所谓电压波动是指电力系统电压有效值的快速变动。电压波动的幅度以用电设备端电压最高值与最低值之差对额定电压的百分值来表示。电压波动的频率用单位时间内电压波动的次数来表示。 电压波形的好坏一般用其正弦波形畸变的程度来衡量。由于非正弦波可以分解为基波和若干个高次谐波，而对称于时间轴的非正弦波不含直流分量，因此用其表征电压波形的的畸变程度，也就是波形畸变率。一般波形畸变率可由下式来计算： 式中 -基波电压（V），可近似取电网的额定电压值； -次谐波电压值（V）,一般最高次n可取至19次为止。电力系统的电压波形应是正弦波形，电网中任何一点的电压正弦波形畸变率均不得超过规定值。由于现代用电设备中出现了整流、逆变、换流、变频、调速设备。另外还有电弧炉、电气机车、电视机等非线形负荷。它们不但引起电压波动，而且造成电压的不对称和非非正弦性。电压的不对称性系指三相电压的不对称。根据对称分量法，不对称的三相电压可以分解成对称的正序、负序和零序分量。电压的非正弦性是指电压波形的畸变。根据傅立叶变换，非正弦的电压可分解为基波（50Hz）电压和一系列高次谐波小电压，总谐波电压是所有的高次谐波电压的均方根之和。我国对供电的谐波电压和电流允许值作了相应的规定，以10kV的电网为例，总的谐波电压畸变率(GHI)应小于4%，奇次谐波应小于3.2%，偶次谐波应小于 1.6%；而各次谐波总的电流允许值如表1-2所示。表1-2 各次谐波相应的电流允许值谐波次数234567电流允许值262013208515注：短路容量以100kVA为基准。电网谐波管理意义重大，工业发达国家极为重视。目前我国已开始对电网污染问题给予了较大的关注，以求保证电网谐波能在允许范围以内。如电网谐波不治理，将导致电气设备寿命缩短、网损增加、仪表指示不准、干扰通信线路，甚至引起继电保护和自动装置的误动或拒动。8-10电力系统中的电能质量和供电质量有哪些区别？供电质量与电能质量具有两个不同的概念，即供电质量不同于电能质量，不能混为一谈。供电质量包括供电可靠性和电能质量。电力系统中，在用户用电的时间内供电不中断的概率叫做供电可靠率。供电可靠性一般常由供电可靠率来衡量，其可由下式计算：8-11提高供电可靠性的措施有哪些？提高供电可靠性的措施主要有：（1） 采用可靠的发电、变电、输电和配电设备；（2） 加强电气设备的日常维护和管理；（3） 严格遵守各项规章制度，防止发生各种可能的误操作；（4） 采用可靠、安全与合理的主接线方案；（5） 努力提高电气线路的运行水平；（6） 系统中应具有足够的备用容量；（7） 制定合理的运行方式；（8） 采用迅速、可靠的继电保护和自动装置；（9） 开发利用电子计算机监控系统；（10） 认真做好计划检修和设备更新工作。8-12电力系统中的电压等级是如何界定的？目前我国对于电压等级的界定，在不同的规程中由于着眼点的不同而尚不一致。例如在1991年出版的电业安全工作规程中规定，电气设备对地电压在250V及以下者为低压；而电气设备对地电压在250V以上者为高压。按照安装规程的规定，传统的配电线路划分，电压在1kV以上者称为高压配电线路，电压在1kV及以下者称为低压配电线路。毋庸讳言，当时前一分类方法显然是针对人身安全界定的。也就是说对于380V的三相四线制系统，由于其相线对地电压为220V，对地电压在250V以下，应属于低压。而后一类分类方法一般是针对配电线路的，有的在安装、制造和设计中也采用这一界定方法。但是在IEC和新的国家标准中，安全电压确定为42V、36V、24、12V和6V。显然所谓对地电压在250V以下作为低压，在考虑人身安全的因素方面也是存在问题的。另外，随着电网容量的不断扩大以及电力技术的发展，原380/200V的电压等级存在着升压为660/380V的可能性，即前一类分类方法应予淘汰。而经济发达国家的低压电器的电压等级已经达到交流1250V。也就是说，从发展的角度出发，后一类分类方法，似亦欠妥。目前我国一般采用以下标准电压等级超高压：500KV高压：220kV、110KV和35KV（对于某些大城市正在逐步取消35kV电压等级）中压：10（20）KV低压：380V/220V（似应与国际接轨定为交流1250V）。8-13用电设备、发电机的额定电压与电力线路的额定电压有何关系？对于电力变压器一、二次绕组的额定电压有何规定？（1） 用电设备的额定电压应与电力线路的额定电压相同由于电力线路上存在着电压损失，所以造成电力线路始端与末端、甚至沿线路各点的电压均有所不同，如图1-1所示。然而电器的生产厂家是无法满足沿线各处用电设备的电压需求的，而只能按照线路的额定电压来制造。因此用电设备的额定电压必须与线路的额定电压相同。（2） 发电机的额定电压应高于线路额定电压5%对于电力线路的允许偏差一般为5%，也就是整个线路允许有10%的电压降。为了维持线路的平均电压在额定值，所以线路首端（即发电机的电压应较线路额定电压高5%），而线路末端的电压则可较线路的额定电压低5%。如图1-1所示。图1-1 用电设备和发电机的额定电压（自画图）（3） 电力变压器的一次绕组额定电压，有些情况下需要高于线路额定电压5%，有些情况下则需要低于额定电压5%。当变压器接在发电机的出口时，如图1-2所示的变压器1B，此时变压器一次线绕组额定电压应与发电机的额定电压相同，也就是高于同级线路额定电压5%；当变压器不和发电机相连，而是接在线路上时，如图1-2中所示的2B，这时可把它看作是线路的用电设备。因此其一次绕组额定电压应与线路额定电压相同。图1-2 电力变压器的额定电压（自画图）（4） 电力变压器的二次绕组额定电压，有些情况下高于线路额定电压10%，有些情况下又仅高于线路额定电压5%这是因为变压器二次绕组的额定电压，是其空载时的电压（一次绕组在额定电压下）。而变压器在满载时，它的线圈内有大约5%的阻抗电压降。因此，如变压器二次侧供电线路较长（如较大的高压电网），则变压器二次绕组的额定电压，一方面应考虑补偿变压器内部5%的阻抗电压降，另一方面还应考虑变压器满载时二次电压还要高于线路额定电压5%，以补偿线路上的压降，所以它应比线路额定电压高10%，如图1-2中的1B。当变压器二次侧供电线路不太长，（如为低压电网，或直接供电给用电设备），则变压器二次绕组的额定电压，只需高于线路额定电压的5%，仅考虑变压器内部压降，如图1-2中的2B。8-14电力负荷是如何分级的?对各级负荷的供电应符合哪些要求按照新的行标规定：电力负荷应根据供电可靠性及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。（1）一级负荷 中断供电将造成人身伤亡者；中断供电将造成重大政治影响者；中断供电将造成重大经济损失者；中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者；对于某些特等建筑，如重要的交通枢纽、重要的通信枢纽、国宾馆、国家级及承担重大国事活动的会堂、国家级大型体育中心以及经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等的一级负荷，在新的国家标准中称为特别重要负荷。中断供电将影响实时处理计算机及计算机网络正常工作或中断供电后将发生火灾以及严重中毒的一级负荷也为特别重要的负荷。（2）二级负荷 中断供电将造成较大政治影响者；中断供电将造成较大经济损失者；中断供电将造成公共场所秩序混乱者（3）三级负荷 不属于一级和二级的电力负荷。对于一级负荷的供电应符合以下要求：一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。一级负荷容量较大或有高压用电设备时，应采用两路高压电源；如负荷容量不大时，应优先采用从电力系统或临近单位取得第二低压电源，亦可采用应急发电机组；如一级负荷仅为照明或电话站负荷时，宜采用蓄电池组作为备用电源。对于特别重要的负荷除上述两个电源外，还必须增设应急电源。为了保证对特别重要负荷的供电，严禁将其它负荷接入应急供电系统。常用的应急电源：独立于正常电源的发电机组；供电网络中有效地独立于正常电源的专门馈电线路；蓄电池组。根据允许的中断时间可分别选择下列应急电源：静态交流不间断电源装置适用于允许毫秒级中断的供电场合；带有自动投入装置的独立于正常电源的专门馈电线路，适用于允许中断时间为1.5S以上的供电；快速自起动的柴油发电机组，适用于允许中断供电时间为15S以上的供电。对于二级负荷的供电应符合以下要求：二级负荷的供电系统应能做到当发生电力变压器故障或线路常见故障时不致中断供电（或中断后能迅速恢复）。在负荷较小或地区供电条件限制时，可由一回6kV及以上专用架空线供电。对于三级负荷对供电无特殊要求。8-15什么叫中性点直接接地系统？什么叫中性点不接地系统？什么叫中性点不直接接地系统？它们各有哪些特点？ 1中性点直接接地系统系指变压器或发电机的中性点直接通过金属导体与大地相连接的系统。它的特点有二： 当系统中发生一相接地故障时，非故障相与大地间的电压保持不变，仍为相电压；但故障相对地电压为零。因故障引起的过电压较低，所以该系统中电力设备的绝缘水平可以选择的低一些，从而使得基建投资较为节省。 当系统中发生一相接地故障时，接地短路电流流经故障点进入大地，通过大地经接地体再流向变压器的中性点，因为大地电阻很小，所以短路电流很大。因此，这种系统又叫大接地短路电流系统，也称做大电流接地系统。 由于这种系统的故障电流很大，对其附近的通讯线路和铁道信号线路将感应出高电位，并对通讯产生严重干扰。另外，还直接威胁到人身和通讯设备的安全。所以，在故障瞬间必须通过继电保护装置，用断路器将故障线路立即断开，迫使供电中断，从而导致供电可靠性大大降低。 2中性点不接地系统系指变压器或发电机的中性点都不与零电位的大地相连接的系统，该系统的特点也有两个： 当该系统中发生一相接地时，接地相的相电压降低，甚至为零（指通过金属接地时）。非接地相的相电压升高，甚至高到线电压值。另外，还有可能产生弧光接地过电压，其过电压的倍数较高。所以该系统对电力设备的绝缘水平要求较高。 当该系统中发生一相接地时，由于接地相与其它两相间并不直接构成回路，所以短路电流不大，因此将其称为小接地短路电流系统，也称为小电流接地系统。 由于该系统的接地电流仅仅是流经线路对地分布电容的电流，电流较小。所以接地时，三相的相间电压（即线电压）保持不变，系统可以短时间（规程规定不超过2小时）继续运行，因此其可靠性较高。但是要求设备有较高的绝缘水平，因而基建费用相应提高。 这里需要指出，中性点不接地系统中出现一相接地，不属于故障，而是异常运行状态。 3中性点非直接接地系统即经消弧线圈或经电阻接地的系统。当系统容量较大、线路较长、线路对地分布电容较大的场合，通常考虑将变压器或发电机的中性点采用经消弧线圈或电阻接地的方式。该系统虽然较中性点不接地系统的接地电流为大，但比中性点直接接地系统的故障电流却小得多。因此，这种系统也称为小接地短路电流系统。又称为小电流接地系统。 在我国电力系统中，中性点的运行方式根据电网电压的不同，传统上一般分为以下几种情况： 380V/220V三相四线制电网，其中性点是接地的； 610kV三相三线制电网，其中性点在我国传统上采用不接地方式。 但当系统中出现一相接地时，接地电流超过30A时，应采用经消弧线圈接地或经电阻接地的的方式。 3560kV三相三线制电网，其中性点常采用经消弧线圈接地，以提高供电的可靠性。若系统的单相接地电流大于10A及以下时，一般采用不接地的方式。 110KV154kV三相三线制电网，一般采用中性点直接接地方式。在雷电活动频繁的山地和杆型简单的电网中，当采用直接接地方式不能满足供电的安全要求时，也可采用经消弧线圈接地的方式。 220kV330KV三相三线制电网，应采用中性点直接接地方式。另外，配合采用分相自动重合闸装置，以提高供电的可靠性。 应该指出，380/220V三相四线制配电系统，可以供电给光、力合一的混合负载。在不增加变配电设备的情况下，能直接获得两种使用电压。另外，可以抑制零点漂移、限制相线对地电压。但此电压并非安全电压，运行人员仍需认真对待。 另外，在10kV电网中，有些国家就是采用中性点经低电阻接地的运行方式。随着我国电气事业的发展，10kV电网的日益增大，配电线路愈来愈长，对地电容电流数值有的已经超过30A（农村电网除外），最大的已高达150A甚至更大。由于有些城市电缆配电的比重逐渐加大，单相对地电容电流数值很大，因此，已开始采用中性点经低电阻接地的运行方式。这样，也为推广应用氧化锌避雷器创造了条件。根据北京地区的电网规划，市中心区及个别高新技术开发区的中压（10kV）配电网中性点接地方式均采用经小电阻接地方式，并应配备零序保护。其它地区采用经消弧线圈接地或不接地方式。8-16什么是工厂企业的电源系统和配电系统？总降压变电所、配电所和变电所的作用有哪些？一般应如何设置？工厂企业的供配电系统可分为两部分，即电源系统和配电系统。1） 电源系统（或称外部供电系统）是指由电源至工业企业总降压变电所的供电系统。它包括高压架空线路或电缆线路。2） 配电系统（或称为内部供电系统）是指由总降压变电所至各车间变电所及高压用电设备的配电系统。它包括厂区内的高压线路、车间变电所和高压用电设备等。总降压变电所在供配电系统中的作用是将35110kV的电源电压降到610kV的电压，然后分别送至各个车间变电所或其它610kV的高压用电设备。配电所的作用是靠近负荷中心处集中接受610kV电源供来的电能，重新分配至附近的各个车间变电所或其它610kV的高压用电设备。车间变电所的作用是将610kV的电源电压降低到380V/220V的使用电压，并送至车间内的各个低压设备。一个工厂企业是否需要设置总降压变电所，是由地区供电电源的电压等级和工厂企业负荷的大小以及负荷的分布情况来决定的。一般用电负荷大的大、中型工业企业应设置总降压变电所。在总降压变电所内一般设有12台主变压器，其容量自几千至几万千伏安，供电范围在几千米内。当地区供电电源电压的电压等级为610kV时，中、小型工厂企业一般设置总配电所或独立式变电所。如工业企业中车间变电所较多，或有三、四台以上的电力变压器或高压电动机时，宜选择其中一个车间变电所扩充为变配电所，所内设置一至两台电力变压器和高压配电装置。当工业企业中只有低压用电设备且配电变压器台数较少时，可仅设车间变电所。8-17总降压变电所的位置一般应符合哪些要求？总降压变电所的位置应符合下列要求：1） 应尽量接近负荷中心或网络中心；2） 进出线方便。高压架空进出线走廊的位置与变电所的位置应同时确定；3） 应充分考虑工厂企业的发展以及扩建的可能；4） 具有适宜的地质、水文、地形资料和足够的占地面积；5） 运输条件能满足要求，应便于大型电气设备的运输；6） 变电所的位置与其它建筑物应有足够的放火间距；7） 尽量避开腐蚀性气体和污秽地段等。8-18车间变电所的位置一般应符合哪些要求？变压器的容量应如何控制？车间变电所的位置应符合下列要求：1） 尽量靠近负荷中心；2） 进出线方便；3） 靠近电源侧；4） 运输方便并避免向相连的露天仓库开门；5） 变压器室的大门应尽量避免朝西开门设。将车间变电所尽量靠近负荷中心是供电设计的一项基本原则。这样可以节省有色金属并降低电能损耗。但是当车间的生产工艺经常变动时，将车间变电所靠近电源侧可能是更为有利。车间变电所的数量主要决定于负荷的大小、车间间的距离和经济效果。当车间负荷较小时，可考虑几个车间设立一个车间变电所；当车间负荷较大时，可考虑每个车间设立一个车间变电所。车间变电所一般安装容量不大于1000kVA的变压器，如用电设备的容量大、负荷集中、运行也合理时，可选用更大容量的变压器，但单台容量不宜超过1800kVA,以免短路电流过大。如符合下列条件宜选用两台变压器：1） 从供电的可靠性考虑，无条件采用低压联络线或采用低压联络线不经济时；2） 从供电的经济性考虑，因季节性或昼夜负荷变化较大，需要在低谷负荷时切除一台变压器，以减少变压器的电能损耗时；3） 从运行与检修的灵活性考虑，作为全厂性的车间变电所当容量超过1000kVA时，选用两台变压器较为有利。 通常在考虑变电所数量时，可以考虑几个不同的方案，并做技术经济比较以确定一个最为合理的方案。8-19对变配电所的总体布置有哪些要求？变配电所的总体布置应因地制宜，合理安排。可多个方案经过技术经济比较后确定。1） 应便于运行维护和检修。值班室应尽量靠近高低压配电室，且应有直通门；2） 应考虑运行的安全。变压器室的大门应避免朝向露天仓库。在炎热地区，变压器最好向北开门，应避免向西开门。变配电室的门应向外开。3） 应便于进出线。如为架空进线，则高压配电室宜位于进线侧。变压器低压出线一般采用汇流母线，因此户内变压器的安装位置应尽量靠近低压配电室；4） 低压电容柜可与低压配电柜并排安装在一起；5） 应适当考虑变配电所本身的发展余地。8-20变配电所的类型有哪些？其应用场合如何？工厂企业变电所分总降压变电所和车间变电所。中小型工厂企业一般仅设车间变电所，而不设总降压变电所。车间变电所按照变压器安装的位置来分，有以下类型：1） 车间附设变电所 变电所的一面或几面墙与车间的墙共用，变压器室的大门向车间外开。如按变压器室位于车间的墙内或墙外，还可以进一步分为内附式变电所和外附式变电所。2） 车间内变电所 变压器室位于车间内的单独房间内，变压器的大门向车间内开。3） 露天变电所 变压器装在户外露天的地面上。4） 独立变电所 整个变电所设在与车间建筑物有一定距离的单独建筑物内。5） 地下变电所 整个变电所设在地下设施内。6） 移动变电所 移动变电所多为临时向施工单位或重要负荷供电的一种供电形式。设备安装在列车、汽车上，一般容量不大、设备简单、使用灵活。7） 预装式变电站 将高压设备、变压器以及低压设备安装于单独的箱体单元内，运输到现场时，就地按照其功能单元进行连接，进行供电的一种方式。近年来应用很多。上述车间附设变电所、车间内变电所、独立变电所以及地下变电所，统称为户内变电所。而露天变电所、移动变电所和箱式变电站统称为户外变电所。另外，按照值班方式的不同还可分为有人值班变电所和无人值班变电所。无人值班变电所一般较为简单或自动化程度较高、可以通过远动装置进行遥控和遥调。在负荷大而集中、设备布置较为稳定的大型生产厂房内，可以考虑采用车间内变电所的形式。这种变电所一般应位于负荷中心，以降低电能损耗和有色金属消耗量，并能减少线路的电压损耗，电压质量较易得到保证。所以这种形式的变电所技术经济指标较好，但其建在车间内，需占有一定的工艺面积，因此对于工艺流程紧凑、生产面积紧张并需要经常调整工艺布局的情况下，不太适合。对于那些生产面积紧张、工艺流程紧凑且需要经常调整工艺布局的场合，宜采用附设式变电所。究竟采用内附式还是外附式，要依具体情况而定。内附式需要占用一定的工艺面积，但它离用电负荷中心较外附式近，从建筑艺术角度考虑，内附式一般较外附式好。然而外附式不占或少占工艺面积，而且变压器布置在车间墙外，比较安全。因此各有所长。露天变电所或半露天变电所的形式简单、经济，在中、小型用电单位较多采用，有些形式的安全可靠性较差，在靠近易燃、易爆的厂房和含有大量腐蚀性物质的场所不宜使用。独立变电所的形式，建筑费用较高，因此除非各车间的负荷较小且很分散，或在需要远离易燃、易爆和有腐蚀性气体的场所可以采用外，其它一般不宜采用。地下变电所由于全部设备安装于地下，因此散热条件较差、湿度较大、建造费用较高，但相当安全，且不碍观瞻。这种变电所在国外采用较多，目前国内应用逐渐增多。8-21什么是变配电所的一次单线系统图？应如何绘制？为了便于变配电所运行、维护与检修，保证电气设备安全、合理地运行，变配电所应具有符合现场实际情况的电气接线图。由于三相正弦交流电是对称的，所以可以采用单线系统图来代表三线图。在个别情况下，当采用单线不足以表达清楚不完全三相电气元件时，在局部采用三线图。在单线系统图中，主要表达一次设备的系统连接关系。单线系统图应按国家标准符号绘制，在图中应注明所有一次设备的型号、代号、主要技术参数和操作编号等。单线系统图一般画至各路出线的电缆终端头，特别对构成环路的各个电气设备，必须画在单线系统图中。8-22什么是变配电所的主接线？对主接线的要求有哪些？由变配电所主要一次设备所组成的变配电系统的电路，称为变配电所的主接线。它主要包括断路器、隔离开关、负荷开关、变压器、电流互感器、电压互感器、汇流母线、电力电缆以及供配电线路的连接方式。变配电所的主接线应满足以下要求：1） 电气主接线应满足用户和系统的要求，保证供电的可靠性和电能质量；2） 接线应尽可能的简单、运行应灵活，应能满足当前各种运行方式的需要，同时应为负荷的发展留有一定的裕度；3） 应操作简单方便、便于运行维护和检修，同时应具有足够的安全性；4） 在满足要求的前提下，必须经济合理，使电气装置的基建投资和年运行费用最低。8-23变配电所常用的主接线方式有哪几种？各有哪些特点？其适用范围如何？变配电所常用的主接线有单母线接线、双母线接线、桥式接线等。（1）单母线接线单母线接线又分为单母线不分段接线、用隔离开关分段的单母线接线、用断路器分段的单母线接线以及单母线加旁路母线四种。1）单母线不分段接线的特点是接线简单、电路清晰、操作方便、设备数量少、投资费用低廉。而可靠性较差，当母线、隔离开关检修或工作时，会造成大面积停电。这是一种简单的主接线方式，如图1-6所示。图8-1 单母线不分段接线（工厂供电新本P69）在这种主接线方式的每条引入线和引出线中均装有断路器和隔离开关。由断路器来切断负荷电流或故障电流。隔离开关有两种，靠近母线侧的称为母线隔离开关，用来隔离母线电源、检修断路器；而靠近负荷侧的称为线路隔离开关，用于防止在检修断路器时，发生反送电或雷电过电压沿线路侵入，以保证检修人员的安全。这种主接线方式适用于一般工厂企业及对用电可靠性要求不高、容量不大的变配电所。2） 单母线分段接线方式如图1-7所示图8-2 单母线分段接线（工厂供电新本P70）这种接线方式可以克服单母线不分段接线方式存在的可靠性差、灵活性差的缺点。它可以根据电源的数目、功率的大小以及电网的接线情况来确定。通常每段母线接一个或两个电源，引出线分别接到各段母线上，使各段母线上的负荷分配尽量的与电源的功率相平衡，以减少各段母线间的功率交换。它们可用于容量较大或可靠性要求较高的变配电所。单母线分段有用隔离开关分段的，也有用断路器分段的，其区别是：用隔离开关分段的单母线接线方式，在某段母线检修时可分段进行，在某段母线故障时，经过倒闸操作可将故障段切除，保证另段母线继续运行，所以提高了可靠性；而用断路器分段的单母线接线方式，分段断路器除具有隔离开关的作用外，在断路器上还可以装设继电保护装置，除能切断负荷电流和故障电流外，还可实现自动分、合闸。检修母线时，不会引起正常母线的停电，可直接操作分段断路器并拉开隔离开关进行，而其余段母线仍可继续运行。当母线发生故障时，分段断路器的保护装置动作，自动切除故障段母线，因此用断路器分段的单母线接线方式可以进一步提高供电的可靠性。3） 单母线加旁路母线的接线方式如图1-8所示。图8-3 单母线加旁路母线（大问号P51左图 ，应改图） 这种接线方式一般应用于进出线回路较多的变配电所，它的灵活性较好。但投资较高。当线路断路器故障或检修时，可以通过母线侧其它的断路器，由旁路隔离开关给用户供电。（1） 双母线接线 这种方式一般适用于电力系统中的枢纽变电站、总降压变电所和一类负荷的用户。其可靠性高、供电容量大、供电回路多的场所。它运行灵活性好，但投资高、操作步骤复杂、占地面积大，因此多用于35kV及以上的变电所中。（2） 桥式接线 对于具有二回电源进线、两台降压变压器终端式的工厂总降压变电所，可采用桥式接线。它的特点是有一条跨接的“桥”。这种接线要比单母线分段接线简化。根据跨接桥连接位置的不同又分为内桥接线（如图1-9所示）和外桥接线（如图1-10所示）。图8-4 内桥接线（工厂供电新本P73左） 图8-5 外桥接线（工厂供电新本P70右）内桥接线的跨接桥靠近变压器，桥断路器QF10安装在线路断路器的（QF1和QF2）之内，变压器回路仅安装隔离开关，不安装断路器。内桥接线可提高输电线路运行方式的灵活性。例如，在检修线路1时，断路器QF1断开，此时变压器TM1可由线路2经过横连桥继续受电，而不致停电。同理，当检修线路断路器QF1或QF2时，借助于横连桥的作用，两台变压器仍可持续供电。外桥接线的跨接桥靠近线路侧，桥断路器QF10安装在变压器断路器QF1、QF2的电源侧，进线侧仅安装隔离开关，而不装断路器。因此外桥接线对于变压器的操作是很方便的，而对于电源进线回路的操作不太方便。当电源线路2发生故障或检修时，必须断开QF2和QF10，经过倒闸操作拉开Q2，再合上QF2和QF10，才能恢复供电。8-24对变压器室的结构形式有哪些要求？变压器室的结构形式决定于变压器的形式、容量、布置方式、主接线方案以及方位等因素，同时应考虑运行维护的安全与方便。另外还要考虑发展，一般变压器室应具有更换大一级容量变压器的可能。为了确保油浸式变压器的安全运行以及防止失火时的事故蔓延。每台三相油浸式变压器应当安装在单独的一个房间内。但对于干式变压器则允许将几台变压器与配电装置同时布置在一个房间内。变压器的外壳应与变压器室四壁的距离不应小于表1-3的规定。表1-3 变压器外壳与变压器四壁的距离变压器容量/kVA40040010001000至侧壁和后壁距离/mm600600800至大门净距/mm6008001000变压器室的建筑应为一级耐火等级，其门窗应为放火门。变压器门的大小一般按变压器推进面的外壳尺寸另加0.5m考虑。变压器室的大门应向外开，室内只设通风窗，而不设采光窗。进风窗应设在变压器室门的下方，同时应有防止小动物的措施。变压器室出风窗应设在变压器室的上方，并应有防止雨雪和小动物进入的措施。变压器室通风窗的面积应根据变压器容量的大小、进风温度以及变压器中心标高至出风窗中心标高的距离相等。变压器室的布置方式，变压器的推进方向可分为窄面推进和宽面推进两种形式。变压器室的地坪按照变压器的通风要求可分为抬高地坪和不抬高地坪两种方式。当采用抬高地坪时，其抬高地坪部分的外墙处应设进风窗，此进风窗应有防止小动物进入的措施。一般变压器容量等于或大于800kVA时，应抬高地坪，而变压器在800kVA以下时可不抬高地坪。通常抬高地坪方式对变压器的散热有利，但建筑费用较高。8-25对高低压配电室的结构形式有哪些要求？高低压配电室的结构形式决定于开关柜的型式和数量，同时应留有必要的维护通道，以便于维护和检修。高低压配电室应留有适当的发展位置。高低压配电室建筑耐火等级不应低于二级。当开关柜的排列长度大于7m时应设两个门，配电室的门应向外开或双向开。高低压配电室应尽量满足自然采光和通风的要求。同时应考虑人工照明，以解决夜间照明和弥补自然采光的不足。另外还应设有事故时的排风、排烟措施。高低压配电室应设一定数量的事故照明。高低压配电室应留有足够的电缆出线通道。8-26什么是“”接线和“T”接线？一个变电所的电源引入，是根据用电设备的性质来决定所采用的接线方式的。通常采用的“”型接线和“T”型接线，就是针对电源的引入方式来说的。当然它并不是变电所的主接线。一般电网的基本构架都属于环形电网，对于35kV及以上的用户变电所，往往采用“”型接线，也就是把用户变电所参与到环路中。换句话来说，电力系统以双回线路给用户供电，将系统环路打开接入用户变电所的母线。这样，系统中的电流通过用户变电所的母线再流回系统。这种供电方式在电力调度的控制下，能够达到运行安全可靠、检修方便的目的。所谓“T”接的电源引入方式，一般由一路电源供电。它的特点是：用户变电所由电网中以单回线路引入，与系统构不成环路，而且电源的节点直接“T”接到电网上。这种方式一般是一种过渡形式，即所谓临时性供电。它接线简单、投资省、施工进度快。但其缺点是运行不可靠、检修不方便，一般用于对供电可靠性要求不高的场合。8-27什么是最大运行方式？什么是最小运行方式？所谓最大运行方式是指系统在这种运行方式下运行时，系统具有最小的短路阻抗，而一旦发生短路产生短路电流最大的一种运行方式。在校验开关电器的动、热稳定性时，通常是根据该种方式下的短路电流来进行的。所谓最小运行方式是指系统在这种运行方式下运行时，系统具有最大的短路阻抗，而一旦发生短路产生短路电流最小的一种运行方式。在校验继电保护装置的灵敏度时，通常是根据该种方式下的短路电流来进行的。8-28什么是电量？什么是负荷？电量是指电气设备所所需用电能量的多少，电量的单位是度（千瓦小时）或万度。电量又分为有功电量和无功电量，无功电量的单位也是度（千乏小时）或万度。所谓“负荷”是指电气设备（发电机、变压器和电动机等）和线路中通过的功率或电流（因当电压一定时，电流与功率成正比），而不是指它们的阻抗。例如，发电机、变压器的负荷是指它们输出的电功率（或电流），线路的负荷就是指通过导线的容量（或电流）。如果负荷达到了电气设备铭牌规定的数值（额定容量）就叫满负荷（或满载）。8-29什么是代表日负荷？每一个企业都有其用电的特点和规律。为了经济合理地用电，就应该按照其实际需要和供电的条件作出合理的用电计划，以作为企业管理的一项重要指标。所谓“代表日负荷”是指可以代表某个单位用电特点的某一天24小时（024时），各点实际使用的电力负荷。将电力负荷随时间变化的关系通过曲线表示出来就是负荷曲线。负荷曲线根据时间范围的不同可分为日负荷曲线（以小时为单位，时间范围是024时）、月负荷曲线（以日为单位，时间范围是130日或31日）、年负荷曲线（以月为单位，时间范围是112月）三种。8-30什么是最大负荷、平均负荷？什么是“高峰负荷”“低谷负荷”？电力负荷的大小是随着时间而变化的，从而在某一个时间段内就会出现一个最大值，一般称之为最大负荷。在024小时内出现的最大负荷称为日最大负荷。平均负荷是指在某一时间段内电力负荷的平均值。一般将在一昼夜内出现的最大负荷称为高峰负荷，而出现的最小负荷称为低谷负荷。由于各企业的行业特点不同，所以出现高峰负荷和低谷负荷的时间也不相同。然而对于整个电力系统来说还是有规律的。一般在春、冬两季的911时为早高峰，1416时为午高峰，而1719时为晚高峰。对于夏、秋季节早高峰提前出现，而晚高峰则推迟。但是夜间低谷时间基本上是08时。8-31什么是负荷率？所谓负荷率是指平均有功负荷与最大负荷的比值的百分数。如日负荷率就是用日平均负荷与全天中出现最大负荷那一点的比率来表示，即式中 日负荷率； 日平均有功负荷（kW）； 日最大有功负荷（kW）；负荷率是一个小于1的数，可以作为衡量平均负荷与最大负荷之间差异程度的一个系数。从经济运行角度出发，负荷率越接近于1就表明设备的利用程度越好，用电越经济。8-32什么是计算负荷？确定计算负荷有什么意义？“计算负荷”实际上是在进行负荷的计算后,以其为依据，按发热条件选择电气设备的一个假想负荷。计算负荷产生的热效应和实际变动负荷产生的热效应应相等。计算负荷的物理意义也可以这样解释：设有一根电阻为R的导体，在某一段时间内通过一变动负荷，其最高温升达到值，如果这根导体在相同时间内通以另一不变负荷，其最高温升也达到值，那么这个不变负荷就叫做变动负荷的计算负荷。在工厂企业的供电设计中，首先遇到的问题就是需用多少电，即负荷计算问题。由于工厂企业中的用电设备在运行中负荷是时大时小地变化着的，但不应超过其额定容量。此外，各台用电设备的最大负荷一般又不会在同一时间内出现，显然最大负荷总比各种用电设备的额定容量的总和要小。如果根据全部用电设备额定容量的总和作为计算负荷来选择导线截面积和开关电器、变压器等，则将造成设备和投资的浪费；反之，若负荷计算过小，则导线、开关电器、变压器等有过热的危险，造成线路和各种电气设备的绝缘老化、过早损坏。所以，电力负荷计算的目的是为了合理地选择导线、开关电器、变压器等元件，使电气设备和材料得到充分的利用和安全运行。负荷计算是工厂企业供电设计中重要的一环。要想准确的进行计算，却是很困难的。这也是有待解决的问题。目前采用的方法主要有：需要系数法、利用系数法、二项式法等，其中以需要系数法应用最为广泛。8-33为什么规定取30分钟的最大负荷作为计算负荷？由于一般中小截面积的导线，其发热时间常数（T）一般在10分钟以上，因此时间很短暂的尖峰负荷不是造成导线达到最高温度的主要矛盾，因为导线还来不及升高到其相应的温度之前，这个尖峰负荷就已经消失了。根据试验表明，上述导线达到稳定温升的时间越约为3T=3X10=30分钟，故只有持续时间在30分钟以上的负荷值，才有可能构成导体的最高温升。因此，我们把一年的日负荷曲线中峰值最大处在30分钟内的平均负荷值，称为计算负荷。为了使计算方法一致起见，对按温升选择的供电元件（如导线、开关电器