变电所的电气主接线.ppt

第四节变电所的电气主接线 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 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 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 1 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适用于一回进线的情况 2 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 3 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 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 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 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 2 桥形接线 图2 17桥形接线方式a 内桥接线b 外桥接线 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 外桥接线 跨接桥在变压器断路器QF1和QF2的外线路侧 进线回路只有隔离开关 对变压器的切换操作方便 对电源进线操作不便 适用变电所 A 供电线路短 切换线路少 B 要经常切换变压器的 C 有稳定的穿越功率的 D 处于环网中 E 向一 二级负荷供电的 外桥接线 操作 倒闸 为进行送电 断电而按顺序对开关进行闭合和断开 原来线路WL1通过变压器T1对负载供电 此时WL2 T2退出运行 假设现在需要 切换变压器 切除负载 断QF1 QS5 QS3 合QS4 QS6 再合QF2 合QS7 QS8 再合QF3 向负载供电切换线路 切除负载 断QF1 QS5 QS3 等待上级变电所断WL1 断QS1 合QS2 等待上级送电 合QS7 QS8 QF3 合QS3 QS5 QF1 向负载供电 桥式接线 内桥 跨接桥在变压器断路器QF1和QF2的靠变压器侧 变压器电源端只有隔离开关 提高对电源线路运行的可靠性和倒闸操作的灵活方便性 适用变电所 A 供电线路长 线路故障几率大 B 不需要经常切换变压器的且负荷稳定 C 没有稳定的穿越功率的 D 处于电网终端 E 向一 二级负荷供电的 内桥结线 操作 原来线路WL1通过变压器T1对负载供电 此时假设WL2 T2退出运行 假设现在需要 切换变压器 切除负载 断QF1 QS1 QS3 断开QS5 闭合QS6 合QS1 QS3 再合QF1 合QS7 QS8 再合QF3 向负载供电切换线路 切除负载 断QF1 QS3 QS1 合QS2 QS4 再合QF2 合QS8 QS7 再合QF3 向负载供电 桥式结线 全桥 全桥结线克服了外桥和内桥结线的不足 操作方便 运行灵活 但其相应占地面积大 投资增加 全桥结线适应性强 对线路 变压器的操作均方便 运行灵活 且易于扩展成单母线分段式的中间变电所 高压穿越负荷时 缺点是设备多 投资大 变电所占地面积大 对于电压在35kV 容量在7500kVA以上 或电压为110kV 容量在31500kVA以上的变压器 当隔离开关切断空载电流能力不足时采用 四 10 6 kV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4 5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 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 五 10 6 kV变电所的主接线 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 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 图2 22变电所低压馈出线的典型接线方式 六 变电所主接线的绘制 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 图2 23某35kV变电所高压配电系统图 图2 24某10kV变电所低压配电系统图 第五节变电所的二次接线 二次接线图电气测量仪表及测量回路断路器的操作控制与信号回路信号装置操作电源继电保护和自动装置 第4章 一 二次接线的基本概念 一次设备是指直接生产 输送和分配电能的设备 主电路中的变压器 高压断路器 隔离开关 电抗器 并联补偿电力电容器 电力电缆 送电线路以及母线等设备都属于一次设备 对一次设备的工作状态进行监视 测量 控制和保护的辅助电气设备称为二次设备 变电所的二次设备包括测量仪表 控制与信号回路 继电保护装置以及远动装置等 它们相互间所连接的电路称为二次回路或二次接线 按照电源性质分为直流回路 交流回路 按照功用可分为操作电源回路 测量表计回路 断路器控制回路和信号回路 中央信号回路 继电保护和自动装置回路等 一 二次接线的基本概念 图2 25变电所二次系统与一次系统的关系 二次接线图 反映二次接线间关系的图称为二次接线图二次回路图二次接线图按用途可分为原理接线图展开接线图安装接线图 原理接线图用来表示继电保护 监视测量和自动装置等二次设备或系统的工作原理 它以元件的整体形式表示各二次设备间的电气连接关系 通常在二次回路的接线原理图上还将相应的一次设备画出 构成整个回路 便于了解各设备间的相互工作关系和工作原理 6 10kV高压线路电气测量仪表原理接线图 原理接线图 展开图按二次接线使用的电源分别画出各自的交流电流回路 交流电压回路 操作电源回路中各元件的线圈和触点 属于同一个设备或元件的电流线圈 电压线圈 控制触点分别画在不同的回路里 为了避免混淆 对同一设备的不同线圈和触点应用相同的文字标号 但各支路需要标上不同的数字回路标号 如图所示 二次接线展开图中所有开关电器和继电器触头都是按开关断开时的位置和继电器线圈中无电流时的状态绘制的 6 10kV高压线路电气测量仪表原理接线图和展开接线图TA1 TA2 电流互感器 TV 电压互感器 PA 电流表 PJ1 三相有功电度表 PJ2 三相无功电度表 WV 电压小母线 展开接线图 安装接线图是制作和向厂家加工订货的依据 它反映的是二次回路中各电气元件的安装位置 内部接线及元件间的线路关系 安装接线图包括屏面元件布置图 屏背面接线图和端子板接线图等几个部分 屏面元件布置图是按照一定的比例尺寸将屏面上各个元件和仪表的排列位置及其相互间距离尺寸表示在图样上 外形尺寸应尽量参照国家标准屏柜尺寸 以便和其他控制屏并列时美观整齐 安装接线图 1 展开图中回路编号 回路的编号由3个或3个以内的数字构成 对交流回路要加注A B C N符号区分相别 对不同用途的回路都规定了编号的数字范围 各回路的编号要在相应数字范围内 二次回路的编号应根据等电位原则进行 即在电气回路中 连接在一起的导线属于同一电位 应采用同一编号 如果回路经继电器线圈或开关触点等隔离开 应视为两端不再是等电位 要进行不同的编号 展开图中小母线用粗线条表示 并按规定标注文字符号或数字编号 二次接线图中的标志方法 2 接线端子的标志方法 端子排标志图例 端子排是由专门的接线端子板组合而成的 是连接配电柜之间或配电柜与外部设备的 接线端子分为普通端子 连接端子 试验端子和终端端子等形式 在接线图中 端子排中各种类型端子板的符号如图所示 端子板的文字代号为X 端子的前缀符号为 按规定 接线图上端子的代号应与设备上端子标记一致 二次接线图中的标志方法 4 连接导线的表示方法 安装接线图既要表示各设备的安装位置 又要表示各设备间的连接 一般在安装图上表示导线的连接关系时 只在各设备的端子处标明导线的去向 标志的方法是在两个设备连接的端子出线处互相标以对方的端子号 这种标注方法称为 相对标号法 如P1 P2两台设备 现P1设备的3号端子要与P2设备的1号端子相连 标志方法所图所示 二次接线图中的标志方法 连接导线的表示方法 一 电气测量仪表及测量回路 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2 266 10kV高压线路电气测量仪表接线原理图 图2 276 10kV母线的电压测量及绝缘监视接线原理图TV 电压互感器S 联锁开关Q 电压切换开关KV 电压继电器KS 信号继电器 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 控制回路 断路器的合闸和跳闸回路是按短时通电来设计的 因此接入断路器的辅助触点 可以进行手动或自动的合闸和跳闸 控制回路应有反映断路器位置状态的信号 具有 防跳 装置 监视电源是否完好 在变电所内对断路器的控制 按控制地点可分为集中控制与就地控制 集中控制就是集中在控制室内进行控制 就地控制就是在断路器安装地点进行控制 图2 28灯光监视的断路器的控制与信号回路 合闸小母线WCL控制小母线WC信号小母线WS闪光小母线WF事故音响小母线WFS预告音响小母线WPS电压小母线WV事故照明小母线WELM 声信号HA光信号HS指示灯HL红色灯HR绿色灯HG黄色灯HY蓝色灯HB白色灯HW 图2 29LW2 Z型控制开关触点表 1 手动合闸合闸前 断路器处于 跳闸后 的位置 断路器的辅助触点QF2闭合 由控制开关触点表知SA10 11闭合 绿灯GN回路接通发亮 但由于限流电阻R1限流 不足以使合闸接触器KO动作 绿灯亮表示断路器处于跳闸位置 而且控制电源和合闸回路完好 当控制开关扳到 预备合闸 位置时 触点SA9 10闭合 绿灯GN改接在WF母线上 发出绿闪光 说明情况正常 可以合闸 当开关再旋至 合闸 位置时 触点SA5 8接通 合闸接触器KO动作使合闸线圈YO通电 断路器合闸 合闸完成后 辅助触点QF2断开 切断合闸电源 同时QF1闭合 当操作人员将手柄放开后 在弹簧的作用下 开关回到 合闸后 位置 触点SA13 16闭合 红灯RD电路接通 红灯亮表示断路器在合闸状态 2 自动合闸控制开关在 跳闸后 位置 若自动装置的中间继电器接点KM闭合 将使合闸接触器KO动作合闸 自动合闸后 信号回路控制开关中SA14 15 红灯RD 辅助触点QF1与闪光母线接通 RD发出红色闪光 表示断路器是自动合闸的 只有当运行人员将手柄扳到 合闸后 位置 RD才发出平光 3 手动跳闸首先将开关扳到 预备跳闸 位置 SA13 14接通 RD发出闪光 再将手柄扳到 跳闸 位置 SA6 7接通 使断路器跳闸 松手后 开关又自动弹回到 跳闸后 位置 跳闸完成后 辅助触点QF1断开 红灯熄灭 QF2闭合 通过触点SA10 11使绿灯发出闪光 4 自动跳闸如果由于故障 继电保护装置动作 使触点K闭合 引起断路器合闸 由于 合闸后 位置SA9 10已接通 于是绿灯发出闪光 在事故情况下 除用闪光信号显示外 控制电路还备有音响信号 开关触点SA1 3和SA19 17与触点QF串联 接在事故音响母线WPS上 当断路器因事故跳闸而出现 不对应 即手柄处于合闸位置 而断路器处于跳闸位置 关系时 音响信号回路的触点全部接通而发出声响 5 闪光电源装置当断路器发生事故跳闸后 断路器处于跳闸状态 而控制开关仍留在 合闸后 位置 这种情况称为 不对应 关系 在此情况下 触点SA9 10与断路器辅助触点QF2仍接通 电容器C开始充电 电压升高 当电压升高到闪光继电器K1的动作值时 继电器动作 从而断开通电回路 上述循环不断重复 继电器K1的触点也不断地开闭 闪光母线 WF上便出现断续正电压 使绿灯闪光 预备合闸 预备跳闸 和自动投入时 也同样能启动闪光继电器 使相应的指示灯发出闪光 SB为试验按钮 按下时白信号灯WH亮 表示本装置电源正常 6 防跳装置 跳跃 是指运行人员在故障时手动合闸断路器 断路器又被继电保护动作跳闸 又由于控制开关位于 合闸 位置 则会引起断路器重新合闸 解决方法 设置防止跳跃的电气连锁装置 KL为防跳闭锁继电器 它具有电流和电压两个线圈 电流线圈接在跳闸线圈YR之前 电压线圈则经过其本身的常开触点KL1与合闸接触器线圈KO并联 当继电器保护装置动作 即触点K闭合使断路器跳闸线圈YR接通时 同时也接通了KL的电流线圈并使之启动 于是 防跳继电器的常闭触点KL2断开 将KO回路断开 避免了断路器再次合闸 同时常开触点KL1闭合 通过SA5 8或自动装置触点KM使KL的电压线圈接通并自锁 从而防止了断路器的 跳跃 触点KL3与继电器触点K并联 用来保护后者 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 因为信号都在中央控制室中反映出来 所以通常称为中央信号 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 中央信号装置按形式分为灯光信号和音响信号 由全所共用的音响信号 称为中央音响信号装置 中央信号装置按用途分为事故信号 预告信号和位置信号 事故信号表示供电系统在运行中发生了某种故障而使继电保护动作 如高压断路器因线路发生短路而自动跳闸后给出的信号即为事故信号 预告信号表示供电系统运行中发生了某种异常情况 但并不要求系统中断运行 只要求给出指示信号 通知值班人员及时处理即可 位置信号用以指示电气设备的工作状态 如断路器的合闸指示灯 跳闸指示灯均为位置信号 信号回路演示 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 操作电源是指变电所的控制 信号 保护和自动装置及其他二次回路的工作电源 操作电源有直流和交流两种 重要用户或变压器总容量超过5MVA的变电所 宜选用直流电源 小型配电所中断路器采用弹簧储能合闸和去分流跳闸的全交流操作方式时 宜选用交流操作电源 图2 30单母线直流系统接线图 1 直流操作电源 单母线接线有储能蓄电池整流设备的交流电源来自所用变 图2 31所用变压器的接线方式 小型一体柜 目前在较重要的中 大型变配电所选用的直流操作电源大多为带免维护铅酸蓄电池高频开关电源成套装置 充电模块 监控模块 直流馈电柜 交流配电单元 电池室 绝缘监测模块 小型分屏柜 2 交流操作电源 比直流操作电源简单 保护跳闸可采用直接动作式继电器或跳闸线圈去分流的方式 即靠断路器弹簧操作机构中的过电流脱扣器直接跳闸 跳闸能源来自电流互感器 来自于所变和电压互感器的交流电压型操作电源主要供给信号 控制 断路器合闸回路和断路器分励脱扣器线圈跳闸回路 可靠性较低 要提高可靠性需要采用UPS 图2 32交流操作电源下断路器保护跳闸原理接线图 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 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 2 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 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 图2 36双回路树干式接线图 为满足二级负荷供电的要求 也可采用双回路干线式 3 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 其保护装置和整定配合困难 采用开环运行 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 放射式 容量较大 负荷性质重要或环境恶劣的车间用电设备树干式 大部分用电设备容量较小而又没有特殊要求 链式 距供电点较远 彼此相距又很近 容量很小的次要用电设备 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 架空线路的基本结构1 导线 2 绝缘子 3 横担 4 金具 5 拉线 6 电杆 架空线路的结构工厂架空电力线路是由电杆 导线 金具 绝缘子 横担构成为了平衡电杆各方向的拉力 增强电杆稳定性 有的电杆上还装有拉线 为防雷击 有的架空线路上还架有避雷线 电杆 机械强度大 维修工作量小 使用年限长 但价格较贵且材料来源比较紧张 主要应用于高压架空线路 使用年限长 维修工作量小 能节省大量的钢材和木材 质量大 运输与施工不方便 被淘汰 导线导线有裸导线和绝缘导线两种 架空线路一般采用裸导线 导线的材料有铝和铜两种 型号 铝绞线LJ钢芯铝绞线LGJ铜绞线TJ 横担电杆与横担组装在一起 其作用是支持绝缘子架设导线 保证导线对地及导线与导线之间有足够的距离 常用的横担有角铁横担 木横担以及低压瓷横担 铁横担的机械强度高 应用广泛 瓷横担兼有横担和绝缘子的作用 但机械强度低 一般仅用于较小截面导线的架空线路 绝缘子绝缘子用来支承架空导线 使导线与大地保持足够的绝缘 同时还承受着导线的质量与其他作用力 金具金具是架空线路上用来连接导线 安装横担和绝缘子等所用到的金属部件 电缆线路 电缆的种类按电压可分为高压电缆和低压电缆 按线芯数可分为单芯 双芯 三芯和四芯等 按绝缘材料可分为油浸纸绝缘电缆 塑料绝缘电缆和橡胶绝缘电缆及交联聚乙烯绝缘电缆等 电缆线路与架空线路相比优点 运行可靠 不易受外界影响 不占地面 缺点 投资大 敷设维修困难 难于发现和排除故障 电缆的结构电缆主要由导体 绝缘层 护套层和铠装层组成 电缆的结构绝缘层的作用是将线芯导体间及保护层相隔离 因此必须具有良好的绝缘性能 耐热性能 油浸纸绝缘电缆以油浸纸作为绝缘层 塑料电缆以聚氯乙烯或交联聚乙烯作为绝缘层 保护层又可分为内护层和外护层两部分 内护层直接用来保护绝缘层 常用的材料有铅 铝和塑料等 外护层用以防止内护层免受机械损伤和腐蚀 通常为钢丝或钢带构成的钢铠 外覆沥青 麻被或塑料护套 电缆头指的是两条电缆的中间接头和电缆终端的封端头 电缆头是电缆线路的薄弱环节 在施工和运行中要由专业人员进行操作 电缆的型号电缆型号中的字母排列一般按照下列次序 特征 绝缘种类 导体 内护层 其他结构特点 外被层 电缆型号举例 YJV22 铜芯 缺省 交联聚乙烯绝缘 YJ 聚氯乙烯内护套 V 统包型 缺省 双钢带铠装 2 聚氯乙烯外护套 2 电力电缆 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 电缆的敷设 图2 40电缆敷设在混凝土管中 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 三 供电线路的电阻和电抗 1 电阻 2 电抗 电抗的大小与导线的几何尺寸 三相导线的排列方式及相间距离等有关 对于系统频率为50Hz的电网 且导线为有色金属 其单位长度电抗表示如下 Dav三相导线的几何均距 Di三相导线间的距离 r导线的外半径 当导线排列不对称时 则三相中各相导线电抗实际值不等 导致各相电压降不等 为消除此现象 架空线的各相需要换位 图2 43导线的换位 电缆三相相间距离小 其电抗值远比架空线小 实际计算中 架空线x0 0 35 0 4 km 电缆x0 0 08 km 或查相关手册 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 满足经济要求 对于35kV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 四 导线截面的选择 1 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度称为经济电流密度 AJN Imax JN 式中AJN 导线的经济截面 Imax 线路最大长期工作电流 JN 经济电流密度 可查相关手册 2 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 Ial Imax或Ial IC 式中Ial 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 IC 计算电流 相同截面下 铜的载流能力是铝的1 3倍 因此若导线为TJ型铜绞线时 其允许载流量为相同截面LJ型铝绞线允许载流量的1 3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 T0 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 按规定 选择导线时所用的环境温度 室外 取当地最热月平均最高气温 室内 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 土中直埋 取当地最热月平均气温 室外电缆沟 电缆隧道 取当地最热月平均最高气温 室内电缆沟 取当地最热月平均最高气温加5 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 选高压电容器的引入线应为电容器额定电流的1 35倍 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 室内明敷的绝缘导线 其最小截面不得小于4mm2 低压架空导线 其最小截面不得小于16mm2 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16mm2时 保护线截面应与相线截面相等 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 3 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 可查表进行校验 规程规定1 10kV架空线路不得采用单股线 电缆不必校验机械强度 架空裸导线的最小截面 4 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 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 式中 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 l 线路的长度 R0 X0 线路单位长度的电阻和电抗 UN 线路的额定电压 对于架空线路可先取 对于电缆线路可先取 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A A 式中 导线材料的电阻率 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进行校验 例设有一回10kV的LJ型架空线路向两个负荷点供电 线路长度和负荷情况如图所示 已知架空线线间距为1m 空气中最高温度为37 允许电压损耗 试选择导线截面 解 设线路AB段和BC段选取同一截面LJ型铝绞线 先取 则对AB段 l1段 来说 P1 p1 p2 Q1 q1 q2 对BC段 l2段 来说 P2 p2 Q2 q2 因此可得 5 代入数据可得 A 例设有一回10kV的LJ型架空线路向两个负荷点供电 线路长度和负荷情况如图所示 已知架空线线间距为1m 空气中最高温度为37 允许电压损耗 试选择导线截面 解 选取LJ 70铝绞线 查表可得 将参数代入可得 5 可见 LJ 70型导线满足电压损失要求 下面按发热条件进行校验 导线最大负荷电流为AB段承载电流 其值为 查表 得LJ 70型导线在40 条件下的载流量为215A 大于导线最大负荷电流 满足发热条件 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 降低供电系统的电能损耗 提高供电效率 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 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 1 变压器的电能损耗与经济运行 1 变压器的功率损耗 1 变压器的电能损耗与经济运行 2 变压器的电能损耗 年最大负荷损耗小时数是一个假想时间 其含义 当输配电设备以最大负荷 SC 输送时 在时间 内产生的电能损耗 恰好等于设备中全年的实际电能损耗 大小与年最大负荷利用小时数Tmax及功率因数有关 实际中可查曲线获得 1 变压器的电能损耗与经济运行 3 变压器的经济运行 变压器经济运行的条件是 传输单位kVA所消耗的有功功率损耗归算值最小 变压器的有功功率损耗归算值包括变压器本身的有功损耗和变压器无功损耗在电网中传输时所引起的附加有功损耗 单台变压器的有功功率损耗归算值为 KL 变压器负荷率 S 变压器负荷 kq 功率损耗归算系数 表示从电源到变压器的输配电系统中传输单位无功功率所产生的有功功率损耗 取值一般为 0 05 0 1 变压器损耗率为 满足经济运行条件的经济负荷率 通常变压器的经济负荷率为70 左右 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 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 会使线路有效电阻增大 从而使电抗减小 3 供电系统的节电措施 在变压器和线路确定后 供电系统中的电能损耗还与负荷的变化情况及负荷功率因数有关 在用户年用电量一定的条件下 设用户年用电量为Wa 负荷功率因数为cos 则计算负荷可表示为 综合三个式子可得出结论 在输送同等电能的条件下 Tmax越大或功率因数越高 则计算负荷越小 变压器和线路中的电能损耗就越小 因此 可通过负荷调配来平稳负荷 通过装设电容器来补偿无功这两种措施达到节能的目的 3 供电系统的节电措施 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 a 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 b 在时间上对负荷进行调整 削峰填谷 使负荷曲线接近均衡 c 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 例如某线路将功率因数由0 7提高到0 9 其电能损耗减小40 三 用电系统中的电能节约 1 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 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 例某起重机厂总降变电所有一台5600kV A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3100kV A 不含电炉 10时至18时投入2500kV A电炉使负荷达到5600kV A高峰 22时至次日6时进入低谷 负荷为400kV A 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 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 第八节供电系统的方案比较 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 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 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 设计内容 优化选择供配电系统的接线方式 根据需要和可能 选择自备电源的容量和最佳运行方案 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 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 选择电气设备及导线 母线 选用安全接地策略 作业 习题