用户供电系统课件

内容提要：内容提要：本章介绍了用户供电系统的电力负荷与负荷计算，介绍本章介绍了用户供电系统的电力负荷与负荷计算，介绍了供电电压以及电源的选择，还介绍了配电系统的设计，最后简单了供电电压以及电源的选择，还介绍了配电系统的设计，最后简单介绍了供电系统的电能节约与电能质量控制。介绍了供电系统的电能节约与电能质量控制。第2章 用户供电系统用户供电系统第2章 用户供电系统第一节第一节 电力负荷与负荷计算电力负荷与负荷计算第二节第二节 供电电压与电源的选择供电电压与电源的选择第三节第三节 用户变电所用户变电所第四节第四节 变电所的电气主接线变电所的电气主接线第五节第五节 变电所的二次接线变电所的二次接线 第六节第六节 高低压配电网高低压配电网第七节第七节 用户供电系统的电能损耗与节约用户供电系统的电能损耗与节约第八节第八节 供电系统的方案比较供电系统的方案比较用户供电系统第一节第一节 电力负荷与负荷计算电力负荷与负荷计算 用户供电系统一、关于负荷的基本概念一、关于负荷的基本概念 a)a)连续运行工作制连续运行工作制 b)b)短期运行工作制短期运行工作制 c)c)断续周期工作制断续周期工作制1.1.设备安装容量设备安装容量设备安装容量设备安装容量PN（亦称设备功率）是指连续工作的用电设备铭牌上的标（亦称设备功率）是指连续工作的用电设备铭牌上的标称功率称功率PE。但是，用电设备往往因工作性质不同而具有不同的运行工作制，。但是，用电设备往往因工作性质不同而具有不同的运行工作制，这时，从供电安全和经济性两方面来考虑，应按设备铭牌功率予以折算。这时，从供电安全和经济性两方面来考虑，应按设备铭牌功率予以折算。用户供电系统连续运行工作制连续运行工作制短期运行工作制短期运行工作制断续周期工作制断续周期工作制能长期连续运行，每次连续工作时间超过能长期连续运行，每次连续工作时间超过8 8小时，小时，运行时负荷比较稳定。在计算其设备容量时，运行时负荷比较稳定。在计算其设备容量时，直接查取其铭牌上的额定容量。直接查取其铭牌上的额定容量。这类设备的工作时间较短，停歇时间较长。在这类设备的工作时间较短，停歇时间较长。在计算其设备容量时，直接查取其铭牌上的额定计算其设备容量时，直接查取其铭牌上的额定容量。容量。这类设备的工作呈周期性，时而工作时而停歇，这类设备的工作呈周期性，时而工作时而停歇，如此反复，且工作时间与停歇时间有一定比例。如此反复，且工作时间与停歇时间有一定比例。用户供电系统2.2.负荷与负荷曲线负荷与负荷曲线电力负荷是指单台用电设备或一组用电设备从电源取用的电功率，包括有功功率、无功功率和视在功率。在生产过程中，由于生产过程的变化或用电设备使用上的随机性，实际负荷都是随着时间而变化的。电力负荷随时间变化的曲线称为负荷曲线。图图2-1 日负荷曲线与年负荷曲线日负荷曲线与年负荷曲线a)日有功负荷曲线日有功负荷曲线b)年有功负荷曲线年有功负荷曲线用户供电系统3.3.平均负荷、最大负荷、有效负荷与计算负荷平均负荷、最大负荷、有效负荷与计算负荷（1）平均负荷Pav 平均负荷是指电力负荷在一段时间内的平均值。电力用户的年平均负荷Pav可由年电能消耗量与年工作时间之比来计算：（2）最大负荷Pmax 最大负荷是指一年中典型日负荷曲线（全年至少出现3次的最大负荷工作班内的负荷曲线）中的最大负荷，即30min内消耗电能最大时的平均负荷，记作Pmax或P30。（3）有效负荷Pe 有效负荷是指由典型工作班负荷曲线（工作班时间为T）按下式计算所得的有效值：用户供电系统（4）计算负荷Pc 电力用户的实际负荷并不等于用户中所有用电设备额定功率之和，这是因为：1）并非所有设备都同时投入工作。2）并非所有设备都能工作于额定状态。3）并非所有设备的功率因数都相同。4）还应考虑用电设备的效率与配电设备的功率损耗。因此，在用户供电系统设计中，必须首先找出这些用电设备的等效负荷。所谓等效是指用电设备在实际运行中对配电设备所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等，或实际负荷产生的最大温升与等效负荷产生的温升相等。从等效的含义上讲，前述“半小时最大平均负荷”就是等效负荷。等效负荷可以作为供电系统设计和电气设备选择的依据。在供电系统设计中，将等效负荷称为计算负荷Pc。用户供电系统4.4.负荷系数、利用系数、需要系数与形状系数负荷系数、利用系数、需要系数与形状系数（1）负荷系数负荷系数是指平均负荷与最大负荷之比，它反映了负荷的平稳程度。负荷系数常分为有功负荷系数和无功负荷系数：（2）利用系数 利用系数是针对用电设备组而言的。利用系数Kx定义为用电设备组在最大负荷工作班内消耗的平均负荷Pav与该设备组的总安装容量PN之比，即 用户供电系统（3）需要系数 需要系数也是针对用电设备组而言的。需要系数Kd定义为用电设备组的最大负荷Pmax（或P30）与该设备组的总安装容量PN之比，即（4）形状系数 形状系数也是针对用电设备组或用户整体而言的。形状系数Kz定义为有效负荷Pe与平均负荷Pav之比，即 用户供电系统5.5.年最大负荷利用小时数年最大负荷利用小时数TmaxTmax年最大负荷利用小时数Tmax是这样一个假想时间：电力负荷按照最大负荷Pmax持续运行Tmax时间所消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能Wa。如图2-2所示,年最大负荷Pmax延伸到Tmax的横线与两坐标轴所包围的矩形面积，恰好等于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积，即全年实际消耗的电能Wa，因此年最大负荷利用小时数为用户供电系统二、负荷的估算二、负荷的估算 1.单位产品耗电量法单位产品耗电量法 若已知某企业的产品和产量，查表可得该产品的单位产品耗电量和该类工厂的年最大负荷利用小时数Tmax，进而按下式求出企业年电能需要量Wa和计算负荷Pc。2.负荷密度法负荷密度法已知建筑面积A(m2)，并查表得到同类建筑的负荷密度指标(W/m2)，则计算负荷Pc可按下式求得：用户供电系统3.形状系数法形状系数法1）将用电设备分组，求出各用电设备组的总安装容量.2）查出各用电设备组的利用系数及对应的功率因数，计算平均负荷：3）根据负荷的平稳程度，适当选择形状系数Kz的值（一般情况下可取Kz=1.15），按下式估计计算负荷：用户供电系统三、负荷的计算三、负荷的计算 考虑到设备可能在额定工况下运行，单台用电设备的计算负荷就取设备的安装容量。考虑到电动机的运行效率，单台电动机的计算负荷Pc.M应按下式计算：1单台用电设备的计算负荷单台用电设备的计算负荷用户供电系统当计算配电干线（譬如，第j条）上的计算负荷时，首先将用电设备分组，求出各组用电设备的总安装容量PN.i，然后查表得到各组用电设备的需要系数kd.i及对应的功率因数cosi和功率因数正切值tani，则对于设备台数为3台及以下的用电设备组，其计算负荷应取各设备功率之和；4台用电设备的计算负荷宜取设备功率之和乘以0.9的系数。2用电设备组的计算负荷用电设备组的计算负荷用户供电系统车间或全厂的负荷计算以车间内用电设备组或配电干线的计算负荷为基础，从负荷端逐级向电源端计算，而且需要在各级配电点乘以同期系数K，即3车间或全厂的计算负荷车间或全厂的计算负荷求出变压器低压侧总计算负荷后，变压器高压侧的计算负荷等于低压侧计算负荷与变压器功率损耗之和。在初步设计时，变压器的功率损耗可按下式近似估算用户供电系统4单相用电设备计算负荷的确定单相用电设备计算负荷的确定当单相用电设备的总容量小于三相设备总容量的15时，不论单相设备如何分配，均可直接按三相平衡负荷计算；若单相用电设备的总容量大于三相用电设备总容量的15时，则需将其换算成三相等效负荷后，再参与负荷计算。单相用电设备换算为三相等效设备容量的方法如下：1）单相设备接于相电压时，将三相线路中单相用电设备容量最大的一相乘以3作为三相等效设备容量。2）单相设备接于同一线电压时应取其容量的根号3倍为其等效三相负荷。2）单相设备接于不同线电压时，首先应将接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容量，然后再分相计算各相的设备容量，取最大负荷相的设备容量的3倍来作为等效的三相负荷容量。接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容量时，换算公式如下：用户供电系统1工厂的功率因数分类和计算 瞬时功率因数瞬时功率因数平均功率因数平均功率因数最大负荷时功率因数最大负荷时功率因数自然功率因数自然功率因数总功率因数总功率因数指运行中的工厂供用电系指运行中的工厂供用电系统在某一时刻的功率因数值统在某一时刻的功率因数值 P 功率表测出的三相有功功率读数；U电压表测出的线电压读数；I 电流表测出的线电流读数。指某一规定时间段内指某一规定时间段内功率因数的平均值功率因数的平均值 指配电系统运行在年最大负荷时指配电系统运行在年最大负荷时（计算负荷）的功率因数（计算负荷）的功率因数 WP有功电度表读数；Wq无功电度表读数。P30工厂的有功计算负荷；S30工厂的视在计算负荷。指用电设备或工厂在没有安指用电设备或工厂在没有安装人工补偿装置时的功率因数装人工补偿装置时的功率因数 指用电设备或工厂设置了人工指用电设备或工厂设置了人工补偿后的功率因数补偿后的功率因数 四、功率因数及其提高四、功率因数及其提高 用户供电系统2功率因数的提高 人工补偿无功功率人工补偿无功功率提高自然功率因数提高自然功率因数提高功率因数提高功率因数 高压高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调压装置的电力用户，供电的工业用户和高压供电装有带负荷调压装置的电力用户，功率因数应达到功率因数应达到0.90.9以上，以上，其他用户其他用户功率因数应在功率因数应在0.850.85以上。以上。无功补偿应本着就近平衡的原则。按补偿电容的安装位置分为就地补无功补偿应本着就近平衡的原则。按补偿电容的安装位置分为就地补偿和集中补偿。见偿和集中补偿。见P16,P16,图图2-32-3 用户供电系统3补偿容量和补偿后计算负荷的计算（1 1）补偿容量的计算）补偿容量的计算 (2)(2)补偿后计算负荷的计算补偿后计算负荷的计算 确定电容器的个数确定电容器的个数 补偿后总的无功计算负荷为补偿后总的无功计算负荷为 补偿后的视在计算负荷为补偿后的视在计算负荷为 用户供电系统五、供电系统负荷计算示例五、供电系统负荷计算示例 某用户供电系统结构和负荷数据如图2-4所示，按照需要系数法，各级负荷计算如下。例例图2-4 负荷计算示例图用户供电系统解解(1)通风机通风机：PN=29kW，查表得Kd0.85和tan=0.75，于是（2）高频加热设备高频加热设备：PN=80kW，查表得Kd=0.6和tan=1.02，于是（3）机加工车间冷加工机床：PN=50kW，查表得Kd=0.16和tan=1.73；热加工机床：PN=92kW，查表得Kd=0.25和tan=1.33；于是1.用电设备组的负荷计算用户供电系统（4）点焊机点焊机：PN=90kW，查表得Kd=0.35和tan=1.33，于是取1变电所各组负荷的同期系数为：K=0.90，于是2.1变电所低压侧计算负荷用户供电系统采用电容器分组自动投切的低压集中补偿方式，设补偿后功率因数为cos=0.93，则补偿后变压器低压侧计算负荷为108kW+j30kvar，Sc=112kVA。1变电所变压器损耗按下式估算：1变电所高压侧计算负荷为：3.低压集中补偿容量的计算4.变电所高压侧计算负荷用户供电系统取全厂负荷的同期系数为：K=0.90，于是5.全厂总计算负荷用户供电系统第二节第二节 供电电压与电源的选择供电电压与电源的选择 用户供电系统一、线路电压损失一、线路电压损失由于线路存在阻抗，当输送一定负荷时，线路首末端将存在电压之差。图2-5 电压损失计算示意图a)电路图b)相量图见P19分析用户供电系统二、电压与负荷容量和输送距离的关系二、电压与负荷容量和输送距离的关系由于受导线截面的限制和线路电压损失的要求，每一标称电压下线路的输电能力是有限的。1)通常用户供电系统所用的导线最大标称截面为240mm2，其承载电流的能力限制了某一电压下输送功率的大小。对截面为A的导线，设在满足经济性条件下其可承载的最大电流为Imax，则其可输送的最大功率为2)按线路电压损失要求(一般不应大于5)，在额定电压UN下，对某一截面导线的负荷矩限制如下：负荷距：输送功率与输送距离的乘积。决定线路上的电压损失见P20 分析计算用户供电系统三、电压的选择三、电压的选择用户供电系统的电压等级应符合电力系统的额定电压。由于用户负荷相对较小、供电距离较短，故从安全和经济的角度考虑，用户供电系统的电压等级一般在35kV及以下1供电电压的选择供电电压的选择供电电压的选择应根据用电容量和供电距离参照表2-6并考虑当地电网现状、用户的用电负荷性质及未来发展规划等因素综合而定。一般用户的供电电压为610kV，大中型工业企业的供电电压可为35kV。对于个别电力用户，当用电负荷很大、输电距离长且有大功率冲击性负荷(如电弧炼钢炉、轧钢设备及大型整流装置等)时，在技术经济合理的条件下，可考虑采用更高一级电压供电。用户供电系统2高压配电电压的选择高压配电电压的选择用户供电系统的高压配电电压一般采用610kV。由于10kV技术经济指标好，如供电系统能耗和有色金属耗量均较小，因而高压配电电压应首选10kV。当用户有多台6kV用电设备、且容量较大、在技术经济上合理时，才采用6kV。当用户有少量3kV电动机时，可用10(6)3kV专用变压器供电。3低压配电电压的选择低压配电电压的选择 1000V以下的电压，除非因为安全所规定的特殊电压外，对于供给用户直接使用的交流动力及照明电压，我国是380220V。对于矿山和油田等特殊场合，由于负荷分散，供电距离长，为了保证电压质量，动力用电可采用660380V或1140/660V。用户供电系统四、电源的选择四、电源的选择由于生产性质或使用场合的不同，不同用户或同一用户内的不同设备对供电可靠性的要求是不同的。可靠性即根据用电负荷的性质和突然中断其供电在政治或经济上造成损失或影响的程度对用电设备提出的不允许中断供电的要求。供电电源首先应满足用电负荷的特定要求。1负荷等级负荷等级按照用电负荷对供电可靠性的要求，即中断供电对人身生命、生产安全造成的危害及对经济影响的程度，用电负荷分为下列三级：(1)一级负荷（关键负荷）突然停电将关乎人身生命安全，或在经济上造成重大损失，或在政治上造成重大不良影响者。(2)二级负荷（重要负荷）突然停电将在经济上造成较大损失，或在政治上造成不良影响者。(3)三级负荷（一般负荷）不属于一级和二级负荷者。用户供电系统2电源及其选择电源及其选择电力用户可由多种电源供电，以满足不同设备对电力和供电可靠性的需要。直接来自电力系统的电源是绝大多数电力用户的主要电能来源，它为用户提供了满足长期稳定持续供电需要的大宗电能，属于正常电源。除正常电源外，用户根据需要可以设置一些应急电源，以备正常电源故障中断时的急需之用。譬如，独立于正常电源的备用发电机组、独立于正常电源的备用馈电线路、蓄电池组、不间断电源（UPS）等。各级用电负荷的供电电源和供电方式，应根据负荷对供电可靠性的要求和地区供电条件，按下列原则考虑确定：（1）一级负荷应由两个独立电源供电，有特殊要求的一级负荷，两个独立电源应来自两个不同的地点。两个供电电源应在设备的控制箱内实现自动切换，切换时间应满足设备允许中断供电的要求。除正常电源外，还需增设应急电源。（2）二级负荷应由两回线路供电，并可在配电装置内实现切换，当一回线路故障时，应不影响另一回线路供电。当负荷较小或取得两回线路有困难时，可由一回专用线路供电。小容量负荷可以采用一路电源加不间断电源，或一路电源加设备自带的蓄电池组在末端实现切换。（3）三级负荷对供电方式无特殊要求，但在不增加投资或经济允许的情况下，也应尽量提高供电可靠性。用户供电系统第三节第三节 用户变电所用户变电所用户供电系统 用户变电所是用户供电系统的主要组成部分，它向用户分配电能并进行控制，其组成结构如图2-7所示。图2-7 用户供电系统结构框图1总降压变电所2配电所310(6)kV变电所4高压用电设备用户供电系统一、变电所的作用与组成一、变电所的作用与组成变电所的主要作用是降低电压并向用电设备或用电设备组配电。用户变电所按电压等级分为总降压变电所和10(6)kV变电所（在工业企业称为车间变电所）。总降压变电所将进线35110kV降为610kV，配电给10(6)kV变压器或高压用电设备，然后由10(6)kV变电所再次降压为380/220V供给低压用电设备。如果进线电压为10(6)kV，则可在用户区内设置10(6)kV总配电所。由35kV直接供电的35/0.4kV变电所称为直接降压变电所。高低压开关、供配电线路和测量保护设备等是变电所中的主要电气设备，实现着电能的控制与分配和供电系统的监视与保护。安全、可靠、合理、经济是对用户供电系统的基本要求，也是对用户变电所的要求。变电所的设计要保证操作人员安全和供用电设备安全，变电所的设置要满足用电负荷对供电可靠性和电能质量的要求，同时，既要考虑用户用电负荷进一步发展的需要，又要努力降低建设投资和年运行费用。用户供电系统二、变电所的设置二、变电所的设置1总降压变电所或总配电所总降压变电所或总配电所当用户供电电压为35kV及以上时，一般应考虑设置总降压变电所。对于以35kV供电的用户，若用户没有高压用电设备，为简化供电系统，减少投资和电能损耗，在周围环境允许时，也可以不设总降压变电所，而以350.4kV的变压器直接向负荷供电。总降压变电所可以设置12台降压变压器。当供电电压为10(6)kV且有多台高压用电设备或10(6)kV变电所较多时，宜设置总配电所。对负荷不大的小型用户，可将总配电所与某个10(6)kV变电所合并，扩充为变配电所，或仅设一个独立式变电所。用户供电系统三、变电所位置的确定三、变电所位置的确定总降压变电所的位置应接近负荷中心，并适当靠近电源的进线方向，以便使有色金属耗量最少和线路功率及电能损耗最小。同时，还应考虑变电所周围的环境、进出线的方便和设备运输的方便。图2-8 负荷指示图注：1圆中带斜线者为动力负荷，不带斜线者为照明负荷2分线值为示例，分子为动力负荷，分母为照明负荷用户供电系统图2-9 负荷分布示意图用户供电系统210(6)kV变电所变电所 10(6)kV变电所（在工厂供电系统中常称为车间变电所）的设置主要取决于车间（或小区）负荷的大小、车间（或小区）之间的距离、各生产车间之间工艺联动要求以及经济效果。车间（或小区）负荷较小时，可考虑几个邻近车间（或小区）或工艺上有联动要求的车间合建一个变电所，合建时要考虑低压线路供电的负荷矩。车间（或小区）负荷较大时，可考虑单独建立一个变电所。当车间（或小区）负荷很大时，也可在该车间（或小区）建立多个变电所。根据负荷的大小和负荷等级，一个10(6)kV变电所一般设置12台变压器，单台变压器容量一般不大于1600kVA。（1)独立变电所具有独立完整的变电所建筑。（2)附设变电所附设变电所利用厂房一面或两面墙壁建造，如图2-10所示。当厂房生产面积有限、生产环境特殊或因生产工艺要求设备经常变动时，宜采用外附式，否则应采用内附式。（3)箱式变电所箱式变电所集配电变压器和开关电器于一体，装配在箱内，整体可独立置于户外，具有体积小、安装灵活、无需建筑等特点，适用于小型工业企业、居民小区、广场和道路照明等场合。(4)地下变电所地下变电所设于地下，通风不良，投资较大，用于有防空等特殊要求的场合，此外，民用高层建筑的变电所常设置在地下室内。用户供电系统第四节第四节 变电所的电气主接线变电所的电气主接线用户供电系统一、电气主接线及其要求一、电气主接线及其要求电气主接线表示电能从电源分配给用电设备的主要电路，主接线图应表示出所有的电气设备及其连接关系。由于三相交流电力装置中三相连接方法相同，为清晰起见，主接线图通常只表示电气装置的一相连接，因而主接线图也称为单线图。安全、可靠、灵活、经济是对变电所主接线的基本要求。安全包括设备安全和人身安全。因此，电气设计必须遵照国家标准和电气设计规范，正确设计电气回路，合理选择电气设备，严格配置正常监视系统和故障保护系统，全面考虑各种保障人身安全的技术措施。可靠就是变电所的主接线应能满足各级负荷对供电可靠性的要求。提高供电可靠性的途径很多，例如，设置备用电源并采用备用电源自动投入装置、多路并联供电等。电气设备是供电系统中最薄弱的元件，为了使供电系统工作可靠，接线方式应力求简单清晰，减少电气设备的数目。用户供电系统灵活就是在保障安全可靠的前提下，主接线能够适应不同的运行方式。例如负荷较轻时，能方便地切除不必要的变压器，而在负荷增大时，又能方便地投入，以利于经济运行。检修时操作简单，不致中断供电等。经济是在满足以上要求的前提下，尽量降低建设投资和年运行费用。但是，在投资增加不多或经济许可的情况下，应尽量提高供电可靠性，减少停电损失。二、母线制二、母线制母线是从配电变压器或电源进线到各条馈出线路之间的电气主干线，它起着从电源接收电能和给各馈出线分配电能的作用。母线制是指电源进线与各馈出线之间的连接方式。常用母线制主要有三种：单母线制、单母线分段制和双母线制。用户供电系统1单母线制单母线制图2-12 单母线制单母线制的可靠性和灵活性都较低，母线或直接连接于母线上的任一开关发生故障或检修时，全部负荷都将中断供电用户供电系统2单母线分段制单母线分段制 单母线分段制在可靠性和灵活性方面较单母线制有所提高，可满足二类负荷和部分一类负荷的供电要求。当双回路同时供电时，母线分段开关正常是打开的，一条回路故障或一段母线故障将不影响另一段母线的正常供电。此外，检修亦可采用分段检修方式，不致使全部负荷供电中断。单母线分段的缺点是，某分段上的母线或母线隔离开关发生故障或检修时，该段母线上的负荷将中断供电，而且电源只能通过一回进线供电，供电功率较低。图2-13 单母线分段制a)用隔离开关分段b)用断路器分段用户供电系统3单母线带旁路单母线带旁路用户供电系统3双母线制双母线制图2-14 双母线制 双母线制的优点有：轮流检修母线或母线隔离开关，不致引起供电中断；在工作母线发生故障时，通过备用母线能迅速恢复供电。双母线制的缺点：开关数目增多，联锁机构复杂，切换操作繁琐，造价高。对用户供电系统不推荐采用双母线制。用户供电系统三、总降压变电所的主接线三、总降压变电所的主接线用户供电系统中，总降压变电所的常用电气主接线可概括为两类：线路变压器组方式和桥形接线方式。1.线路线路变压器组接线变压器组接线图2-15 线路变压器组接线方式线路变压器组接线方式的共同特点：一回电源进线经过一台主降压变压器供电到厂内配电母线上。用户供电系统图2-16 双回线路变压器组接线方式当用户有两回电源进线时，可采用双回线路一变压器组接线配以单母线分段制，用于对一、二级负荷供电，如图2-16所示。如继电保护和自动装置无要求，母线分段开关可仅设隔离开关。用户供电系统2桥形接线桥形接线图2-17 桥形接线方式a)内桥接线b)外桥接线用户供电系统桥形接线可用于给一、二级负荷供电。内桥接线适用于线路较长或不需经常切换变压器的情况，而外桥接线适用于供电线路较短或需要经常切换变压器的情况。桥形接线线路复杂，高压设备多，操作不便，投资大，在用户供电系统中应用很少。四、四、10(6)kV配电所的主接线配电所的主接线配电所是用户电能的中转站。10(6)kV配电所(或总降压变电所的配电部分)接收来自电源或总降压变压器的电能并分配给各馈出线的用户，每个配电所的馈出线路一般不少于45回。此外，在配电母线上常设有电压互感器、避雷器、静电电容器、所用变压器等。配电所的配电母线可以是单母线或单母线分段制。用户供电系统(1)10(6)kV电源进线图2-18 配电所10(6)kV电源进线的接线方式(2)10(6)kV馈出线图2-19 配电所10(6)kV馈出线的接线方式用户供电系统五、五、10(6)kV10(6)kV变电所的主接所的主接线10(6)kV变电所供电线路往往较短，并考虑环境美化因素，常采用电缆配电。图2-20 由电缆供电的10(6)kV变电所典型主接线用户供电系统当10(6)kV变电所由架空线供电时图2-21 由架空线供电的10(6)kV变电所典型主接线用户供电系统图2-22 变电所低压馈出线的典型接线方式用户供电系统六、六、变电所主接所主接线的的绘制制变电所主接线图应说明：电源电压、电源进线回路数和线路结构；变电所的接线方式和运行方式；高压开关柜和低压配电屏的类型和电路方案；高低压电气设备的型号及规格；各条馈出线的回路编号、名称及容量等。用户供电系统图2-23 某35kV变电所高压配电系统图用户供电系统图2-24 某10kV变电所低压配电系统图用户供电系统图2-24 某10kV变电所低压配电系统图1.防止带负荷拉，合刀闸；2.防止带接地合开关；3.防止带电合接地刀闸或装设地线；4.防止误入带电间隔；5.防止误拉合开关。随着电子技术的发展和微机在各个领域的应用，电力五防也在经历一场革命。电力五防由最初的一把钥匙开一把锁的机械挂锁，发展到现在的微机防误闭锁装置。微机防误闭锁装置以其智能性，操作灵活方便，能达到防止倒闸操作五种恶性事故发生的目的。用户供电系统第五节第五节 变电所的二次接线变电所的二次接线用户供电系统一、一、一、一、二次接线的基本概念二次接线的基本概念二次接线的基本概念二次接线的基本概念 一一次次设设备备是是指指直直接接生生产产、输输送送和和分分配配电电能能的的设设备备，主主电电路路中中的的变变压压器器、高高压压断断路路器器、隔隔离离开开关关、电电抗抗器器、并并联联补补偿偿电电力力电电容容器器、电电力力电电缆缆、送送电电线线路路以以及及母母线线等等设设备备都都属属于于一一次设备。次设备。用户供电系统 对对一一次次设设备备的的工工作作状状态态进进行行监监视视、测测量量、控控制制和保护的辅助电气设备称为二次设备。和保护的辅助电气设备称为二次设备。变变电电所所的的二二次次设设备备包包括括测测量量仪仪表表、控控制制与与信信号号回回路路、继继电电保保护护装装置置以以及及远远动动装装置置等等。它它们们相相互互间间所连接的电路称为二次回路或二次接线。所连接的电路称为二次回路或二次接线。二二次次回回路路按按照照功功用用可可分分为为控控制制回回路路、合合闸闸回回路路、信信号号回回路路、测测量量回回路路、保保护护回回路路以以及及远远动动装装置置回回路路等等；按按照照电电路路类类别别分分为为直直流流回回路路、交交流流回回路路和和电电压压回路。回路。反映二次接线间关系的图称为二次回路图。二反映二次接线间关系的图称为二次回路图。二次回路的接线图按用途可分为原理接线图、展开接次回路的接线图按用途可分为原理接线图、展开接线图和安装接线图线图和安装接线图3种形式。种形式。用户供电系统图2-25 变电所二次系统与一次系统的关系用户供电系统一、电气测量仪表及测量回路一、电气测量仪表及测量回路具体要求如下：1)测量精度应满足测量要求，并不受环境温度、湿度和外磁场等外界条件的影响。2)仪表本身消耗的功率应越小越好。3)仪表应有足够的绝缘强度、耐压和短时过载能力，以保证安全运行。4)应有良好的读数装置。图图2-26 610kV高压线路电气测量仪表接线原理图高压线路电气测量仪表接线原理图用户供电系统图图2-27 610kV母线的电压测量及绝缘监视接线原理图母线的电压测量及绝缘监视接线原理图TV电压互感器电压互感器 S联锁开关联锁开关 Q电压切换开关电压切换开关 KV电压继电器电压继电器 KS信号继电器信号继电器用户供电系统二、断路器的操作控制与信号回路二、断路器的操作控制与信号回路断路器的控制与信号回路一般分为控制保护回路、合闸回路、事故信号回路和预告信号回路等。用户供电系统图2-28 灯光监视的断路器的控制与信号回路用户供电系统图图2-29 LW2-Z型控制开关触点表型控制开关触点表用户供电系统三、信号装置三、信号装置在变电所运行的各种电气设备，随时都可能发生不正常的工作状态。在变电所装设的中央信号装置，主要用来示警和显示电气设备的工作状态，以便运行人员及时了解、采取措施。中央信号装置按用途分有事故信号、预告信号和位置信号。用户供电系统四、操作电源四、操作电源操作电源应满足如下基本要求：1)正常情况下，提供信号、保护、自动装置、断路器跳合闸以及其他二次设备的操作控制电源。2)在事故状态下，当电网电压下降甚至消失时，应能提供继电保护跳闸和应急照明电源，避免事故扩大。1.直流操作电源直流操作电源用户供电系统图图2-30 单母线直流系统接线图单母线直流系统接线图用户供电系统图图2-31 所用变压器的接线方式所用变压器的接线方式用户供电系统2.2.交流操作交流操作电源源图2-32 交流操作电源下断路器保护跳闸原理接线图用户供电系统第六节第六节 高低压配电网高低压配电网用户供电系统一、配电网的接线方式一、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。配电网常用的典型配电方式分为放射式、树干式和环式三种。1放射式放射式 放射式的优点是：供电可靠性高，故障发生后影响范围小；继电保护装置简单且易于整定；便于实现自动化；运行简单，切换操作方便。放射式的缺点是：配电线路和高压开关柜数量多，投资大。用户供电系统图2-34 放射式接线图a)单回路放射式b)双回路放射式c)带有公共备用线路的放射式用户供电系统2树干式树干式图2-35 单树干式接线图a)架空线b)电缆树干式的优点是变配电所的馈出线回路数少、投资小、结构简单，其缺点是可靠性差、线路故障影响范围大。为减小干线故障时的停电范围，每条线路连接的变压器台数不宜超过5台，总容量不超过3000kVA。用户供电系统图2-36 双回路树干式接线图用户供电系统3环式环式图2-37 环式接线图环式接线的供电可靠性较高，运行方式灵活，可用于对二、三级负荷供电。当环中任一点发生故障时，只要查明故障点，经过短时停电“倒闸操作”，拉开故障点两侧隔离开关，即可全部恢复供电。用户供电系统图2-38 低压配电系统的接线方式a)放射式配电系统b)树干式配电系统c)链式配电系统用户供电系统二、配电网的结构二、配电网的结构工厂高低压配电网最普通的两种户外结构是架空线和电缆。架空线的主要优点有：设备简单，造价低。架空线与电缆比较，电缆的造价约为架空线的4倍。露置空中，依靠定期巡线便能及时发现缺陷，有故障时易于检修和维护，电缆线路埋设在地下，不易发现缺陷，有故障时较难寻找，修复工作量也大。利用空气绝缘，建造比较容易，这一优点在超高压线路上尤为明显。架空线路也存在以下问题：需占一定的空间，导线距地高度及距邻近建筑物的距离根据电压高低都有明确的规定，往往因为厂区生产厂房密集，人员较多，运输频繁，加之负荷分散，采用架空线时线路纵横交错，占地较大。架空线影响厂区美化，这也是厂区供电采用电缆线路的原因之一。用户供电系统电缆，它的导电部分和绝缘部分都在一个整体中，所以电缆线路的结构问题实际上就是电缆的敷设方法。电缆户外敷设有三种类型：1)直接埋地2)敷设在混凝土管中3)敷设在电缆沟中图2-39 电缆直接埋地用户供电系统图2-40 电缆敷设在混凝土管中用户供电系统图2-41 电缆沟a)户内b)户外c)厂内1盖板2电缆支架3预埋铁件用户供电系统三、供电线路的电阻和电抗三、供电线路的电阻和电抗1电阻电阻 2电抗电抗 对于系统频率为50Hz的电网，且导线为有色金属 用户供电系统图2-42 三相交流线路中的线间距离图2-43 导线的换位用户供电系统v从满足正常发热条件看，要求通过导线或电缆的电流不应大于它的允许载流量从满足正常发热条件看，要求通过导线或电缆的电流不应大于它的允许载流量v从满足机械强度条件看，要求架空导线的截面不应小于它的最小截面从满足机械强度条件看，要求架空导线的截面不应小于它的最小截面v从保证电压质量看，线路电压损失不应大于正常运行时允许的电压损耗从保证电压质量看，线路电压损失不应大于正常运行时允许的电压损耗v满足经济要求满足经济要求对于对于35kV及及110kV高压供电线路，其截面主要按照经济电流密度来选择，但应按高压供电线路，其截面主要按照经济电流密度来选择，但应按允许载流量来校验。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗的校验。车间内允许载流量来校验。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗的校验。车间内动力线路一般按照允许载流量来选择截面。照明线路一般按照电压损耗来选择。动力线路一般按照允许载流量来选择截面。照明线路一般按照电压损耗来选择。四、导线截面的选择四、导线截面的选择用户供电系统1 1按经济电流密度选择导线、电缆截面按经济电流密度选择导线、电缆截面 截面选得越大，电能损耗就越小，但线路投资及维修管理费用就越高；截面选截面选得越大，电能损耗就越小，但线路投资及维修管理费用就越高；截面选得小，线路投资及维修管理费用虽然低，但电能损耗则增加。综合考虑这两方面的得小，线路投资及维修管理费用虽然低，但电能损耗则增加。综合考虑这两方面的因素，定出总的经济效益为最好的截面，称为经济截面。对应于经济截面的电流密因素，定出总的经济效益为最好的截面，称为经济截面。对应于经济截面的电流密度称为经济电流密度。度称为经济电流密度。Aec=Imax/jec式中式中 Aec 导线的经济截面；导线的经济截面；Imax 线路最大长期工作电流；线路最大长期工作电流；jec 经济电流密度。经济电流密度。用户供电系统2 2按允许载流量选择导线、电缆截面按允许载流量选择导线、电缆截面 为保证安全可靠，导线和电缆的正常发热温度不能超过其允许值。或者说通过为保证安全可靠，导线和电缆的正常发热温度不能超过其允许值。或者说通过导线的计算电流或正常运行方式下的最大负荷电流导线的计算电流或正常运行方式下的最大负荷电流Imax应当小于它的允许载流量，应当小于它的允许载流量，I IalalI Imaxmax式中式中 Ial导线允许载流量；导线允许载流量；Imax线路最大长期工作电流，即最大负荷电流。线路最大长期工作电流，即最大负荷电流。用户供电系统 相同截面下，铜的载流能力是铝的相同截面下，铜的载流能力是铝的1.3倍，因此若导线为倍，因此若导线为TJ型铜绞线时，其允许载流型铜绞线时，其允许载流量为相同截面量为相同截面LJ型铝绞线允许载流量的型铝绞线允许载流量的1.3倍。倍。允许载流量与环境温度有关。查允许载流量时注意根据环境温度查出或乘上温度修允许载流量与环境温度有关。查允许载流量时注意根据环境温度查出或乘上温度修正系数求出相应的允许载流量。正系数求出相应的允许载流量。Tal导体正常工作时的最高允许温度；导体正常工作时的最高允许温度；T0导体允许载流量所采用的环境温度；导体允许载流量所采用的环境温度；T0导体敷设地点实际的环境温度。导体敷设地点实际的环境温度。用户供电系统按规定，选择导线时所用的环境温度：按规定，选择导线时所用的环境温度：q 室外室外取当地最热月平均最高气温；取当地最热月平均最高气温；q 室内室内取当地最热月平均最高气温加取当地最热月平均最高气温加5。选择电缆时所用的环境温度：选择电缆时所用的环境温度：q 土中直埋土中直埋取当地最热月平均气温；取当地最热月平均气温；q 室外电缆沟、电缆隧道室外电缆沟、电缆隧道取当地最热月平均最高气温；取当地最热月平均最高气温；q 室内电缆沟室内电缆沟取当地最热月平均最高气温加取当地最热月平均最高气温加5。用户供电系统v 选择降压变压器高压侧的导线时，应取变压器额定一次电流。选择降压变压器高压侧的导线时，应取变压器额定一次电流。v 选高压电容器的引入线应为电容器额定电流的选高压电容器的引入线应为电容器额定电流的1.35倍；倍；v 选低压电容器的引入线应为电容器额定电流的选低压电容器的引入线应为电容器额定电流的1.5倍（主要考虑电容器充电时有较倍（主要考虑电容器充电时有较大涌流）。大涌流）。一般三相负荷基本平衡的低压线路的中性线截面，不宜小于相线截面的一般三相负荷基本平衡的低压线路的中性线截面，不宜小于相线截面的50%；三次谐波电流相当突出的三相线路，选中性线截面与相线截面相同；三次谐波电流相当突出的三相线路，选中性线截面与相线截面相同；由由三三相相线线路路分分出出的的两两相相三三线线线线路路和和单单相相双双线线线线路路中中的的中中性性线线，中中性性线线截截面面应应与与相相线线截面相等。截面相等。q室内明敷的绝缘导线，其最小截面不得小于室内明敷的绝缘导线，其最小截面不得小于4mm2。q低压架空导线，其最小截面不得小于低压架空导线，其最小截面不得小于16 mm2。q保护线截面一般不得小于相线截面的一半，但当相线截面小于保护线截面一般不得小于相线截面的一半，但当相线截面小于16 mm2时，时，保护线截面应与相线截面相等。保护线截面应与相线截面相等。q保护中性线的截面选择应同时满足中性线和保护线选择的条件。保护中性线的截面选择应同时满足中性线和保护线选择的条件。用户供电系统3 3按机械强度校验导线截面按机械强度校验导线截面 架空裸导线和不同敷设方式的绝缘导线的截面不应小于其最小允许截面的要求，可架空裸导线和不同敷设方式的绝缘导线的截面不应小于其最小允许截面的要求，可查表进行校验。规程规定查表进行校验。规程规定110kV架空线路不得采用单股线。电缆不必校验机械强度。架空线路不得采用单股线。电缆不必校验机械强度。导线种类导线种类最小允许截面（最小允许截面（mm2）备注备注 35kV 310kV 低压低压 铝及铝合金线铝及铝合金线 353516*与铁路交叉跨越与铁路交叉跨越时应为时应为35mm2 钢芯铝绞线钢芯铝绞线 352516 架空裸导线的最小截面架空裸导线的最小截面 用户供电系统4 4按电压损耗选择导线和电缆截面按电压损耗选择导线和电缆截面 为了保证用电设备端子处电压偏移不超过其允许值，设计线路时，高压配电线路的为了保证用电设备端子处电压偏移不超过其允许值，设计线路时，高压配电线路的电压损耗一般不超过线路额定电压的电压损耗一般不超过线路额定电压的5%，从变压器低压侧母线到用电设备端子处的低压，从变压器低压侧母线到用电设备端子处的低压配电线路的电压损耗，一般也不超过线路额定电压的配电线路的电压损耗，一般也不超过线路额定电压的5%（以满足用电设备要求为限）。（以满足用电设备要求为限）。如果线路电压损耗超过了允许值，应适当加大导线截面，使之小于允许电压损耗。如果线路电压损耗超过了允许值，应适当加大导线截面，使之小于允许电压损耗。对于输电距离较长或负荷电流较大的线路，必须按允许电压损耗来选择或校验导线对于输电距离较长或负荷电流较大的线路，必须按允许电压损耗来选择或校验导线的截面的截面:式中式中 线路实际的电压损耗；线路实际的电压损耗；P、Q干线上总的有功负荷和无功负荷；干线上总的有功负荷和无功负荷；l线路的长度；线路的长度；R0、X0线路单位长度的电阻和电抗；线路单位长度的电阻和电抗；UN线路的额定电压。线路的额定电压。用户供电系统对于架空线路可先取对于架空线路可先取 ，对于电缆线路可先取，对于电缆线路可先取 ，因此可由上式求出因此可由上式求出R0：R0 于是，可导出满足电压损耗要求的导线截面于是，可导出满足电压损耗要求的导线截面A A：A A 式中式中 导线材料的电阻率。导线材料的电阻率。根据上式所得根据上式所得A A值选出导线标称截面后，再根据线路布置情况得出实际和进行校验。值选出导线标称截面后，再根据线路布置情况得出实际和进行校验。用户供电系统例例 设设有有一一回回10kV的的LJ型型架架空空线线路路向向两两个个负负荷荷点点供供电电，线线路路长长度度和和负负荷荷情情况况如如图图所所示示。已已知知架架空空线线线线间间距距为为1m，空空气气中中最最高高温温度度为为37，允允许许电电压压损损耗耗 ，试试选选择择导导线线截截面。面。解：解：设线路设线路AB段和段和BC段选取同一截面段选取同一截面LJ型铝绞线，先型铝绞线，先取取 ，则对，则对AB段（段（l1段）来说，段）来说，P1=p1+p2，Q1=q1+q2；对；对BC段（段（l2段）来说，段）来说，P2=p2，Q2=q2。因此可得因此可得 5%代入数据可得代入数据可得 A 用户供电系统例例 设设有有一一回回10kV的的LJ型型架架空空线线路路向向两两个个负负荷荷点点供供电电，线线路路长长度度和和负负荷荷情情况况如如图图所所示示。已已知知架架空空线线线线间间距距为为1m，空空气气中中最最高高温温度度为为37，允允许许电电压压损损耗耗 ，试试选选择择导导线线截截面。面。解：解：选取选取LJ-70LJ-70铝绞线，查表可得：铝绞线，查表可得：，将参数代入可得，将参数代入可得 5%可见，可见，LJ-70LJ-70型导线满足电压损失要求，下面型导线满足电压损失要求，下面按发热条件进行校验。按发热条件进行校验。导线最大负荷电流为导线最大负荷电流为ABAB段承载电流，其值为段承载电流，其值为 查表，得查表，得LJ-70型导线在型导线在25条件下的载流量为条件下的载流量为265A，乘以，乘以40时的修正系数时的修正系数0.82，可得载流量为可得载流量为217.3A，大于导线最大负荷电流，满足发热条件。，大于导线最大负荷电流，满足发热条件。用户供电系统第七节第七节 用户供电系统的电能损耗与节约用户供电系统的电能损耗与节约用户供电系统一、电能节约的途径一、电能节约的途径一方面要降低供电系统的电能损耗，提高供电效率，另一方面要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二、供电系统中的电能损耗与节约供电系统中的电能损耗包括变压器和线路中的电能损耗，降低电能损耗的主要途径有变压器的经济运行、线路的经济运行、供电系统负荷的经济调配、无功功率补偿等。用户供电系统1.变压器的电能损耗与经济运行变压器的电能损耗与经济运行（1）变压器的功率损耗（2）变压器的电能损耗（3）变压器的经济运行用户供电系统2.线路的电能损耗与经济运行线路的电能损耗与经济运行（1）线路的电能损耗（2）线路的经济运行线路的经济运行包括：合理选择导线截面和材质，必要时按经济电流密度法选取；合理走线，避免线路迂回，减少线路长度；采用灵活的主接线，可能时双回线路并列运行；如果用多回载流导体并联供电，应将三相载流导体正确排列以减小近距效应，从而使电抗减小用户供电系统3.供电系统的节电措施供电系统的节电措施通过负荷调配来平稳负荷和装设电力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以降低供电系统损耗为目的，通过负荷调配，使总用电负荷趋于平稳的措施称作电力负荷的经济调配。负荷经济调配主要包括三个方面的内容：1）在空间上对负荷进行调整，使供电系统各个变压器和电力线路实现经济运行。2）在时间上对负荷进行调整，削峰填谷，使负荷曲线接近均衡。3）在三相负荷分配上，使三相的负荷尽量均衡。（2）供电系统的无功功率补偿电力用户中，大量使用着感性用电设备，它们从电网吸收感性无功功率。无功功率本身并不消耗电能，但是，无功功率增大了负荷电流，从而增大了供电系统中的电能损耗用户供电系统三、用电系统中的电能节约三、用电系统中的电能节约1.电动机节电电动机节电1)采用高效电动机，合理选择电动机额定功率2)大力推广交流电机变频调速技术3)提高电机负载率2.照明节电照明节电（1）充分利用天然采光节电（2）推广使用高效节能光源（3）合理选择高效灯具（4）使用智能照明控制系统用户供电系统用电系统中的电能节约，其主要途径如下：1)利用工业余热发电供热。2)改进旧设备，提高效率及性能。3)在保证设备安全运行条件下，缩短生产周期，增加产量，提高质量。4)减少工序和压缩每道工序所需时间。5)改善工艺，改进操作。6)加强设备维修，减少机械磨损。7)减少工业用气、用风、用水的漏失。8)采用新技术、新工艺。用户供电系统例例 某起重机厂总降变电所有一台5600kVA变压器，P0.T=12kW，PCu.N.T=50kW。调整前，每日6时至22时平均负荷为3100kVA（不含电炉），10时至18时投入2500kVA电炉使负荷达到5600kVA高峰，22时至次日6时进入低谷，负荷为400kVA。为降低供电系统的电能损耗，将电炉投入时间改为22时至次日6时，试计算负荷调整后仅变压器的一年的节电效果。解解设工厂采用无功功率自动补偿装置，任何情况下功率因数都基本保持在cos=0.9，年运行360天，调整前后的负荷曲线如图2-49所示。图2-49 负荷调整前后的日负荷曲线a)负荷调整前b)负荷调整后用户供电系统调整前，变压器的年电能损耗量为调整后，变压器的年电能损耗量为：因此，负荷调整后变压器一年的节电量为：用户供电系统第八节第八节供电系统的方案比较供电系统的方案比较用户供电系统在设计供电系统时，往往可得到多个较为合理的设计方案，这时需要对它们进行技术经济比较，以确定最优方案。方案的比较需从技术和经济两方面出发。一、技术比较 1、供电系统的技术指标：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。供电系统的经济指标有投资费和年运行费，其中，投资费中应包括变电所投资、建筑物投资、电网投资以及线路功率损失在发电厂引起的附加损失投资；年运行费中应包括变电所折旧费、电网年折旧费、年维修费、年管理费以及供电系统中年总电能损耗费。用户供电系统二、经济比较经济比较是两种方案间的经济指标的综合比较。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、系统供电可靠性分析等项技术工作密切配合进行。2、技术比较的基本要求：技术比较应对每一方案在各个技术指标方面作定性或定量的分析比较，而且，无论哪种方案都必须在可靠性、电能质量、生产效果和安全等方面达到相同的基本要求。供电可靠性是供电系统的一个重要技术指标，由于提高可靠性往往需要增加投资，无疑会在可靠性要求的必要程度和投资额多少方面存在不同的见解。一方面，为提高供电可靠性而不适当地增加供电系统的复杂性，不仅初投资增加，而且供电可靠性也未必有所提高，因为元件较多的复杂系统出现故障和误操作的几率较大，反而对可靠性不利；另一方面，为减少投资而不适当的降低供电可靠性要求，可能会在将来因供电中断而蒙受更大的经济损失。因此，当两种方案因供电可靠性差别而对经济指标影响较大时，应计算由于可靠性要求增加投资以取得不中断供电所获得的经济效益，即将停电损失费作为一项费用，列入归算后的年开支费用中。用户供电系统三、计算分析工作确定最优方案，需要作大量的计算分析工作。根据技术经济比较结果，可以合理选择用户各级供配电系统，包括：1)优化选择供配电系统的接线方式。2)根据需要和可能，选择自备电源的容量和最佳运行方案。3)结合地方特点，确定符合技术经济要求及最小有色金属消耗量的供电电压。4)总降压变电所及车间变电所中最合理的变压器容量、数量和运行方式。5)选择电气设备及导线、母线。6)选用安全接地策略。用户供电系统