供配电技术-第5章 工厂供配电系统电气主接线.pdf

第5章工厂供配电系森电气主接5.1变酉狞电气主接线基本知识5.2 变电所地常用主接线5.3 总降压变电所主接线5.4 电力网地基本接线方式5.5 车间变电所主接线5.6 供配电线路母线，导线与电缆地选择内容:工厂供配电系统地电气主接线及其基本知识,变电所地常用主接线，总降 压变电所重点:总降鳗翱睡眠凄酿畿廨好线,锲醍电择线与电缆地选择。5.1变配电所电气主接线基本知识变配电所都是由一次回路与二次回路共同构成。一次回路也称主电路。承担供配电系统中地输送与分配电能地任务。回路中地 一次设备主要有电力变压器，断路器，互感器等。(2)二次回路用来对一次回路地设备进行控制指示,监测与保护。二次回路地设备 包括仪表，继电器,操作电源等。变配电所地电气主接线又称为一次电路图。主接线中，将各种开关电器，变 压器，母线，导线，电力电缆,并联电容器等设备有序地连接起来，只表示相对 电气连接关系而不表示实际位置,且以单线来表示三相系统。变配电地一次电路图有两种表示形式:系统主接线 系统主接线仅表示电能输送与分配地次序与相互地连接，不反映 相互位置，主要用于主接线地原理图中。配置式主接线 配置式主接线按高压开关柜或低压开关柜地相互连接与部署位 置绘制，常用于变配电所地施工图中。变配电所对电气主接线地评价指标是 安全性:充分保证人身与设备地安全。可靠性:应满足用电单位对供电可靠性地要求。灵活性:能适应各种不同地运行方式，且操作检修方便。经济性:主接线设计应简单，投资少，运行管理费用低。变配电所对电气主接线地基本要求 保证必要地供电可靠性与电能地质量；具有一定地运行灵活性；操作应尽可能简单,方便；（4）应具有扩建地可能性；技术上先进，经济上合理。ljii.2电气主接线有关基本概念1.主接线对电气设备地配置（1）隔离开关地配置各种接线方式地断路器,原则上 其两侧均应配置隔离开关，作为 断路器检修时隔离电源地设备;各种接线地送电线路侧也应配 置隔离开关，作为线路停电时隔 离电源之用途。此外，多角形接 线地进出线挂在母线上地避雷 器与电压互感器等也要配置隔 离开关。(2)接地开关与接地器地配置为保障电气设备，母线，线路停电检修时人身与设备地安全,在主接线设计中要配置足够数量地接地开关或接地器。(3)避雷器,阻波器,耦合电容地配置为保持主接线设计地完整性按常规要在主接线图上标明避雷 器地配置。610kV配电装置地母线与架空线进线处一般都要 装设避雷器。各级电压配电装置地阻波器，耦合电容均要根据 系统通信地要求合理配置。(4)电流，电压互感器地配置电压，电流互感器地配置应使 变配电所内各主保护地保护 区与后备保护地保护之间互 相覆盖或衔接，以消除保护死 区。小接地短路电流系统一般按两相式配置电流互感器,220kV变电所 地10kV出线，所用变压器与无功补偿设备通常要在主变压器回路 配置两组电流互感器。电压互感器地配置方案，与电气主接线有 关，目前国内500kV与220kV变电所，采用双母线接线时通常要在每 段母线上装设公用地三相电压互感器，为线路保护，变压器保护，母 差保护，测量表计，同期提供母线二次电压。2.电气主接线始读母窗星配鬼麟翼南豫穗翻曲ME断,路器与出线地安全检 修。电气主接线图一般绘成单线图,只是在局部需要表明三相电路不对 称连接时，才将局部绘制成三线图。电气主接线中有中性线时，可用 虚线表示,使主接线清晰易看。在大，中型企业变配电所地控制室内,为了表明其主接线实际运行状况，通常设有电气主接线地模拟图，如5.2变配电所地常用主接线5.2.1线路-变压器组接线1.变压器容量在630kVA及以下地户外变电所对于户外变电所，箱式变电站或杆上变压器，高压|6、侧可以用户外高压跌落式熔断器,跌落式熔断器、Qfu可以接通与断开630kVA及以下地变压器空载电 1 1流，如图所示。ytVqf220/380V630kVA及以下户外变电所接线在检修变压器时，拉开跌落式熔断器可以起到隔离开关地作用;在变压器 发生故障时，又可作为保护元件自动断开变压器。这种主接线地低压侧 需要装设带负荷操作地低压断路器。ffi S E5.2变配电所地常用主接线2.变压器容量在320kVA及以下地户内外附设式车间变电所对于户内结构地变电所，高压侧可选用隔 i离开关与户内式高压熔断器，其中隔离开 FU关用于检修变压器时切断变压器与高压 X电源地联系,但隔离开关仅能切断320kVA Y及以下变压器地空载电流,因此停电时要 Vqf先切除变压器低压侧地负荷，然后才可拉 22口 J开隔离开关。如图所示。320kVA及以下车间变电所接线为了加强变压器低压侧地保护，变压器低压侧出口处总开关尽量采用低压 断路器。这种电气主接线仍然存在着在排除短路故障时恢复供电地时间 较长，供电可靠性不高等缺点，一般也只适用于三级负荷地变电所。ffi S E5.2变配电所地常用主接线3.变压器容量在5601 OOOkVA时地变电所变电所中地变压器，高压侧选用负荷开关与 高压熔断器相配合，负荷开关可在正常运行 时操作变压器，熔断器可在短路时保护变压 器。如图所示。1 6 10kVQKFUQt这种主接线方式，其中地负荷开关与熔断器 均能带负荷操作,从而使得变电所地停，送电 操作方便,灵活。220/380V560-1 OOOkVA的变电所接线ffi S E5.2变配电所地常用主接线4.变压器容量在1 OOOkVA以下地变电所6 IOkV这类变电所中地变压器高压侧选用隔离开 关与高压断路器地接线方案，其中隔离开关 作为变压器，断路器检修时地隔离电源用,需要装设在断路器之前;高压断路器则作为 正常运行时接通或断开变压器并在变压器 故障时切断电源用，方案如图所示。8T这种主接线方案,一般也只适用于三级负荷;但如果变电所低压侧有联络线与其它变电 所相连时，或另有备用电源时，则可用于二级qf220/380V负荷。1 OOOkVA及以下变电所主接线ffi S E5.2.2单母线接线单母线接线分单母线不分段与单母线分段两种。1.单母线不分段母线又称汇流排，用于汇集与分配电能。这种接线方式中，各电源与出线都接在同 一公共母线上，在发电厂电源是发电机或 变压器，在变电所是变压器或高压进线回 路。链接线简单，清晰，采用设备少，造价低，操作方便，扩建容易。*可靠性不高，发生任一连接元件故障或断路器拒动及母线故障时,都将造成整个供电系统停电。2.单母线接线2.单母线分段接线这种接线方式中，用断路器将 母线分段，分段后母线与母线 隔离开关可分段轮流检修。当一段母线发生故障时，继电 保护将断开分段断路器，将故 障限制在故障母线范围内，非 故障母线仍能继续运行。M 上接线简单清晰，使用设备少，经济性比较好,发生误操作地可能性 小。可靠性与灵活性差。当电源线路，母线或母线隔离开关发 生故障或进行检修时，全部用户供电中断。适用于三级负荷，有 备用电源地二级负荷。5.2.3桥式接线桥式接线指两线路一变压器组接线地高 压侧间跨接一个断路器,犹如一座桥。1.内桥式接线断路器跨在进线断路器地内侧，靠近 变压器，称为内桥式接线。内桥式接线简单，经济，安全，可靠，灵活。线 路检修或故障时，另一路电源仍能供电。变 压器检修或故障时经倒闸操作可恢复供电。适用于电源进线线路较长，负荷平坦地I 级,n级负荷。2.外桥式接线 断路器跨在进线断路器地外侧，靠近 电源侧，称为外桥式接线。外桥式接线简单，经济，安全，可靠，灵活。变 压器检修或故障时不影响供电。线路检修 或故障时经倒闸操作，变压器由另一路外桥 供电。适用于线路短，负荷变化大地I 级,n级负荷。11(5.3总降压变电所主接线=-,5.3.1单电源进线地总降压变电所主接线1.一次侧线路一变压器组，二次侧单母线分段对于一，二级负荷或用电量较大地变电所，应采用两独立回路作电源进 线，如图所示。总降压变电所为单电源进线且一台变压 器时，一次侧线路无母线，具有单台变压 器;二次侧为单母线分段主接线。这种电气主接线供电可靠性较高，当任一 主变压器或任一电源进线停电检修或发生 故障时，该变电所通过闭合低压母线分段 开关，即可迅速恢复对整个变电所地供电。2.高压侧采用单母线，二次侧单母线分段这种主接线方式,任一主变压器 检修或发生故障时，通过切换操 作,即可迅速恢复对整个变电所 地供电。但在高压母线或电源进 线进行检修或发生故障时，整个 变电所仍会停电。这种主接线方式只能供电给三 级负荷。如果有与其它变电所 相连地高压或低压联络线，方可 供电给一，二级负荷。画画5.3.2双回电源进线地总降压变电所主接线1.高压侧均为单母线分段这种主接线地两段高压母线正常时可 以接通运行，也可以分段运行。任一 台主变压器或任一路电源进线停电检 修或发生故障时,通过切换操作，均可 迅速恢复整个变电所地供电，因此供 电可靠性相当高,通常用来供电给一，二级负荷。610kV电源进线I 610kV电源进线H工厂中地双电源变电所，其工作电源常常一路引至本厂或车间地低压 母线，备用电源则引至邻近车间220/3 80V配电网。画 CE2.桥式主接线若系统供电线路长,负荷比较平稳，主 变不需要频繁操作,可采用内桥式接 线，反之采用外桥式接线。桥式主接线供电地可靠性高，操作灵 活。适用于向大中型企业地一，二级 负荷供电。5.4电力网地基本接线方式电力网是供配电系统地重要组成部分，担负着输送与分配电能地重要任 务，对电力网地基本要求是:供电安全可靠，操作方便，运行灵活，经济与有 利发展。电力网按电压高低之分，有IkV以上地电压电网，与IkV以下地低压电 网,常用地接线类型有三种类型:放射式抠寸干式与环式。1.放射式接线670kV 高压配电所特点:放射式接线地每个负荷均由一回线路单独 供电,各支线电路之间互不影响。某支线发 生故障时不会影响其它支线正常运行，可靠 性高，控制灵活,易于实现集中控制;缺点是 支线多，所用开关设备多，投资大。放射式接线常用于一级负荷配容量设 备配电，潮湿或腐蚀，有爆炸危险环境地配 电。2.树干式接线指由变配电所高压母线上或低压配电屏引出地配电干线上，沿线支接 了几个车间变电所或负荷点地接线方式。r6-10kV 电源进线QSQF3高压配电线23T220/380VFU特点：多个负荷由一条干线供电，采用地开关设备 较少。但干线发生故障时，影响范围较大，所以供电可靠性较低，且在实现自动化方面 适应性较差。树干式接线方式比较适用于供电容量较 小,而分布较均匀地用电设备组，如机械加 工车间，小型加热炉等。3.环式接线环式接线是树干式接线地改进，两路树干式接线连接起来就构成了环特点：环式接线供电可靠性高,任一线路发生 故障或检修时，都不致造成供电中断或 暂时中断供电，只要完成切换电源地操 作，就能恢复供电。环式接线可使电能 损耗或电压损失减少，既能节约电能又 容易保证电压质量。但它地保护装置及 其整定配合相当复杂，如果配合不当，容 易发生误动作而扩大故障停电范围。5.5车间变电所主接线1.单台变压器地车间变电所主接线TA。电缆进线一次侧线路-变压器组接 线，二次侧单母线不分段接线。I 架空进:qiqsqFU JFU TQF QKTA0(j)(|).V v v220/380V架空进线一次侧线路-变压器组接 线，二次侧单母线不分段接线2.双回路进线地车间变电所主接线车间变电所为双回路进线且有两台变压器时,采用一次侧双线路-变压器 组接线，二次侧单母线分段接线。5.6供配电线路母线，导体与电缆地选择5.6.1 母线，导体与电缆形式地选择1.硬母线硬母线按所使用地材料不同分为硬 铜母线与硬铝母线，铝合金母线等；按截面形状不同硬母线又分为矩形,圆形与槽形,管形等结构。母线地排列方式应考虑散热条件好，且短路电流通过时具有一定地热，动稳定 性。常用地排列方式有水平布置与垂直布置两种。电力系统统一规定:交流母线A,B,C三相按黄绿红标示，接地地中性线用紫麻又称为汇揄简称母缘母线地选择母线都用支柱绝缘子固定，母线地种类有管形与矩形，如图示。目前变电所地母线除大电流采用铜母线外，一般尽量采用铝母线。变电 所高压柜上地高压母线，通常选用硬铝矩形母线。2.母线截面选择母线允许地载流量况应大于或等于汇集到母线上地计算电流IC。(2)母线地经济截面积Sec应等于计算电流IC与经济电流密度jec地比值。3.硬母线动稳定校验短路时母线承受很大地电动力，因此，母线最大允许应力。al应大 于或等于母线短路冲击电流产生地最大计算应力。c。即：其中:硬铝母线地最大允许应力oal=70MPa;硬铜母线oal=140MPa。上式中:M为母线通过ish时受到地弯曲力矩;W为母线截面系数;Fc为三相 短路时，中间相受到地最大电动力;1产挡距;K为系数当挡距为12时K=8挡距 2时,K=10;b为母线截面宽度;h为母线截面垂直高度。4.母线热稳定校验母线截面应不小于热稳定最小允许截面，即:式中:ioo是三相短路稳态电流;tima为假想时间;C为导体地热稳定系数铝母 线C=87,铜母线C=171。当母线实际截面大于最小允许截面时，满 足热稳定要求。2.架空导线架空导线又称为软母线,是构成工厂供配电网 络地主要元件。6kV及以上户外架空线路一般 采用裸导线,380V电压等级一般采用绝缘导线。裸导线常用地型号及适用范围如下：铝绞线:多用于610kV线路，因受力不大，杆距不超过100125m。钢芯铝绞线:通常用于机械强度要求较高地场合与35kV及以上地架空 线路上。铜绞线:价格较高，但导电性能好，机械强度高，是否选用根据用户实际需 要来定。(4)防腐钢芯铝绞线:一般用在沿海地区，咸水湖及化工工业地区等周围有 腐蚀性物质地高压与超高压架空线路上。3.电力电缆a）三芯统包电缆b）单芯充油电缆 缆c）三芯钢带铠装电1导体；2芯绝缘；3黄麻填料；4一带绝缘；5包皮；6纸 带；7 黄麻保护层；8钢铠电力电缆广泛应用于工厂配电网络，主要由导体，绝缘层与保护层三部 分组成。其中导体一般由多股铜线铝线绞合而成,以便于弯曲。线芯 成扇形，以减小电缆地外径。绝缘层用于将导体线芯之间及线芯与大 地之间良好地绝缘。保护层用来保护绝缘层，使其密封并具有一定地 强度，以承受电缆在运输与敷设时所受地机械力,也可防止潮气侵入。塑料绝缘电力电缆中聚氯乙烯护套电缆可用于10kV 线路，交联聚脂乙烯护套可用于UOkV线路。油浸纸 滴干绝缘铅包电缆可敷设在电缆沟等;阻燃电缆主要 用于高层建筑，公共建筑，人员密集场所。4.常用绝缘导体型号及选择建筑物或车间内采用地配电线路及从电杆上引进户内地线路一般采用绝 缘导体。塑料绝缘导体地绝缘性能良好,价格低，主要用于室内。常用地塑料绝缘导体型号有:BLV,BLW,BVR。型号中B表示布线,V表示 聚氯乙烯,R表示软导体,L表示铝芯,铜芯不表示。5.6.2母线，导体与电缆截面地选择为保证供配电线路安全，可靠，优质，经济地运行，供配电线路地母线导线与 电缆地选择需要满足以下几条原则：(1)通过正常最大负荷电流时产生地温度不应超过其正常运行时地最高允许温度。(2)通过正常最大负荷电流时产生地电压损耗，不应超过正常运行时允许地电压损耗。对于厂内较短地高压线路，可不进行电压损耗校验。(3)35kV及以上高压线路及电压35kV以下但距离长，电流大地线路，其导线与电缆截 面宜按经济电流密度选择,以使线路地年费用支出最小，企业内地10kV及以下线路 可不按此原则选择。(4)裸导线与绝缘导线截面不应小于其最小允许截面。而于电缆，由于有内外护套,机械强度一般满足要求，不需校验，但需校验短路热稳定度。除此之外,绝缘导线与电缆截面地选择还要满足工作电压地要求。2.按发热条件选择母线，导线与电缆地截面由于绝缘导线与电缆温度过高时，可使绝缘加速老化甚至烧毁导线菌比 母线，导线与电缆地截面应按发热条件来选择，即:使通过相线地计算电流 IC不得超过其允许载流量IIC 4=89 A 所选相线截面25mm2满足允许载流量地要求。(3)中性导体SO地选择按SPENM.5S(p地要求选SPEN=16mm2,所以选择BV型铜芯塑料导体 BLV-500-3*25+l*16o3.按经济电流密度选择导线与电缆地截面导体与电缆截面地大小,直接影响线路投资与年计算费用。根据经济电 流密度选择导线与电缆地截面，应从两个方面来考虑：1.选择大截面电能损耗降低投资及维修管理费用高；2.选择小截面电能损耗增加,投资及维修管理费用降低；综合上述两方面因素，制定出比较合理地经济效益最好地截面，称为经济 截面。对应于经济截面地电流密度称为经济电流密度。我国规定地导 线与电缆经济电流密度见表5-2。线路类别导线材料年最大负荷利用小时数（h）3000以下300050005000以上架空线路铜3.002.251.75(A/mm2)铝1.651.150.90电缆线路铜2.502.252.00(A/mm2)铝1.921.731.54|M有一条长度为5km地lOkVLJ型铝绞线架空线路，已知计算、负荷为1380kW,cos(p=0.7,Tmax=4800h,试选择其经济截面，并检验其发热条件与机械强度一1(1)选择经济截面尸 P 1380 r相线计算电流Ic=-r=-心114A3却 I告 il c 右小侬。1.732x10 x0.7由表 5-2 查得：jec=1.15A/mm2I 114可得导线经济截面为：ec=-=-99.1mm2Jec 113查手册后，初选标准截面为95mm2地LJ-95型铝绞线。(2)校验发热条件查表5-1可知,LJ-95型铝绞线在室外温度为25时允许载流量为325A。此 值大于相线计算电流U4A,满足发热条件。(3)校验机械强度查表5-1可得10kV架空铝绞线地最小截面积是35mm2,此值小于计算地截面 积,因此满足机械强度。4.按允许线路电压损耗选择导线截而由于线路阻抗地存在，所以线路通过电流时会产生电压 损耗。按规定，高压配电线路地电压损耗一般不超过线 路额定电压地5%;从变压器低压侧母线到用电设备受电 端地低压配电线路地电压损耗,一般不超过用电设备额 定电压地5%;对视觉要求较高地照明线路，则为2%3%。ffi 3J 例某变电所架设一条10kV地架空线路,向用户1与2供电，如图所示。已知导体采用LJ型铝绞线，全线导体截面相同，三相导体布置成三角形，线间距为lmo干线01地长度为3km，干线12地长度为1.5km。觑1憾屏域蟠爨睡吧里丝 因航顺巅奇麻赛腰kW,尢功功率20pk所。2翁曲电皆堪失为5麴g环境温度为损失迦精健捕肃校验其发款情况势机输虽邕AAt/%=AE/al%-At/%=5-0.98=4.02EaA7=110 心;AU*800 x3+500 x(3+1.5)10 x 0.032 xl02x 4.02=36.15mm2ffi S E选L J-50,查表A-15-1得几何均距为1000mm,截面为50mm2地L J型铝绞线,X0=0.355Q/km,R0=0.64Q/km,实际电压损失为：At/%=10U：0.6410 xl02=3.9 52 V 2密+瀛沙40.355x(800 x3+500 x4.5)+小施 x(560 x3+200 x4.5)所选导体满足允许电压损失地要求。(2)校验发热情况查附表A-11-1可知,LJ-50在室外温度为25时地允许载流量为Ial=215A;线 路中最大负荷(在01段)为：尸=耳+吕=800+500=1300kW。=%+%=560+200=760kvarS=J 尸2+02=713 002+7602=1505.9kVA尸=，+尺=800+500=1300kW。=%+%=560+200=760kvarS=尸2+02=J130()2+76()2=i505.9kVA1505.9V3xl0-86.9A/al=215A显然，发热情况也满足要求。(3)校验机械强度查附表5-1可知，高压架空裸铝绞线地最小允许截面为35mm2,所以选择 地截面50mm2可满足机械强度要求。5.6.3热稳定与动稳定地校验1.热稳定校验常用最 允许截面校验其热稳定度，计算公式为:mm上式中/唱）是三相短路稳态电流，单位:A;tima是假想时间,单位:SC是导体地热稳定系数，单位:As0.5/mm2,铝母线C=87 As0.5/mm2;铜母线C=171 As0.5/mm2o5.6.3热稳定与动稳定地校验2.动稳定校验上式中bal是母线材料地最大允许应力，单位:Pa硬铝母线地叫1=70MPa硬铜母线地5d=140MPa dl%是母线短路时三相短路冲击电流所产生的最大计算应力。补充内容：变电所地布置与结构 于，变电所地布置1.布置方案变电所地布置主要由变压器室，高压配电室，低压配电室，电容器 室,控制室（值班室），休息室，工具间等组成。户内式变电所将变压器，配电 装置安装于室内,工作条件好,运行管理方便。户内式可分 为单层布置与双层布置，视投 资与土地情况而定。户外式变电所将变压器，配电装置全部安装于室外，工作条 件较为恶劣,运行管理较户内型变电所复杂。混合型变电所将变压器，配电装置部分安装于室外，部分安 装在室内，运行管理较相对方便。2对变电所布置地要求 1室内布置应紧凑合理，便于值班人员操作，检修，试验，巡视与搬运，配电装 置应保证所要求地最小允许通道宽度，考虑今后发展与扩建地可能。(2)合理布置变电所各室位置，高压电容器室与高压配电室,低压配电室与 变压器室应相邻近，高，低压配电室地位置应便于进出线，控制室与值班室地 位置应便于运行人员工作与管理。(3)变压器室与高压电容器室，应避免西晒，控制室与值班室应尽量朝南方，尽可能利用自然采光与通风。(4)配孽地设置应符合安全与防火要求，对电气设备载流部分应采用金属 网板隔离。(5)高，低压配电室，变压器室，电容器室地门应向外开,相邻地配电室地门应 双向开启。(6)变电所内不允许采用可燃材料装修，不允许热力管道，可燃气管等各种管 道从变电所内经过。21对变电所布置地要求(a)室内型，有两台变压器,有值班室和电容器室0(b)室外型，一台变压器，有值班室室内型，有一台变压器,有值班室(d)室外型,两台变压器,有值班室和电容器室图中：1高压变电所2变压器室;3-低压配电室;4-值班室;5-高压电容器室。X变电所地结构 I)1.变压器室变压器室地结构设计要考虑变压器地安装 方式，变压器地推进方式，进线方式,进线方 向，高压侧进线开关，通风，防火与安全以及 压器地容量与外型尺寸。(1)变压器室地尺寸:变压器外轮廓与 墙壁地净距；(2)变压器室地通风；(3)贮油池；(4)变压器室地推进面；(5)变压器室地防火；2.高压配电室地结构高压配电室地结构 主要取决于高压开 关柜地数量,布置方 式，安装方式等因素。高压配电室地尺寸:各种通道地最小宽度，高度，电缆沟。高压配电室地门应向外开，相邻配电室之间有门时，应能双向开启,长度超 过7米时应设两个门。高压配电室地耐火等级不应低于二级。3.低压配电室低压配电室地 结构主要取决 于低压开关柜 地数量，尺寸，布 置方式，安装方 式等因素。(1)低压配电室地尺寸:各种通道地最小宽度，高度，电缆沟。(2)低压配电室地门应向外开，长度超过7米时应设两个门。(3)低压配电室地耐火等级不应低于三级。4.高压电容器室高压电容器一般都装在电 容器柜内。电容器室地结 构主要取决于低压开关柜 地数量，尺寸，布置方式，安 装方式等因素。(1)高压电容器室地尺寸:各种通道地最小宽度，高度，电缆沟。高压电容器室地门应向外开，长度超过7米时应设两个门。(3)高压电容器室地耐火等级不应低于二级。5.控制室控制室通常与值班室合在一起，控制屏,信号屏，继电器屏，直流电源屏，所用 电屏安装在控制室。ffi S E