供电电压与电源的选择

广东工业大学自动化学院电力工程系 广东工业大学自动化学院电力工程系 五、变电所的主要电气设备（续） （ 3）三个单相电压互感器接成 Y0/Y0 形，如图 c所示。供电给要求线电压 的仪表和继电器；在小接地电流系统 中，供电给接相电压的绝缘监视电压 表，在这种接线方式中电压表应按线 电压选择。常用于三相三线和三相四 线制线路。 （ 4）三相三芯式的 Y/Y0接法， P29图 b所示，这种联结方式可用 来测量三相相间电压，也可接电度 表和功率表，但不能测量相对地电压 （ Why？）。 （ 5）三相五芯三绕组的 Y0/Y0/接法， P29图 c所示 广东工业大学自动化学院电力工程系 第四节 变电所的电气主接线 一、主接线图及要求： 表示电能由电源分配给用户的主要电路。 1、组成：由电力变压器、高压断路器、隔离开关、母线、电流互 感器及电压互感器等主要电气设备以及连接导线所组成，用 以接受和分配电能。 2、要求：安全、可靠、灵活、经济、扩展性。 3、分类：主接线图根据其作用的不同，有两种形式：系统式主接 线图和装置式主接线图。 按照电能输送和分配的顺序、用规定的电气符号和文字说明来表 示和安排其主要电气设备相互连接关系的主接线图为 系统式 主接线图。 这种图能全面系统地反映主接线中电力电能的传 输过程，即相对电气连接关系，但不能反映电路中各电气设 备和成套设备之间的相互排列位置即实际位置；它一般在运 行和教材中使用，如变配电所运行值班用的模拟电路盘上就 用它模拟演示供配电系统的运行状况，或用来分析、计算和 选择电气设备等。 广东工业大学自动化学院电力工程系 第四节 变电所的电气主接线（续） 装置式主接线图 是按照高、低压成套配电装置之间的相互连接 和排列位置绘制的主接线图。在装置式主接线图中，各成套 配电装置的内部设备和接线及各成套配电装置之间的相互连 接和排列位置一目了然，因此这种图多用作施工图，便于配 电装置的采购和安装施工。 T主变压器 QL负荷开关 F阀式避雷器 FU熔断器 QK低压刀开关 QF断路器 QKF刀熔开关 系统式主接线图 广东工业大学自动化学院电力工程系 第四节 变电所的电气主接线（续） 二、母线制 母线：从配电变压器或电源进线到各馈出线之间的电气主干线。 用以接受和分配电能。 母线制：变压器或电源进线与各馈线之间的连接方式。 分类：单母线制 、单母线分段和双母线制。 1、单母线：用于一回进线的情况。供电可靠性和灵活性都较低。 如下图中 a。这种接线适用于对供电可靠性和连续性要求不高 的中、小型三级负荷用户，或有备用电源的二级负荷用户。 2、单母线分段制： 适用于两回电源进线。 广东工业大学自动化学院电力工程系 广东工业大学自动化学院电力工程系 第四节 变电所的电气主接线（续） 2.双母线制：母线 B1为工作母线、 B2为备用母线， 每一进出线经一个断路器和 两个隔离开关接于双母线上 其中的两段母线可互为备用， 运行可靠性和灵活性都得到 很大提高，但开关设备的数 量大大增加，从而其投资较大。 因此双母线结线在中、小型变 配电所中很少采用，主要用于 负荷大且重要的枢纽变电站等 场所。 优、缺点：见教材 P31。 广东工业大学自动化学院电力工程系 第四节 变电所的电气主接线（续） 三、总降压变电所的主接线 两类：线路 变压器组；桥形接线。 1.线路 变压器组： 1）单回线 变压器组 适于二、三级负荷供电。 广东工业大学自动化学院电力工程系 第四节 变电所的电气主接线（续） 2）双回线 变压器组 单母线分段：适合一、二级负荷供电。 某一回线路 L或变压器 T任一元件发生故障，则该回路中另一元件 也不能投入工作。（元件不能得到充分利用） 广东工业大学自动化学院电力工程系 广东工业大学自动化学院电力工程系 第四节 变电所的电气主接线（续） 四、 10（ 6） KV配电所的主接线： 接受来自电源或总降压变压器的电能并分配给各馈出线用户。每 个配电所的馈出线不少于 4 5回。配以单母线或单母线分段制。 （ 1） 10（ 6） KV电源进线： a)图：用于需带负荷操作或继电保护 和自动装置有要求的情况。 b)图：用于专线供电，且继电保护 和自动装置无要求的情况。 （ 2） 10（ 6） KV馈出线： 广东工业大学自动化学院电力工程系 第四节 变电所的电气主接线（续） a) 图：适于负荷较大或需频繁操作的下一级配电所或高压用电设备配电 b)图：适于无倒送电可能的线路。 c) 图：适于电压互感器、所用变等容量 很小的设备，熔断器作为过流和短路 保护装置，隔离开关兼作正常操作开关。 d) 图：适于小容量线路和设备，当满足 保护和操作要求时，可用带熔断器的负 荷开关代替断路器。 广东工业大学自动化学院电力工程系 第四节 变电所的电气主接线（续） 五、 10（ 6） KV变电所的主接线 1.当 10（ 6） KV变电所为电缆供电时： a) 图：变压器的操作和保护在总降压变 电所或总配电所馈出线处实现。 b) 图：适于操作容量小于 630KVA的空载变压器 c)图 : 适于操作容量大于 630KVA的空载变压器 2.当 10（ 6） KV变电所为架空线供电时： a) 、 b)图：适于变压器容量小于 630KVA变电所 。 c)图 : 适于变压器容量较大的变电所。 广东工业大学自动化学院电力工程系 第四节 变电所的电气主接线（续） 3. 10（ 6） KV变电所低压馈出线接线方式： 比较灵活，但应满足安全隔离、短路 及过流保护。 a)、 b) 、 c)图：适于对非频繁操作的线 路、动力设备和照明配电箱配电。 d)、 e) 、 f)图：适于对由交流接触器操 作的电动机、要求频繁操作的的用电设 备等配电。 六、变电所主接线的绘制 广东工业大学自动化学院电力工程系 第六节 高低压配电网 一、配电网的接线方式：用户供电系统的配电网主要是 10（ 6） kV高压配电网和 380V低压配电网。配电网常用的接线方式有放射式、树干式和环形三种。 放射式 放射式接线是指电能在高压母线汇集后向各高压配电线路输送，每个配电回路直 接向一个用户供电，沿线不分接其它负荷。（配电线路常采用电缆） 如图（ a）所示为单回路放射式接线。 优点是接线清晰，操作维护方便各供电线 路互不影响，供电可靠性较高，还便于装设自动装置，保护装置也简单，但 高压开关设备用的较多，投资高，而且某一线路发生障或需检修时，该线路 供电的全部负荷都要停电。因此单回路放射式接线只能用于二、三级负荷或 容量较大的专用设备。 广东工业大学自动化学院电力工程系 第六节 高低压配电网（续） 对二级负荷供电时，为提高供电的可靠性，可根据具体情况增 加公共备用线路， 如图 b所示，是采用公共备用干线的放射 式接线。 该接线的供电可靠性得到提高，但开关设备的数量 和导线材料的消耗量也有所增加，一般用于供电给二级负荷。 如果备用干线采用独立电源供电且分支较少，则可用于一级 负荷。 广东工业大学自动化学院电力工程系 第六节 高低压配电网（续） 图 c为双回路放射式接线。 该接线方式采用两路电源进线，然后经分段母线用 双回路对用户进行交叉供电。其供电可靠性高，可供电给一、二级的重要负 荷，但投资相对较大。 图 d所示为采用低压联络线路作备用干线的放射式接线。 该方式比较经济、灵活，除了可提高供电可靠性以外， 还可实现变压器的经济运行。 广东工业大学自动化学院电力工程系 第六节 高低压配电网（续） 树干式接线 树干式接线是指由变配电所高压母线上引出的每路配电干线上均沿线连接了 （ T接了）数个负荷点的接线方式。 图 a为单回路树干式接线。 该接线方式较之单回路放射式，变配电所的出线大 大减少，高压开关柜数量也相应减少，同时可节约有色金属的消耗量。但 因多个用户采用一条公用干线供电，各用户之间互相影响，当某条干线发 生故障或需检修时，将引起干线上的全部用户停电，所以供电可靠性差。 且不容易实现自动化控制。一般用于对三级负荷配电，而且干线上连接的 变压器不得超过 5台，总容量不应大于 3000kVA。这种接线在城镇街道应 用较多。 为提高供电可靠性，可采用 如图 b所示的单侧供电的双回路树干式接线方 式。 该接线方式可供电给二、三级负荷，但投资也相应有所增加。 广东工业大学自动化学院电力工程系 第六节 高低压配电网（续） 图 c为两端供电的单回路树干式接线。 若一侧干线 发生故障，可采用另一侧干线供电，因此供电可靠 性也较高，和单侧供电的双回路树干式相当。正常 运行时，由一侧供电或在线路的负荷分界处断开， 发生故障时要手动切换，但寻查故障时也需中断 供电。所以，只可用于对二、三级负荷供电。 图 d是两端供电的双回路树干式接线。 它的供电可 靠性比单侧供电的双回路树干式有所提高，主要 用于对二级负荷供电；当供电电源足够可靠时， 亦可用于一级负荷。而且其投资不比单侧供电 的双回路树干式增加很多，关键是要有双电源 供电的条件。 广东工业大学自动化学院电力工程系 第六节 高低压配电网（续） 环形接线 高压环形接线实际上是将两条树干式配电线 路在末端用开关连接起来就构成了环形接线。 如右图所示，这种接线运行灵活，供电可靠性 高。线路检修时可切换电源；故障时可切除故 障线段，缩短停电时间。可供二、三级负荷， 在现代化城市电网中应用较广泛。 由于闭环运行时继电保护整定较复杂，同时也为 避免环形线路上发生故障时影响整个电网，因此， 为了限制系统短路容量，简化继电保护，大多数环形线路 采用“开环”运行方式，即环形线路中有一处开关是断开的。通常采用以负荷开 关为主开关的高压环网柜作为配电设备。 开环点选择：正常配电时，开环点的电压差为最小。 广东工业大学自动化学院电力工程系 低压配电系统设计 低压配电系统设计的基本原则： 见教材 P44 低压配电方式： 放射式、树干式、混合式、链式。 1.放射式：适用于容量大、负荷性质重要或环境恶劣的车间用电设备。 2.树干式：无需在变电所低压侧设置配电盘，结构简单，减少电气设备需要量 但极少单独使用。适用于正常环境下大部分设备容量小又无特殊要求时。 3.树干式 放射式（混合式）： 4.链式：适用于距供电点较远、彼此相距又很近、容量又 很小的次要用电设备。 广东工业大学自动化学院电力工程系 二、配电网的结构 电网的结构： 普通的两种户外结构为架空线和电缆。 1 .架空线与电缆的特点比较。见 P45 2. 架空线按供电电压和用户的重要程度分为三级。（ 、 、 级）表 2-7 3.为保证在运行中有足够的机械力，导线截面不应太小，并规定了不同等级 线路和不同材料的导线的最小截面。（见表 2 8） （线路通过居民区，跨越铁路、公路时还应适当放大，铜、铝线截面分别为 16、 35mm2) 4 .架空线为加强铝线的机械强度多采用多股线或绞线。根据 AL与 AG的比例不 同，分为三种类型： LG普通型钢芯铝绞线 LGJ加强型钢芯铝绞线（铝芯为 7根） LGQ轻型钢芯铝绞线（铝芯为 24根） 0.8 5.40.4 3.57.8 G L G L G L A A A A A A 广东工业大学自动化学院电力工程系 二、配电网的结构（续） 5.电缆的敷设方式：敷设方法对散热又很大影响，会影响到它的载流能力，实际载流 能力根据敷设方式乘以必要的修正系数。 户外的敷设方式：直接埋地、敷设在混疑土管中、电缆沟中、隧道中（电缆数量 30 根时） 车间内敷设方式：沿墙、沿梁、电缆穿管埋地、汇线桥架。 三、供电线路的电阻和电抗 1.电阻： R的取值，应考虑到如下因素： 1）电路中的集肤效应和近距效应。 2）绞线中的实际长度要较导线长度大 2% 3% 3) 线路的实际截面略小于标称截面。 4）环境温度（标准为 200C）改变，电阻率的大小也要改变。 T： 18.7; L:31.7 lrR Ar 0 0 广东工业大学自动化学院电力工程系 三、供电线路的电阻和电抗（续） 2.电抗： 电抗与导线几何尺寸、三相导线排列方式及相间距离有关。 导线单位长度电抗： 三相导线间几何平均距离 相对磁导率 外半径 对有色金属 则 导线电抗为 注意： 1）当导线排列不对称时，则三相中各相导线电抗实际数值不等，导致各相电压 降不等，为消除此现象，架空线各相应换位。 2）在三相电缆中，由于相间距离小，其电抗值远比架空线小。 3）导线电阻随截面增大而显著降低，但其电抗随导线截面积的变化并不显著。 架空线路单位电抗 电缆可取 4 0 10)5.0lg6.4(2 r Dfx av avD r 1 016.0lg144.00 rDx av lxX 0 kmx /4.035.00 kmx /08.00 广东工业大学自动化学院电力工程系 四、 导线截面的选择 应从如下几方面考虑：机械过载能力 、导线最高允许工作温度、 经济电流密度、线路电压损失。 1.按发热条件选择导线截面 当在实际工程设计中，通常用导线和电缆的允许载流量 不小于 通过相线的计算电流 来校验其发热条件，即 周围介质温度按下述条件确定： （ 1）空气温度 按最热月份下午 1点的平均温度确定。 （ 2）地下温度 按 0.8m深处的土壤月平均最高温度考虑，若 电缆穿管按空气温度考虑。 当实际介质温度与导线允许载流量所规定的基准温度不同时， 则导线的允许载流量应予以修正 。 cal II 广东工业大学自动化学院电力工程系 四、 导线截面的选择（续） 其计算公式为： 实际介质温度 下导线允许通过的电流。 表中所列基准介质温度 下导线允许通过的电流； 实际介质温度 导线允许最高温度 2.按经济电流密度选择导线截面（适用于电能损耗量大的工厂电源进线和电弧 炉的短网等截面的计算） 建设电网，从经济上分为：初投资 +年运行费用 初投资费应包括： 1）线路的设计勘探、杆塔、绝缘子、开关设备等与截面无关的费用（ Z0）。 2）与导线截面有关的费用，截面越大则投资费用越大。 投资费 线路造价与导线截面间的关系系数； 导线截面（ mm2); 线路长度（ km) lbAZZ 0 alal II 12 12 alI 1 alI 1 2 1 b A l 广东工业大学自动化学院电力工程系 四、 导线截面的选择（续） 电网的年运行费用 F应包括： 1）为更新设备，每年需提取的设备折旧费 （元 /年） 2）网路的维护管理费 （元 /年） 3）管理费 （元 /年） 以上三项用初投资的百分数来衡量： 反映以上三项费用的系数，可在手册中查出。 4）电网中年电能损耗费 （设计阶段） 电价（元 /kw.h) 经济电流密度是根据年运行费最少的方法求得。年运行费与导线截面的关系为 令 则经济电流截面 式中 zF xF gF lbAZaFFFF gxzl )(100 0 sF AlIRIF s 2m a x32m a x 3103 A lIlbAZaFFF sl 2m a x0 3)(100 0dAdF 3 10 abJ n n Jn J IA max a 广东工业大学自动化学院电力工程系 四、 导线截面的选择（续） 3.按电压损失要求选择导线截面（适用于输电距离长或负荷电流较大的线路） 为保证电压质量，导线上的电压损失通常不超过 5% 设线路允许电压损失为 ，则由式（ 3-3）得 由于导线截面对导线电抗影响不大，对架空线可初取 对电缆可初取 因此由上式求出 于是可求出满足电压损失要求的导线截面 A： 根据上式所得 A值选出导线标称截面后，再根据线路布置情况得出实际 r0和 x0代 入上式进行校验。（查表） 若导线截面按电压损失来选择，则还必须按发热条件进行校验 。 %)()( 2 00 al N U U lxQlrP %alU kmx /4.00 kmx /08.00 )%(1 020 lQxUU pl r alN 0r A 广东工业大学自动化学院电力工程系 第七节 用户供电系统的电能损耗与节约 一、电能节约的途径 电能消费的形式：电能损耗（变压器、线路的损耗）、 电能消耗（转化为其它形式的能量、发热等浪费）。 节电的途径： 1、降低供电系统的电能损耗，提高供电效率。 2、降低生产中的电能消耗，提高电能的生产利用率。 二、供电系统中的电能损耗与节约 1、变压器的电能损耗与经济运行 （ 1）变压器的功率损耗：见 P52，式 2-52、 2-53 （ 2）变压器的电能损耗：见 P53，式 2-56 （ 3）变压器的经济运行：首先应选择低能耗高效变压 器，然后再考虑变压器的经济运行方式。 广东工业大学自动化学院电力工程系 （ 3）变压器的经济运行 (续 ) 经济运行条件：传输单位 kVA所消耗的 有功功率损 耗归算值最小 。为此可求得经济负荷率 KL.e，通常， 变压器的经济负荷率约在 70%左右。 多台并联运行的变压器在负荷相同的条件下，变压 器总有功损耗归算值最小的运行方式称为经济运行。 两台等容量同参数的变压器，在单台和两台并列运 行方式下，变压器的损耗随负荷的变化曲线如图 2- 47，两曲线的交点为单台与两台并列运行方式相互 切换的临界容量。 其它经济运行的条件：变压器运行效率最高或年有 功和无功电能综合效率最高。 广东工业大学自动化学院电力工程系 2、线路的电能损耗与经济运行 （ 1）线路的电能损耗 （ 2）线路的经济运行： P54，四点 3、供电系统的节电措施 当变压器和线路确定后，电能损耗还与负荷的变化情况及负荷 功率因数有关。 从上式和式 2-60、 2-56可以看出： Tmax和功率因数越高，则 计算负荷越小，变压器和线路中的电能损耗就越小，所以， 通过负荷调配来平稳负荷和装设电容器来补偿无功是供电系 统节电的两个重要措施。 (1)供电系统负荷的经济调配 (2)供电系统的无功功率补偿 32 103 RIW Cl c o sc o s m a xT WPS nc c 广东工业大学自动化学院电力工程系 三、用电系统中的电能节约 用电系统中的电能节约：用电设备的合理选择和经济运行。 包括：电力拖动设备节电、电热设备节电、整流设备节电、 照明节电等。 1、电动机节电 （ 1）采用高效电动机； （ 2）大力推广交流电动机变频调速技术； （ 3）提高电动机的负载率。 2、照明节电：可从四个方面综合考虑。 用电系统电能节约的主要途径： P57 广东工业大学自动化学院电力工程系 第八节 供电系统的方案比较 1.影响供电设计方案的因素：供配电电压的高低、距离电源的远 近、负荷的大小和配置、可靠性和备用电源要求；运行方式及 其灵活性、大型用电设备及其工作情况；检修维护要求等。 2.方案的比较需从技术、经济两方面出发（定性、定量比较） 1）技术指标：供电可靠性、电能质量；运行和维护的方便及灵活 程度；自动化程度；建筑设施的寿命；占地面积；新型设备的 利用等。 2）经济指标：投资费、年运行费用。 3.技术比较时，无论确定哪种方案都必须在可靠性、电能质量、 生产效果、安全等方面达到相同的基本要求。 4.经济比较：往往是投资费与运行费用不成正比规律，此时可用 广东工业大学自动化学院电力工程系 第八节 供电系统的方案比较（续） 1）采用回收期 T来决定方案的优劣 T：反映了用年运行费用的减少量去补偿初投资费用的增加量所需 的年限。 当 时，则应采用投资费较低的方案。（ Te为标准回收期） 2）采用年计算投资最小的方法： 方案比较时，经济分析应与系统负荷预测、电力电量平衡、电源 安排、电网规划、供电可靠性等技术工作配合进行。 提高供电可靠性，往往是供电系统的一项重要工作。 21 12 FF ZZT eTT m in1. FZTZ e ac