输配电系统基础介绍.ppt

1 电力系统的构成 电力系统 发电设备 升压及降压变电站 电力线路 用电设备及保护 测控设备 电力网 变化电压 传输电能 分为输电网和配电网 配电网 配电变电所 开闭所 配电所 室 箱变 配电线路 断路器 负荷开关 配电 杆上 变压器等 供电系统 配电系统 配电网及其二次保护 控制 监视与计量设备 2 电能的特点 1 电能不能储存 电能的生产 输送 分配和使用同时完成 2 暂态过程非常迅速 短暂 控制操作自动化程度高 必须借助自动装置对电力系统进行控制 继电保护装置 远动装置 减载装置 同期装置 励磁装置 3 电能生产与国民经济各部门和人民生活有着极为密切的关系 社会政治经济影响巨大 负荷分类 一类负荷 二类负荷 三类负荷 对电力系统的要求 1 保证供电可靠性 2 保证电能质量 3 提高电力系统运行的经济性4 环境保护问题 目前我国常用的电压等级 220V 380V 6kV 10kV 35kV 110kV 220kV 330kV 500kV 电力网 按电压等级分类 低压网 电压等级在1kV以下 中压网 1 10kV 高压网 高于10kV 低于330kV 超高压网 低于750kV 特高压网 1000kV及以上 按供电范围的大小的分类地方电力网 电压等级在35kV及以下 供电半径在20 50km以内区域电力网 电压等级在35kV以上 一般为110kV 220kV 供电半径超50km 联系较多发电厂的网络 超高压远距离输电网 电压等级为330kV 500kV的网络 其主要任务是把远处发电厂生产的电能输送到负荷中心 同时还联系若干区域电力网形成跨省 跨地区的大型电力系统 我国发电厂的发电机组发出的电 为什么要升压至500KV传输 1 为了减少线路能耗 压降 2 节约有色金属 3 降低线路工程造价 用电负荷应根据供电可靠性及中断供电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 各级负荷应符合下列规定 1符合下列情况之一时 应为一级负荷 1 中断供电将造成人身伤亡 2 中断供电将造成重大影响或重大损失 3 中断供电将破坏有重大影响的用电单位的正常工作 或造成公共场所秩序严重混乱 例如 重要通信枢纽 重要交通枢纽 重要的经济信息中心 特级或甲级体育建筑 国宾馆 承担重大国事活动的会堂 经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等的重要用电负荷 在一级负荷中 当中断供电将发生中毒 爆炸和火灾等情况的负荷 以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷 应为特别重要的负荷 2符合下列情况之一时 应为二级负荷 1 中断供电将造成较大影响或损失 2 中断供电将影响重要用电单位的正常工作或造成公共场所秩序混乱 3不属于一级和二级的用电负荷应为三级负荷 6 10kV配电柜 开关柜 400V配电系统380 220V配电柜 开关柜 典型一次进线方案 配电变压器铭牌上标明输出额定电压为400 230V 而非380 220V 为什么 考虑补偿变压器内部电压降5 以及低压配电线路压降 一般选400 230V 而用电设备受电端电压为380 220V 一般用单线图形式表示输配电系统定义 对三相交流电力系统中的各种元件 用规定的图形或符号 按它们的实际连接方式 以等效单线表示的系统电气接线图 9 配电线路铺设方式 放射式 树干式 环状式 母联开关 35 500kV 优点 1 线路敷设简单2 维护方便3 供电可靠 不受其它用户干扰 适用于一级负荷 缺点 成本高 1 放射式配电方式 10 2 树干式配电方式 优点 降压变电所6 10KV的高压配电装置数量减少 投资相应可以减少 缺点 供电可靠性差 只要线路上任一段发生故障 线路上变电所都将断电 11 3 环状式配电方式 优点 运行灵活 供电可靠性较高 当线路的任何地方出现故障时 只要将故障邻近的两侧隔离开关断开 切断故障点 便可恢复供电 正常情况下呈 开环 状态的原因 为了避免环状线路上发生故障时影响整个电网 12 2 输配点系统设备介绍 油式变压器 也称油浸式变压器 油浸式变压器由于防火的需要 一般安装在单独的变压器室内或室外 具有体积大 成本低 维修简单 散热好 过负荷能力强 适应环境广泛的特点 缺点1 变压器油具有可燃性 当遇到火焰时可能会燃烧 爆炸2 变压器油对人体有害3 变压器油需定期检查4 油浸式变压器抗短路能力差5 油浸式变压器密封性能不良且宜老化 在运行场所渗漏油严重 影响设备安全运行 同时影响环境6 油浸式变压器绝缘等级低 按A级绝缘设计 制造 优点1 变压器油绝缘性能好 导热性能好 同时变压器油廉价 2 能够解决变压器大容量散热问题和高电压绝缘问题 13 干式变压器 简单的说干式变压器就是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中依靠空气对流进行冷却的变压器 干式变压器与油浸式变压器相比 具有防火性能好 免维护 无污染 抗短路能力强 耐热能力强 安装方便等一系列优点 但在室外使用时必须加装防护外壳 另外干式变压器的价格比油浸式变压器要高 14 变压器内部接线方式 较常见的10kV 400V系统采用变压器接法为DYn11 DYn11 D表示一次绕组为三角型接线 Y表示二次测绕组星型接线 n表示引出中性线 11表示二次测绕组的相角滞后一次绕组330度 用时钟的表示方法 假设一次测绕组为中心12点时刻 那么二测绕组就在11点位置 夹角为30度 15 开关设备 断路器 负荷开关 熔断器 隔离开关等 断路器 是指能够关合 承载和开断正常回路条件下的电流 并能关合 在规定的时间内承载和开断异常回路条件 包括短路条件 下的电流的开关装置 10kV真空断路器 SF6断路器 柱上断路器 框架断路器 塑壳断路器 微型断路器 空气开关 空开 行业规定安全电压为36V 安全电流为10mA 原因如下 电击对人体的危害程度 主要取决于通过人体电流的大小和通电时间长短 电流强度越大 致命危险越大 持续时间越长 死亡的可能性越大 能引起人感觉到的最小电流值称为感知电流 交流为1mA 直流为5mA 人触电后能自己摆脱的最大电流称为摆脱电流 交流为10mA 直流为50mA 在较短的时间内危及生命的电流称为致命电流 如100mA的电流通过人体1s 可足以使人致命 因此致命电流为50mA 在有防止触电保护装置的情况下 人体允许通过的电流一般可按30mA考虑 人体对电流的反映 8 10mA手摆脱电极已感到困难 有剧痛感 手指关节 20 25mA手迅速麻痹 不能自动摆脱电极 呼吸困难 50 80mA呼吸困难 心房开始震颤 90 100mA呼吸麻痹 三秒钟后心脏开始麻痹 停止跳动 16 按灭弧介质分 按安装地点分类 屋内式 屋外式 油断路器 SF6断路器 真空断路器 压缩空气断路器 磁吹断路器 QF 多油断路器 少油断路器 17 负荷开关 能在正常的导电回路条件或规定的过载条件下关合 承载和开断电流 也能在异常的导电回路条件 例如短路 下按规定的时间承载电流的开关设备 按照需要 也可具有关合短路电流的能力 负荷开关是介于断路器和隔离开关之间的一种开关电器 具有简单的灭弧装置 能切断额定负荷电流和一定的过载电流 但不能切断短路电流 SF6负荷开关 户外柱上负荷开关 低压负荷开关 18 隔离开关 是在电路中起隔离作用 无灭弧能力 只能在没有负荷电流的情况下分 合电路 19 10KV配电柜 20 绝大多数开关柜都装设了防止电气误操作的闭锁装置 即具有 五防性能 防止误跳 误合断路器 防止带负荷拉 合隔离开关 防止带电挂接地线 防止带接地线闭合隔离开关 防止人员误人带电间隔 1 2 2 1低压配电系统概述 根据各地市电供应条件的不同 各通信企业容量大小不同 以及地理位置的差异等因素 可采用各种不同的交流供电方案 但都必须遵循以下基本原则 市电是通信用电源的主要能源 是保证通信安全 不间断的重要条件 必要时可申请备用市电电源 市电引入 原则上应采用6kV 10kV高压引入 自备专用变压器 避免受其他电能用户的干扰 市电和自备发电机组成的交流供电系统宜采用集中供电方式供电 系统接线应力求简单 灵活 操作安全 维护方便 局 站 变压器容量在630kVA及以上的应设高压配电装置 有两路高压市电引入的供电系统 若采用自动投切的 变压器容量在630kVA及以上则投切装置应设在高压侧 在交流供电系统中应装设功率因数补偿装置 功率因数应补偿到0 9以上 对容量较大的自备发电机电源也应补偿到0 8以上 低压交流供电系统采用三相五线制或单相三线制供电 21 较大容量的局 站 设置低压配电房用来接受与分配低压市电和备用油机发电机电源 低压配电房中安装的电气设备包括低压配电屏 油机发电机组控制屏和市电油机电转换屏等设备 1 低压配电屏低压配电屏主要用来进行受电 计量 控制 功率因数补偿 动力馈电和照明馈电等 主要产品有PGL1 PGL2 GCS GCK GCL及GGD等系列开关柜 以及国外引进产品和合资企业生产的低压开关柜 2 油机发电机组控制屏及ATS发电机组控制屏是随油机发电机组的购入由油机发电机组厂商配套提供 而ATS 即双电源自动切换装置 通常与低压开关柜安装在一起 目前普遍采用芯片程序控制 一般可实现两路市电或一路市电与发电机电源的自动切换 且切换延时可调 同时有多种工作模式可供选择 如自动模式 正常供电模式 应急供电模式和关断模式等 22 在低压配电设备中常用的低压电器有以下4种 1 低压断路器2 低压刀开关3 熔断器4 接触器 23 低压断路器按灭弧介质可分为空气断路器和真空断路 按用途分可分为配电用断路器 电动机保护用断路器 照明用断路器和漏电保护用断路器等 配电用断路器又可分为非选择型和选择型两种 1 非选择型断路器 常用作短路保护和过载保护 2 选择型断路器又可用作两段保护 三段保护和智能化保护 作为配电用断路器 按其结构形式又可分为塑料外壳式断路器和万能式断路器两大类 这两类低压断路器目前使用较为普遍 低压断路器也称为低压自动开关 主要作为不频繁地接通或分断电路之用 低压断路器具有过载 短路和失压保护装置 在电路发生过载 短路 电压降低或消失时 断路器可自动切断电路 从而保护电力线路及电源设备 24 刀开关是低压电器中结构最简单的一种 广泛应用于各种配电设备和供电线路中 用来接通和分断容量不太大的低压供电线路以及作为低压电源隔离开关使用 低压刀开关根据其工作原理 使用条件和结构形式的不同 可分为开启式负荷开关 HK1 HK2 TSW系列等 封闭式负荷开关 HH3 HH4系列等 隔离刀开关 HS13 HD11系列等 熔断器式刀开关 HR3系列等 和组合开关 HZ10系列等 25 作用 串联在电路中 作为短路或严重过载保护用 属于低压保护电器 分类 开启式 半封闭式 封闭式 无填料式 填料式 管式 螺旋式 26 1 熔断器的结构和主要参数结构主要参数 27 选用熔断器 一般应符合下列原则 根据用电网络电压选用相应电压等级的熔断器 根据配电系统可能出现的最大故障电流 选用具有相应分断能力的熔断器 在电动机回路中用作短路保护时 为避免熔体在电动机启动过程中熔断 对于单台电动机 熔体额定电流 1 5 2 5 电机额定电流 对于多台电动机 总熔体额定电流 1 5 2 5 容量最大一台电动机的额定电流 其余电动机的计算负荷电流 2 熔断器的选用原则 28 对电炉及照明等负载的短路保护 熔体的额定电流等于或稍大于负载的额定电流 采用熔断器保护线路时 熔断器应装在各相线上 在二相三线或三相四线回路的中性线上严禁装熔断器 这是因为中性线断开可能会引起各相电压不平衡 从而造成设备烧毁事故 各级熔体应相互配合 下一级应比上一级小 接触器适用于远距离频繁接通和分断交 直流主电路及大容量控制电路 接触器可分为交流接触器和直流接触器两种 接触器主要由主触头 灭弧系统 电磁系统 辅助触头和支架等组成 交流接触器主要有CJ0 CJ10 CJ12 CJ12B系列以及众多的合资品牌 直流接触器主要有CZ0系列 29 用电设备功率因数降低之后 带来的影响有 使供电系统内的电源设备容量不能充分利用 增加了电力网中输电线路上的有功功率的损耗 功率因数过低 还将使线路压降增大 造成负荷端电压下降 全功率因数 P 提高功率因数的方法很多 主要有 提高自然功率因数 即提高变压器和电动机的负载率到75 80 以及选择本身功率因数较高的设备 对于感性线性负载电路 采用移相电容器来补偿无功功率 便可提高cosj 对于非线性负载电路 则通过功率因数校正电路将畸变电流波形校正为正弦波 同时迫使它跟踪输入正弦电压相位的变化 使高频开关整流器输入电路呈现电阻性 提高总功率因数 30 在线性电路中 电压与电流均为正弦波 只存在电压与电流的相位差 所以功率因数是电流与电压相角差的余弦 称为相移功率因数 PF COS在非线性电路中 如开关型整流器 交流电压为正弦波形 电流波形却为畸变的非正弦波形 同时与正弦波的电压存在相位差 此时全功率因数 PF COS 31 需要补偿Q 补偿前Q 补偿后Q即 相移电容补偿的计算 32 移相电容器通常采用 形接线 目的是为了防止一相电容断开造成该相功率因数得不到补偿 同时 根据电容补偿容量和加载其上的电压的平方成正比的关系 同样的电容 形接线能补偿的无用功更多 移相电容器在局 站 变电所供电系统可装设在高压开关柜或低压配电屏或用电设备端 分别称为高压集中补偿 低压成组补偿或低压分散补偿 目前在通信企业中绝大多数采用了低压成组补偿方式 即在低压配电屏中专门设置配套的功率因数补偿柜 33 目前在通信企业中绝大多数采用了低压成组补偿方式 也即在低压配电屏中专门设置配套的功率因数补偿柜 例如与PGL12型低压配电屏配套的PGJ1或PGJ1A型无功功率自动补偿控制屏 电容器装于柜中两层支架上 还装有自动投切控制器 它能根据功率因数的变化 以10s 120s的间隔时间自动完成投入或切除电容器 使cos 1保证处于设定范围内 投切循环步数PGJ1为6 8步 而PGL1A为8 10步 PGL1 PGL1A型无功功率补偿屏的一次线路如图 PGL1 PGL1A型无功功率补偿屏的一次线路图 34 两路市电进线的低压配电图 两路市电引入 并实现低压母联 具有一侧油机接入的典型低压配电一次线路如图1 15所示 图1 15两路进线的低压配电一次线路图 35 谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量 一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解 其余大于基波频率的电流产生的电量 从广义上讲 由于交流电网有效分量为工频单一频率 因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波 这时 谐波 这个词的意义已经变得与原意有些不符 正是因为广义的谐波概念 才有了 分数谐波 间谐波 次谐波 等等说法 谐波产生的原因主要有 由于正弦电压加压于非线性负载 基波电流发生畸变产生谐波 主要非线性负载有UPS 开关电源 整流器 变频器 逆变器等 电网谐波来自于三个方面 一是发电源质量不高产生谐波 二是输配电系统产生谐波 三是用电设备产生的谐波 其中用电设备产生的谐波最多 谐波治理的方法无外乎有三种 无源滤波 有源滤波 无功补偿 下面就谈谈这二种方法的优缺点以及市场前景及其经济效益的分析 36 37 电弧基本知识 在断开电路时 电路中的开关触头在分开瞬间产生电弧 电路中的电流借此电弧维持导通 这样会使触头不能断开电路 因而烧毁设备 危及人身安全 尤其是在电路发生短路故障时 如不快速切断短路电流 就会造成通信电源停电 影响整个通信设备的正常工作 电弧实际上是一种气体游离的放电现象 开关型电器在断开时 由于电路中电压和电流的作用 在相互分开的开关触头之间产生一种强烈的亮光 这个亮光称为电弧 经测定如果触头间的电压大于10 20V 电流大于80 100mA时 在触头间就会产生电弧 由于电弧具有能量集中 温度高 亮度强 因此必须在开关电器中 安装灭弧装置 防止烧毁开关触头 38 形成电弧的四个因素 1 强电场发射 在开关的触头刚分开的瞬间 触头之间的距离很近 所以分开的缝隙间电场强度E V cm 很大 在此强电场的作用下 电子从阴极表面被拉出 以高速度奔向阳极 这种现象称强电场发射 2 热电发射 当触头分开的瞬间 接触电阻增大 从而使电极上出现强烈的炽热点 再加上正离子迅速移向阴极释放能量 使阴极表面温度升高 便于发射电子 使弧隙中电子数目增加 这种现象称为热电发射 3 碰撞游离 奔向阳极的自由电子 因具有很大的动能 在运动的过程中 如果碰到中性分子或原子 所持的一部分动能就传给原子或分子 若自由电子所持的能量足够大时 可将中性原子的外围电子撞击出来 变为自由电子 受到电场的作用而运动 并获得一定的动能 再次碰撞出新的自由电子 如此继续碰撞 在弧隙中的自由电子和离子浓度不断增加 成为游离状态 这种游离状态称为碰撞游离 4 热游离 热游离是维持电弧燃烧的主要原因 39 熄灭电弧的过程 就是去游离的过程 因此必须减弱或完全终止热游离 加强带电质点的复合和离子向周围介质的扩散 在现代开关电路中 根据上述电弧产生的因素和熄灭电弧的过程 广泛采取了下面几种灭弧方法 1 利用气体吹动灭弧2 利用固体介质的狭缝或狭沟灭弧3 将长电弧分成若干短电弧灭弧4 利用多断开点灭弧5 拉长电弧6 强冷灭弧 1 利用气体吹动灭弧 这种灭弧的原理 是利用气体纵向或横向吹动电弧 使电弧冷却 因此减弱了电弧的热游离 加强了带电质点的再结合及向周围的扩散作用 纵向吹弧如图1 17 a 所示 横向吹弧如图1 17 b 所示 使电弧受到强烈的冷却和拉长 而将电弧熄灭 纵向吹弧如图1 17 a 所示 横向吹弧如图1 17 b 所示 使电弧受到强烈的冷却和拉长 而将电弧熄灭 在高压开关柜中的少油断路器 就采用气体吹弧的灭弧方法 图1 17利用气体吹动灭弧 40 2 利用固体介质的狭缝或狭沟灭弧 电弧与固体介质紧密接触时 使电弧的去游离大大加强 原因是在固体介质表面的带电离子强烈复合 同时固体介质在电弧高温作用下 使狭缝或狭沟中的气体受热膨胀压力增大 并使固体介质对电弧冷却的结果 目前我国生产的RTO系列熔断器就是利用这种原理进行灭弧 3 将长电弧分成若干短电弧灭弧利用由金属片制成的灭弧栅 将长弧分割成短电弧串联 如图1 18 a 所示 由于维持一个电弧的稳定燃烧 需要20 40V的外加电压 当被分割的短电弧上外加电压小于电弧的维持电压时 电弧熄灭 一般低压开关电器灭弧常采用这种灭弧的方法